化学进化的具体过程是怎样的?

作者&投稿:亓媚 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
化学进化的过程~

【最开始】古时候,原始人类为了他们的生存,在与自然界的种种灾难进行抗争中,发现和利用了火。原始人类从用火之时开始,由野蛮进入文明,同时也就开始了用化学方法认识和改造天然物质。燃烧就是一种化学现象。(火的发现和利用,改善了人类生存的条件,并使人类变得聪明而强大。)掌握了火以后,人类开始食用熟食;继而人类又陆续发现了一些物质的变化,如发现在翠绿色的孔雀石等铜矿石上面燃烧炭火,会有红色的铜生成。这样,人类在逐步了解和利用这些物质的变化的过程中,制得了对人类具有使用价值的产品。人类逐步学会了制陶、冶炼;以后又懂得了酿造、染色等等。这些有天然物质加工改造而成的制品,成为古代文明的标志。在这些生产实践的基础上,萌发了古代化学知识。
  古人曾根据物质的某些性质对物质进行分类,并企图追溯其本原及其变化规律。公元前4世纪或更早,中国提出了阴阳五行学说,认为万物是由金、木、水、火、土五种基本物质组合而成的,而五行则是由阴阳二气相互作用而成的。此说法是朴素的唯物主义自然观,用“阴阳”这个概念来解释自然界两种对立和相互消长的物质势力,认为二者的相互作用是一切自然现象变化的根源。此说为中国炼丹术的理论基础之一。
  【公元前4世纪】希腊也提出了与五行学说类似的火、风、土、水四元素说和古代原子论。这些朴素的元素思想,即为物质结构及其变化理论的萌芽。后来在中国出现了炼丹术,到了公元前2世纪的秦汉时代,炼丹术已颇为盛行,大致在公元7世纪传到阿拉伯国家,与古希腊哲学相融合而形成阿拉伯炼丹术,阿拉伯炼丹术于中世纪传入欧洲,形成欧洲炼金术,后逐步演进为近代的化学。
  炼丹术的指导思想是深信物质能转化,试图在炼丹炉中人工合成金银或修炼长生不老之药。他们有目的的将各类物质搭配烧炼,进行实验。为此涉及了研究物质变化用的各类器皿,如升华器、蒸馏器、研钵等,也创造了各种实验方法,如研磨、混合、溶解、洁净、灼烧、熔融、升华、密封等。
  与此同时,进一步分类研究了各种物质的性质,特别是相互反应的性能。这些都为近代化学的产生奠定了基础,许多器具和方法经过改进后,仍然在今天的化学实验中沿用。炼丹家在实验过程中发明了火药,发现了若干元素,制成了某些合金,还制出和提纯了许多化合物,这些成果我们至今仍在利用。

