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  • 锂(Lithium),是一种化学元素,它的化学符号是Li,它的原子序数是3,三个电子其中两个分布在K层,另一个在L层。锂是碱金属中最轻的一种。锂常呈+1或0氧化态,是否有-1氧化态則尚未得到证实。但是锂和它的化合物并...

    锂(Lithium),是一种化学元素,它的化学符号是Li,它的原子序数是3,三个电子其中两个分布在K层,另一个在L层。锂是碱金属中最轻的一种。锂常呈+1或0氧化态,是否有-1氧化态則尚未得到证实。但是锂和它的化合物并不像其他的碱金属那么典型,因为锂的电荷密度很大并且有稳定的氦型双电子层,使得锂容易极化其他的分子或离子,自己本身却不容易受到极化。这一点就影响到它和它的化合物的稳定性[2]。锂的英文为Lithium,来源于希腊文lithos,意为“石头”。Lithos的第一个音节发音“里”。因为是金属,在左方加上部首“钅”。
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    银白色的金属。密度0.534克/厘米3。熔点180.54℃。沸点1317℃。是最轻的金属。可与大量无机试剂和有机试剂发生反应。与水的反应非常剧烈。在500℃左右容易与氢发生反应,是唯一能生成稳定得足以熔融而不分解的氢化物的碱金属,电离能5.392电子伏特,与氧、氮、硫等均能化合,是唯一的与氮在室温下反应,生成氮化锂(Li3N)的碱金属。由于易受氧化而变暗,故应存放于液体石蜡中。

    锂在自然界中丰度较大,居第27位,在海水中大约2600亿吨锂,在地壳中约含0.0065%。锂仅以化合物的形式广泛存在于自然界中。锂的矿物有30于种,主要存在于锂辉石(LiAlSi2O6)和锂云母以及透锂长石((LiNa)AlSi4O10)和磷铝石中。在人和动物的有机体、土壤和矿泉水、可可粉、烟叶、海藻中都有锂的存在。人和动物体内也有极少的锂存在。体重70公斤的正常人体中,锂的含量为2.2毫克。

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    发现人:阿尔费德森 发现年代:1817年发现过程:从金属与酸作用所得的气体中发现氢。 1817年,瑞典的阿尔费德森,最先在分析透锂长石时发现了锂。

    锂是继钾和钠后发现的又一碱金元素。发现它的是瑞典化学家贝齐里乌斯的学生阿尔费特森。1817年,他在分析透锂长石时,最终发现一种新金属,贝齐里乌斯将这一新金属命名为lithium,元素符号定为Li。

    该词来自希腊文lithos(石头)。锂发现的第二年,得到法国化学家伏克兰重新分析肯定。到1855的年本生和马奇森采用电解熔化氯化锂的方法才制得它,工业化制锂是在1893年由根莎提出的,锂从被认定是一种元素到工业化制取前后历时76年。锂在地壳中的含量比钾和钠少的多,它的化合物不多见,是它比钾和钠发现的晚的必然因素。现在电解LiCl制取锂,仍要消耗大量的电能,每炼一吨锂就耗电高达六、七万度。
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    锂是一种柔软的,银灰色,极易反应的碱金属元素。它在金属中比重最轻。锂在空气中易被氧化,所以须贮存于固体石蜡或惰性气体中。它能与水和酸作用放出氢气,易与氧、氮、硫等化合。锂盐在水中的溶解度与镁盐类似,而不同于其他的碱金属盐。

    锂不但是既轻又软、比热最大的金属,而且还是在通常温度下呈固体状态的一般材料中最轻的一种,通常贮藏于煤油或液体石蜡中。纯锂的比重跟干燥的木材差不多,等于一般称作轻金属的铝的密度的五分之一,几乎只有同体积水的重量的一半。即使把锂放到汽油中,它也会象软木塞一样轻轻地浮起来。

    在室温条件下,锂能和空气中的氮气和氧气发生强烈的化学反应。由于锂具有和氢、氧、氮、碳及氧化物、硅酸盐等物质结合的能力,冶金工业部门把锂作为“捕气剂”、“脱流剂”,可以消除金属铸件中的孔隙气泡、杂质和其他缺陷。

