几个化学史上的案例

门捷列夫之所以能发现元素周期律，是与他研究工作中体现出来的时代精神（注重科学与工业相结合）分不开的。从 1861年开始，他就致力于翻译被后人称为化学技术百科辞典的《华格纳化学工艺学》。次年，他应邀前往巴库和劳拉罕内地区油田考察了近一个月后，向石油工厂主提出了两项建议：其一是引进新的科学技术，改变运输的落后状态，铺筑由炼油厂到码头的输油管道；其二是依靠科学技术，建造运载煤油的专用船只。这种对化学工业的实地考察拓展了门捷列夫的研究领域。他借助化学分析法，分析、测定了283种液体及其它物质的性质和原子量之间的关系。他把提高科学的生产力看成是自己的最大愿望。可以说，注重基础研究和工业应用的结合，注重理论分析和实验操作的结合，造成了他在化学研究中作出重大的贡献的优势。他先后考察过法国、德国、比利时和美国的化学工业，并致力于用化学知识改善俄国石油生产的落后状况，还就煤的地下气化和采掘问题发表了若干具有独到见解和经济观点的论文。从化学研究手段看，化学分析法在新元素的发现和元素周期律的建立过程中，具有举足轻重的作用。在拉瓦锡时代，化学分析法已成为化学研究的基本方法。随后，从化学角度看，道尔顿原子论推进了化学分析法的发展，因为对原子量的精确测定对化学分析法提出了更高的要求；从工业角度看，英国工业革命和欧洲大陆采矿业的发展对化学分析法的广泛应用产生了积极的影响。化学分析法的迅速改进和广泛应用导致18世纪末、19世纪初22种新元素的发现。同理，在科学和工业的双重推动下，电化学方法应运而生，并导致大量新元素的发现。铝就是在此期间由丹麦科学家奥斯特（HansChristian Oersted）发现的（1825年），当时得到的是粉状铅。过了两年，德国的维勒（F.Wöhler）又制取了块状铝。此后若干年里，铝都是一种贵金属。拿破仑三世曾为工业制铝研究提供了大笔拨款。1854年，人们发现了用还原氯化物制取铝的方法。到 1886年，由于人们发现了通过电解铝矾土的氢氧化铝制取铝的方法，制铝工业获得了迅速发展，铝的价格不断下降，铝的产量不断上升。
     在门捷列夫研究周期律的同时，德国有机化学的迅速发展为它取代英、法而成为世界经济强国找到了突破口，由此发展了合成化学和高分子化学工业，为近代大生产提供了各种新材料。这个突破口就是煤化学工业。如何利用炼焦生产中的排出物煤焦油，是煤化学工业迅速发展的关键，也是有机化学迅速发展的动力之一。美国大约在1810年开始利用高温分解各种有机物所得到的煤气来照明，不久煤焦油就成为照明气的主要来源。继伦敦在 1813年建立起煤气厂后，巴黎和柏林在1815年，纽约在1825年都建立起了煤气厂。大约在1815年，人们从煤焦油中分离出了轻油和重油，前者可用作胶制品的涂料，后者是有效的木材防腐剂。依照导师李比希的建议，霍夫曼致力于轻油的研究。1843年，当他把漂白粉加入轻油时，发现其中含有苯胺。由此，他想：能否从轻油中提取苯胺？后来由于发现轻油中苯胺含量太少，霍夫曼选择了这样的途径：先从轻油中提取苯，再由苯制取苯胺。在此基础上，英国的柏琴制成了苯胺紫染料。接着，他和他的父亲在伦敦效外建起了苯胺染料厂。柏琴既从事生产管理，又致力开发研究，还解决了许多技术工艺问题（如苯的提纯，硝基苯的工厂制取，改用铁制防爆容器代替玻璃容器等）。
     在 1862年伦敦举办的国际展览会上，以煤焦油为原料制成的各种苯胺紫染料成了英国的骄傲。但此后不到10年，德国便跃居于染料生产国家之首，并在第一次世界大战以前一直控制着染料生产的发展。①“德国大学培养的从事创造性研究的化学家数量日益增多，是造成这种繁荣景象的主要原因。随着生产药物和染料的大工业的建立，那些培养出一批批化学家的教授纷纷被聘为顾问。他们不仅用科学方式指引工厂向前发展，而且还把工业生产中遇到的问题带回实验室去，用这些新课题来训练学生。他们在工业实验室里看到越来越多的半成品，也就是合成某新化合物的中间产物。大学实验室里对这些中间产物进行的研究，往往就是发明前所未有的新合成法的起点。19世纪末期，德国的理论化学和工业化学都已执世界牛耳，在理论化学和实用化学的共同推动下，各国学生大批涌进德国大学。”②在德国染料工业的飞速发展中，凯库勒的贡献显示了化学理论的巨大威力。他关于苯分子结构的理论加深了人们对苯胺及一系列芳香族化合物的认识，为有目的、有计划地设计和合成染料奠定了理论基础。1868 年，瑞伯（C·Graebe）和李别尔曼（K·T·Liebermann）发现茜素是蒽醌的二羟衍生物，并根据凯库勒的结构理论了解到蒽的三组龟壳迭加结构，成功地合成了茜素。第二年德国就开始了合成茜素的工业化生产，其规模迅速扩大，以致完全取代了茜草种植园的生产。凯库勒理论还帮助拜耳（A·Baeyer）确定了靛蓝的分子结构，并于1879年制成了靛蓝结晶，为加速德国染料工业的发展做出了重大贡献。