化学理论方法阶段
化学先生 / 2019-08-07
到了19世纪，化学已经积累了丰富的材料，急需加以整理、综合，做出理论分析。这就推动化学从搜集材料阶段进入到整理材料阶段。由此也就促使化学方法从经验方法阶段发展到理论方法阶段。即应当在完善经验方法的同时，更进一步发展抽象演绎假说和比较等理论方法，以适应化学发展的需要。这一时期得到发展的主要理论方法有以下几种:
1.科学抽象。
自从18世纪后期拉瓦锡应用定量方法实现了一场深刻的化学革命以后,定量研究引起了广大化学家的关注，并在实践中不断取得重要成果，相继发现了质量守恒定律、当量定律和定比定律等系列经验规律。 但是，化学家还不了解自然界之所以存在这些定律的根本原因。这就需要研究阐明这些现象背后的共同本质，揭示其内在的联系。然而在当时的条件下,企图运用实验方法直接认识物质的微观结构是不可能的。因为“它们可能太小了，就是在显微镜得到改进时也不能被人看见”，所以就必须运用理论思维和科学抽象的方法去完成这一任务。19世纪的英国化学家道尔顿(J，Dalton,1766~ 1844)正是这样做的。他在经验归纳所提供的大量科学事实的基础上,运用概念、判断、推理的理论思维方法，抽取出物质内部的共同本质,确认了“不可见的"原子的存在，并就原子的不同类型、性质和质量等不能直接观察到的属性提出了科学论断，从而找到了各个经验定律的内部联系和共同本质，并建立起科学的原子论。正如俄国化学家门捷列夫所说,原子论“把化学科学片断的、经验的认识连接起来，达到确信一般的自然规律的普遍高度"，完成了一个划时代的发现。
2.演绎推理。
在道尔顿时代,理论化学的发展还迫切需要运用演绎推理的思维工具。19世纪初、道尔顿在初步形成了他的原于论以后，就从这一普遍原理出发，考虑到一种元素的原子不仅可以同另种元素的一个原子相化合面成化合物，也可以同另种元素的两个、三个或更多个原子相化合而成化合物，而每种原子又都有固定的重量。这样,用原子论就可以推知:在由两种元素生成的多种化合物中,同一定重量的第种元素相化合的第二种元素的重址彼此间就必然会成为简单整数比的关系。18041 年化学家们运用演绎方法推演出倍比定律。此后，道尔顿就根据倍比定律的逻辑推理,有目的地进行了定量分析实验，从氮的氧化物等系列化合物组成分 析的数据中证实了倍比定律的成立。同时也进一步检验 和证实了他的原子论的真理性。可见,倍比定律的发现，从直接的意义上来说并不是经验归纳的产物，而是理论演绎的结果。尽管道尔顿在运用实验方面远不如与他同时代的戴维、武拉斯顿和盖.吕萨克等化学家那样出色，但是由于他善于运用科学抽象和演绎推理的理论思维方法，取得了与他同时代的其他化学家所不可比拟的成就。正如戴维所说，道尔顿尽管“是个鲁莽的实验家，但是几乎总可以找出他所要的结果。他相信他的头脑比相信他的手多些”。
3.假说方法。
假说方法是理论方法形成的一个重要标志，因为运用假说方法能够在已知科学事实的基础上，超出经验感觉的领城对未知现象做出假定性的说明,正像1811年意大利化学家阿伏加德罗提出分子学说时所做的那样。当时，道尔顿的原子论和盖.吕萨克所发现的气体“体积简比”定律的经验事实之间的矛盾处于不可调和的状态。解决这一矛盾不能只依靠经验方法，为此，阿伏加德罗在综合了理论和经验事实两个方面成果的基础上，经过科学抽象和逻辑推理，提出了当时尚未发现的、由数个相同原子构成一个分子微粒的假定，从而解决了矛盾，把盖.吕萨克定律和道尔顿原子论统起来，建立了原子分子学说。这-假说虽然在当时由于尚未得到充分的实验证明而未获承认，但是在经过半个世纪的科学实践考验之后终于为化学家所接受，成为现代物质结构理论的基础。运用假说方法创建的原子分子论，为19世纪化学理论的发展做出了重大贡献。
4.比较方法。
比较和对称，相似是联系在一起的， 比较是根据物质及其运动属性之间的某些相似方面的对称比对，以揭示其内在本质联系的推理方法，比较法是近代化学得以完成其“整理材料“任务的又一重要工具。19世纪中期，化学家能够把当时已有的庞杂混乱的化学元素知识加以整理和综合，发现了化学元素周期律就是一个证明。当时，俄国化学家门捷列夫在长期探索中已经认识到，要想把已发现的庞杂的化学元素纳人到一个严整的自然体系之中，并揭示出它们之间内在的本质联系，重要的就是“需要比较的方法"D。因为，如果只限于对元素进行个别考察，而不进行总体的比较研究，就不可能发现元素在差别中的同一，就不可能发现各种元素间内在的本质的联系,更不可能发现元索周期性的变化规律。为此，门捷列夫首先找到了原子量这种能够反映元素特征的基本属性作为元素比较的基础,并依此专心致力于找到肉眼看不到的、隐秘的共同本质。这样就使他在相似的对比中，看到了对周期规律性的真实的暗示，并终于在1869年发现了元素周期律，显然，比较方法在这一过程中发挥了重要作用。正如门捷列夫本人所说:“周期规律性是由60年代未期已有的各种比较和验证过的资料中直接得出的。它也是由上述资料综合成的比较系统完整的表达。”
5.创造性思维。
