化学家的创造性思维想象和化学理论构思
化学先生 / 2019-08-16
作为创造性形象思维的想象是指，基于以往的经验和训练,有可能在头脑中产生的独创性的科学设想。独创性的设想是指某种新的联想和独到的见解,有时也表现为某种大胆突破传统思维方式的假设与推测。这种独创性的设想还在于发现两个或两个以上研究对象间的联系。想象还常常以形象化构思方式来表达与描述发现。“科学家以很多方式从事他们的工作。许多科学家往往是靠极其丰富的想象力(卓越的新思想)来做出发现的”,著名化学家L.鲍林指出:“好奇心和活跃的想象能力是科学家的宝贵财富。"惰性气体氨的发现，首先是靠化学家的想象力完成的，1868年8月16日,法国天文学家詹逊在印度观察日全食时，发现太阳上有一条与钠的谱线相似的黄色D谱线但D绝对不是钠的谱线，这时詹逊就大胆想象:D是太阳上独有的“太阳元素”。25年以后，美国矿物学家希尔布德在用无机盐处理沥青铀矿时，获得一种新气体后经拉姆塞、克鲁克斯证实，该气体就是“太阳元素”，命名为氮。
关于想象力在化学家的创造性思维活 动中的地位与作用，英国物理学家丁达尔0. Tyndall1820~ 1893)发表过颇引人思考的意见。他认为:“有了精确的实验和观测作为研究的依据想象力便成为自然科学理论的设计师..根据化学的实际，道尔顿富有建设性的想象形成了原子理论。"四化学史实已经证明:道尔顿是从气象观测出发，进而研究空气的组成、混合气体的扩散和分压，总结归纳出气体分压定律.井设想空气由不同大小与重量的原子所组成;道尔顿还通过化学实验测定原子的相对重量，并把原子概念从气象学、物理学移人化学领域，创造性地把原子量引入化学研究并经严格的逻辑推导，终于逐步建立起了科学的原子论体系。追湖这一理论构思的过程，可以使我们看到“富有建设性的想象”是如何使道尔顿完成了他的创造伟业的。
道尔顿在回顾其科研历程时指出:“由于长期做气象记录，思考大气组分的性质，我常常感到奇怪，为什么复合的大气、两种或更多的弹性流体(即指气体和蒸汽)的混合物，竟能在外观上构成种均匀体， 在所有力学关系上都同简单的大气一样?接着，他分析比较了牛顿的原子相互排斥的理论和贝托雷(C. L. Bertholle的e大气化学结合假说，发现牛领的观点有着时代的局限，没有考虑到大气是由几种密度不同的气体所构成，面贝托雷用化学亲和力来解释大气是个均匀体，它与高度无美，也是值得怀疑的，因为“当一种气体和另种气体混 合时，并没有明显的化学结合的迹象，这种亲和力是很微弱的，而不是像在其他大多数场合下所看到的那样激烈”。观察和实验事实证明了道尔顿的观点，但道尔顿并没有轻易否定前人的假说，他要继续思考。“为了使这种大气的化学结合假说符合或适应牛顿的原子相互排斥的理论，我开始在纸上书写氧、氮和水的原子.陆续地把它们相互结合并在它们周围施加以热的作用因素....道尔顿设想是否可把牛顿的原子相互排斥的观点与大气的化学结合的见解协调起来，以解释大气混合组成的均勾性。他借助于独创的化学原子符号和图式来展开这种设想。结果他发现，这样协调处理的结果会导致整个混合气体的密度和氮的比重相同。道尔顿深知，“这种情况是刻也不能 允许的，因为这不符合观察到的现象与实验的事实”。最后道尔顿终于完全放弃了大气的化学结合假说，并代之以另一种设想:把每个水原子、氧原子和氮原子均衡加热，使它们分别成为排斥的中心，在混合状态如同在单独状态时一样，即每个原子都能排斥其他原子。但道尔顿经研究发现:这种设想，当氧已经在最下面，而水在上面时.仍然是无用的。因此，如何阑明混合大气的均勾性仍然面临着理论上的困难。
1801 年,道尔顿又提出一个新设想,他说，“按照该设想，一种原子只能排斥与自己相同的原子，而不能排斥其他种类的原子。这种设想对说明任何气体在另一种气体中的扩散最为有用。不管它们的密度怎样，都能使气体的任何混合物与牛顿的理论完全协调一致。”但与此同时，道尔顿意识到，这种设想仍有不要之处,具体表现在:首先，气体有多少种就要假定有多少种不同的排斥力，这就失去了统一性;其次，还要假设热在任何一种情况下都不是排斥力，而这肯定是不大可能的:此外,道尔顿还指出:“我从一系列实验里发现，气体相互扩散是一个缓慢的过程，需要很大的作用力。”道尔顿又陷人了沉思:“在思考这个问题时，我发觉我还没有考虑到在弹性流体中质点大小不同的影响...而如果大小不同，则按照排斥是热这个假说，大小不同的质点在彼此接近时就不可能建立平衡。”这就是说，不同种类气体的原子的大小都各不相同的话,那么由这种大小的不同所产生的不平衡才是造成混合气体均匀性的重要推动力一这是道 尔顿的独特设想， 也是一种巧妙的构思，它是在1803年被提出的。道尔顿由此推论:“所有不同种类的气体，它们的原子大小都各不相同。我们的目的就是测定在一定体积内原子的相对大小和重量,以及它们的相对数目。这就引导到气体的化合以及参加化合的原子数目”正是沿着这条思路的逻辑发展,结合大量的实验事实和数据,道尔顿发现了倍比定律,并建立起科学原子论的体系。
从道尔顿原子理论构思过 程的考察分析中,我们可以得到启示:道尔顿具有极其活跃的想象力，惯于用具体的形象和图式来描绘神秘的自然力，如把原子符号化、图式化。在他的想象中，作为“终极质点”的原子是以数学的准确性有条不紊地排列着;而用它们的不同组合和变动能解释任何化学现象。一般来说，在化学物质和反应的研究中.并不是在化学经验材料十分完备以后，才去构思其内部结构和反应机制的图景。实际上.当化学研究的问题或目标在总体上明确以后，化学家就开始根据收集到的资料和线索，进行科学的假设或想象了。在整个研究过程中，不断提出一个个设想，又一一次次地在实验中予以检验。可以说，在化学研究中.想象常常激励着化学家去探求物质结构和化学反应的底蕴。道尔顿把模糊的原子构想，变成了愈来愈清晰的原子论图景.就充分表明了这一点。此外，在进行想象时.常将设想在头脑中构成形象，从而更易于理解和把握,并进一步激发想象。道尔顿就是把原子符号化、图式化，从而提供了用符号和式子表达任何化学物质及其变化的可能性,并表示出化合物的实际组成与结构。
总之，像道尔顿所具有的这 种建设性想象是一 种创造性思维活动。它使得道尔顿抓住由实验提供的线索，运用形象化构思去把握原子的存在与运动.从而建立了科学的原子论。对此.人们极表赞赏:道尔顿“似乎是用他的手开始做实验，然而却是用他的头脑来结束这些实验的"。作为一个化学研究工作者,基于丰富的化学经验，自觉地培养自己具有道尔顿那样的“用头脑结東实验、用创造性思维来把握本质"的科学素质是很有实际意义的。
![1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯](images/201812/thumb_img/1103_thumb_G_1545291985569.jpg)
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