有機化學和無機化學是什麽?
有機化學的發展簡史
“有機化學”這壹名詞於1806年首次由貝采利烏斯提出。當時是作為“無機化學”的對立物而命名的。19世紀初，許多化學家相信，在生物體內由於存在所謂“生命力”，才能產生有機化合物，而在實驗室裏是不能由無機化合物合成的。
1824年，德國化學家維勒從氰經水解制得草酸；1828年他無意中用加熱的方法又使氰酸銨轉化為尿素。氰和氰酸銨都是無機化合物，而草酸和尿素都是有機化合物。維勒的實驗結果給予“生命力”學說第壹次沖擊。此後，乙酸等有機化合物相繼由碳、氫等元素合成，“生命力”學說才逐漸被人們拋棄。
由於合成方法的改進和發展，越來越多的有機化合物不斷地在實驗室中合成出來，其中，絕大部分是在與生物體內迥然不同的條件下臺成出來的。“生命力”學說漸漸被拋棄了， “有機化學”這壹名詞卻沿用至今。
從19世紀初到1858年提出價鍵概念之前是有機化學的萌芽時期。在這個時期，已經分離出許多有機化合物，制備了壹些衍生物，並對它們作了定性描述。
法國化學家拉瓦錫發現，有機化合物燃燒後，產生二氧化碳和水。他的研究工作為有機化合物元素定量分析奠定了基礎。1830年，德國化學家李比希發展了碳、氫分析法，1833年法國化學家杜馬建立了氮的分析法。這些有機定量分析法的建立使化學家能夠求得壹個化合物的實驗式。
當時在解決有機化合物分子中各原子是如何排列和結合的問題上，遇到了很大的困難。最初，有機化學用二元說來解決有機化合物的結構問題。二元說認為壹個化合物的分子可分為帶正電荷的部分和帶負電荷的部分，二者靠靜電力結合在壹起。早期的化學家根據某些化學反應認為，有機化合物分子由在反應中保持不變的基團和在反應中起變化的基團按異性電荷的靜電力結合。但這個學說本身有很大的矛盾。
類型說由法國化學家熱拉爾和洛朗建立。此說否認有機化合物是由帶正電荷和帶負電荷的基團組成，而認為有機化合物是由壹些可以發生取代的母體化合物衍生的，因而可以按這些母體化合物來分類。類型說把眾多有機化合物按不同類型分類，根據它們的類型不僅可以解釋化合物的壹些性質，而且能夠預言壹些新化合物。但類型說未能回答有機化合物的結構問題。
有機化合物按不同類型分類，根據它們的類型不僅可以解釋化合物的壹些性質，而且能夠預言壹些新化合物。但類型說未能回答有機化合物的結構問題。
從1858年價鍵學說的建立，到1916年價鍵的電子理論的引入，是經典有機化學時期。
1858年，德國化學家凱庫勒和英國化學家庫珀等提出價鍵的概念，並第壹次用短劃“-”表示“鍵”。他們認為有機化合物分子是由其組成的原子通過鍵結合而成的。由於在所有已知的化合物中，壹個氫原子只能與壹個別的元素的原子結合，氫就選作價的單位。壹種元素的價數就是能夠與這種元素的壹個原子結合的氫原子的個數。凱庫勒還提出，在壹個分子中碳原子之間可以互相結合這壹重要的概念。
1848年巴斯德分離到兩種酒石酸結晶，壹種半面晶向左，壹種半面晶向右。前者能使平面偏振光向左旋轉，後者則使之向右旋轉，角度相同。在對乳酸的研究中也遇到類似現象。為此，1874年法國化學家勒貝爾和荷蘭化學家範托夫分別提出壹個新的概念，圓滿地解釋了這種異構現象。
他們認為：分子是個三維實體，碳的四個價鍵在空間是對稱的，分別指向壹個正四面體的四個頂點，碳原子則位於正四面體的中心。當碳原子與四個不同的原子或基團連接時，就產生壹對異構體，它們互為實物和鏡像，或左手和右手的手性關系，這壹對化合物互為旋光異構體。勒貝爾和範托夫的學說，是有機化學中立體化學的基礎。
1900年第壹個自由基，三苯甲基自由基被發現，這是個長壽命的自由基。不穩定自由基的存在也於1929年得到了證實。
在這個時期，有機化合物在結構測定以及反應和分類方面都取得很大進展。但價鍵只是化學家從實踐經驗得出的壹種概念，價鍵的本質尚未解決。
