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化学与哲学

来源:摘抄于因特网作者:张世敏 点击:所属专题: 化学素养

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哲学是干什么的?据说一百个哲学家有一百种回答。中学阶段对哲学的定义是什么? 我的理解是:哲学是帮助我们研究、认识和了解世界本源的科学。哲学是科学研究的方法。我不是在上哲学课,我只不过是在借鉴哲学的思维方式,来思考化学的相关问题。 其实,物理和化学也是

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哲学是干什么的?据说一百个哲学家有一百种回答。中学阶段对哲学的定义是什么?

我的理解是:哲学是帮助我们研究、认识和了解世界本源的科学。哲学是科学研究的方法。我不是在上哲学课,我只不过是在借鉴哲学的思维方式,来思考化学的相关问题。

其实,物理和化学也是在研究世界的本源(不过仅限于物质世界,我们似乎不能否定另外一个精神世界的存在)。从化学的定义出发,我们就不难看出这种特点。那么请您说出:化学的定义是什么?

那么我们回头来仔细瞧瞧这个化学定义,目前到了一个什么程度,与哲学有何关联。

1.物质的组成:

应该说我们目前的技术已经到了只要是物质,只要能够得到样品(甚至借助于光谱连样品都不用得到),我们的化学检验技术就能确认任意一种物质的元素组成!也就是说,在化学家看来,不管是什么,只要是看得到摸的着的物质,都逃不脱100多种元素的范围(看不到摸不着的物质不是化学研究的范围,属于物理研究的方向)。再说细一些:逃不出三种基本微粒:质子、中子、电子。而起关键作用的是质子和电子。怎么样,这个物质本源的问题解决得还可以吧?要知道,人类认识这个问题花了好几千年!

从德谟克利特的古代原子论,到道尔顿的近代原子论;从老子的道德经中的阴阳理论,到现在的公认的原子核与电子的电性,无不闪烁着人类智慧的光辉。当然,物质的本源还远远没有找到最终答案,物理学家们还在孜孜以求,穷追不舍。其实早在2500年以前就有觉悟者这样说过:宇宙其大无外,灰尘其小无内。一滴水中含有八万四千小虫,一粒沙中也含有一个大千世界。我们期待着科学家能够取得更多的成就,更深入地揭示物质的本源。

2.物质的结构。

关于结构,我们目前能够明确的是主要是原子结构、分子结构、晶体结构三方面。原子结构是所有结构的基础。我们可以这样设想:原子结构相当于混凝土,分子结构相当于预制件,晶体结构就相当于建筑物,宏观物质相当于一座大型城市。我们曾经多次说过,不同的物质不外乎是元素原子的不同组合。

我们还可以找到一个共同的作用力——电性引力(阴阳相吸本是物质世界的本能反应)。原子结构中,是依靠原子核的正电与核外电子的负电吸引而形成;分子结构中的化学键,说到底是原子之间的电性作用。回忆一下:什么叫离子键?什么叫共价键?什么叫金属键?什么时候形成离子键,什么时候形成共价键?什么时候形成金属键?晶体结构中涉及到第四种作用力范德华力(包括氢键)。即使是分子间作用力其本质也是电性引力。

可以这样说,四种微粒,四种作用力,构成了大千世界(准确地说是物质世界)。

3.物质的性质。

化学家信奉一句话:结构决定性质。性质是表象,是果,结构是本质,是因。(注意:因果律是构建自然科学大厦的基石。)物质的性质包括物理性质和化学性质(变化当属于化学性质)。物理性质与晶体类型和结构关系极大,而化学性质则与化合物种类密切相关。注意:化合物种类相同的不一定是相同的晶体类型,干冰和水晶的对比即是例证。

我们无法尽知所有物质的性质(2000年已经有2000万种物质了)。假设您是超级神童,每天可以掌握一千种物质的性质。目前已有的物质您需要20000天,也就是需要将近55年的时间才能学完。况且,过了55年以后,物质种数也许要以多少亿来计量了。因此我们先将物质分类:单质、氧化物、酸碱盐是无机物的分类方法,有机物中又分为烃和烃的衍生物,然后细分,形成一个物种体系。在每个物种中找到一两个代表物加以研究记忆,找出相似点和递变规律,比如,烷烃中的甲烷,烯烃中的乙烯,酯类中的油脂,等等。但是这仍然没有接触到本质。最有本源意味的是关于元素周期律的研究。小小一张周期表,把大千世界全部浓缩进来了!可以这样讲,透彻了解了周期律和周期表,你就找到了化学的核心主线。

在周期表中,我们找到了元素的“家族”,明白了之所以物质性质千奇百怪的原因以及一般规律。我们同样是在每个“家族”中找一两个元素作代表,详细研究它的存在形式、单质、氧化物、氢化物、氧化物对应水化物以及盐类,对于不同的物质又分别研究其物理性质、化学性质、制法、用途等等。就这样,我们只详细学习了极少数的物质,就依据“相似性”(或者叫“通性”)、“特殊性”和“递变规律”三种方式推导出同一“家族”的其它物质的相关知识。可以说,“相似性”、“特殊性”和“递变规律”是学习研究化学的最基本武器。

4.物质的变化

诸位也许以为:化学性质不就是变化吗?其实二者之间有联系也有差别。我个人以为:性质是对某种特定的物质本身而言的,而变化则是对一群相关的物质而言的。我们都很羡慕孙悟空的“七十二般变化”,化学恰好是在“变化”中体现其独特魅力,其变化总数当在亿万种之上,可称得上是真正意义上的“变化无穷”!