    锂的密度非常小,仅有0.534g/cm3,为非气态单质中最小的一个。因为锂原子半径小,故其比起其他的碱金属,压缩性最小,硬度最大,熔点最高。温度高于-117℃时,金属锂是典型的体心立方结构,但当温度降至-201℃时,开始转变为面心立方结构,温度越低,转变程度越大,但是转变不完全。在20℃时,锂的晶格常数为3.50[3],电导约为银的五分之一。锂可以很容易的与除铁以外的任意一种金属熔合[4]。
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    金属锂的化学性质十分活泼,在一定条件下,能与除稀有气体外的大部分金属与非金属反应,但不像其他的碱金属那样容易。锂能同卤素发生反应生成卤化锂。常温下,在除去二氧化碳的干燥空气中几乎不与氧气反应,但在100℃以上能与氧生成氧化锂,发生燃烧,呈蓝色火焰,但是其蒸汽火焰呈深红色,反应如同点燃的镁条一样,十分激烈、危险;

    尽管它不如其他碱金属那样容易燃烧,但是它燃烧起来的猛烈程度却是其他碱金属所无法比的,就如同镁燃烧比钠燃烧更激烈一样。氧族其它元素也能在高温下与锂反应形成相应的化合物。锂与碳在高温下生成碳化锂。在锂的熔点附近,锂很容易与氢反应,形成氢化锂。锂还可以与水较快地发生作用,但是反应并不特别剧烈,不燃烧,也不熔化,其原因是它的熔点、着火点较高,且因生成物LiOH溶解度较小(20℃:12.3~12.8g/100gH2O),易附着在锂的表面阻碍反应继续进行。

    锂很软,可以用小刀轻轻切开,新切开的锂有金属光泽,但是暴露在空气中会慢慢失去光泽,表面变黑,若长时间暴露,最后会变为白色。主要是生成氧化锂和氮化锂,氢氧化锂,最后变为碳酸锂[6]。块状锂可以与水发生反应,粉末状锂与水发生爆炸性反应。盐酸、稀硫酸、硝酸能与锂剧烈反应,浓硫酸仅与锂缓慢反应。锂能同很多有机化合物发生反应,很多反应在有机合成上有重要的意义。
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    在自然界中,锂是以两种同位素组成,6Li和7Li,丰度分别为7.42%和92.58%。通过人工制备,已得到锂的四种放射性同位素5Li、8Li、9Li、11Li。他们的衰变方式如下:锂的同位素可以发生下列反应,放出热量。也可以用来制作氚。

    将质量数为6的同位素(6Li)放于原子反应堆中,用中子照射,可以得到氚。氚能用来进行热核反应,有着重要的用途。锂主要以硬脂酸锂的形式用作润滑脂的增稠剂。这种润滑剂兼有高抗水性、耐高温和良好的低温性能。锂化物用于陶瓷制品中,以起到助溶剂的作用。在冶金工业中也用来作脱氧剂或脱氯剂,以及铅基轴承合金。锂也是铍、镁、铝轻质合金的重要成分。

    荧光屏是把荧光物质涂在玻璃上制成的。不过这不是普通的玻璃,而是加进了锂的锂玻璃。在玻璃中加进锂或锂的化合物,可以提高玻璃的强度和韧性。把含锂的陶瓷涂到钢铁或铝、镁等金属的表面,形成一层薄而轻、光亮而耐热的涂层,可作喷气发动机燃烧室和火箭、导弹外壳的保护层。锂与铝、镁、铍等“合作”组成合:金,既轻又韧,已被大量用于导弹、火箭、飞机等制造上。润滑剂中加进锂的化合物,可以大大改善润滑效能。此种润滑剂适用于温度在—50℃至200℃的范围,因此被广泛应用于航空、动力等部门的各种机械装置和仪器仪表。
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    某些锂的有机化合物,如硬脂酸锂、软脂酸锂等,它们的物理姓能不随环境温度变化而改变,因此是二种安全可靠的润滑剂,并具有“永久性”作用。如果在汽车的一些零件上加一次锂润滑剂,就足以用到汽车报废为止。氢化锂遇水发生猛烈的化学反应,产生大量的氢气。两公斤氢化锂分解后,可以放出氢气566千升。氢化锂的确是名不虚传的“制造氢气的工厂”。第二次世界大战期间,美国飞行员备有轻便的氢气源——氢化锂丸作应急之用。飞机失事坠落在水面时,只要一碰到水,氢化锂就立即与水发生反应,释放出大量的氢气,使救生设备(救生艇、救生衣、讯号气球等)充气膨胀。

