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化學的歷史年表(科學史)#

化學是研究物質組成、結構、性質與變化的科學。從 1661 年 Boyle 重新定義「元素」,經 Lavoisier 的定量革命、Dalton 的原子說、Mendeleev 的週期表,到量子化學與 DNA 結構,化學史就是一部「物質的祕密如何被推理揭開」的偵探史。本書並附「材料發明專輯」:從史前玻璃、青銅到高溫超導與藍光 LED,材料史上每一個「不可能」都是一宗待破的案。

本書以「推理探案」的方式,為每個歷史事件寫一篇 wiki,包含前因後果、數學式、理論與程式。每篇檔名以年份開頭。

目錄(Wiki 書篇目)#

第一幕:從煉金術到定量革命(1661–1808)#

年份 事件 Wiki
1661 Boyle《懷疑派化學家》重新定義元素,擺脫四元素說 1661-Boyle元素概念.md
1754 Black 發現二氧化碳(「固定空氣」),開啟氣體化學 1754-Black二氧化碳.md
1766 Cavendish 發現氫氣(「可燃空氣」) 1766-Cavendish氫氣.md
1774 Priestley 加熱氧化汞得到氧氣 1774-Priestley氧氣.md
1774 Scheele 發現氯氣(「脫燃素鹽酸空氣」) 1774-Scheele氯氣.md
1791 Leblanc 蘇打製造法,工業化學之始 1791-Leblanc蘇打工業.md
1777 Lavoisier 提出氧化說,推翻燃素說 1777-Lavoisier氧化說.md
1789 Lavoisier《化學基礎論》:質量守恆定律與元素表 1789-Lavoisier質量守恆.md
1799 Proust 定比定律(定組成定律) 1799-Proust定比定律.md
1803 Dalton 原子說:物質由原子構成、化合以整數比 1803-Dalton原子說.md
1808 Gay-Lussac 氣體化合體積定律 1808-GayLussac氣體定律.md
1800 Volta 發明電池(伏打電堆),電化學之源 1800-Volta電池.md
1807 Berzelius 現代化學記號(元素符號)與電化二元論 1807-Berzelius化學記號.md

第二幕:原子、分子與有機化學(1811–1874)#

年份 事件 Wiki
1811 Avogadro 提出分子概念與分子數假說 1811-Avogadro分子假說.md
1825 Faraday 從煤焦油分離出苯 1825-Faraday苯.md
1828 Wöhler 由無機物合成尿素,活力論之死 1828-Wohler尿素合成.md
1839 Goodyear 發明橡膠硫化法 1839-Goodyear硫化橡膠.md
1842 Liebig 農業化學:礦質營養學說 1842-Liebig農業化學.md
1859 Bunsen-Kirchhoff 光譜分析,光譜化學誕生 1859-Bunsen光譜分析.md
1834 Faraday 電解定律:電量與化學變化的定量關係 1834-Faraday電解定律.md
1840 Hess 總熱量守恆定律(蓋斯定律) 1840-Hess定律.md
1848 Pasteur 分離酒石酸鏡像晶體,手性分子之始 1848-Pasteur手性分子.md
1856 Perkin 偶然合成苯胺紫,第一個合成染料 1856-Perkin合成染料.md
1852 Frankland 提出「價鍵」(valence)概念 1852-Frankland價鍵概念.md
1858 Kekulé 與 Couper 提出碳四價與碳鏈結構 1858-Kekule碳四價.md
1860 Cannizzaro 在 Karlsruhe 會議重整原子量 1860-Cannizzaro原子量重整.md
1865 Kekulé 揭示苯的環狀結構 1865-Kekule苯環.md
1869 Mendeleev 發表週期表並預言未知元素 1869-Mendeleev週期表.md
1874 van't Hoff 與 Le Bel 提出四面體碳,立體化學誕生 1874-vantHoff立體化學.md

