化学经验方法阶段
化学先生 / 2019-08-07
从16世纪中叶起,科学逐步从宗教神学的羁绊中解脱出来,进入到近代科学发展的新阶段。到了17世纪中叶化学也终于从自然哲学、炼金术原始医学中摆脱出来,成为独立的化学科学。同时，化学方法也从准实验的炼金方法过渡到了以科学实验为基础的近代经验方法阶段。
1.科学方法论的产生。
近代化学方法论的产生是化学不断发展的需要，也是社会发展包括哲学发展和整个科学发展的结果。
化学诞生之初,其主要任务是“搜集材料”,对物质及其性质进行分门别类的研究。这就需要运用化学实验手段对物质进行系统地分解或分析，需要建立化学实验、化学分析方法。与此同时，资本主义生产的大发展迫切需要了解物质的组成、结构和性能这就推动着化学逐渐成为“真正有系统的实验科学”。
1620年,英国唯物主义哲学家弗，培根发表了著名的《新工具》一书，以示同亚里士多德的旧(工具论》不同，并第一个从哲学和逻辑学的高度论述了科学实验方法,从而使他成为整个现代实验科学的真正始祖。但是，他只限于在哲学认识论领域的论述,还未能在科学实践中付诸实行。他只提供了一个科学方法论的思想纲领。在他的《新工具)中，他还忽视了演绎的作用,过多强调了经验性的实验归纳。同时代的意大利物理学家伽利略(G. Galilei, 1564~ 1642)是科学方法论的大师，他首先在科学研究中应用了实验方法，并把实验归纳和数学演绎统起来，以精巧的实验设计推翻了亚里士多德的力学体系，建立了一系列物体运动定律，在自然科学中奠定了科学方法论的基础,并成为自哥白尼向宗教神学提出挑战以来的第一个用科学实验方法驳倒宗教神学理论基础的科学家，伽利略才是真正的“经验科学之父”。元P此后，物理学家牛顿(L. Newton,1642~1727)又在伽利略工作的基础上进一步明确了实验方法。牛顿首先把数学方法与实验方法联系起来，当数学方法不够用时，他还创立微积分,发展数学方法。他以实验归纳和逻辑演绎的方法建立了牛顿运动定律和万有引力定律，创立了经典力学体系，并在科学史上第-次描绘了自然界幅完整的机械观图景，完成了科学上划时代的大总结、大综合.①人的思想是复杂的,对牛顿生平和事业的研究表明:他曾进行过长达三十年之久的炼金活动，其内容除了研究物质的“生命和生长”以及“上帝的支配和庇佑”等炼金理论外，更重要的是研究了物质粒子的“内
聚力和活性”，及其相互转化的“同根性”或“统一性”。牛顿试图补充古代原子论的“不足之处”,，达到“用炼金理论修改其机械论哲学“的目的。当然.由于炼金术本身的国有缺陷，他不可能取得什么突出的建树，然而这种研究，在一-定程度上推动了物质理论的发展进度，促进了化学准实验方法向间科学实验方法的过渡。
弗.培根、伽利略和牛顿等先驱者在哲学良好的理论基础。从公元前580年生和科学学实验的划时代贡献，为近代化学方法奠定”用数学描述物理世界的方法,经历在古希腊萨摩斯岛的毕达哥拉斯，到牛顿完成了2230多年，人类终于获得了清晰明确的科学方法。
2.定性的实验归纳法。
17世纪的英国化学家波义耳(R. Boyle,,1627~ 1691)作为实验归纳法的倡导者，他接受了他的同胞弗.培根的新哲学思想，主张“抛弃代传统的思辨方法”②，强调“实验决定切”认为化学应该用实验方法面不是用空谈来建 立自己的理论，只有这样才能使化学像天文学和物理学样成为真正的科学。 为此，他把当时的定性分析实验归纳成一个系统，创立了分析化学和定性实验归纳法，并首先建立了科学的元素概念,进而确立了近代化学科学。这样也就使得化学方法从准实验方法发展到以定性实验归纳法为特色的经验方法阶段。这种方法的主要特征是:
(1)具有明确的科学目的。
运用化学实验方法的目的不在于追求“点石成金”之类的梦想，而在于收集所观察到的化学事实，认识物质的化学本性。正如波义耳所说，是为了探索宇宙奥秘和追求真理,并以自己的实验和观察来使化学认识臻于完善。因此，它既不同于炼金术的荒诞目的，也不同于医药化学的实用目的，而具有鲜明的科学研究性质。分切(2)定性分析的性质。
早期的化学运用实验方法的主要任务在于认识物质的组成是什么。正如波义耳所说，要审查一个货币就要知道它是用什么金属铸成的。认识了物质组成就能对物质加以鉴别,便于进行分门别类的研究和搜集化学材料。因此，早期的化学实验方法就带有明显的定性分析的特征。波义耳之所以能够否定亚里士多德的“四元素”说和医药化学家的“三要素”说，建立起科学的元素慨念，也主要是应用定性分析的结果。此外，波义耳还在一定程度上用化学试剂来补充或取代了火。波义耳的试剂方法被认为是"万能的"或唯一的分解工具，试剂方法提高了定性分析应用的广度和深度,开拓了分析化学的新领域。
(3)一定的理性因素。
虽然定性分析方法强调经验事实的归纳，然而也在一定程度上注意了理性的概括。正如波义耳那样.注重经验归纳而反对把理性认识放在高于一切的位置上，也反对唯理论者认为只有理性才能提供确切明晰的认识基础，但是并不排除理性的先期指导意义。例如,波义耳在关于元素的经验事实的基础上提出了微粒学说和微粒哲学,这种理性认识能够用以解释元素的构成和元素的多样性，从而可以把元素说和原子论结合起来,形成了近代物质结构理论的雏形。显然,波义耳实际上也在一定程度上吸收了笛卡尔的演绎法。波义耳是第一一个把培根、笛卡儿的方法论引进化学领城的化学家，他不仅是把化学确定为科学的人，还是近代化学方法论的奠基人。张总之，在化学研究 早期出现的化学方法与炼金术方法相比是一个飞跃，是近代化学成为独立学科的不可缺少的工具。但若从实验方法不断发展的全部过程来看，还是处于比较低级的水平。主要表现在对早期的分析实验与理性的认 识还没有足够的重视，仍残留着思辨的痕迹。波义耳的思想还仅限于元素概念等问题的探讨，而“并不准备提出一一套完整的理论"，以“代替被摈弃的炼丹和制药旧理论”;对于元素微粒的认识,他在并无确切事实依据的情况下就思辨地以为只有形态、大小和运动的特征而无重量的性质，以致使他的“粒子”假说“只能停留在非物质的世界"中，成为一个纯属“想象的果实”.未能在化学中产生更大的影响。
此外,波义耳时代对于物质的定性分析还比较粗糙,波义耳本人也还不能区分出究竟什么是元素什么是复杂物质，以致仍然把火、气、水都视为元素。实际上使化学家对于元素的认识依然停留在概念的水平上。售街县的米 ε5
早期的化学对于物质的量的分析未引起足够的重视。尽管波义耳也使用过天平，也“要求对化学变化作定量研究" ,然而由于操作上还达不到规范，以致在金属煅烧的定量实验中竟然得出了存在“火粒子”的错误结论,这一-结论为后来的错误的燃素说的出现埋下了种子。同时，也由于当时化学“搜集材料”的任务，化学家多为千变万化的不同质的现象所吸引，而无暇更多顾及量的考察，致使他们中的大多数忽视了定量分析的必要性，以致后来燃素学说的创始人斯塔尔竟然表示对于量的考察“不屑一顾”。这就使得错误的燃素学说统治化学理论达80年之久，直到拉瓦锡严格的定量实验归纳法出现。
3.定量的实验归纳法。
18世纪法国化学家拉瓦锡(A. L. Lavoisier,1743~ 1794)作为创立定量实验归纳法的代表,同波义耳样也继承了弗?培根的实验论，强调“除了通过实验和观察的自然道路去寻求真理之外，别无他途”。但是他又与波义耳不同，特别强调了实验中的定量性，认为“必须用天平进行测定来确定真理”，并以精密的规范操作实践检验传统理论。拉瓦锡的杰出研究,最终推翻了燃素学说的统治，实现了一场深刻的化学革命。