現代有機化學時期 在物理學家發現電子，並闡明原子結構的基礎上，美國物理化學家路易斯等人於1916年提出價鍵的電子理論。
他們認為：各原子外層電子的相互作用是使各原子結合在壹起的原因。相互作用的外層電子如從—個原了轉移到另壹個原子，則形成離子鍵；兩個原子如果***用外層電子，則形成***價鍵。通過電子的轉移或***用，使相互作用的原子的外層電子都獲得惰性氣體的電子構型。這樣，價鍵的圖象表示法中用來表示價鍵的短劃“-”，實際上是兩個原子***用的壹對電子。
1927年以後，海特勒和倫敦等用量子力學，處理分子結構問題，建立了價鍵理論，為化學鍵提出了壹個數學模型。後來馬利肯用分子軌道理論處理分子結構，其結果與價鍵的電子理論所得的大體壹致，由於計算簡便，解決了許多當時不能回答的問題。
有機化學的研究內容
有機化合物和無機化合物之間沒有絕對的分界。有機化學之所以成為化學中的壹個獨立學科，是因為有機化合物確有其內在的聯系和特性。
位於周期表當中的碳元素，壹般是通過與別的元素的原子***用外層電子而達到穩定的電子構型的。這種***價鍵的結合方式決定了有機化合物的特性。大多數有機化合物由碳、氫、氮、氧幾種元素構成，少數還含有鹵素和硫、磷等元素。因而大多數有機化合物具有熔點較低、可以燃燒、易溶於有機溶劑等性質，這與無機化合物的性質有很大不同。
在含多個碳原子的有機化合物分子中，碳原子互相結合形成分子的骨架，別的元素的原子就連接在該骨架上。在元素周期表中，沒有壹種別的元素能像碳那樣以多種方式彼此牢固地結合。由碳原子形成的分子骨架有多種形式，有直鏈、支鏈、環狀等。
在有機化學發展的初期，有機化學工業的主要原料是動、植物體，有機化學主要研究從動、植物體中分離有機化合物。
19世紀中到20世紀初，有機化學工業逐漸變為以煤焦油為主要原料。合成染料的發現，使染料、制藥工業蓬勃發展，推動了對芳香族化合物和雜環化合物的研究。30年代以後，以乙炔為原料的有機合成興起。40年代前後，有機化學工業的原料又逐漸轉變為以石油和天然氣為主，發展了合成橡膠、合成塑料和合成纖維工業。由於石油資源將日趨枯竭，以煤為原料的有機化學工業必將重新發展。當然，天然的動、植物和微生物體仍是重要的研究對象。
天然有機化學主要研究天然有機化合物的組成、合成、結構和性能。20世紀初至30年代，先後確定了單糖、氨基酸、核苷酸牛膽酸、膽固醇和某些萜類的結構，肽和蛋白質的組成；30～40年代，確定了壹些維生素、甾族激素、多聚糖的結構，完成了壹些甾族激素和維生素的結構和合成的研究；40～50年代前後，發現青黴素等壹些抗生素，完成了結構測定和合成；50年代完成了某些甾族化合物和嗎啡等生物堿的全合成，催產素等生物活性小肽的合成，確定了胰島素的化學結構，發現了蛋白質的螺旋結構，DNA的雙螺旋結構；60年代完成了胰島素的全合成和低聚核苷酸的合成；70年代至80年代初，進行了前列腺素、維生素B12、昆蟲信息素激素的全合成，確定了核酸和美登木素的結構並完成了它們的全合成等等。
有機合成方面主要研究從較簡單的化合物或元素經化學反應合成有機化合物。19世紀30年代合成了尿素；40年代合成了乙酸。隨後陸續合成了葡萄糖酸、檸檬酸、琥珀酸、蘋果酸等壹系列有機酸；19世紀後半葉合成了多種染料；20世紀40年代合成了滴滴涕和有機磷殺蟲劑、有機硫殺菌劑、除草劑等農藥；20世紀初，合成了606藥劑，30～40年代，合成了壹千多種磺胺類化合物，其中有些可用作藥物。
物理有機化學是定量地研究有機化合物結構、反應性和反應機理的學科。它是在價鍵的電子學說的基礎上，引用了現代物理學、物理化學的新進展和量子力學理論而發展起來的。20世紀20～30年代，通過反應機理的研究，建立了有機化學的新體系；50年代的構象分析和哈米特方程開始半定量估算反應性與結構的關系；60年代出現了分子軌道對稱守恒原理和前線軌道理論。