    碱性蓄电池组的电解溶液里有氢氧化钠溶液,现在加入几克氢氧化锂溶液,蓄电池的使用寿命可以增加两倍,工作温度范围可加大到-20℃----40℃。锂—氯、锂—硒之类的电池,已在手机、笔记本电脑以及某些国防军事部门中得到应用。用锂电池发电来开动汽车,行车费用只有普通汽油发动机汽车的三分之一。锂高能电池是一种很有前途的动力电池。它重量轻,贮电能力大,充电速度快,适用范围广,生产成本低,工作时不会产生有害气体,不至于造成大气污染。由锂制取氚,用来发动原子电池组,中间不需充电,可连续工作20年。

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    氢弹里装的不是普通的氢,而是比普通氢几乎要重一倍的重氢或重二倍的超重氢。用锂能够生产出超重氢——氚,还能制造氢化锂、氘化锂、氚化锂。早期的氢弹都用氘和氚的混和物作“炸药”,当今的氢弹里的“爆炸物”多数是锂和氘的化合物——氘化锂。我国1967年6月l7日成功地爆炸的第一颗氢弹,其中的“炸药”就是氢化锂和氘化锂。

    1公斤氘化锂的爆炸力相当于5万吨烈性梯恩梯炸药。据估计,l公斤铀的能量若都释放出来可以使一列火车运行4万公里; l公斤氘和氚的混和物却可以使一列火车从地球开到月球;而I公斤锂通过热核反应放出的能量,相当于燃烧20000多吨优质煤,比1公斤铀通过裂变产生的原子能人10倍

    在许多反应中,锂可以作为原料或中间物。在合成与锂相关的无机化合物时,常常是将金属锂于其他单质反应。若要求纯度较高,可以用锂与气态单质或化合物反应。例如用锂和硫化氢合成硫化锂。反应方程式如下:2Li + H2S = Li2S + H2

    主条目:Birch还原。金属锂溶于液氨和乙醇的混合溶剂中形成一个良好的还原剂,可以用来还原含芳环的有机化合物。比较贵重的甾族化合物通常用这种办法来还原。这个方法的优点是产率较高,缺点是比用钠还原昂贵,所以仅限于还原一些贵重的化合物。

    锂可用作丁二烯、异戊二烯等二烯烃聚合催化剂,也可以用来制造共聚物。

    电池工业因为锂的原子量很小,只有3,因此用锂作阳极的电池具有很高的能量密度。锂也能够制造低于室温或高温下使用的电池。

    低于室温的电池,通常使用有机溶剂作为电解质,其中添加一些无机盐增加导电性,常用无机盐包括高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂和硫化锂等。二次锂电池中正极材料也为含锂化合物,如锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂铁氧化物等等,以及其几元化合物。二次锂电池中负极材料,也与锂的作用明显。

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    电池阳极是锂,阴极常用金属氯化物。例如锂-氯化银电池的电池反应为:Li + AgCl = LiCl + Ag高温下的电池,通常使用熔融的无机盐作为电解质,因此必须在该盐的熔点以上方可使用。例如:2Li + Cl2 = 2LiCl

    掺有锂的合金一般有强度大,密度小,耐高温等特性。也有人用锂合成了Li-Pb液态半导体合金。

    用鋰作為燃料發射的魚雷。锂还能用于:原子能工业中制造核反应堆的载热剂。制造特种合金、特种玻璃等。作冶金工业中的脱氧剂,脱硫剂和脱泡剂作為燃料,可發射魚雷等武器。

    锂号称“稀有金属”,其实它在地壳中的含量不算“稀有”,地壳中约有0.0065%的锂,锂的地壳丰度为18x10-4%,居第二十七位,海水含锂2x10-5%。已知含锂的矿物有150多种,以锂为主的矿物30种,具有工业价值的有六种,其中主要有锂辉石(LiAlSi2O6)、锂云母[Li2(F,OH)2Al(SiO3)3]、透锂长石等。海水中锂的含量不算少,总储量达2600亿吨,可惜浓度太小,提炼实在困难。

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    某些矿泉水和植物机体里,含有丰富的锂。如有些红色、黄色的海藻和烟草中,往往含有较多的锂化合物,可供开发利用。世界锂储量约3 670万吨,美国是锂资源最丰富的国家。中国锂资源丰富,产地主要分布在新疆、江西、湖南、四川等省,世界屋脊青藏高原,盐湖星罗棋布,其中锂、铷、铯含量之高,甚为罕见。我国的锂矿资源丰富,以目前我国的锂盐产量计算,仅江西云母锂矿就可供开采上百年。