创造性思维是科学研究中思维重大质变和飞跃的过程。在19世纪中期，随着化学研究从原子、分子深入到分子结构的微观水平,这是只靠经验和感性直观无法解决的问题，只有运用创造性思维来加以把握,其中一种重要手段是以非逻辑思维的通道,运用某种形象思维的形式来对未知的化学现象进行前所未有的、具有创见性的思索以求得真知，它常常是以想象或灵感的形式表现出来的。当时的德国化学家凯库勒(F. A. Kekule, 1829~ 1896)就通过这.渠道为有机结构理论做出了重要贡献。1854年，在他对有机物结构的图像进行了长期不懈的集中思考之后，有一天在马车上打瞌睡时突然梦见了“原子排队”的情景,形成了他的有机物碳链学说。1864年，在他对苯的分子结构进行了长期反复的研究之后,有一天在书房里打瞌睡时又梦见了“一条衔着自己尾巴的蛇”在舞动，这又使他悟出苯的环状结构式，完成了又-重要发现。因此，如何运用想象或灵感的方式进行创造性思维，已经成为当时化学家感到饶有兴味的思维方法.凯库勒以让“我们大家去学会做梦吧”来号召化学家运用创造性思维方法但是他也并未把这一方法 看得很玄妙，以为灵感之所见所感就会是真知。他强调要进行长期的扎实的艰苦探索,并对其结果进行理性的加工和实验的检验。他提出，在“我们的梦未加清醒的理性研究之前,不要轻易发表"。
此外,模型方法也应属于创造性思维的范畴。它在原子分子论的建立、苯环结构的发现和反映分子三维空间结构的立体化学的提出等化学结构理论发展过程中，发挥了重要作用。
6. 辩证思维方法。
19世纪初期，道尔顿之所以能够从宏观现象人手建立起微观的原子论，并依此解释宏观的化学现象，就在于他能够自觉或不自觉地运用了宏观与微观间的联系、现象与本质的联系的辩证思维，运用了从具体上升到抽象和抽象反作用于具体的辩证方法。阿伏加德罗提出的分子假说，实际上是他能够把看来是矛盾的原子论和“体积简比”的事实联系起来，运用了矛盾分析的方法完成的。此外,1828 年有机化学家维勒(F. Wohler, 1800~1882)之所以敢于确认自己从无机物合成的尿素正是动物机体排出的有机物，实际上也是在于他能够冲破形而上学自然观的束缚，认识到无机界和有机界之间具有内在联系的结果。
19世纪中后期由于化学理论研究的不断深人，是现出哲学辩证思维的重要作用，辩证思维帮助化学家完成了许多重要发现。1869 年门捷列夫发现元素周期律除了运用比较方法进行理论思维外，还在于他以联系的观点看问题,致力于寻找元素的原子量与其特性的联系,还在于他”不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律”，从而“完成r科学史上的个勋业”；1861 年俄国化学家布特列洛夫(A M Bymp.1828~1886之所以能够提出有机结构理论，不管他是否已经自觉意识到，实际上也是在应用辩证法正确地处理了性质与结构、现象与本质之间的关系:而德国化学家肖莱马(C. Schorlenrmer,1834~1892)则更为典型，他是-位自觉运用唯物辩证法的化学家。他不仅依照辩证法考察了碳的四个化合价的等价性，解释了同分异构现象，而且还对整个化学发展做出了辩证的概括。他认为“化学的发展是按辩证法的规律进行的"D，从而把辩证法在化学研究中的应用提到了前所未有的新高度。
化学史表明，19世纪化学领域中辩证思维的发展不是偶然的，它是二百多年哲学日益成熟并不断向科学渗透的必然结果。早在17世纪，由于科学要彻底摆脱宗教神学的束缚就曾求助于哲学以提供方法,弗?培根的实验归纳法满足了经验自然科学的要求。同时，笛卡尔也以其演绎数学法 运用到应用数学较成熟的科学领域，为科学提供了有力的数学工具。在18世纪和19世纪初，由于科学日益需要以联系的观点和发展的观点来“整理材料”,这就更迫切要求哲学提供辩证的认识工具。为此哲学家康德(L. Kant,1724~ 1804)提出太阳系起源和演化的假说，首先在当时僵化的自然观上打开第一个缺口,并力图把哲学变为方法论。但是，他却唯心地宣称“科学认识是以先天的理性去整理后天的经验”，导致了思维和存在的割裂,陷入了不可知论。黑格尔(G, W.F. Hegel.1770~ 1831)则为自然科学提供了本质上是革命的辩证法工具。但是他却试图把自然界运动形式从低级向高级的发展看成是“绝对观念”的外化变来的，因此，仍未能提供一个理想的认识工具。 到了19世纪中叶，马克思和恩格斯在总结了当时哲学和科学成就的基础上，创立了唯物辩证法，从而在思想方法的基础上满足了科学发展的需要，为化学辩证思维的形成和发展奠定了哲学基础。同时它也为化学正确处理观察与实验、经验与理论、归纳与演绎、分析与综合、抽象与具体、历史与逻辑等方法之间的关系提供了指南，为化学方法向现代过渡创造了理论条件。正如恩格斯所说,19世纪的科学家“不论自己愿意与否，都不可抗拒地被迫考察理论的一般结论”，都要自觉或不自觉地应用辩证法。化学家们也一-样，他们都纷纷自觉或不自觉地应用辩证思维，使辩证法成为化学研究和整个科学研究的主导认识工具。
闽ICP备15011996号-4
|
闽公网安备32011202000099号
|