有機分析即有機化合物的定性和定量分析。19世紀30年代建立了碳、氫定量分析法；90年代建立了氮的定量分析法；有機化合物中各種元素的常量分析法在19世紀末基本上已經齊全；20世紀20年代建立了有機微量定量分析法；70年代出現了自動化分析儀器。
由於科學和技術的發展，有機化學與各個學科互相滲透，形成了許多分支邊緣學科。比如生物有機化學、物理有機化學、量子有機化學、海洋有機化學等。
有機化學的研究方法
有機化學研究手段的發展經歷了從手工操作到自動化、計算機化，從常量到超微量的過程。
20世紀40年代前，用傳統的蒸餾、結晶、升華等方法來純化產品，用化學降解和衍生物制備的方法測定結構。後來，各種色譜法、電泳技術的應用，特別是高壓液相色譜的應用改變了分離技術的面貌。各種光譜、能譜技術的使用，使有機化學家能夠研究分子內部的運動，使結構測定手段發生了革命性的變化。
電子計算機的引入，使有機化合物的分離、分析方法向自動化、超微量化方向又前進了壹大步。帶傅裏葉變換技術的核磁***振譜和紅外光譜又為反應動力學、反應機理的研究提供了新的手段。這些儀器和x射線結構分析、電子衍射光譜分析，已能測定微克級樣品的化學結構。用電子計算機設計合成路線的研究也已取得某些進展。
未來有機化學的發展首先是研究能源和資源的開發利用問題。迄今我們使用的大部分能源和資源，如煤、天然氣、石油、動植物和微生物，都是太陽能的化學貯存形式。今後壹些學科的重要課題是更直接、更有效地利用太陽能。
對光合作用做更深入的研究和有效的利用，是植物生理學、生物化學和有機化學的***同課題。有機化學可以用光化學反應生成高能有機化合物，加以貯存；必要時則利用其逆反應，釋放出能量。另壹個開發資源的目標是在有機金屬化合物的作用下固定二氧化碳，以產生無窮盡的有。機化合物。這幾方面的研究均已取得壹些初步結果。
其次是研究和開發新型有機催化劑，使它們能夠模擬酶的高速高效和溫和的反應方式。這方面的研究已經開始，今後會有更大的發展。
20世紀60年代末，開始了有機合成的計算機輔助設計研究。今後有機合成路線的設計、有機化合物結構的測定等必將更趨系統化、邏輯化。
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無機化學是研究無機物質的組成、性質、結構和反應的科學，它是化學中最古老的分支學科。無機物質包括所有化學元素和它們的化合物，不過大部分的碳化合物除外。(除二氧化碳、壹氧化碳、二硫化碳、碳酸鹽等簡單的碳化合物仍屬無機物質外，其余均屬於有機物質。）
過去認為無機物質即無生命的物質，如巖石、土壤，礦物、水等；而有機物質則是由有生命的動物和植物產生，如蛋白質、油脂、澱粉、纖維素、尿素等。1828年德意誌化學家維勒從無機物氰酸銨制得尿素，從而破除了有機物只能由生命力產生的迷信，明確了這兩類物質都是由化學力結合而成。現在這兩類物質是按上述組分不同而劃分的。
無機化學發展簡史
原始人類即能辨別自然界存在的無機物質的性質而加以利用。後來偶然發現自然物質能變化成性質不同的新物質，於是加以仿效，這就是古代化學工藝的開始。
如至少在公元前6000年，中國原始人即知燒粘土制陶器，並逐漸發展為彩陶、白陶，釉陶和瓷器。公元前5000年左右，人類發現天然銅性質堅韌，用作器具不易破損。後又觀察到銅礦石如孔雀石 (堿式碳酸銅)與燃熾的木炭接觸而被分解為氧化銅，進而被還原為金屬銅，經過反復觀察和試驗，終於掌握以木炭還原銅礦石的煉銅技術。以後又陸續掌握煉錫、煉鋅、煉鎳等技術。中國在春秋戰國時代即掌握了從鐵礦冶鐵和由鐵煉鋼的技術，公元前2世紀中國發現鐵能與銅化合物溶液反應產生銅，這個反應成為後來生產銅的方法之壹。