【真正成为学科意义上的化学】

  【16世纪开始】欧洲工业生产蓬勃兴起,推动了医药化学和冶金化学的创立和发展,使炼金术转向生活和实际应用,继而更加注意物质化学变化本身的研究。在元素的科学概念建立后,通过对燃烧现象的精密实验研究,建立了科学的氧化理论和质量守恒定律,随后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律,为化学进一步科学的发展奠定了基础。
  【1775年前后】拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说,开创了定量化学时期,使化学沿着正确的轨道发展。19世纪初,英国化学家道尔顿提出近代原子学说,突出地强调了各种元素的原子的质量为其最基本的特征,其中量的概念的引入,是与古代原子论的一个主要区别。近代原子论使当时的化学知识和理论得到了合理的解释,成为说明化学现象的统一理论。接着意大利科学家阿伏加德罗提出分子概念。自从用原子-分子论来研究化学,化学才真正被确立为一门科学。这一时期,建立了不少化学基本定律。俄国化学家门捷列夫发现元素周期律,德国化学家李比希和维勒发展了有机结构理论,这些都使化学成为一门系统的科学,也为现代化学的发展奠定了基础。
  通过对矿物的分析,发现了许多新元素,加上对原子分子学说的实验验证,经典性的化学分析方法也有了自己的体系。草酸和尿素的合成、原子价概念的产生、苯的六环结构和碳价键四面体等学说的创立、酒石酸拆分成旋光异构体,以及分子的不对称性等等的发现,导致有机化学结构理论的建立,使人们对分子本质的认识更加深入,并奠定了有机化学的基础。
  【1 9世纪下半叶】热力学等物理学理论引入化学之后,不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念,而且可以定量地判断化学反应中物质转化的方向和条件。相继建立了溶液理论、电离理论、电化学和化学动力学的理论基础。物理化学的诞生,把化学从理论上提高到一个新的水平。
【二十世纪至今】
  二十世纪的化学是一门建立在实验基础上的科学,实验与理论一直是化学研究中相互依赖、彼此促进的两个方面。进入20世纪以后,由于受到自然科学其他学科发展的影响,并广泛地应用了当代科学的理论、技术和方法,化学在认识物质的组成、结构、合成和测试等方面都有了长足的进展,而且在理论方面取得了许多重要成果。在无机化学、分析化学、有机化学和物理化学四大分支学科的基础上产生了新的化学分支学科。
  近代物理的理论和技术、数学方法及计算机技术在化学中的应用,对现代化学的发展起了很大的推动作用。19世纪末,电子、X射线和放射性的发现为化学在20世纪的重大进展创造了条件。
  在结构化学方面,由于电子的发现开始并确立的现代的有核原子模型,不仅丰富和深化了对元素周期表的认识,而且发展了分子理论。应用量子力学研究分子结构,产生了量子化学。
  从氢分子结构的研究开始,逐步揭示了化学键的本质,先后创立了价键理论、分子轨道理论和佩位场理论。化学反应理论也随着深入到微观境界。应用X射线作为研究物质结构的新分析手段,可以洞察物质的晶体化学结构。测定化学立体结构的衍射方法,有X射线衍射、电子衍射和中子衍射等方法。其中以X射线衍射法的应用所积累的精密分子立体结构信息最多。
  研究物质结构的谱学方法也由可见光谱、紫外光谱、红外光谱扩展到核磁共振谱、电子自选共振谱、光电子能谱、射线共振光谱、穆斯堡尔谱等,与计算机联用后,积累大量物质结构与性能相关的资料,正由经验向理论发展。电子显微镜放大倍数不断提高,人们以可直接观察分子的结构。
  经典的元素学说由于放射性的发现而产生深刻的变革。从放射性衰变理论的创立、同位素的发现到人工核反应和核裂变的实现、氘的发现、中子和正电子及其它基本粒子的发现,不仅是人类的认识深入到亚原子层次,而且创立了相应的实验方法和理论;不仅实现了古代炼丹家转变元素的思想,而且改变了人的宇宙观。
  作为20世纪的时代标志,人类开始掌握和使用核能。放射化学和核化学等分支学科相继产生,并迅速发展;同位素地质学、同位素宇宙化学等交叉学科接踵诞生。元素周期表扩充了,已有109号元素,并且正在探索超重元素以验证元素“稳定岛假说”。与现代宇宙学相依存的元素起源学说和与演化学说密切相关的核素年龄测定等工作,都在不断补充和更新元素的观念。
  在化学反应理论方面,由于对分子结构和化学键的认识的提高,经典的、统计的反应理论以进一步深化,在过渡态理论建立后,逐渐向微观的反应理论发展,用分子轨道理论研究微观的反应机理,并逐渐建立了分子轨道对称守恒定律和前线轨道理论。分子束、激光和等离子技术的应用,使得对不稳定化学物种的检测和研究成为现实,从而化学动力学已有可能从经典的、统计的宏观动力学深入到单个分子或原子水平的微观反应动力学。
  计算机技术的发展,使得分子、电子结构和化学反映的量子化学计算、化学统计、化学模式识别,以及大规模术技的处理和综合等方面,都得到较大的进展,有的已经逐步进入化学教育之中。关于催化作用的研究,以提出了各种模型和理论,从无机催化进入有机催化和增物催化,开始从分子微观结构和尺寸的角度核生物物理有机化学的角度,来研究酶类的作用和酶类的结构与其功能的关系。
  分析方法和手段是化学研究的基本方法和手段。一方面,经典的成分和组成分析方法仍在不断改进,分析灵敏度从常量发展到微量、超微量、痕量;另一方面,发展初许多新的分析方法,可深入到进行结构分析,构象测定,同位素测定,各种活泼中间体如自由基、离子基、卡宾、氮宾、卡拜等的直接测定,以及对短寿命亚稳态分子的检测等。分离技术也不断革新,离子交换、膜技术、色谱法等等。
  合成各种物质,是化学研究的目的之一。在无机合成方面,首先合成的是氨。氨的合成不仅开创了无机合成工业,而且带动了催化化学,发展了化学热力学和反应动力学。后来相继合成的有红宝石、人造水晶、硼氢化合物、金刚石、半导体、超导材料和二茂铁等配位化合物。
  在电子技术、核工业、航天技术等现代工业技术的推动下,各种超纯物质、新型化合物和特殊需要的材料的生产技术都得到了较大发展。稀有气体化合物的合成成功又向化学家提出了新的挑战,需要对零族元素的化学性质重新加以研究。无机化学在与有机化学、生物化学、物理化学等学科相互渗透中产生了有机金属化学、生物无机化学、无机固体化学等新兴学科。
  酚醛树脂的合成,开辟了高分子科学领域。20世纪30年代聚酰胺纤维的合成,使高分子的概念得到广泛的确认。后来,高分子的合成、结构和性能研究、应用三方面保持互相配合和促进,使高分子化学得以迅速发展。
  各种高分子材料合成和应用,为现代工农业、交通运输、医疗卫生、军事技术,以及人们衣食住行各方面,提供了多种性能优异而成本较低的重要材料,成为现代物质文明的重要标志。高分子工业发展为化学工业的重要支柱。 20世纪是有机合成的黄金时代。化学的分离手段和结构分析方法已经有了很大发展,许多天然有机化合物的结构问题纷纷获得圆满解决,还发现了许多新的重要的有机反应和专一性有机试剂,在此基础上,精细有机合成,特别是在不对称合成方面取得了很大进展。
  一方面,合成了各种有特种结构和特种性能的有机化合物;另一方面,合成了从不稳定的自由基到有生物活性的蛋白质、核酸等生命基础物质。有机化学家还合成了有复杂结构的天然有机化合物和有特效的药物。这些成就对促进科学的发展起了巨大的作用;为合成有高度生物活性的物质,并与其他学科协同解决有生命物质的合成问题及解决前生命物质的化学问题等,提供了有利的条件。