从我们目前的角度来看,物质的变化主要体现在各元素化合物群体之间的转化衍变关系。归纳、掌握这些变化规律,将为我们后面研究“合成”提供多种可能的途径。

比较重要的“变化规律”有:每一个元素各种形态的物质之间的转化;烃及其衍生物的相互衍变关系等,如:单质、酸、碱、盐、氧化物之间的“通用”转化关系;各族主要元素单质、氧化物、氢化物、氧化物对应水化物以及盐类的“特定”转化关系;烷、烯、炔、醇、醛、酸、酯的转化关系等。

5.物质的合成

制备合成我们需要的任何物质,从而建设世界、改造世界,是人类的理想和每一个化学家的梦想,同时也是化学研究的终极目的。要制取某种物质,必须先了解与该物质相关的变化规律和衍变关系。制备物质的方式分为两种:一是工业化生产,二是实验室制法。

对于每一种物质来说,可以制取它的方法往往有许多种,我们理所当然地应该从中选用多快好省的办法。所谓多,就是原料要丰富,产量要高;所谓快,就是反应速度要快,单位时间得到的产品才能多;所谓好,就是产品纯度要高,副反应要少,同时对环境的负面影响要少,少产生或不产生废料(原子利用率要高),真正达到“绿色化学”的要求;所谓省,就是设备投资要省、能源消耗要少、原料价格要低。化学家们往往要在各种可能的方案中反复长期的试验研究,有时是要经过成千上万次失败才能最后获得成功。

对于实验室制法更有特殊的要求:首先是反应要快速、产物纯度要高、反应条件要温和、设备要简单,操作要简便。在满足这些要求的前提下,才考虑制备的成本问题。

值得注意的几个问题:

(1)、物质的制备不一定是要用化学方法。如果自然界已经有较大储量,或实验室已有相应的混合物,则可以采用分离提纯的方法来制取,比如工业上用空气分离氮气氧气稀有气体、用海水提取食盐;实验室利用氨水制得氨气、用盐酸制得氯化氢等等。

(2)、工业生产上注重原料、原理、典型设备、生产过程、尾气处理、产品与性能等等。中学里需要较全面了解的工业有:硫酸工业、硝酸工业、合成氨工业、硅酸盐工业、铜和铝的冶炼、钢铁工业、石油炼制、煤的干馏、肥皂工业等。

(3)、实验室制法注重原料、原理、装置、操作过程、收集、检验及特殊注意事项等等。中学里一般比较注重气体的制备。需要掌握的主要包括:氢气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、氯气、氯化氢、硫化氢、二氧化硫、氮气、氨气、一氧化氮、二氧化氮、硝酸、甲烷、乙烯、乙炔、乙米、乙酸乙酯、酚醛树脂、溴苯、硝基苯等约20种。

可以这样讲:即使将来你一个方程式也不记得,只要你熟知了上述化学的定义所包含的各种意义,你同样具有化学思维,能够解决一般的化学问题或者能够找到解决问题的方法。其实,这就是“方法论”。

哲学首先要讲“世界观”。化学如何看世界呢?从前面的分析中,我们已经知道:化学确认了世界是物质的。我们也许可以说,这个结论是化学对哲学的最大贡献。

化学规律中同样证明、揭示了相当多的哲学道理。比如:矛盾对立统一的观点。这可以在化学中找到相当广泛的示例,比如原子核与电子,阳离子与阴离子,氧化与还原,得电子与失电子,等等。其实这里包含着另一个著名的哲学思想:中庸之道。不管原子核与电子,阳离子与阴离子,氧化与还原,得电子与失电子,从宏观上看,都是中性的、守恒的。

内因和外因的关系。反应物、条件、产物之间的关系恰好证明!

矛盾的普遍性和特殊性、量变到质变的观点。前面讲到,“相似性”、“特殊性”和“递变规律”是学习研究化学的最基本武器。这正是恰到好处

广义周期律。周期无所不在。生老病死、成住坏空、四季交替、天地轮回。这些说到底都是“周期律”。元素周期律则是揭示了从物种的细微结构、基本组成到宏观物质的性质所具有的周期变化规律,可以说是从更“本源”的角度来揭示了广义周期律。还可以举出许多,限于知识体系就此打住。

那么,作为一个普通人,多数并不从事化学专业,可能以为一辈子也不会和化学打交道(其实是不可能的),那么:我们该如何对待化学?(这里提出个人的一点看法,供诸位参考。)

首先,您永远要记住化学是干什么的,哪些问题可以由化学家来解决。这样,不管您将来遇到什么困难,即是您自己一筹莫展,至少您也可以找到帮您解决问题的人。

其次,您需要保留、使用您的化学思维方式。比较理想的做法是:当您的环境中出现了一种新物品的时候,能够带着好奇的心理,用化学的思维方式对其略微考查一番:什么组成?什么结构?估计会有什么性质?用来干什么的?这就够了,今后这个东西绝对不会给您带来麻烦。(如果它是个危险品,这种思维方式有可能帮助您避免一场大灾难)。如果您还要追问一番:是怎么造出来的?哈哈,祝贺您,您的化学思维已经很完整了,说不定您还能由此产生创造发明的火花呢。

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