第三幕:熱力學、動力學與放射性(1876–1913)#

年份 事件 Wiki
1876 Gibbs 化學熱力學:自由能與化學平衡 1876-Gibbs化學熱力學.md
1884 Ostwald 與化學平衡、催化理論 1884-Ostwald催化與平衡.md
1887 Arrhenius 電解質解離說 1887-Arrhenius電解解離.md
1887 van't Hoff 滲透壓定律 \(\pi V = nRT\) 1887-vantHoff滲透壓.md
1893 Werner 配位化學理論 1893-Werner配位化學.md
1889 Arrhenius 活化能與速率常數方程 \(k = Ae^{-E_a/RT}\) 1889-Arrhenius活化能.md
1896 Becquerel 發現放射性;居禮夫婦分離釙與鐳 1896-Becquerel放射性.md
1898 Ramsay 發現氦氖氬氪氙,惰性氣體族 1898-Ramsay惰性氣體.md
1909 Haber 合成氨法與 Sørensen pH 概念 1909-Haber合成氨與pH.md
1911 Rutherford 發現原子核(α 粒子散射實驗) 1911-Rutherford原子核.md
1913 Soddy 同位素與 Moseley 原子序 1913-Soddy同位素與Moseley原子序.md
1913 Bohr 原子模型解釋氫光譜 1913-Bohr原子模型.md
1912 Bragg 定律與 X 射線晶體繞射 1912-Bragg晶體繞射.md
1925 Pauli 不相容原理:電子組態之謎 1925-Pauli不相容原理.md
1939 Hahn-Strassmann-Meitner 發現核分裂 1939-Hahn核分裂.md
1940 Seaborg 合成超鈾元素 1940-Seaborg超鈾元素.md

第四幕:鍵結、量子化學與現代化學(1916–至今)#

年份 事件 Wiki
1916 Lewis 提出共價鍵與電子對理論 1916-Lewis共價鍵.md
1912 Staudinger 提出高分子(聚合物)概念 1912-Staudinger高分子化學.md
1923 Brønsted-Lowry 質子酸鹼理論 1923-Bronsted酸鹼理論.md
1929 Carothers 合成尼龍,聚合反應工程 1929-Carothers尼龍.md
1938 Plunkett 偶然發現聚四氟乙烯(鐵氟龍)PTFE 1938-Teflon與偶然發現.md
1944 Libby 碳十四放射性定年 1944-Libby碳十四定年.md
1952 Miller-Urey 原始湯實驗:生命起源化學 1952-MillerUrey原始湯.md
1953 Ziegler-Natta 催化聚合,塑膠工業革命 1953-ZieglerNatta催化聚合.md
1962 Bartlett 合成第一個惰性氣體化合物 XePtF6 1962-Bartlett惰性氣體化合物.md
1927 Heitler-London 量子力學處理氫分子,量子化學誕生 1927-HeitlerLondon氫分子.md
1931 Pauling 價鍵理論與雜化軌域 1931-Pauling價鍵理論.md
1931 Hückel 分子軌域法與芳香性規則 \(4n+2\) 1931-Huckel分子軌域法.md
1951 Pauling 蛋白質 \(\alpha\) -螺旋結構 1951-Pauling螺旋結構.md
1953 Watson-Crick 解開 DNA 雙螺旋之謎 1953-WatsonCrickDNA.md
1964 Hohenberg-Kohn 定理與密度泛函理論(DFT) 1964-密度泛函理論.md
1965 Woodward-Hoffmann 規則:軌域對稱性決定反應路徑 1965-WoodwardHoffmann規則.md
1985 Kroto 等人發現 C60 富勒烯(足球烯) 1985-C60富勒烯.md
1981 Binnig-Rohrer 發明掃描穿隧顯微鏡(STM),看見原子 1981-STM掃描穿隧顯微鏡.md
2004 Geim-Novoselov 分離出石墨烯 2004-石墨烯.md
1995 計算化學軟體普及:從量子力學到分子模擬 1995-計算化學.md
2012 Doudna-Charpentier CRISPR-Cas9 基因剪刀 2012-CRISPR基因剪刀.md

第五幕:材料發明專輯(-3500–1993)#

材料發明是化學史上另一條主線:從工匠的經驗配方,到結構–性質的理論調控。本專輯以「推理探案」方式追查每一種材料背後的謎題——沙子為何燒不熔、純銅為何太軟、鋼瓶裡的氣體去哪了、一鍋稀湯憑什麼值得堅持。

年份 事件 Wiki
-3500 美索不達米亞/埃及工匠以泡鹼助熔,發明玻璃(矽+鈉+鈣三元配方) -3500-玻璃.md
-3300 西亞刻意配製銅錫合金,青銅時代開始(第一種設計出的合金) -3300-青銅冶煉.md
-0150 羅馬以火山灰+石灰+海水製混凝土,海裡越泡越硬之謎 -0150-羅馬混凝土.md
1746 Roebuck 鉛室法大量製硫酸:第一個工業規模催化循環(早於催化理論 140 年) 1746-Roebuck鉛室法硫酸.md
1824 Aspdin 波特蘭水泥專利:水泥是水化凝固,不是晾乾 1824-Aspdin波特蘭水泥.md
1886 Hall-Héroult 冰晶石熔鹽電解鋁,鋁從珠寶變工業金屬 1886-Hall電解鋁.md
1888 Reinitzer 發現苯甲酸膽甾酯兩個熔點,液晶作為物質第四態 1888-Reinitzer液晶.md
1907 Baekeland 電木(酚醛樹脂):第一個全合成塑膠,熱+壓控制交聯 1907-Baekeland電木.md
1933 ICI 高壓法聚乙烯:不可重現的白蠟,破案關鍵是 0.01% 的氧 1933-ICI聚乙烯.md
1965 Kwolek 發明克維拉:液晶紡絲的芳族聚醯胺,比強度 5 倍鋼 1965-Kwolek克維拉.md
1986 Bednorz-Müller 鑭鋇銅氧高溫超導,1987 YBCO 超越液氮溫度 1986-BednorzMuller高溫超導.md
1993 Nakamura 量產藍光 LED(GaN),破解氫鈍化鎂之謎,白光照明革命 1993-Nakamura藍光LED.md

