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凯库勒原学建筑专业，自听了李比希的报告后，对化学产生了浓厚兴趣，
于是决心改换专业，拜李比希为师，从事化学研究。凯库勒最早提出原子价
概念并最早建立有机化合物的结构式，这正是他对化学的重大贡献。凯库勒
在1857年提出用“原子数”或“原子亲合力单位”来表示各种元素的化合力。
他还指出，不同元素的原子在化合时总是倾向于遵循亲合力单位数量等价的
原则。这是原子价概念的最初描述。后来，德国的迈尔于1864年在凯库勒研
究的基础上，进一步提出了“原子价”这一名词术语，并建议用之代替“原
子数”和“原子亲合力单位”，从此建立起原子价学说，各种元素在相互化
合时所遵循的变化规律即被人们所认识。凯库勒还进一步根据原子价确定化
学结构式。他确定碳原子为四价，并提出了碳链结构说，意指碳原子之间可
以自行相连形成碳链，这一学说为有机结构理论的建立奠定了基础。或许是
受建筑学形象思维的启发，凯库勒把建筑学中的“结构”概念引入了化学研
究，于是1865年他推测苯分子为环形结构，并列出了苯的结构式：
■
凯库勒这一创造性的想象把人们对苯的认识提高到一个新水平，从而将
苯的研究推进到一个高的阶段。
1866年，法国化学家拜特洛由乙炔合成苯：3CH→CH。维勒的一大贡
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献是实现了人工合成尿素，首开了有机化学的先河。但从化学反应的角度观
之，尿素仅是氰酸氨分子内原子排列的改变。因此，严格来讲拜特洛的由乙
炔合成苯的反应，才能称之为真正的有机合成。“合成化学”一说系由此而
来。
霍夫曼本是法律专业的学生，因受李比希影响而转攻有机化学。后李比
希应邀赴英讲学，霍夫曼随师前往，并在英国出任教授。因当时钢铁工业发
展很快，急需大量焦炭，因而促进了炼焦工业的发展。在用煤炼焦时，分离
出大量废弃物煤焦油。究竟煤焦油有没有用场，能不能做化工原料？这个问
题引起人们的重视。尤其是霍夫曼对此极为关注。在客居英国的20年中，他
一直致力于苯胺的研究。1850年，霍夫曼和德国化学家翁沃多本（1806—
1873）从煤焦油中提取出苯胺（安尼林油），霍夫曼还证明在煤焦油里含有
重要的化工原料——苯。从此煤焦油成为制造染料、医药和各种化工原料的
宝库。也就在这一时期产生了以煤为主要原料的煤焦油系衍生物工业。霍夫
曼在一个偶然的机会里结识了年仅18岁的大学生帕金。帕金当时虽是英国皇
家理科学院化学专业的学生，但霍夫曼毅然启用帕金为助教，使帕金很快脱
颖而出成为英国化学界的一颗明星和合成化学工业的先驱。霍夫曼正所谓慧
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眼独具识帕金。 1856年，霍夫曼提出，可用氧化苯胺衍生物制造疟疾特效
药奎宁，并将这一研究任务交给了帕金。缺乏经验的帕金，根据老师霍夫曼
的安排，在实践中谨慎地摸索。他把从煤焦油中提取的苯胺加入重铬酸钾后，
与硫酸化合得到一种黑色物质，再加入酒精则变成一种紫红色的物质，试验
后方知这是一种很好的染料——苯胺紫——第一种人造染料。这一歪打正着
的发现，使帕金兴奋异常，并迅即申请了专利。当年帕金退学兴办实业，第
二年创立了合成染料公司。帕金不但发展了人工合成颜料技术，并使之实现
了工业化生产。帕金在23岁时已成为英国的著名企业家和染料权威。帕金的
成功，使合成染料的研究出现了高潮。帕金后于1868年，由水杨醛合成香豆
素，此为人工合成天然香料之始，从此开辟了合成香料工业的新领域。1858
年，霍夫曼研制成功红色染料——“碱性品红”。1860年，他又研制成功蓝