  【化学发展的趋势】20世纪以来,化学发展的趋势可以归纳为:由宏观向微观、由定性向定量、由稳定态向亚稳定态发展,由经验逐渐上升到理论,再用于指导设计和开创新的研究。一方面,为生产和技术部门提供尽可能多的新物质、新材料;另一方面,在与其它自然科学相互渗透的进程中不断产生新学科,并向探索生命科学和宇宙起源的方向发展

归结起来,化学进化大体可以分为四个阶段:
第一,从无机小分子物质生成有机小分子物质;第二,从有机小分子物质形成有机高分子物质;第三,从有机高分子物质组成有机多分子体系;第四,从有机多分子体系演变为原始初级的生命。
物质的运动形式永远不会停止在一个水平上。当原始生命出现以后,物质形态的变化就从化学进化过程进入了生物的进化过程。

科学家们推断,地球诞生之初是一个炽热的火球。地球上的一切元素都呈现为气体状态。那时候的地球上绝不可能有生命存在。随着地球温度慢慢降低,在地球中心逐渐形成固体的行星胚胎,外层则是地球的第一代大气。对第一代大气人们所知不多,但它的主要成分是氢和氦这一点为科学界所公认。不过第一代大气寿命不长,只存在了几千万年,就在威力巨大的太阳风扫荡下,挣脱地球的引力,遨游太空去了。

