化学结构

当今世界，科学技术发展日新月异，作为自然科学重要组成部分的化学，在今天的食品、医药、能源、航空航天、军事制造等领域发挥着重要作用。说到这，可能有人会问：“我是专门造汽车的，那么化学跟我有什么关系呢？”那么有一句经典的回答：“放一把火把这辆车烧掉，剩下的东西就和化学毫无关系了”。

从今天气，笔者将带着大家回顾一下化学这门古老而又活力无限的学科在人类浩瀚历史长河中所走过的道路。今天，首先讲的是人类对物质的本质的认识，因为这是化学的理论基础。

宇宙，浩瀚无垠。但人类对宇宙的认识，依然十分有限。而对宇宙的基本认识，大致是相同的，那就是，宇宙都是由物质组成。而物质又分为实物和场。那么，我们所能看到的实物，它们基本的组成单位就是元素。今天，一说到元素，但凡具备了初中化学知识，我们都能马上想到化学元素，如氢、氦、锂、铍、硼，等。但是，人们对元素的认识，却经历了五六千年的曲折路程。

四元素说

人类对元素的认识起源于公元前两千年左右，源于四大文明古国。最早，人们认为世界源于一种元素，一说是“水”，一说为“火”。不论人们如何主张，始终不能完全解释自然界万物万象。于是，到了古巴比伦和古埃及文明时期，人们认为元素就是水、空气和土看作宇宙的主要组成元素，而到了古希腊，则发展为四元素说，即土、气、水和火。而作为世界古代文明重要的组成部分，中国文明，则把元素归为“五行学说”，而且“五行学说”揭示了相生相克的原理。

五行学说

水生木

水生木

水生木是一种最直观的感受。事实上，世界上所有文明的起源，都离不开水。中国的黄河长江诞生了中华文明，印度的恒河诞生了古印度文明，埃及的尼罗河诞生了古埃及文明。有水的地方就有植物，而有了植物才会有一整套的食物链产生。因此，水生木是最直观的理解。然而，为什么不是土生木呢？这里，也是经过古代哲学家的思考，他们发现，只有湿润的土地才能生长植物。而且，在河中的水藻或苔藓也并没有附着在土壤之上。因此，最后的总结就是水生木。

木生火

木生火

火是一种自然力。在远古时期，雷鸣闪电可以引发森林大火，而当时的人们只发现只有植物才能被烧。而且，引发火灾的不仅只有天上的落雷，有时候陈年积累下来的落叶、树枝等，由于腐败菌微生物的作用，持续发酵，产生热量，而堆积在一起的木质、纤维等材料的隔热效果，致使产生的热量不能及时散发，当热量达到这些材料的着火点，引发大火。再后来，人们发现了钻木取火的方法，这是完全通过木棒之间的摩擦而产生的起火现象，因此，木生火也是人类长时间观察和生活实践所得到的理论结果。

火生土

火生土

一种简单的解释，说土壤需要阳光的照射。事实上，很简单的道理，那就是当经过燃烧的材料，当火熄灭之后，留下的灰烬，就是和土壤差不多性质的物质。因此，土壤被认为是火燃烧后的产物，因此人们认为是火生土。事实上，被火燃烧所留下的灰烬，里面充满了矿物质盐，它们对植物生长有着极其重要的促进作用，因此可以视为土壤。然而今天我们知道，液体的燃烧几乎不留下灰烬。而当时的人们看到的更多现象，均是木质材料的燃烧，因此总会留下灰烬。

土生金

土生金

金属的发现最早源于新石器时代。当时，随着人们掌握了火的技术，不断打制石器工具为己所用，在烤制工具的时候，无意间可以发现高温下可以流动的液体，但等到冷却，就变成比石头更加有韧性、更加好用的材料。第一个被人类发现的金属是铜，在此之后，不断有心的金属被发现。它们的发现，都离不开石头，而石头又源于土地，被视为土。因此，土生金就是人们从土壤中获得金属的一种直观发现。

金生水

金生水

金属是有光泽的物质，是坚硬的物质。这一点，怎么就跟水联系在一起了呢？目前大伙也是众说纷纭。有人认为，铁在熔化了的状态那就是液体，因此金生水。然而，熔化后的液体和水完全是两个概念。即使是常温状态下，呈液体状的金属汞也是存在的，但没有人会把汞当作是水。也有说法，必须拿金属制成的工具，才能开凿水渠，找到水源。然而，这种说法也不正确。因为开凿水渠，不一定非得是金属材料制成的工具，甚至是用双手，也可以刨开土地找水的。那么该怎样理解金生水这一理论呢？

大家不要忘了，古人的科学实践，主要是靠观察。我们都有一个常识，当我们冬天在一个温暖的屋子里，窗上的玻璃往往在温暖的内侧会起雾，逐渐形成水滴。同样，在炎热的夏天，我们家中的自来水管会“出汗”；而且，戴眼镜的培养会有个经验，那就是夏天从空调房出来，或者冬天从外面进入到一个温暖的房间的时候，眼镜上会起雾。这个道理，就是因为在气压相同的情况下，由于内外温差不同，所造成的水蒸气凝结成水的温度不同，从而造成在温热的一面水蒸气遇冷从而降低了形成水滴的温度，进而形成水。古人不懂这些，但他们从户外做完劳动，总要回家。当天气寒冷的时候，金属制品本身较冷，因此进入房间的时候，金属制品表面会形成水滴，因此说是金生水。

金属表面的“汗滴”

说到这，有人可能不信，说有的金属用具是套在木棒上的，那么木棒不也要受冷产生水吗？别忘了，金属是热的良导体，本身就因温度的变化而温度变化较大。而且，金属表面结水显而易见。因此，笔者认为，古人所认为的“金生水”就是源于温差变化而导致的金属表面结成液体水的现象。

说完了五行相生，那么五行相克又是怎么回事呢？这里所谓的“克”就是消除的意思。比如，土克水，那就是说土能把水吸收，让它消失。木克土，也是一样的道理，就是让土壤消失。事实上，让土壤消失是不可能的，但植物的生长由于需要大量的矿物质无机盐，因此土壤中会被消耗一部分。但还有说法，那就是木的生长可以固定住土地，不让它随风飘扬。在这里，比较难理解的可能是“金克木”。这又是如何解释呢？大部分人的观点，那就是随着金属的发现，青铜器时代和铁器时代的到来，人们发现，金属制品比石器更加好用，金属所铸成的利剑胜过木棒子做成的武器，因此更加厉害。被金属所制成的刀具劈过的木质材料再也拼不回原来的形状，因此，“金克木”。

金克木

然而，在中国的五行相生相克理论中，还有一个“反克”理论，即水克土、土克木、木克金、金克火、火克水。这一解释，可以解释水土流失、金属棒压灭火苗、木头太硬而使刀口卷刃等自然现象，这里其实还暗含了一个量变和质变的理论。

中国古代的“五行学说”和外国古代的“四元素学说”事实上都是古人对生活的观察与实践总结，虽然粗糙，但也告诉了后人，我们的祖先和我们一样对自然是充满了好奇心和求知欲的。正是他们的努力，我们的科学发展才会步步攀升。

火——化学发展的见证

回顾所讲，不论是西方的“四元素说”还是中国的“五行学说”，它们都有一个共同的物质，那就是火。火的使用给人们的生活带来方便，那么火与化学究竟有着多么密切的联系呢？我们下一讲再说。

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