化學(xué)假說形成的方式
化學(xué)先生 / 2019-08-17
從化學(xué)發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀看，化學(xué)假說的形成大體可分為三種方式。
第一種方式:依據(jù)已有的化學(xué)理論和實(shí)踐,對未知事實(shí)作出假定性說明；
第二種方式:從理論上進(jìn)行研究,通過邏輯推導(dǎo)提出新的化學(xué)預(yù)見或推測;
第三種方式:出現(xiàn)與已有理論根本沖突的化學(xué)事實(shí),用全新的觀念對未知化學(xué)事實(shí)作出假定性的說明。
第一種方式在化學(xué)假說形成中具有普遍性。鑒于化學(xué)研究對象(眾多的元素和化合物以及多變的化學(xué)反應(yīng))的多樣性和復(fù)雜性,當(dāng)一個(gè)又一個(gè)未知的化學(xué)事實(shí)出現(xiàn)時(shí)人們要做的大量研究工作首先是對這些化學(xué)事實(shí)進(jìn)行綜合的考察，確定哪些是未知的因素，在未知的因素中哪些是主要的、關(guān)鍵的。然后，大休確定它屬于哪個(gè)具體的化學(xué)研究范圍，并運(yùn)用已知化學(xué)理論和事實(shí)進(jìn)行具體研究作出解釋:作出這類假定性說明的形式可以是多種多樣的，可以通過實(shí)驗(yàn)，也可以通過各種邏輯方法。
第二種方式大多見于現(xiàn)代化學(xué)假說。 因?yàn)楝F(xiàn)代化學(xué)引進(jìn)了大量現(xiàn)代數(shù)學(xué)工具，使得現(xiàn)代化學(xué)理論更深刻、更概括、更抽象:它的物理意文已經(jīng)不像經(jīng)典化學(xué)理論那么直觀，而是蘊(yùn)涵著深刻豐富的內(nèi)容、這樣，人們就有可能從理論的研究中，通過邏輯推導(dǎo)作出某些推測和預(yù)見，即形成新的假說。例如，關(guān)于超重元素的穩(wěn)定島假說，就是采取這種方式形成的。西博格(G. T. Seaborg)曾指出:以滿殼層和其他一些核穩(wěn)定性(如雙幻核)考慮為基礎(chǔ)的復(fù)雜理論計(jì)算，給更重的超鋪元素合成描繪出了引人注目的一幅圖景:使人們對合成和鑒定，或者甚至是在自然界里發(fā)現(xiàn)那些完全超出周期表觀察上限的元素的前景充滿信心，由此提出和形成了關(guān)于超重元素的穩(wěn)定島假說。該假說推測,在Z=114和N 184處存在著封閉的核子殼層，它們會(huì)顯示出很大的抗自發(fā)裂變衰變的能力。理論計(jì)算已經(jīng)表明，雙幻核289，114是“自發(fā)裂變海洋”中的一個(gè)相當(dāng)大的“穩(wěn)定島”的中心。
第三種方式形 成的化學(xué)假說多半出現(xiàn)在新舊化學(xué)概念或理論之交。舊概念、舊理論的局限性日益暴露,但新的概念，理論體系還未建立或成熟，化學(xué)被一些已有的理論無法解釋的新事實(shí)所困擾。這時(shí)往往需要具有遠(yuǎn)見卓識和開拓精神的化學(xué)家來揭露已有理論同新事實(shí)的矛盾及其局限性，并依據(jù)新事實(shí)，充分發(fā)揮理論思維的作用，一方面繼承已有理論的合理內(nèi)核，另一方面大膽地對基本概念進(jìn)行根本性的變革，進(jìn)而提出富有創(chuàng)見的假說。例如，化學(xué)家福井謙所提出的前線軌道概念及其假說(后發(fā)展成為前線軌道理論)就屬于這類方式。20 世紀(jì)50年代初,福井謙一針對用電子學(xué)說中的電子密度概念不能解釋全部有機(jī)物(尤其是芳香烴)的反應(yīng)現(xiàn)象提出用量子力學(xué)中的“軌道”概念來解釋化學(xué)反應(yīng)的結(jié)構(gòu)。他指出:“以往的有機(jī)電子學(xué)說認(rèn)為，分子中電子聚集的場所即電子密度大的地方參與化學(xué)反應(yīng)，而我卻認(rèn)為，分子和分子把電子相互拉在一起,結(jié)果只有分子之間滲出的最外層電子左右著化學(xué)反應(yīng)，分子中滲出電子的軌道與原子和原子組成分子時(shí)參與結(jié)合的電子所在的軌道相同。"由此，福井謙一在研究芳香烴的親電取代和親核取代反應(yīng)中，提出了最高占據(jù)軌道(HOMO)、最低空軌道(LUMO)的概念,并稱這兩種特殊分子軌道為“前線軌道”。在這里，福井謙一是把前線軌道類比于原子中的價(jià)電子?？紤]到在化學(xué)反應(yīng)中價(jià)電子起著關(guān)鍵作用,因此可以很自然地聯(lián)想到，在所有的分子軌道中,能量最高的HOMO上的電子最活潑、最易失去，能量最低的LUMO最易接受電子。所以,有理由認(rèn)為。在分子反應(yīng)中，這種特殊的前線軌道貢獻(xiàn)最大，對反應(yīng)起著主導(dǎo)作用。這樣，作為一種了解分子反應(yīng)能力和反應(yīng)過程的強(qiáng)有力的假說就形成了。
應(yīng)該說明， 上述形成假說的 三種方式的劃分或區(qū)別僅具有相對意義，并不是絕對的,它們互相滲透，彼此沒有不可逾越的鴻溝。例如,對于第二、第三種方式也可使用類比、演繹、綜合等邏輯方法。實(shí)際上，一個(gè)化學(xué)假說的提出并沒有特定的模式。尤其是一些較系統(tǒng)的假說的形成，既包含第- 種方式，也包含第二種方式。我們應(yīng)該把假說的形成方式看作是一種比較復(fù)雜的認(rèn)識過程，它包含著一系列的思維活動(dòng)和實(shí)踐活動(dòng)。
化學(xué)假說具有 多種形態(tài)，可以是關(guān)于已經(jīng)發(fā)生、正在發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生的某種單個(gè)的化學(xué)事實(shí)或事件的推測，也可以是關(guān)于化學(xué)研究某一領(lǐng)城中有普遍聯(lián)系的假定，甚至是某種理論模型或更為復(fù)雜的命題系統(tǒng)。即化學(xué)假說可以以單個(gè)觀點(diǎn)定律、事件或單種關(guān)系的預(yù)測等模式出現(xiàn)，又可以以一個(gè)較為完整的系統(tǒng)的理論模式出現(xiàn)，總之，假說的結(jié)構(gòu)形態(tài)是多種多樣的。就化學(xué)的歷史發(fā)展而言，相當(dāng)多的化學(xué)假說不是以一個(gè)完整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)出現(xiàn)。因此， 若把化學(xué)假說僅僅理解為一個(gè)完整的知識體系或完整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式是不夠全面的。
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