色染料——苯胺蓝，继之又使苯胺黄、“霍夫曼紫”等陆续问世。1863年，
德国的格里斯 （1829—1888）制成具有偶氮基因的化合物，从中导出了一个
新系的偶氮染料。1865年后，化学家们受凯库勒研究方法的启发，开始从结
构化学的角度去研究人造染料。这时对合成染料的研究开始集中在茜素和靛
蓝这两大天然染料的人工合成上。茜素和靛蓝都是化学先进的德国研制成功
的。更具体地说都是由柏林大学拜耳研究室完成的。曾在染料公司工作过的
两位年轻人利伯曼和格雷贝，先后来到拜耳研究室工作，1866年，他们运用
分子结构概念，分析天然染料茜素，发现茜草中的茜素与煤焦油中的蒽的衍
生物相同。这一发现表明茜素完全可以人工合成。他们把实践经验和良好的
科研条件有机地结合起来，很快在1869年采用强碱共溶方法，从煤焦油中获
得与天然茜素完全相同的产物，实现了茜素的人工合成。这也是第一次人工
合成天然染料。之后，他们与巴登苯胺烧碱公司的总技师卡罗合作，于1872
年使茜素成功地投入工业化生产，从此人工合成的茜素完全取代了天然茜
素。1865年，拜耳开始研究靛蓝的化学结构，1878年拜耳研究成功由靛红还
原得到靛蓝，后又实现了靛蓝的人工合成。1897年巴登苯胺烧碱公司的郝依
曼使靛蓝成功地实现了工业化生产。从而结束了由植物中提取靛蓝的历史。
霍夫曼 1863年返回德国，在柏林大学建立了较大规模的有机化学实验
室，并引进了英国人造染料的专利，后为德国染料、香料等有机合成制品迅
速转入工业化生产发挥了作用。
在19世纪末叶，以煤焦油为原料的有机合成工业达到了相当的规模。德
国人从煤焦油中提取出大量的芳香族化合物，以此为原料合成了染料、药品、
香料、炸药等多种有机产品。1870—1900年，靠煤化学起家的德国，其有机
化学工业从品种、数量到质量，在世界上都占据了领先地位。1888年，人们
用焦炭做原料制成了电石。电石水解又可获得乙炔，乙炔又能用来合成苯及
其他有机产品。19世纪末到20世纪初，美国的“标准石油公司”取得了分
解石油的方法，为汽车工业的发展创造了条件。在药物化学方面，有机化学
药物的人工合成业已开始，并取得一定成效。1883年合成了安替比林，1887
年合成非那西汀，1899年合成阿斯匹林（水杨酸）。从此产生了一个化学药
物学派。其主要创始人，德国生物化学家艾立希（1854—1915），1912年合
成了能杀灭梅毒螺旋菌的“六0六”——盐酸二氨基联砷酚。
此外，用化学方法还人工合成了一些新材料。德国化学家帕克在 1865
年，美国海亚德在1869年分别人工合成第一种热塑性塑料赛璐璐。随后德、
美、法等国相继建立了赛璐璐工厂。1872年德国化学家拜耳提出，苯酚与甲
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醛在酸存在下，能形成树脂状物质。1891年，克莱贝格用浓盐酸处理这种树
脂状物质，得到既难溶又不熔的多孔性物质，但无法结晶提纯，以后又有许
多人进行了这方面的研究工作，想制得不溶性虫胶代用品。1889年法国工程
师查唐纳特（1839—1924）和德国化学家约斯特、卡多雷特首次制成硝酸纤
维人造丝并投入生产。1893年德国化学家克劳斯（1865—1935）、贝范、毕
德尔等人又发明了制造粘胶丝的化学方法，并且开始了工业化生产。
柏采留斯在 1835年提出了催化和催化剂的概念并证明催化现象在化学
反应过程中普遍存在。到1875年德国化学家温克勒（1838—1904）用铂石棉
作催化剂制造硫酸，开始了硫酸接触法的工业化生产。更重要的是1897年—
1900年间，法国化学家萨巴梯尔（1854—1941）又用还原镍粉催化乙炔及苯
的加氢反应。这种催化方法在把劣质汽油改变为高率烷值汽油以及把低熔点