拉瓦锡时期的化学方法主要有以下几个特征:
(1)从定性到定量。
运用实验方法不仅要测出物质的量的多少，而且还要更进一步地通过物质的量来确立物质的质。15年英国化学家布拉克(，Blck. 1728 ~ 1799就是根据煅烧石灰石失去44%的重量而确认了“固定空气”即二氧化碳的存在，从而完成了一个重要发现。拉瓦锡由此深受启发，他进一步明确了L以量求质的手段，并用以检验传统的燃素学说。他指出“假若有燃素这样的东西，我们就要把它提取出来看看，假若的确有的话,在我的天平上- -定能够觉察出来。，"中依此他终于否定了燃素的存在，推翻了燃素学说。因此拉瓦锡被誉为“明确提出把量作为衡量尺度对化学现象进行实验证明的第个化学家四。由于拉瓦锡对化学的定量研究，创立了科学的燃烧理论,推翻了统治化学界80年之久的“燃素说" ,拉瓦锡本人也成了法国的科学之星，但好景不长，1789年法国爆发革命，1793年9月10日.警察搜查了拉瓦锡的住宅，指责他在“造币广和包税公司"工作是反革命。拉瓦锡在11月24日被捕，1794年5月8日被杀害，时年51岁，法国人自己杀害了他们民族的科学花朵。后来,他虽然被平反昭雪,但人死不能复生,拉瓦锡的铜像只能无声地诉说历史。从方法论的角度看，拉瓦锡是定量化学的先导，也是定量方法的开拓者。可见，化学方法从定性到定量的发展是近代化学发展日臻成熟的表现，也是化学方法和数学方法结合的开端，从而成为这一时期化学方法的重要特征。实际上，中国古代化学化工的经验方法比西方古老,成就也很多。例如，陶器和瓷器的烧制，秦兵马俑的陶俑，身高1.8米的兵俑,高1.7米、长2.3米的马俑，身躯硕大，烧制困难，现已成为公认的世界奇迹;唐代的陶瓷就更有名了，如“唐三彩马”,还出现了“薄如纸、白如玉、明如镜、声如罄”的高品质瓷器，应当公正地说:中国陶瓷,世界第一。这此都是经验方法创造的伟大化工成就。
(2)追求严密和精确。
拉瓦锡时代的定 量分析方法较波义耳时代更为成熟，具有较高的严密性，已经成为检验化学真理的有效武器。1774 年,拉瓦锡正是依靠了严密的定量实验方法否定了1674年波义耳煅烧金属实验关子“火粒子”存在的错误结论。此外,拉瓦锡在1769年能够推翻传统的“水能够转化为土”的观念,1787年确定质量守恒定律等，也都是运用了较为严密的定量实验方法的结果。总之，拉瓦锡时代追求严密和精确，并采用数学计算研究化学现象和过程,使化学方法有了很大进步。
(3)理论的概括性。
拉瓦锡时代的化学方法虽尚属经验性质，然而已较定性实验归纳时期的方法有较强的理论概括性。特别是在建立氧化理论、推翻燃素学说的革命过程中更是如此。拉瓦锡在实验基础上运用概括的思维方法把从若干个燃烧反应中所抽取出的氧化的本质属性，推广到所有燃烧反应过程，从而形成了具有普遍意义的氧化燃烧理论,提出了一个“乍看起来本是无论如何也无法与我们的感官直接见到并协调起来”的学说。显然,正是由于运用了抽象概括的思维方法，才有可能揭示出这一隐蔽在现象背后的燃烧本质。正如柏廷顿所说,这是“通过严格的合乎逻辑的步骤”的结果，而拉瓦锡由此也成了一位善于“编排和组织"的化学上的“伟大的建筑师”中。
但是,这一时期的化学方法仍比较忽视假说和演绎的理论思维作用，过分强调“知识不能超出经验范围”，因此，化学的进一步发展就需要推动化学方法从经验方法阶段过渡到理论方法阶段。
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