其后,由于地球形成过程中内部剧烈的变化,火山活动频繁。地球内部物质分解产生的大量气体,随火山喷发而冲破地壳,逐渐形成第二代大气。第二代大气称为原始大气。原始大气的成分众说不一,但比较多的人认为主要是甲烷(CH4)、氨(NH3)、水蒸气(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)等等。它与现在大气成分完全不同,不是以游离氧、氮的分子状态出现,而是以化合物的形式存在。这些化合物的名声在今天人类的眼中可不太好,它们能使生命窒息,或使生命中毒,因此它们是一堆死物。但这些死物却是地球上产生生命物质的最原始的材料。

原始大气的各种成分,在宇宙射线、地球上的放射性物质、太阳紫外线、雷电闪光等自然界能量作用下,逐渐从无机物的小分子合成为氨基酸、嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖、卟啉等有机物小分子。这是化学进化的第一个阶段。实际上,在有机物小分子开始出现的时期,它们的生成速度很慢,数量也很少。不过自然界物质总数量巨大,形成各种新分子的机会总是有的,加上亿万年漫长时间的积累,地球上的有机物小分子就越来越丰富了。

在原始大气中,水蒸气是一个重要的成员。不过开始时,它是以热腾腾的蒸气形式存在于地表之上,并没有形成河流和海洋。随着地球温度的降低,水蒸气逐渐凝结成水,而大气中的有机物小分子就随水流到原始的海洋中。原始海洋中的有机物越来越丰富。而那时生命还没有出现,能够分解有机物的微生物还不存在,所以不会有发霉变质的可能。整个原始海洋就像一锅营养丰富而又温热清洁的“有机汤”,它的存在为进一步的化学进化创造了有利的条件。

在原始海洋中的有机物小分子氨基酸、核苷酸等,在长期的相互作用中,通过缩合、聚合等作用,许多小分子连在一起形成了大分子,这些大分子就是原始的蛋白质分子和核酸分子。从有机物小分子逐步形成有机物高分子的演化发展过程就是化学进化的第二个阶段。

在这里,必须提到碳元素的重要作用。碳原子的原子核外一共有6个电子,2个在内层,4个在外层。它不像化学元素周期表中第Ⅰ族的碱金属那样容易失去电子而表现为正价,也不像第Ⅶ族的卤素那样容易得到电子而表现为负价。它所形成的化合物,大多数都是以与其他元素共用电子对而形成的共价化合物。一般来说,共价键形成的分子极性不强,分子中原子的结合不如离子化合物那样牢固。但是碳元素处在第Ⅱ周期,它的原子半径比较小,最外层的负电子离原子核比较近,所以形成的共价键仍然比较牢固。碳原子的这种结构特点,为形成大分子甚至多分子物质提供了可能性。

核酸和蛋白质一样,也是生命的最基本物质之一。它是由许多个核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的高分子化合物。它的出现和形成与蛋白质有着类似的过程。地球上蛋白质和核酸的出现,标志着化学进化进入了重要的阶段,只要再向前走一步,生命的曙光就在前头。

由于原始海洋中蛋白质、核酸等各种有机高分子物质越积越多,浓度不断加大。在某种外部条件的作用下,这些有机高分子物质浓缩分离出来,相互作用聚集成小滴。这些小滴的外面包有最原始的界膜,使小滴内部与周围的海洋环境分开,形成独立的多分子体系。这样的独立多分子体系已经能够与外界的环境进行某种物质交换的活动。这是化学进化的第三阶段。再从多分子体系演变为原始初级的生命,就是化学进化的第四阶段。这个阶段是最复杂、最有决定意义的。但是从无生命到有生命的物质之间并没有一条绝对的分界线,也就是说,生命没有明确的起始点。虽然蛋白质和核酸是重要的生命物质,但它们还不具有生命的形态,只有当它们共同组成蛋白体的时候,生命现象才真正表现出来。蛋白体的特征是能够新陈代谢,能与周围环境进行物质和能量的交换,并且能在新陈代谢基础上保存自己、发展自己,还具有自我繁殖、维持物种延续的能力。



化学进化的具体过程是怎样的?
答:在原始海洋中的有机物小分子氨基酸、核苷酸等,在长期的相互作用中,通过缩合、聚合等作用,许多小分子连在一起形成了大分子,这些大分子就是原始的蛋白质分子和核酸分子。从有机物小分子逐步形成有机物高分子的演化发展过程就是化学进化的第二个阶段。在这里,必须提到碳元素的重要作用。碳原子的原子核...

