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连续性与可分性体现在事物运动中就是渐变与突变的矛盾。如在酸碱中和滴定中,滴定开始时溶液PH值的变化很小,可视为渐变过程;但快接近等当点时,PH值会突然发生很大的变化,指示剂也会突然变色,这显然是突变过程。
渐变与突变并不是彼此孤立的,而是相互联系着的。经过渐变的积累才能发生突变的飞跃,而突变之后发生了质变,又开始了新的渐变。如当酸碱中和滴定经历了等当点的突变之后,再继续滴加酸或碱,溶液的PH值的变化又变得十分缓慢了。
渐变与突变在一定条件下也可以相互转化。如冷却热的饱和溶液让其析出晶体,如果自然冷却,并且不断搅拌,则晶体可以慢慢地析出,这是渐变过程;如果让其骤冷,使之成为过饱和溶液但并不析出晶体时,突然加入一小粒晶体(“称为晶种”),这时晶体会突然地大量析出,这就成了突变过程了。
化学上还常利用渐变和突变来实现不同的目的。如高温下的金属缓慢地自然冷却,会得到韧性非常好的金属,这一过程称为“退火”;而如果将高温下的金属骤然冷却,则会得到强度大脆性好的金属,这一过程成为“淬火”。可见金属两种不同的热处理方法正是利用了渐变与突变的特点。
三 对称与守恒
对称不仅是化学中非常普遍的一种现象,而且也是很重要的一种思想。例如:晶体无论在宏观外形上还是在微观结构上都具有很高的对称性,并由此,人们利用群论方法专门来研究晶体的对称性。在量子化学中,人们常常利用分子的对称性将“久期方程”化简,从而大大降低了计算量。
对称性破缺也受到化学家的重视,如半导体中的掺杂正是利用了晶体发生缺陷时的特殊性质。又比如说,具有生物活性的分子很多都是不对称的,具有光学活性,因此有机化学中的不对称合成已经成为一个重要的研究领域。
对称性导致了守恒。物理学中的内特尔定理指出:如果运动规律在某一变换下具有不变性(即有某种对称性),必然相应地存在一个守恒定律。如:时间平移不变性导致了能量守恒,空间平移不变性导致了动量守恒,空间旋转不变性导致了角动量守恒,规范不变性导致了电荷守恒。在化学中也有类似规律。如晶体的对称性导致了晶面交角守恒;在化学反应中,分子轨道对称性在反应过程中的不变性导致了分子轨道对称守恒。
四 平衡与有序
平衡反映了事物矛盾双方势均力敌,处于暂时的相对的统一。恩格斯曾指出:“平衡是和运动分不开的。”“相对静止即平衡。”化学反应平衡非常直观地表明了这一点。当一个可逆反应处于平衡状态时,并不意味着正反应和逆反应都同时停止了,事实上正反应就逆反应仍然在进行着,只是它们的速度相等,相互抵消罢了,所以从表观上看反应物和产物在量上没有发生变化。
平衡与非平衡正如恩格斯所说的是“活的统一”,它们之间在一定条件下可以相互转化。如在一定的温度、压力下,具有一定的配比的反应体系达到平衡时,如果改变温度压力或量的配比诸条件中的任何一个,都能使化学平衡破坏,但只要不再改变条件,那么经历足够长的时间后,反应体系将会再次达到平衡。
平衡与非平衡在化学上都有广泛的应用。如能保持溶液PH值的缓冲溶液就是利用了化学平衡的性质;而在化工生产中则利用化学的不平衡,即让生成的产物不断地从反应体系中分离出去,从而使反应不断地向正方向进行,从而提高反应转化率。
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