    与钾、钠类似,金属锂很活泼,需隔绝空气储存。贮存和使用都要注意安全,由金属锂引起的火灾,不能用水或泡沫灭火剂扑灭,而要用碳酸钠干粉。锂也对皮肤有很强的腐蚀性。

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  • 对此我感觉到有些无奈,钾元素在大田使用上存在误区,这也促使了本文的总结归纳,意图分析钾元素在水稻生理过程的作用,钾肥的使用技巧,帮助种植户获得稳定的产量。钾元素是水稻植株干物质中的六种主要元素之一。钾...

    近一段时间和一些地方的农技人员、规模种植户交流肥料使用技术时发现一个问题,很多人认为钾肥太贵了,不愿意用,或者认为本地稻田土壤富钾,不必使用。对此我感觉到有些无奈,钾元素在大田使用上存在误区,这也促使了本文的总结归纳,意图分析钾元素在水稻生理过程的作用,钾肥的使用技巧,帮助种植户获得稳定的产量。

    钾元素是水稻植株干物质中的六种主要元素之一。钾与氮、磷不同,它不是原生质、脂肪、纤维素等的组成成分,钾主要以离子状态存在于细胞汁液中。钾元素比较集中地分布在植物代谢最活跃的器官和组织中,如生长点、芽、幼叶等部位。钾是植物体内的许多酶的催化剂,在代谢过程中起着重要的作用,不仅可以促进光合作用,还可以促进代谢,提高植物对氮的吸收与利用。钾还是碳水化合物代谢和运输的主要参与者。据专家测算总结,水稻生产需要氮磷钾的比例为1:0.5:1.2,可见钾元素在水稻生产中的重要性。我国的青海等地有钾肥生产。—般稻田土壤的钾素消耗严重,尤其在供钾潜力不高的南方酸性土壤地区,在一些高产水稻生产体系中,钾素可能呈现亏缺状态。

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    一、钾元素的生理作用

    1、钾元素参与光合作用。

    首先K+能保持叶绿体内类囊体膜的正常结构,缺K+时类囊体膜结构松散,影响光合作用的正常进行。同时又能促进类囊体膜上质子梯度的形成和光合磷酸化作用。钾元素能提高二氧化碳的同化率,在二氧化碳同化的整个过程中都需要有钾参加。

    秧苗在3叶期以前主要消耗种子内的营养物质,同时通过光合作用固化空气中的碳氢氧,合成碳水化合物,形成植株中的主要干物质,促进植株的生长。种子里边的钾元素含量不多,在利用氮元素、磷元素的时候,需要钾元素参与酶反应,钾元素能活化60多种酶的活性。3叶期以后,秧苗从自养转为异养的状态,种子所含有的营养被消耗一空,开始从土壤中吸收营养元素,在干物质积累合成的过程中,钾元素参与酶催化过程,从而实现碳水化合物的合成,完成干物质积累。

    (1) 钾元素能促进叶绿素的合成。试验证明,供钾充足时,莴苣、甜菜和菠菜叶片中叶绿素含量均有提高。

    (2)钾元素能改善叶绿体的结构。缺钾时,叶绿体的结构易出现片层松弛而影响电子的传递和二氧化碳的同化。

    (3)钾元素能促进叶片对二氧化碳的同化。一方面由于提高了三磷酸腺苷的数量,为二氧化碳的同化提供了能量;另 一方面是因为能降低叶内组织对二氧化碳的阻抗,因而能明显提高叶片对二氧化碳的同化。#我要上头条#

    2、促进光合作用产物的运转

    钾元素能促进光合作用产物向储藏器官运输,增加"库"的 储存量。

    闫春娟等特别指出,对于没有光合作用功能的器官来说,它们的生长及养分的储存,主要靠同化产物从地上部向根或果实中运转。这一过程包括蔗糖由叶肉细胞扩散 到组织细胞内,然后被泵入韧皮部,并在韧皮部筛管中运输。