化学进化的过程
答:草酸和尿素的合成、原子价概念的产生、苯的六环结构和碳价键四面体等学说的创立、酒石酸拆分成旋光异构体,以及分子的不对称性等等的发现,导致有机化学结构理论的建立,使人们对分子本质的认识更加深入,并奠定了有机化学的基础。 【1 9世纪下半叶】热力学等物理学理论引入化学之后,不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念...

化学进化的具体过程又是怎样的呢?
答:其后,由于地球形成过程中内部剧烈的变化,火山活动频繁。地球内部物质分解产生的大量气体,随火山喷发而冲破地壳,逐渐形成第二代大气。第二代大气称为原始大气。原始大气的成分众说不一,但比较多的人认为主要是甲烷(CH4)、氨(NH3)、水蒸气(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)、等等。...

简述生命起源的化学进化学说
答:1、无机分子形成 在早期的地球环境中,由于闪电、紫外线等作用,无机分子开始形成。2、有机分子的合成 这些无机分子通过一系列的化学反应,逐渐形成了复杂的有机分子。3、复杂分子的形成 这些有机分子通过自组织、自复制等过程,逐渐形成了更为复杂的分子结构。4、生命的诞生 在某个阶段,这些复杂的分子...

化学进化论的过程
答:化学进化的基本过程:地球内的温度很高,火山活动频繁,从火山喷出的许多气体构成了原始大气。一般认为原始大气包括CH4、NH3、H2、HCN,H2S、C0、C02和水蒸汽等,是无游离氧的还原性大气。其主要根据是:(1)射电望远镜无线电波谱分析表明,现在离太阳较远、变化较小的行星如木星、土星等的大气,都是由...

简述生命变化的化学进化全过程
答:这一段过程叫做化学演化.蛋白质出现后,最简单的生命也随着诞生了.这是发生在距今大约36亿多年前的一件大事.从此,地球上就开始有生命了.生命与非生命物质的最基本区别是:它能从环境中吸收自己生活过程中所需要的物质,排放出自己生活过程中不需要的物质.这种过程叫做新陈代谢,这是第一个区别.第二个区别是能繁殖...

化学进化论化学进化的过程
答:化学进化的过程,始于那颗孕育生命的原始地球。在初生地球的表面,地壳极其脆弱,内部高温促使火山频繁喷发,释放出的气体混合成原始大气,主要成分包括CH4、NH3、H2、HCN、H2S、C0和C02,以及大量的水蒸汽,这是一个没有游离氧的还原性环境。证据表明,类似现在离太阳较远、环境稳定的木星、土星等行星,其...

标题4.什么是化学进化论?如果发展成生命?分为哪些阶段?
答:化学进化的基本过程 孕育生命的原始地球 初生地球的地壳薄弱,地球内的温度很高,火山活动频繁,从火山喷出的许多气体构成了原始大气。由于原始大气中无游离氧亦未形成具氧层以阻挡、吸收太阳辐射的大部分紫外线,所以紫外线能全部射到地球表面,成为合成有机物的能源。此外,天空放电、火山爆发所放出的能、...

生命是如何诞生的(我是指有机物变成单细胞生物)?
答:化学进化:在原始地球条件下由无机物逐渐演变为原始生命体的过程。这个化学进化过程大致可分为下列四个阶段。 (1)由无机小分子物质(如氢、氨等)生成有机小分子物质(如氨基酸、含氮碱基、核糖或脱氧核糖等)。这个方面已为越来越多的模拟原始地球条件的实验所证明(见米勒模拟试验)(火山喷出气体,...

生命的起源-化学进化论证据( ),化学进化过程( ),化学进化论的内容:
答:第一个阶段,从无机小分子生成有机小分子的阶段,即生命起源的化学进化过程是在原始的地球条件下进行的,这一过程教材中已有叙述,这里不再重复。需要着重指出的是米勒的模拟实验(见下图)。在这个实验中,一个盛有水溶液的烧瓶代表原始的海洋,其上部球型空间里含有氢气、氨气、甲烷和水蒸汽等“还原性...