化學理論方法階段
化學先生 / 2019-08-07
到了19世紀，化學已經(jīng)積累了豐富的材料，急需加以整理、綜合，做出理論分析。這就推動化學從搜集材料階段進入到整理材料階段。由此也就促使化學方法從經(jīng)驗方法階段發(fā)展到理論方法階段。即應(yīng)當在完善經(jīng)驗方法的同時，更進一步發(fā)展抽象演繹假說和比較等理論方法，以適應(yīng)化學發(fā)展的需要。這一時期得到發(fā)展的主要理論方法有以下幾種:
1.科學抽象。
自從18世紀后期拉瓦錫應(yīng)用定量方法實現(xiàn)了一場深刻的化學革命以后,定量研究引起了廣大化學家的關(guān)注，并在實踐中不斷取得重要成果，相繼發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量守恒定律、當量定律和定比定律等系列經(jīng)驗規(guī)律。 但是，化學家還不了解自然界之所以存在這些定律的根本原因。這就需要研究闡明這些現(xiàn)象背后的共同本質(zhì)，揭示其內(nèi)在的聯(lián)系。然而在當時的條件下,企圖運用實驗方法直接認識物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)是不可能的。因為“它們可能太小了，就是在顯微鏡得到改進時也不能被人看見”，所以就必須運用理論思維和科學抽象的方法去完成這一任務(wù)。19世紀的英國化學家道爾頓(J，Dalton,1766~ 1844)正是這樣做的。他在經(jīng)驗歸納所提供的大量科學事實的基礎(chǔ)上,運用概念、判斷、推理的理論思維方法，抽取出物質(zhì)內(nèi)部的共同本質(zhì),確認了“不可見的"原子的存在，并就原子的不同類型、性質(zhì)和質(zhì)量等不能直接觀察到的屬性提出了科學論斷，從而找到了各個經(jīng)驗定律的內(nèi)部聯(lián)系和共同本質(zhì)，并建立起科學的原子論。正如俄國化學家門捷列夫所說,原子論“把化學科學片斷的、經(jīng)驗的認識連接起來，達到確信一般的自然規(guī)律的普遍高度"，完成了一個劃時代的發(fā)現(xiàn)。
2.演繹推理。
在道爾頓時代,理論化學的發(fā)展還迫切需要運用演繹推理的思維工具。19世紀初、道爾頓在初步形成了他的原于論以后，就從這一普遍原理出發(fā)，考慮到一種元素的原子不僅可以同另種元素的一個原子相化合面成化合物，也可以同另種元素的兩個、三個或更多個原子相化合而成化合物，而每種原子又都有固定的重量。這樣,用原子論就可以推知:在由兩種元素生成的多種化合物中,同一定重量的第種元素相化合的第二種元素的重址彼此間就必然會成為簡單整數(shù)比的關(guān)系。18041 年化學家們運用演繹方法推演出倍比定律。此后，道爾頓就根據(jù)倍比定律的邏輯推理,有目的地進行了定量分析實驗，從氮的氧化物等系列化合物組成分 析的數(shù)據(jù)中證實了倍比定律的成立。同時也進一步檢驗 和證實了他的原子論的真理性?？梢?倍比定律的發(fā)現(xiàn)，從直接的意義上來說并不是經(jīng)驗歸納的產(chǎn)物，而是理論演繹的結(jié)果。盡管道爾頓在運用實驗方面遠不如與他同時代的戴維、武拉斯頓和蓋.呂薩克等化學家那樣出色，但是由于他善于運用科學抽象和演繹推理的理論思維方法，取得了與他同時代的其他化學家所不可比擬的成就。正如戴維所說，道爾頓盡管“是個魯莽的實驗家，但是幾乎總可以找出他所要的結(jié)果。他相信他的頭腦比相信他的手多些”。
3.假說方法。
假說方法是理論方法形成的一個重要標志，因為運用假說方法能夠在已知科學事實的基礎(chǔ)上，超出經(jīng)驗感覺的領(lǐng)城對未知現(xiàn)象做出假定性的說明,正像1811年意大利化學家阿伏加德羅提出分子學說時所做的那樣。當時，道爾頓的原子論和蓋.呂薩克所發(fā)現(xiàn)的氣體“體積簡比”定律的經(jīng)驗事實之間的矛盾處于不可調(diào)和的狀態(tài)。解決這一矛盾不能只依靠經(jīng)驗方法，為此，阿伏加德羅在綜合了理論和經(jīng)驗事實兩個方面成果的基礎(chǔ)上，經(jīng)過科學抽象和邏輯推理，提出了當時尚未發(fā)現(xiàn)的、由數(shù)個相同原子構(gòu)成一個分子微粒的假定，從而解決了矛盾，把蓋.呂薩克定律和道爾頓原子論統(tǒng)起來，建立了原子分子學說。這-假說雖然在當時由于尚未得到充分的實驗證明而未獲承認，但是在經(jīng)過半個世紀的科學實踐考驗之后終于為化學家所接受，成為現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)。運用假說方法創(chuàng)建的原子分子論，為19世紀化學理論的發(fā)展做出了重大貢獻。