    3、 促进蛋白质合成

    钾元素通过对酶的活化作用,从多方面对氮素代谢产生影响。

    钾促进蛋白质和谷胱甘肽的合成,当供钾不足时,植物体内蛋白质的合成减少,可溶性氨基酸含量明显增加。

    4、 对稻米品质的影响

    增施钾肥能提高整精米率和蛋白质含量,降低垩白粒率和垩白度,尤其将钾肥和氮肥配合施用时,改善稻米品质的效果更佳。一些研究表明,使用钾肥能够提高香稻的香味。#谨防粮食安全“灰犀牛”#

    5、参与细胞渗透调节作用

    钾元素对调节植物细胞的水势有重要作用。植物对钾的吸收有高度的选择性,因此钾能顺利地进入植物细胞内,进入细胞内的钾不参加有机物的组成,而是以离子的状态累积在细胞质的溶胶和液泡中。

    国际学者曾指出,在作物的生长过程中,对缺钾最敏感的是幼嫩组织的膨压。缺钾常表现为幼嫩组织的膨压下降,植物的生长势差,干物质产量降低。幼嫩组织需钾量高的原因之一就在于钾能维持胶体处于正常状态以及 保持细胞有较高的水势梯度。

    6、 调控气孔运动

    作物的气孔运动与渗透压、压力势有密切的关系,植物体内积累大量的钾,能提高细胞的渗透势,増加膨压,气孔增大。

    7、 激活酶的活性

    目前已知有60多种酶需要一价阳离子来活化,而其中钾离子是植物体内最有效的活化剂。所以供钾水平明显影响植物体内碳、氮代谢作用。

    8、 促进有机酸代谢

    钾元素有促进有机酸代谢的功能,同时也有利于对硝酸根的吸收。钾元素能明显提高植物对氮的利用,也促进了植物从土壤中吸取氮素。

    9、增强植物的抗逆性

    钾元素有多方面的抗逆功能,它能增强作物的抗旱、抗高温、抗寒、抗病、抗盐、抗倒伏等的能力,从而提高其抵御外 界恶劣环境的忍耐能力。这对作物稳产、高产有明显作用。

    二、钾肥使用技巧

    钾肥分为主要钾肥品种有氯化钾、硫酸钾、磷酸二氢钾、、钾镁盐、、、窑灰钾肥。生产上主要使用草木灰、氯化钾、硫酸钾、磷酸二氢钾等。

    钾肥可用作基肥,也可用作追肥,部分品种还可以作为,但作基肥和叶面肥施用效果为好。将钾肥用作基肥,可满足农全生育期对钾元素的需求,对生长期短的作物和明显缺钾的土壤尤为重要。对沙质土壤可采用基施和追施相结合。 钾肥的用量要适当钾肥施用不是越多越好,以每亩施化学钾肥5~12公斤增产稻谷最多,且经济效益也最佳。

    1、水稻缺钾时的症状

    根系发育停滞,容易产生根腐病,叶色边浓绿程度与施氮过多时相似,但叶片比较短。严重缺钾时,首先在叶片尖端产生黄褐色斑点,逐渐扩展至全叶,茎部变软,株高伸长受到抑制。钾在植物体内移动性大,能从老叶向新叶转移,缺钾症先从下部叶片出现。钾不足时淀粉、纤维素、碳水化合物减少,水稻处于繁茂遮阴或光照不足的条件下,增施钾肥后生育大多可以得到改善。

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    2、秧田钾肥的使用

    水稻育秧,机插秧要求盘根成毯,秧苗老健,茎基扁蒲,缩短返青期;人工移栽育秧要求培育多蘖壮秧;秧苗生长阶段,尤其是抢早播种的早稻、北方的育秧,温度波动大,需要提升秧苗的抗逆能力,提升光合作用效率,这些都需要钾元素的参与,因此在育秧阶段钾肥的使用就很关键。

    水稻育秧,机插秧要求盘根成毯,秧苗老健,茎基扁蒲,缩短返青期;人工移栽育秧要求培育多蘖壮秧;秧苗生长阶段,尤其是抢早播种的早稻、北方的育秧,温度波动大,需要提升秧苗的抗逆能力,提升光合作用效率,这些都需要钾元素的参与,因此在育秧阶段钾肥的使用就很关键。#让劳动者上头条#

    早、中稻秧田一般施用腐熟优质厩肥或人粪尿 800~1000公斤/亩,或施用硫酸铵或碳铵 15公斤/亩作基肥,结合耕地时施下;基肥还施用过磷酸钙 30公斤/亩,氯化钾 10公斤/亩,在整畦前施下。

