化学中的比较方法
化学先生 / 2019-08-09
比较是辨别同异、区分事物之间的相同点和不同点的逻辑方法。比较的根据是事物之间客观存在着差异性和同一性。化学领域中各种化学物质普遍存在的个性与共性，是人们进行化学比较的客观基础。
比较方法分为时间上的比较与空间上的比较两种类型。客观世界中的多种元素及化合物，多种形式的化学反应在空间上并存着，所以可以对它们进行空间既定形态的比较；物质在化学反应过程中，由始态到终态在时间上是连续的、前后相随的，这就可以从不同阶段进行时间上历史形态的比较，进而认识整个化学反应的历程，揭示各类化学反应的本质。
在古代，人类在同自然界接触的过程中，对不同的物质形态及其特点进行比较，逐步形成了金、木、水、火、土等不同的“元素”概念。由于对各类金属的形态、性质及实际价值的比较，使人们产生了用一般贱金属经炼制转化为金、银等贵重金属的企昐和追求，从而造就了中世纪欧洲的炼金术。同样，由于对某些物质的特性进行比较，懂得了金玉的稳定，再与人们要求长生的诉求相联系，就有中国古代“食金寿如金，食玉寿如玉”的类比说法，并在中国逐步产生了为少数统治阶级的长寿服务的炼丹术。在近代和现代化学中，通过空间比较，人们区分开了元素、原子、分子等不同的物质形态和物质层次，发现了不同层次不同类型的化学反应等。化学分析中的比色分析，就是利用比较有色物质的颜色深浅来确定被测物质含量的方法。光谱分析是仪器分析中的主要方法，它正是利用对光谱的比较来确定被测物质的化学成分的。因为每一种化学元素都具有一定波长的特征谱线，因此，用已知元素的特征谱线作为标准，同任意一种被测物质的光谐进行比较就可以鉴别被谢物质的化学成分。如果发现被測物质光谐中存在的谐线和某种已知元素的特征谐线相同，就可以确认该物质中含有这种元素:若发现被测物质的光谐中存在着与所有已知元素的特 征谱线都不相同的谐线，就可以判定其中必含有某种末知的新元素。例如，1892年，英国物理学家瑞利在研究气体密度时运用比较方法发現从分解氨制得的氮气，其密度比从大气中得到的氮气密度小0.5%左右，瑞利一直不清楚，同是氮气为什么密度会有明显差异?1894年，美国化学家拉姆塞进一步运用比较方法揭开了这个迷。他首先纯化了从大气中制得的氮，然后通过光谱分析发现，在这种纯化了的气体中，除了含有已知的氮元素的特征谱线以外，还有一种未曾见到过的明线。由此，他肯定这种明线表明了一种新元素的存在。进一步研究后，他指出这是惰性气体氩(Ar)。此后，化学家利用这种比较方法相继发现了氦(He)、氖(Ne)、氪(Kr)、氙(Xe)等元素 。
同样，在化学研究中也离不开对物质变化在时间上进行历史形态的比较 17世纪，英国化学家波义耳在创立近代化学的过程中，首先对元素的概念做了历史的比较。他比较了泰勒斯、赫拉克利特主张的水或火等元素说，考察了恩培多克勒的水火、土、气“四元素”说，研究了中世纪流行的亚里士多德的冷、热、干、湿的“四元素”(原性)说，探索了炼金术中的汞、硫、盐“三原质”说，他发现了这些元素概念的共同点、差异点及其各自的缺陷，经过深入的理性思维，进而创立了科学的元素概念。他把元素理解为只有那些不能用化学方法再分解的简单物质。比如黄金，虽然可以同其他金属一起制成合金，或可溶解于王水之中而“隐酸”起来，但是仍可设法恢复原形，重新得到黄金。这就说明黄金虽然经过了种种化学处理而发生了变化，然而始终未被分解而破坏，因此，他认为元素是用化学方法不能再分解的简单物质。至于自然界元素的数目，他认为作为万物之源的元素，不是三种，也不是四种，而一定会有许多种。这个认识，使他奠定了近代化学科学的基础，为科学地进行化学物质分类和建立化学理论体系开辟了道路。
在研究化学反应历程和机理的时候，人们往往必须从反应物在整个反应过程中不同阶段的变化，直到最终产物的延生，进行历史形态的比较，以逐步认识反应中的各种中间态和各种类型化学反应的实质。例如，1828年，德国青年化学家维勒人工合成了尿素。起初人们并不理解这是怎么一回事，后来经过深入的分析与比较，发现整个过程是这样的：
NH 4CI + AGCNO → NH4CNO + AgCI↓
(氯化铵) (氰酸银) (氰酸铵) (氯化银)
NH4CNO → CO(NH2)2
(氰酸铵) (尿素)
在这一探索过程中，维勒进行了反应过程历史形态的比较。第一，比较了反应物氯化铵、氰酸银都是无机物，而生成物尿素却是有机物；第二，比较了在反应过程中酸铵在加热时，如何发生了分子的异构化，各种原子重新进行了安排，由此揭开了从无机物制造有机物的奥秘，发现了无机物与有机物之间的联系与转化美系。现代化学研究，在揭示H2+CI2→2HCI的机理时，同样运用了历史形态的比较方法。在这个链反应过程中：
CI2+M → 2CI•+M
C1•+H2 → HCI+H•
……
通过对反应物、中间物和生成物的比较，可以看出在整个反应过程的不同阶段的实际变化，进而明确了该反应的全部历程，由此可揭示一般直链反应的机理。
化学研究中，还常常运用实际事物和理想事物之间的比较。例如，在研究化学热力学时，常常把实际气体与理想气体的性质进行比较，在理想气体的公式中加一个校正系数ri，把pi改为ripi=fi，使公式适用于实际气体；同时通过比较建立起逸度(校正了的压力)和逸度系数概念。再如，比较实际溶液与理想溶液的性质，用类似的方法建立实际溶液的公式和活度及活度系数概念。另外，在研究反应过程时，还经常把实际过程与理想可逆过程进行比较，这种比较方法的应用，在化学热力学中具有重要的意义。
从实例中不难看出，无论是对物质及化学反应形式进行空间的既定形态的比较，还是对它们的变化进行时间的历史形态的比较，都应该在外表上具有巨大差异的事物之间，认识它们在本质上的共同点；在外表上极为相似或相同的事物之间，揭示它们在本质上的差异点。这种寻求异中之同或同中之异的思想方法，正是科学发现的重要技艺。
应当重点指出:在化学研究中运用的任何比较都具有相对性。其一，比较总是在一定关系上，依据一定的标准进行的。没有统一的比较标准，就会违背同一律，造成逻辑错误，也就不能进行比较。其二，任何比较都有其局限性。由比较所得的结果是相对的，不能绝对化。列宁说过:“任何比较都不会十全十美，这一点大家早就知道了。任何比较只是拿所比较的事物或概念的一个方面或几个方面来相比，而暂时地和有条件地撇开其他方面。我们提醒读者注意一下这个大家都知道的但是常常被人忘掉的真理。”
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