材料發明相關的既有篇目:1839-Goodyear硫化橡膠.md、1856-Perkin合成染料.md、1909-Haber合成氨與pH.md、1912-Staudinger高分子化學.md、1929-Carothers尼龍.md、1938-Teflon與偶然發現.md、1953-ZieglerNatta催化聚合.md、1985-C60富勒烯.md、2004-石墨烯.md。

因果鏈總覽#

煉金術四元素說
    │
    └─ Boyle元素 (1661) ── 氣體化學 (Black 1754 / Cavendish 1766 / Priestley 1774)
                              │
                              └─ Lavoisier氧化說 (1777) ── 質量守恆 (1789) ── 定比定律 (1799)
                                        │
                                        └─ Dalton原子說 (1803) ── Gay-Lussac (1808) ── Avogadro (1811)
                                              │                                              │
                                              │                                              └─ Cannizzaro原子量 (1860)
                                              │                                                      │
                                              └─ Wöhler尿素 (1828) ── 有機化學 ── 價鍵 (1852/1858) ── Mendeleev週期表 (1869)
                                                      │                    │                              │
                                                      │                    └─ Kekulé苯環 (1865)           └─ Moseley原子序 (1913)
                                                      │
                                                      └─ van't Hoff立體化學 (1874) ── 立體選擇性 ── Woodward-Hoffmann (1965)
    │
    ├─ Gibbs熱力學 (1876) ── 化學平衡 (1884) ── 動力學 (1889) ── 化學工業
    │
    ├─ Faraday電解 (1834) ── Arrhenius解離 (1887) ── 離子鍵概念 ── Lewis共價鍵 (1916)
    │                                                              │
    │                                                              └─ Bohr模型 (1913) ── 量子化學 (1927) ── Pauling (1931/1951) ── DNA (1953)
    │
    ├─ 放射性 (1896) ── 同位素 (1913) ── 核化學
    │
    ├─ 材料發明專輯:
    │    ├─ 玻璃 (-3500):泡鹼助熔 ── 透明器皿 ── 氣體化學/光學革命
    │    ├─ 青銅 (-3300):合金設計 ── 位錯/相圖 ── 鐵與鋼
    │    ├─ 羅馬混凝土 (-0150):火山灰反應 ── 自癒晶體 ── 波特蘭水泥 (1824)
    │    ├─ 鉛室硫酸 (1746):NOx 催化循環 ── Ostwald 催化理論 (1884) ── 化學工業
    │    ├─ 電解鋁 (1886):Faraday 電解 (1834) ── 冰晶石熔鹽 ── 輕金屬時代
    │    ├─ 液晶 (1888):兩個熔點 ── 有序參數 ── LCD ── 液晶紡絲/克維拉 (1965)
    │    ├─ 電木 (1907):交聯網路 ── Flory 凝膠 (1941) ── 塑膠工業 ── 尼龍 (1929)
    │    ├─ 聚乙烯 (1933):高壓+0.01%氧 ── 自由基聚合 ── Ziegler-Natta (1953)
    │    ├─ 高溫超導 (1986):混價摻雜 ── 杯銅氧化物 ── 理論懸案(未結案)
    │    └─ 藍光LED (1993):GaN 結晶+氫鈍化偵查 ── 白光照明革命
    │
    └─ 量子力學 ── DFT (1964) ── 計算化學軟體 (1995)

寫作方式說明#

每篇 wiki 採「推理探案」結構:

  1. 案發現場(前因):當時的未解之謎是什麼?誰遇到的?為何重要?
  2. 偵查過程(推理):化學家如何思考?關鍵實驗與靈感為何?逐步推導核心數學式與理論。
  3. 結案報告(後果):謎題如何解?留下什麼遺產?影響了哪些後續發展?
  4. 證據與工具:數學式、理論推導,以及 Python 程式(如化學平衡計算、分子模擬示範)。