    在揭膜用药,或者遇到高温、低温来袭,及时使用磷酸二氢钾,可以有效提高秧苗的抗逆能力。

    3、大田钾肥的使用

    钾肥在大田使用时,根据水稻张发育规律,移栽返青后从土壤中吸收促进分蘖发生,协调氮磷的吸收利用,参与光合作用,促进碳水化合物的合成,前期生长量占40%左右,进入分蘖高峰期,大量吸收利用土壤中的氮元素,形成干物质,钾元素的活跃度提高,尤其是促进水稻从营养生长向生殖生长的过程,是水稻三黄三黑的关键过程,钾元素对水稻维管束增粗,有效的提高营养物质在水稻体内的转移,后期营养物质从叶片、茎秆向谷粒转移效率决定了稻谷产量,维持光合作用,碳水化合物的形成,需要更多的钾元素参与。钾元素能提高水稻的成穗率,能在不同程度上减少分蘖退化,促进分蘖成穗,增加了有效穗数。并在一定程度上提高结实率,千粒重也有增加趋势。

    生产上经过多年的研究发现,高产杂交稻生产500公斤稻谷需要12公斤钾(K2O)。据此,我们以成都平原的杂交稻生产为例,钾肥40%做底肥使用,60%做追肥使用。期间,可以多次使用磷酸二氢钾,提高钾元素根外追肥比例,保持功能叶,提升光合作用效率,达到增产的目的。@今日头条青云计划

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    三、结语

    钾元素是水稻植株干物质组成的重要元素,参与水稻光合作用,通过活化60多种酶反应,影响水稻光合产物的形成;根据水稻生长发育规律,提供适量的钾元素,有利于水稻产量稳定,有利于水稻增强水稻抗逆性、提高稻米品质。

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      经过约一个世纪的摸索和尝试,人类科学家才把化学史上的伟大科学成就——元素周期表整理成当前的形式。现在,美国斯坦福大学的物理学家们开发出一种人工智能程序,只用几个小时就“重新发现”了元素周期表。

      “我们想知道人工智能是否‘智慧’到能独立发现元素周期表,”项目负责人、斯坦福大学张首晟教授在一份新闻公报中说,“我们的团队证明了这一点。”

      张首晟等人在新一期美国《国家科学院学报》上报告说,他们基于谷歌公司自然语言处理技术开发出的人工智能程序Atom2Vec,能通过分析一个在线数据库中的多种化合物,学会区分不同的原子,整个学习过程没有人类的干涉。

      张首晟解释说,一个词语的特性可从它周围出现的其他单词得出。例如,单词“国王”经常和“王后”出现在一起,而“男人”经常和“女人”出现在一起。他们把这个想法应用到原子上,给人工智能程序输入已知的化合物名称,包括氯化钠、氯化钾和水等。

      通过对这些化合物名称的分析,人工智能程序发现,钾和钠有着类似性质,都可以与卤族元素结合成化合物。“就像‘国王’和‘王后’很类似一样,钾和钠也是类似的,”张首晟说。

      “我们想试试是否可以设计出在发现自然规律方面能击败人类的人工智能,”他说,“在此之前,我们要先测试人工智能是否可以重复人类已经完成的一些伟大发现。”


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  • 这种认识最早来源于发酵产物与天然产物提取过程。从树叶中利用纸层析法提取各种色素是中学常见的实验。在十八世纪以前,为了药用或其他用途,人们就开始利用水或者油脂提取尝试从动植物中提取各种成分。在科研与生产...

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    说到有机化工,我们不能不说一下人类对于有机物认识的变化。这种认识最早来源于发酵产物与天然产物提取过程。

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    从树叶中利用纸层析法提取各种色素是中学常见的实验。在十八世纪以前,为了药用或其他用途,人们就开始利用水或者油脂提取尝试从动植物中提取各种成分。

    在科研与生产实践中,人们提取了大量物质,同时也渐渐发现,这类从动植物组织中提取的物质存在着某些共同的特点:非常不稳定,容易被破坏,成分非常复杂,性质多变,一般与其他类类似物质并存。这些性质与我们从矿物中提取得到的诸如硫酸,盐之类的东西截然不同。因此,化学家们就对这两类物质进行了分类,从矿石中提取的物质是没有生命的,因此叫无机物。于此对应的,从动植物体内提取的是有生物活性的物质,因此叫有机物。1777年贝格曼(瑞典化学奖,舍勒好友,主要在矿物分析上做出了非常多工作)第一次在文献中用有机物与无机物进行区分。