化合物方面，在公元前17世紀的殷商時代即知食鹽(氧化鈉)是調味品，苦鹽(氫化鎂)的味苦。公元前五世紀已有琉璃(聚矽酸鹽)器皿。公元七世紀，中國即有焰硝(硝酸鉀)、硫黃和木炭做成火藥的記載。明朝宋應星在1637年刊行的《天工開物》中詳細記述了中國古代手工業技術，其中有陶瓷器、銅、鋼鐵、食鹽、焰硝、石灰、紅黃礬、等幾十種無機物的生產過程。由此可見，在化學科學建立前，人類已掌握了大量無機化學的知識和技術。
古代的煉丹術是化學科學的先驅，煉丹術就是企圖將丹砂(硫化汞)之類藥劑變成黃金，並煉制出長生不老之丹的方術。中國金丹術始於公元前2、3世紀的秦漢時代。公元142年中國金丹家魏伯陽所著的《周易參同契》是世界上最古的論述金丹術的書，約在360年有葛洪著的《抱樸子》，這兩本書記載了60多種無機物和它們的許多變化。約在公元8世紀，歐洲金丹術興起，後來歐洲的金丹術逐漸演進為近代的化學科學，而中國的金丹術則未能進壹步演進。
金丹家關於無機物變化的知識主要從實驗中得來。他們設計制造了加熱爐、反應室、蒸餾器、研磨器等實驗用具。金丹家所追求的目的雖屬荒誕，但所使用的操作方法和積累的感性知識，卻成為化學科學的前驅。
由於最初化學所研究的多為無機物，所以近代無機化學的建立就標誌著近代化學的創始。建立近代化學貢獻最大的化學家有三人，即英國的玻意耳、法國的拉瓦錫和英國的道爾頓。
玻意耳在化學方面進行過很多實驗，如磷、氫的制備，金屬在酸中的溶解以及硫、氫等物的燃燒。他從實驗結果闡述了元素和化合物的區別，提出元素是壹種不能分出其他物質的物質。這些新概念和新觀點，把化學這門科學的研究引上了正確的路線，對建立近代化學作出了卓越的貢獻。
拉瓦錫采用天平作為研究物質變化的重要工具，進行了硫、磷的燃燒，錫、汞等金屬在空氣中加熱的定量實驗，確立了物質的燃燒是氧化作用的正確概念，推翻了盛行百年之久的燃素說。拉瓦錫在大量定量實驗的基礎上，於1774年提出質量守恒定律，即在化學變化中，物質的質量不變。1789年，在他所著的《化學概要》中，提出第壹個化學元素分類表和新的化學命名法，並運用正確的定量觀點，敘述當時的化學知識，從而奠定了近代化學的基礎。由於拉瓦錫的提倡，天平開始普遍應用於化合物組成和變化的研究。
1799年，法國化學家普魯斯特歸納化合物組成測定的結果，提出定比定律，即每個化合物各組分元素的重量皆有壹定比例。結合質量守恒定律，1803年道爾頓提出原子學說，宣布壹切元素都是由不能再分割、不能毀滅的稱為原子的微粒所組成。並從這個學說引伸出倍比定律，即如果兩種元素化合成幾種不同的化合物，則在這些化合物中，與壹定重量的甲元素化合的乙元素的重量必互成簡單的整數比。這個推論得到定量實驗結果的充分印證。原子學說建立後，化學這門科學開始宣告成立。
19世紀30年代，已知的元素已達60多種，俄國化學家門捷列夫研究了這些元素的性質，在1869年提出元素周期律：元素的性質隨著元素原子量的增加呈周期性的變化。這個定律揭示了化學元素的自然系統分類。元素周期表就是根據周期律將化學元素按周期和族類排列的，周期律對於無機化學的研究、應用起了極為重要的作用。
目前已知的元素***109種，其中94種存在於自然界，15種是人造的。代表化學元素的符號大都是拉丁文名稱縮寫。中文名稱有些是中國自古以來就熟知的元素，如金、鋁、銅、鐵、錫、硫、砷、磷等；有些是由外文音譯的，如鈉、錳、鈾、氦等；也有按意新創的，如氫(輕的氣)、溴(臭的水)、鉑(白色的金，同時也是外文名字的譯音)等。
周期律對化學的發展起著重大的推動作用。根據周期律，門捷列夫曾預言當時尚未發現的元素的存在和性質。周期律還指導了對元素及其化合物性質的系統研究，成為現代物質結構理論發展的基礎。系統無機化學壹般就是指按周期分類對元素及其化合物的性質、結構及其反應所進行的敘述和討論。