脂肪改变为高熔点脂肪中应用成功，开辟了有机氢化催化工业的发展途径。
19世纪中叶对天然高分子进行化学改性，而后发展到高分子合成。在这一历
史时期，以煤、焦炭、石油为原料的有机化学工业得到迅速发展，人工合成
技术取得了巨大进步。
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六、炼钢技术的成熟和钢铁工业的发展
法国巴黎的埃菲尔铁塔，巍峨屹立耸入云霄，堪为当今世界的一大景观。
这座高达300米的庞然大物，完全是用钢铁构筑而成。它建造于1889年，恰
好成为19世纪末兴起的钢铁技术的象征。
1。从铁到钢的变化
炼铁，在公元前就已有之。到了14世纪，欧洲已发展到高炉炼铁时代。
18世纪初，焦炭炼铁取得成功，木炭逐渐被焦炭所代替。18世纪后期，炼铁
中开始使用蒸汽动力鼓风，实现了高温操作，同时，高炉脱硫亦获得成功，
炼铁技术遂进入了焦炭时代。
随着欧美产业革命的成功，工场手工业逐渐为机械大工业所代替。由于
机器的大量制造和使用，铁便成为最基本的工业材料，需求量迅速增加。加
之铁路铺设、轮船建造、武器制备和建筑材料的生产等，都需要用大量的铁，
因此，铁的产量虽几经翻番，但仍不能满足社会的需求。
一方面铁的需要量日益增加，另一方面铁的弱点也越来越引起人们的重
视。生铁太脆，熟铁太软，由于它们都缺少工业材料所要求的韧性，因此必
然使铁的应用受到限制。在这种情况下，用铁炼钢，炼出大量的优质钢自然
成了人们共同关注的问题和追求的目标。
在19世纪以前，已经有了使熟铁渗碳的“泡钢法”、用坩埚炼钢的“铸
钢法”和用反射炉搅动铁水炼钢的“搅钢法”。这几种炼钢技术和高炉炼铁
技术一起，形成当时较为完整的钢铁技术体系。
英国的本杰明·亨兹曼发明了铸钢法，实现了由铁到钢的重大技术转折。
1740年，本是钟表匠的亨兹曼开始了炼钢法的研究，其目的是要得到制造钟
表的优质材料。他在“泡钢”的基础上发明了“铸钢”。他把“泡钢”放在
坩埚内，再在坩埚内的金属里加入少量木炭和熔剂，用焦炭做燃料，在熔炉
中进行高温熔化，除去杂质，然后将坩埚内的钢水倒在模子里铸成钢棒，“铸
钢”因此而得名。使用时，将铸钢切制成钢条，因其具有较高的机械性能和
较好的韧性，故可做发条和刃具。1783，亨利·考特发明了搅钢法，是用烧
煤的反射炉熔铁，用火中的氧脱碳，为了加快反应速度要不停地进行搅拌，
故为“搅钢法”。用这种方法炼出的铁易熔化和锻打，因此相对于含碳量高
的生铁来说，它被称之为“熟铁”。“泡钢法”的应用比“铸钢法”和“搅
钢法”稍早一些，生产工艺和技术也比较简单。它是把熟铁条放在木炭上，
加热10天左右，使之吸收一定量的碳质即成泡钢。这些方法效率都很低，产
量也极其有限，因此无法满足社会生产对钢材的需求。要解决这一难题，必
须研究先进高效的炼钢方法。
2。炼钢方法的变革
在探索大规模炼钢技术的过程中，可谓经历了三个阶段。一是贝塞麦炼
钢法首创转炉炼钢新技术；二是德国的西门子和法国的马丁发明了平炉炼钢
法，炼出了优质钢；三是托马斯炼钢法脱磷成功，在欧洲各国得到迅速推广。
由于平炉、转炉炼钢新技术的广泛采用，从而推动了钢铁工业的大发展。在
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研究新的炼钢方法方面应当说最早的成功者是英国人威廉·凯利 （1811—
1888）。他在肯特郡开设了铁工厂。1847年的一天，他偶然发现一种现象，
当精炼生铁时，如果少放一些木炭燃料而多向炉内鼓进空气，反而能使炉温
升高。他把这种方法称作“空气沸腾法”。采用这种方法，不但可以节省燃
料，还可把铁炼成钢。1851年，凯利根据这个方法建造了炼钢炉，但他严格