形成化學(xué)概念的思維方法一一移植和類比
化學(xué)先生 / 2019-08-13
他山之石，可以攻玉。科研中應(yīng)用移植方法，將物理學(xué)的概念和原理向化學(xué)移植，對于化學(xué)中新概念的形成有重大作用。物理化學(xué)和化學(xué)物理學(xué)中的大部分概念都與移植法的應(yīng)用有關(guān)。這些通過移植形成的概念可分為兩類：
一類是物理學(xué)概念直接應(yīng)用于化學(xué)領(lǐng)域，成為化學(xué)理論體系中不可缺少的一部分概念例如，化學(xué)理論中應(yīng)用的許多熱力學(xué)基本概念（內(nèi)能、始、、可逆過程等）。再如，量子力學(xué)基本概念（波函數(shù)、原子軌道、電子密度等）。
另類是物理學(xué)概念與化學(xué)概念、化學(xué)實驗資料相結(jié)合而行生出的新的概念。這種衍生出的概念，已經(jīng)不是物理學(xué)概念，而是化學(xué)概念。例如，化學(xué)熱力學(xué)中的化學(xué)勢概念、化學(xué)動力學(xué)中的活化能概念以及從中引出的其他概念等。在量子化學(xué)和結(jié)構(gòu)化學(xué)中這一類行生出的概念更多。
鮑林曾經(jīng)指出：“量子力學(xué)對化學(xué)的主要貢獻(xiàn)一向是提出新的概念。”然而他又指出：“這些新的概念，部分來自量子力學(xué)理論，部分是由對分子與晶體的精細(xì)分子結(jié)構(gòu)的實驗測定所提供的資料而產(chǎn)生的。”另一位量子化學(xué)家柯爾遜（C.A. Coulson，1910~1974）與鮑林的觀點相近，他認(rèn)為：“化學(xué)是一門實驗科學(xué)，它的最終模型要根據(jù)基本概念來建造。量子化學(xué)的作用是領(lǐng)會這些概念，并指出化學(xué)系統(tǒng)行為的主要輪廓是什么。”量子化學(xué)的三種化學(xué)鍵理論一價鍵理論、分子軌道理論和配位場理論中的許多概念都是這樣“雜交衍生”而成。
X射線品體學(xué)和結(jié)晶化學(xué)中的許多概念，則是在品體學(xué)、物理學(xué)與化學(xué)之間，廣泛應(yīng)用移植和“雜交”方法產(chǎn)生的。例如：整個幾何晶體學(xué)的全部概念和原理都移入結(jié)晶化學(xué)；此外，還衍生形成了許多新的概念，如行射方向、衍射強度、三種圓球密堆積型式、原子半徑、離子半徑和共價半徑、靜電鍵強度等。
移植離不開類比。在量子化學(xué)和結(jié)構(gòu)化學(xué)中，應(yīng)用類比方法本身也是產(chǎn)生新概念的途徑。例如，通過與原子軌道類比，形成了分子軌道概念；與原子的價電子軌道類比，產(chǎn)生了前線軌道概念；與原子軌道的對稱性類比，提出了分子軌道對稱性概念；等等。
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