化學(xué)中比較與分類方法促進(jìn)化學(xué)學(xué)科體系的建立
化學(xué)先生 / 2019-08-09
波義耳提出“定性檢出極限”概念后，化學(xué)家們在分析檢驗(yàn)化學(xué)物質(zhì)時(shí)，由重視物理性質(zhì)發(fā)展到重視化學(xué)性質(zhì)，從而確定了定性分析為近代分析化學(xué)莫定了基礎(chǔ)。18世紀(jì)中葉，定量分析產(chǎn)生了。18世紀(jì)后期，歐洲的采礦、治金、機(jī)械等工業(yè)迅速發(fā)展起來，工業(yè)生產(chǎn)的大發(fā)展，迫切要求以礦物、巖石、金屬等為主要對(duì)象進(jìn)行化學(xué)分析。1829年，羅塞（H.Rose，1795~1864）制定了系統(tǒng)定性分析法。從此分析化學(xué)成為系統(tǒng)的科學(xué)門類。
實(shí)際上，分析化學(xué)可以說是比較和分類的化學(xué)，是根據(jù)物質(zhì)不同性質(zhì)的比較而使之分類（鑒定、分離）的方法。例如，一般系統(tǒng)化學(xué)分析就是根據(jù)物質(zhì)不同化學(xué)性質(zhì)的比較而予以分類的方法。儀器分析法則注重根據(jù)物質(zhì)物理特性的不同予以分類。在分析中，定性的化學(xué)分析中涉及陽離子分析。其中，H2S系統(tǒng)是根據(jù)各種離子的硫化物溶解度的明顯不同而進(jìn)行分組的，溶于水的一組再根據(jù)其碳酸鹽的水溶性加以分類，最后分離并鑒定出不同的離子，這就是比較分類的實(shí)際應(yīng)用。
光譜分析是儀器分析中最重要的方法，它基本上也是通過比較而確定物質(zhì)及其含量的分析方法。由此可見，比較和分類的方法相當(dāng)廣泛地應(yīng)用于分析化學(xué)中，分析的行為在于比較，分析的目的在于分類、鑒別。比較和分類的科學(xué)方法不僅推動(dòng)著分析化學(xué)學(xué)科的建立，而且使得化學(xué)學(xué)科內(nèi)部的系統(tǒng)層次更明確。
無機(jī)化學(xué)是在人們發(fā)現(xiàn)了多種元素化合物并研究其性質(zhì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。元素周期律發(fā)現(xiàn)后，由于對(duì)化學(xué)元素有了正確的分類，從而使無機(jī)化學(xué)的理論體系基本形成。而在這個(gè)過程中，任何元素的發(fā)現(xiàn)都源于未知元素與已知元素性質(zhì)的比校，比較的結(jié)果若發(fā)現(xiàn)它們不屬于同類則意味著一種新的元素的發(fā)現(xiàn)。至1869年，63種元素已被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，門捷列夫、邁耶爾等人，還是通過比較分類，發(fā)現(xiàn)和確定了化學(xué)元素周期律。人們在認(rèn)識(shí)元素的同時(shí)，對(duì)化合物的認(rèn)識(shí)也不斷發(fā)展，并對(duì)它們進(jìn)行比較而將之分為氧化物、酸、堿、鹽等不同的類型。
18世紀(jì)末，葛倫的《自然哲學(xué)》單獨(dú)分出一章講有機(jī)物，這是對(duì)有機(jī)物、無機(jī)物最早進(jìn)行的分類研究。當(dāng)時(shí)人們頭腦中有了礦物化學(xué)、植物化學(xué)、動(dòng)物化學(xué)的區(qū)別。后來經(jīng)過比較，發(fā)現(xiàn)動(dòng)物界、植物界包含某些相同的化合物，從而了解了無機(jī)物與有機(jī)物的區(qū)別，逐步使無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)的分類被人們普遍承認(rèn)。到了19世紀(jì)上半葉，有機(jī)化學(xué)在生命力論破產(chǎn)以后，逐步走上了正確的發(fā)展軌道。
18世紀(jì)中葉，羅蒙諾索夫比較了化學(xué)與物理研究方法的特點(diǎn)，他感到有必要把它們聯(lián)系起來，用某些物理方法來研究化學(xué)問題，于是他首次提出“物理化學(xué)”的術(shù)語。1887年，奧斯特瓦爾德與范霍夫合辦了《物理化學(xué)雜志》，物理化學(xué)的名稱漸漸被人們廣泛承認(rèn)并采用：這樣，通過分類研究，個(gè)新的學(xué)科誕生了。
到了19世紀(jì)末，化學(xué)中的無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)等四大類學(xué)科都有了很大發(fā)展，而這種正確的學(xué)科分類又對(duì)化學(xué)發(fā)展起了促進(jìn)作用。