4.比較方法。
比較和對稱，相似是聯(lián)系在一起的， 比較是根據(jù)物質(zhì)及其運動屬性之間的某些相似方面的對稱比對，以揭示其內(nèi)在本質(zhì)聯(lián)系的推理方法，比較法是近代化學得以完成其“整理材料“任務(wù)的又一重要工具。19世紀中期，化學家能夠把當時已有的龐雜混亂的化學元素知識加以整理和綜合，發(fā)現(xiàn)了化學元素周期律就是一個證明。當時，俄國化學家門捷列夫在長期探索中已經(jīng)認識到，要想把已發(fā)現(xiàn)的龐雜的化學元素納人到一個嚴整的自然體系之中，并揭示出它們之間內(nèi)在的本質(zhì)聯(lián)系，重要的就是“需要比較的方法"D。因為，如果只限于對元素進行個別考察，而不進行總體的比較研究，就不可能發(fā)現(xiàn)元素在差別中的同一，就不可能發(fā)現(xiàn)各種元素間內(nèi)在的本質(zhì)的聯(lián)系,更不可能發(fā)現(xiàn)元索周期性的變化規(guī)律。為此，門捷列夫首先找到了原子量這種能夠反映元素特征的基本屬性作為元素比較的基礎(chǔ),并依此專心致力于找到肉眼看不到的、隱秘的共同本質(zhì)。這樣就使他在相似的對比中，看到了對周期規(guī)律性的真實的暗示，并終于在1869年發(fā)現(xiàn)了元素周期律，顯然，比較方法在這一過程中發(fā)揮了重要作用。正如門捷列夫本人所說:“周期規(guī)律性是由60年代未期已有的各種比較和驗證過的資料中直接得出的。它也是由上述資料綜合成的比較系統(tǒng)完整的表達。”
5.創(chuàng)造性思維。
創(chuàng)造性思維是科學研究中思維重大質(zhì)變和飛躍的過程。在19世紀中期，隨著化學研究從原子、分子深入到分子結(jié)構(gòu)的微觀水平,這是只靠經(jīng)驗和感性直觀無法解決的問題，只有運用創(chuàng)造性思維來加以把握,其中一種重要手段是以非邏輯思維的通道,運用某種形象思維的形式來對未知的化學現(xiàn)象進行前所未有的、具有創(chuàng)見性的思索以求得真知，它常常是以想象或靈感的形式表現(xiàn)出來的。當時的德國化學家凱庫勒(F. A. Kekule, 1829~ 1896)就通過這.渠道為有機結(jié)構(gòu)理論做出了重要貢獻。1854年，在他對有機物結(jié)構(gòu)的圖像進行了長期不懈的集中思考之后，有一天在馬車上打瞌睡時突然夢見了“原子排隊”的情景,形成了他的有機物碳鏈學說。1864年，在他對苯的分子結(jié)構(gòu)進行了長期反復的研究之后,有一天在書房里打瞌睡時又夢見了“一條銜著自己尾巴的蛇”在舞動，這又使他悟出苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)式，完成了又-重要發(fā)現(xiàn)。因此，如何運用想象或靈感的方式進行創(chuàng)造性思維，已經(jīng)成為當時化學家感到饒有興味的思維方法.凱庫勒以讓“我們大家去學會做夢吧”來號召化學家運用創(chuàng)造性思維方法但是他也并未把這一方法 看得很玄妙，以為靈感之所見所感就會是真知。他強調(diào)要進行長期的扎實的艱苦探索,并對其結(jié)果進行理性的加工和實驗的檢驗。他提出，在“我們的夢未加清醒的理性研究之前,不要輕易發(fā)表"。
此外,模型方法也應(yīng)屬于創(chuàng)造性思維的范疇。它在原子分子論的建立、苯環(huán)結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)和反映分子三維空間結(jié)構(gòu)的立體化學的提出等化學結(jié)構(gòu)理論發(fā)展過程中，發(fā)揮了重要作用。
6. 辯證思維方法。