    1777年是什么概念呢?现代定量化学奠基人拉瓦锡正值壮年,同一年他发表了那个著名的实验,定量确定了空气中的可燃成分与不燃成分比例在1:4左右。此时元素化学刚刚起步,因此在有机物概念提出的时候,人们才刚刚开始接受化合物可以有更加小的单元“元素”构成。

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    拉瓦锡与最初的化学元素表

    进入元素时代后,人们就开始尝试分解各种化合物,试图将它们分解为单一的元素,并测定各个元素的含量。人们也开始对各种有机物进行元素定量研究,在这一系列研究中人们首先弄明白了一个问题,就是有机物的元素组成,既然有机物非常容易分解,那么就可以通过燃烧法或者加热测定有机物组成。经过实验,人们发现,有机物燃烧的主要产物是CO2和H2O,因此推测有有机物是由碳氢组成的化合物,后续一系列实验又发现有机物中有时候含有氧,氮,硫等元素。所以当时人们把有机化学成为碳化学,这个命名来自于著名的盖墨林,化工中常用的贝尔斯坦-盖墨林数据库就是以他的名字命名。直到今天一些有机物的命名还有那个时代的影子,比如说烃类也叫碳氢化合物,淀粉,葡萄糖之类的叫碳水化合物等等。

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    盖墨林无机化学手册主要记录的各种化合物的性质,实际上由德国马克斯普朗克协会旗下的盖墨林无机化学研究所发布,随着现代计算机技术的发展已经有了电子版本了,而且定期在更新,aspen买了其中非常多的数据。

    虽然知道有机物主要是碳氢化合物,而且到了19世纪30年代,对于有机物中元素的定量分析方法也已经建立了起来。但是这些元素是如何组成有机物的却难倒了很多化学家。举个例子,我们对无机物的命名基本上可以反应这个无机物分子的化学组成,比如说氯化钠(氯与钠比例为1:1),二氧化碳(氧与碳比例为2:1)。但是对于有机物来说这种现象基本不存在,比如说乙醇,只看名字根本不知道它内部元素组成是什么。现代的有机物命名有一个庞杂的系统。在19世纪初,人们根本没有化学键的概念,初步的化学键理论的建立是19世纪五十年代的事情。我们今天熟悉的离子键理论(1916)与共价键理论(1923),还有八电子稳定结构这类的理论都是二十世纪初的理论了。当时为了解释化合物的结构与原子间的使用的还是两个非常古老的工具:正负电二元说还有化合价。

    这是一种怎样的学说呢,这一点首先从电化学开始说起,人们在电解实验里面发现,很多化合物是可以电解然后分离成两种不同物质的。因此自然想到,化合物一般都是由一个带正电的部分和一个带负电的部分组成的,两者最终呈现电中型。这个有点我们现在说的离子键的感觉,但是要发现电子还是100年以后的事情了,当时如何把元素带正电还是负电,带多少电的问题说清楚呢?这里就引入了化合价。大家初中开始学化学的时候碰到的第一个门坎就是化合价,总觉得这个东西别别扭扭的,这就是因为化合价的概念本身就是一个原始理论的产物。

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    化合价毕竟不是一个非常严谨的理论,因此在这里就会残留一些BUG。这就造成了很多特例,比如说过氧化氢里,氧算成+1价。另外就是氢化钠,人们一直疑惑两个+1价的东西是怎么形成化合物的,最后只能把H算成-1价。

    但就算有这个理论人们对有机物的认识也是非常令人着急的,最基本的一个问题就是,碳究竟是几价的呢?有机物大部分不导电,而且当时的分离水平很难得到纯的有机物。这个问题直到1857年才搞清楚,凯库勒(就是指出苯环结构的那位)总算给出了一个正确的结论:碳是四价的,但究竟是+4价还是-4价呢?按照凯库勒的观点,这个问题没有意义,对于有机化合物的理解必须要跳出元素观念,从分子原子的角度来解释,化学研究也从元素时代发展到了原子时代。

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    凯库勒以其对于苯结构的研究而为我们所知,这个现在来看非常简单的问题,之所以在当时难倒了一大批化学家,主要的问题就是当时人们对化合物的结构没有概念。
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化学元素的发现过程