19世紀(jì)末、20世紀(jì)初，由于物理、化學(xué)相繼向微觀領(lǐng)域深入，化學(xué)又有了很大發(fā)展，各種分支學(xué)科相繼產(chǎn)生，如核化學(xué)、高分子化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、生物化學(xué)、理論有機(jī)化學(xué)等應(yīng)運(yùn)而生，人們又試圖對(duì)這些新學(xué)科分支進(jìn)行新的分類。目前，國內(nèi)外學(xué)者有著不同的分類方法，各言其說，很不統(tǒng)一。例如，傳統(tǒng)的分類，可根據(jù)一級(jí)學(xué)科、二級(jí)學(xué)科和三級(jí)學(xué)科的層次進(jìn)行分類：
上述分類中，二級(jí)學(xué)科、三級(jí)學(xué)科的內(nèi)容，僅僅舉了個(gè)別的例子。實(shí)際上每一項(xiàng)都可以繼續(xù)進(jìn)行逐層分類。如無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)都可以再深層次分類，依此類推。這樣的分類好似樹枝一樣，主干分出樹枝，樹枝又進(jìn)一步分出小樹枝，如此等等，所以把這種分類法叫做樹枝式分類法，又稱樹狀分類法。
學(xué)科分類，從不同的角度有不同分法。美國化學(xué)家戴維?瓊斯就現(xiàn)代化學(xué)的分類提出了新的方案。他把整個(gè)化學(xué)科學(xué)分為五大領(lǐng)域：1）構(gòu)成化學(xué)；（2）反應(yīng)化學(xué)；（3）物理化學(xué)；（4）理論化學(xué)；（5）應(yīng)用化學(xué)。
瓊斯認(rèn)為，構(gòu)成化學(xué)研究的目的在于發(fā)現(xiàn)物質(zhì)樣品的化學(xué)性質(zhì)。如果是對(duì)某“純粹”物質(zhì)樣品來說，它就是構(gòu)成化學(xué)。而對(duì)混合物來說，則是分析化學(xué)。他認(rèn)為反應(yīng)就是一種制作新型物質(zhì)的藝術(shù)，是把一些適當(dāng)?shù)脑弦黄疬M(jìn)行反應(yīng)，或者用各種能（如熱、光、電等）來處理這些原料。物理化學(xué)是尋求發(fā)現(xiàn)各種物質(zhì)的物理性質(zhì)是如何依賴于組成這些物質(zhì)的各種分子的性質(zhì)和揭示這些分子接收能量的方式。理論化學(xué)的任務(wù)是闡釋為什么一些原子形成了分子，為什么分子具有某些結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵、能級(jí)和反應(yīng)性等。最后，應(yīng)用化學(xué)是利用上述四種學(xué)科得到的知識(shí)和使用易得的原料來發(fā)揮化學(xué)的作用。在中國，有些學(xué)者則把化學(xué)分為三個(gè)層次，并逐層進(jìn)行了細(xì)致的分類。他們在第一層次中進(jìn)一步把化學(xué)歸納為六大類（無機(jī)、有機(jī)、高分子、鑒測化學(xué)、物化、生化）。他們強(qiáng)調(diào)，化學(xué)分類問題反映著化學(xué)學(xué)科的對(duì)象和體系的內(nèi)容結(jié)構(gòu)，分類是為了深入研究化學(xué)而采取的一種基本方法。分類是否恰當(dāng)，直接影響到化學(xué)的發(fā)展。這種觀點(diǎn)是對(duì)化學(xué)發(fā)展中比較和分類科學(xué)方法的重要作用的正確說明。
徐光憲教授指出，化學(xué)分類方法還可以促進(jìn)新學(xué)科的形成。他舉例說，化學(xué)中的萃取方法有100多年的歷史，但真正發(fā)展是20世紀(jì)40年代的事。隨著原子能技術(shù)的發(fā)展，有些工藝要求鈾的純度非常高，這才促進(jìn)了萃取方法的迅速發(fā)展。通過對(duì)萃取體系進(jìn)行分類，到20世紀(jì)50~60年代形成了萃取化學(xué)。這說明，對(duì)某些化學(xué)研究的內(nèi)容進(jìn)行分類，深入研究，就可以逐步形成新的學(xué)科。再如絡(luò)合物可以分成單核絡(luò)合物，即 Werner型絡(luò)合物和非 Werner型絡(luò)合物，后者又可分成多核絡(luò)合物、原于。通過分類方法，對(duì)絡(luò)合物進(jìn)行分門別類的深入研究，促成了絡(luò)合物化學(xué)這門學(xué)科的形成。
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