19世紀初期，道爾頓之所以能夠從宏觀現(xiàn)象人手建立起微觀的原子論，并依此解釋宏觀的化學現(xiàn)象，就在于他能夠自覺或不自覺地運用了宏觀與微觀間的聯(lián)系、現(xiàn)象與本質(zhì)的聯(lián)系的辯證思維，運用了從具體上升到抽象和抽象反作用于具體的辯證方法。阿伏加德羅提出的分子假說，實際上是他能夠把看來是矛盾的原子論和“體積簡比”的事實聯(lián)系起來，運用了矛盾分析的方法完成的。此外,1828 年有機化學家維勒(F. Wohler, 1800~1882)之所以敢于確認自己從無機物合成的尿素正是動物機體排出的有機物，實際上也是在于他能夠沖破形而上學自然觀的束縛，認識到無機界和有機界之間具有內(nèi)在聯(lián)系的結(jié)果。
19世紀中后期由于化學理論研究的不斷深人，是現(xiàn)出哲學辯證思維的重要作用，辯證思維幫助化學家完成了許多重要發(fā)現(xiàn)。1869 年門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律除了運用比較方法進行理論思維外，還在于他以聯(lián)系的觀點看問題,致力于尋找元素的原子量與其特性的聯(lián)系,還在于他”不自覺地應(yīng)用黑格爾的量轉(zhuǎn)化為質(zhì)的規(guī)律”，從而“完成r科學史上的個勛業(yè)”；1861 年俄國化學家布特列洛夫(A M Bymp.1828~1886之所以能夠提出有機結(jié)構(gòu)理論，不管他是否已經(jīng)自覺意識到，實際上也是在應(yīng)用辯證法正確地處理了性質(zhì)與結(jié)構(gòu)、現(xiàn)象與本質(zhì)之間的關(guān)系:而德國化學家肖萊馬(C. Schorlenrmer,1834~1892)則更為典型，他是-位自覺運用唯物辯證法的化學家。他不僅依照辯證法考察了碳的四個化合價的等價性，解釋了同分異構(gòu)現(xiàn)象，而且還對整個化學發(fā)展做出了辯證的概括。他認為“化學的發(fā)展是按辯證法的規(guī)律進行的"D，從而把辯證法在化學研究中的應(yīng)用提到了前所未有的新高度。
化學史表明，19世紀化學領(lǐng)域中辯證思維的發(fā)展不是偶然的，它是二百多年哲學日益成熟并不斷向科學滲透的必然結(jié)果。早在17世紀，由于科學要徹底擺脫宗教神學的束縛就曾求助于哲學以提供方法,弗?培根的實驗歸納法滿足了經(jīng)驗自然科學的要求。同時，笛卡爾也以其演繹數(shù)學法 運用到應(yīng)用數(shù)學較成熟的科學領(lǐng)域，為科學提供了有力的數(shù)學工具。在18世紀和19世紀初，由于科學日益需要以聯(lián)系的觀點和發(fā)展的觀點來“整理材料”,這就更迫切要求哲學提供辯證的認識工具。為此哲學家康德(L. Kant,1724~ 1804)提出太陽系起源和演化的假說，首先在當時僵化的自然觀上打開第一個缺口,并力圖把哲學變?yōu)榉椒ㄕ?。但是，他卻唯心地宣稱“科學認識是以先天的理性去整理后天的經(jīng)驗”，導致了思維和存在的割裂,陷入了不可知論。黑格爾(G, W.F. Hegel.1770~ 1831)則為自然科學提供了本質(zhì)上是革命的辯證法工具。但是他卻試圖把自然界運動形式從低級向高級的發(fā)展看成是“絕對觀念”的外化變來的，因此，仍未能提供一個理想的認識工具。 到了19世紀中葉，馬克思和恩格斯在總結(jié)了當時哲學和科學成就的基礎(chǔ)上，創(chuàng)立了唯物辯證法，從而在思想方法的基礎(chǔ)上滿足了科學發(fā)展的需要，為化學辯證思維的形成和發(fā)展奠定了哲學基礎(chǔ)。同時它也為化學正確處理觀察與實驗、經(jīng)驗與理論、歸納與演繹、分析與綜合、抽象與具體、歷史與邏輯等方法之間的關(guān)系提供了指南，為化學方法向現(xiàn)代過渡創(chuàng)造了理論條件。正如恩格斯所說,19世紀的科學家“不論自己愿意與否，都不可抗拒地被迫考察理論的一般結(jié)論”，都要自覺或不自覺地應(yīng)用辯證法?；瘜W家們也一-樣，他們都紛紛自覺或不自覺地應(yīng)用辯證思維，使辯證法成為化學研究和整個科學研究的主導認識工具。
閩ICP備15011996號-4
|
閩公網(wǎng)安備35040002000218號
|