19世紀末的壹系列發現，開創了現代無機化學；1895年倫琴發現 X射線；1896年貝克勒爾發現鈾的放射性；1897年湯姆遜發現電子；1898年，居裏夫婦發現釙和鐳的放射性。20世紀初盧瑟福和玻爾提出原子是由原子核和電子所組成的結構模型，改變了道爾頓原子學說的原子不可再分的觀念。
1916年科塞爾提出電價鍵理論，路易斯提出***價鍵理論，圓滿地解釋了元素的原子價和化合物的結構等問題。1924年，德布羅意提出電子等物質微粒具有波粒二象性的理論；1926年，薛定諤建立微粒運動的波動方程；次年，海特勒和倫敦應用量子力學處理氫分子，證明在氫分子中的兩個氫核間，電子幾率密度有顯著的集中，從而提出了化學鍵的現代觀點。
此後，經過幾方面的工作，發展成為化學鍵的價鍵理論、分子軌道理論和配位場理論。這三個基本理論是現代無機化學的理論基礎。
無機化學的研究內容
無機化學在成立之初，其知識內容已有四類，即事實、概念、定律和學說。
用感官直接觀察事物所得的材料，稱為事實；對於事物的具體特征加以分析、比較、綜合和概括得到概念，如元素、化合物、化合、化分、氧化、還原、原子等皆是無機化學最初明確的概念；組合相應的概念以概括相同的事實則成定律，例如，不同元素化合成各種各樣的化合物，總結它們的定量關系得出質量守恒、定比、倍比等定律；建立新概念以說明有關的定律，該新概念又經實驗證明為正確的，即成學說。例如，原子學說可以說明當時已成立的有關元素化合重量關系的各定律。
化學知識的這種派生關系表明它們之間的內在聯系。定律綜合事實，學說解釋並貫串定律，從而把整個化學內容組織成為壹個有系統的科學知識。人們認為近代化學是在道爾頓創立原子學說之後建立起來的，因為該學說把當時的化學內容進行了科學系統化。
系統的化學知識是按照科學方法進行研究的。科學方法主要分為三步：
搜集事實 搜集的方法有觀察和實驗。實驗是控制條件下的觀察。化學研究特別重視實驗，因為自然界的化學變化現象都很復雜，直接觀察不易得到事物的本質。例如，鐵生銹是常見的化學變化，若不控制發生作用的條件，如水氣、氧、二氧化碳、空氣中的雜質和溫度等就不易了解所起的反應和所形成的產物。
無論觀察或實驗，所搜集的事實必須切實準確。化學實驗中的各種操作，如沈澱、過濾、灼燒、稱重、蒸餾、滴定、結晶、萃取等等，都是在控制條件下獲得正確可靠事實知識的實驗手段。正確知識的獲得，既要靠熟練的技術，也要靠精密的儀器，近代化學是由天平的應用開始的。通過對每壹現象的測量，並用數字表示，才算對此現象有了確切知識。
建立定律 古代化學工藝和金丹術積累的化學知識雖然很多，但不能稱為科學。要知識成為科學，必須將搜集到的大量事實加以分析比較，去粗取精，由此及彼地將類似的事實歸納成為定律。例如普魯斯特註意化合物的成分，他分析了大量的、采自世界各地的、天然的和人工合成的多種化合物，經過八年的努力後發現每壹種化合物的組成都是完全相同的，於是歸納這類事實，提出定比定律。
創立學說 化學定律雖比事實為少，但為數仍多，而且各自分立，互不相關。化學家要求理解各定律的意義及其相互關系。道爾頓由表及裏地提出物質由原子構成的概念，創立原子學說，解釋了關於元素化合和化合物變化的重量關系的各個定律，並使之連貫起來，從而將化學知識按其形成的層次組織成為壹門系統的科學。
由於各學科的深入發展和學科間的相互滲透，形成許多跨學科的新的研究領域。無機化學與其他學科結合而形成的新興研究領域很多，例如生物無機化學就是無機化學與生物化學結合的邊緣學科。
現代物理實驗方法如：X射線、中子衍射、電子衍射、磁***振、光譜、質譜、色譜等方法的應用，使無機物的研究由宏觀深入到微觀，從而將元素及其化合物的性質和反應同結構聯系起來，形成現代無機化學。現代無機化學就是應用現代物理技術及物質微觀結構的觀點來研究和闡述化學元素及其所有無機化合物的組成、性能、結構和反應的科學。無機化學的發展趨向主要是新型化合物的合成和應用，以及新研究領域的開辟和建立。