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化学假说形成的方式


化学先生 / 2019-08-17

 

 
    从化学发展的历史和现状看,化学假说的形成大体可分为三种方式。

    第一种方式:依据已有的化学理论和实践,对未知事实作出假定性说明;

    第二种方式:从理论上进行研究,通过逻辑推导提出新的化学预见或推测;

    第三种方式:出现与已有理论根本冲突的化学事实,用全新的观念对未知化学事实作出假定性的说明。

    第一种方式在化学假说形成中具有普遍性。鉴于化学研究对象(众多的元素和化合物以及多变的化学反应)的多样性和复杂性,当一个又一个未知的化学事实出现时人们要做的大量研究工作首先是对这些化学事实进行综合的考察,确定哪些是未知的因素,在未知的因素中哪些是主要的、关键的。然后,大休确定它属于哪个具体的化学研究范围,并运用已知化学理论和事实进行具体研究作出解释:作出这类假定性说明的形式可以是多种多样的,可以通过实验,也可以通过各种逻辑方法。

    第二种方式大多见于现代化学假说。 因为现代化学引进了大量现代数学工具,使得现代化学理论更深刻、更概括、更抽象:它的物理意文已经不像经典化学理论那么直观,而是蕴涵着深刻丰富的内容、这样,人们就有可能从理论的研究中,通过逻辑推导作出某些推测和预见,即形成新的假说。例如,关于超重元素的稳定岛假说,就是采取这种方式形成的。西博格(G. T. Seaborg)曾指出:以满壳层和其他一些核稳定性(如双幻核)考虑为基础的复杂理论计算,给更重的超铺元素合成描绘出了引人注目的一幅图景:使人们对合成和鉴定,或者甚至是在自然界里发现那些完全超出周期表观察上限的元素的前景充满信心,由此提出和形成了关于超重元素的稳定岛假说。该假说推测,在Z=114和N 184处存在着封闭的核子壳层,它们会显示出很大的抗自发裂变衰变的能力。理论计算已经表明,双幻核289,114是“自发裂变海洋”中的一个相当大的“稳定岛”的中心。

    第三种方式形 成的化学假说多半出现在新旧化学概念或理论之交。旧概念、旧理论的局限性日益暴露,但新的概念,理论体系还未建立或成熟,化学被一些已有的理论无法解释的新事实所困扰。这时往往需要具有远见卓识和开拓精神的化学家来揭露已有理论同新事实的矛盾及其局限性,并依据新事实,充分发挥理论思维的作用,一方面继承已有理论的合理内核,另一方面大胆地对基本概念进行根本性的变革,进而提出富有创见的假说。例如,化学家福井谦所提出的前线轨道概念及其假说(后发展成为前线轨道理论)就属于这类方式。20 世纪50年代初,福井谦一针对用电子学说中的电子密度概念不能解释全部有机物(尤其是芳香烃)的反应现象提出用量子力学中的“轨道”概念来解释化学反应的结构。他指出:“以往的有机电子学说认为,分子中电子聚集的场所即电子密度大的地方参与化学反应,而我却认为,分子和分子把电子相互拉在一起,结果只有分子之间渗出的最外层电子左右着化学反应,分子中渗出电子的轨道与原子和原子组成分子时参与结合的电子所在的轨道相同。"由此,福井谦一在研究芳香烃的亲电取代和亲核取代反应中,提出了最高占据轨道(HOMO)、最低空轨道(LUMO)的概念,并称这两种特殊分子轨道为“前线轨道”。在这里,福井谦一是把前线轨道类比于原子中的价电子。考虑到在化学反应中价电子起着关键作用,因此可以很自然地联想到,在所有的分子轨道中,能量最高的HOMO上的电子最活泼、最易失去,能量最低的LUMO最易接受电子。所以,有理由认为。在分子反应中,这种特殊的前线轨道贡献最大,对反应起着主导作用。这样,作为一种了解分子反应能力和反应过程的强有力的假说就形成了。
   
        应该说明, 上述形成假说的 三种方式的划分或区别仅具有相对意义,并不是绝对的,它们互相渗透,彼此没有不可逾越的鸿沟。例如,对于第二、第三种方式也可使用类比、演绎、综合等逻辑方法。实际上,一个化学假说的提出并没有特定的模式。尤其是一些较系统的假说的形成,既包含第- 种方式,也包含第二种方式。我们应该把假说的形成方式看作是一种比较复杂的认识过程,它包含着一系列的思维活动和实践活动。

    化学假说具有 多种形态,可以是关于已经发生、正在发生或将要发生的某种单个的化学事实或事件的推测,也可以是关于化学研究某一领城中有普遍联系的假定,甚至是某种理论模型或更为复杂的命题系统。即化学假说可以以单个观点定律、事件或单种关系的预测等模式出现,又可以以一个较为完整的系统的理论模式出现,总之,假说的结构形态是多种多样的。就化学的历史发展而言,相当多的化学假说不是以一个完整系统的结构形态出现。因此, 若把化学假说仅仅理解为一个完整的知识体系或完整系统的结构模式是不够全面的。

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