化學與哲學

1、化學與哲學,1.術(shù)語,3.化學結(jié)構(gòu)發(fā)展的哲學分析,2.物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)觀發(fā)展的哲學分析,4.化學反應中的哲學,1. 術(shù)語,化學哲學,哲學,化學,化學 是原子、分子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的科學,哲學 是在概括包含化學在內(nèi)的具體科學的成果、特殊規(guī)律的基礎(chǔ)上所揭示的關(guān)于自然界、社會和人類思維共同的、普遍的規(guī)律和原則;是自然知識和社會知識的總結(jié)；是關(guān)于世界觀和方法論的學說,化學哲學 是以化學學科為研究對象，以

2、化學基本運動和化學發(fā)展的基本規(guī)律為基本研究內(nèi)容的一門學科，即研究化學領(lǐng)域中具有世界觀和方法論意義的一般理論問題，它是自然科學哲學體系的一個子學科,化學哲學是架設(shè)在化學與哲學之間的一座橋梁,2.物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)觀發(fā)展的哲學分析,2.1 元素說,,2.2 元素的發(fā)現(xiàn)及元素周期表的建立,2.3 原子分子論,2.1 元素說,古代元素說,,Boyle元素說,哲學分析,古代元素說—樸素唯物主義,,,最早提出元素這一概念的是古希臘一位著名的唯心主

3、義哲學家柏拉圖，他用元素來表示當時認為是萬物之源的四種基本要素：火、水、氣、土，柏拉圖的學生亞里士多德則進一步明確提出構(gòu)成萬物的四元素說和四原性說，四元素是土、氣、水、火，四原性是冷、熱、干、濕,,古代中國哲學家的陰陽五行學說 ：土與金木水火雜，以成百物，萬物統(tǒng)一于五行,醫(yī)藥化學家們提出硫、汞、鹽的三要素理論,Boyle元素說,,Robert Boyle 英國化學家（1627--1691），著作《懷疑的化學家》(1661),B

4、oyle R觀點：1、化學研究的目的在于認識物體的本性，化學，絕不是醫(yī)學或藥學的婢女，也不應甘當工藝和冶金的奴仆，化學本身作為自然科學中的一個獨立部分，是探索宇宙奧秘的一個方面。化學，必須是為真理而追求真理的化學,2、只有那些原始的、簡單的或是絲毫沒有混雜的(不能用化學方法再分解的)物質(zhì)才是元素?；瘜W元素是多種多樣的 。,3、化學，為了完成其光榮而又莊嚴的使命，必須拋棄古代傳統(tǒng)的思辨方法，而像物理學那樣，立足于嚴密的實驗基礎(chǔ)之上。,具

5、有相同核電荷數(shù)的同一類原子的總稱,,現(xiàn)代的元素定義：,恩格斯說：“Boyle R把化學確立為科學”。,哲學分析：Boyle R之所以能夠提出科學的元素概念，從根本上看是在于他接受了當時剛剛興起的微粒哲學，使他能夠用物質(zhì)微粒及其運動的觀點對化學現(xiàn)象做出機械論的解釋，而無需訴諸于超自然的、人格化的因素，沖破了長期居于統(tǒng)治地位的神秘主義哲學的束縛。此外，還在于他超出了古代哲學家的思維方式，不是依靠主觀臆測，而是依靠科學實驗來剖析物質(zhì)，尋找和確

6、定元素，進而建立起科學的元素觀。,思考題,1、 Boyle是運用何種哲學思想提出科學元素概念的？,2.2 元素的發(fā)現(xiàn)及元素周期表的建立,Priestley的實驗—氧的發(fā)現(xiàn)Lavosier的發(fā)現(xiàn)元素周期表的建立,Priestley的實驗—氧的發(fā)現(xiàn),1774年， Priestley J 把氧化汞放置在玻璃鐘罩內(nèi)的水銀面上，用火鏡將陽光聚集在氧化汞上。很快就發(fā)現(xiàn)氧化汞被分解了，放出一種氣體，將玻璃罩內(nèi)的水銀排擠出來。這種氣體能使燃燒變旺

7、，人的呼吸暢快。他把這種氣體(O2)叫做”脫燃素的空氣”。,Priestley長期受到燃素說思想的束縛，使這個能發(fā)生化學革命的元素，在他手中非但沒有引起推翻燃素說的化學革命，反而為燃素說似乎找到了又一個論據(jù)。他認為氧氣是由于能夠脫除物質(zhì)中的燃素而助燃，因而把氧氣命名為脫燃素空氣。這就說明，在科學研究中不能只注重實驗事實而忽視理論思維;只在一個固定框架內(nèi)思考問題，就不會有創(chuàng)造力。這正是Priestley J所犯錯誤的根源。相反，一切重大的

8、創(chuàng)造都從打破或是從改變這種固定框架開始。 天平幫助Lavosier A L建立了燃燒的氧化學說。,Lavosier的發(fā)現(xiàn),Lavosier A L (1743-1794) 法國化學家 近代化學之父,建立燃燒的氧化學說,命名氧氣,發(fā)現(xiàn)質(zhì)量守恒定律,《化學基礎(chǔ)論》世界自然科學三大名著之一,元素周期表的建立,Lavosier A L列出了化學上第一個元素系統(tǒng)分類表，確定了Au，Ag，Cu，F(xiàn)e，Sn，O，H，S，P，C等33種簡單

9、物質(zhì)為化學元素,19世紀中葉，俄羅斯化學家Mendeleev依照原子量的變化把化學元素聯(lián)系起來，發(fā)現(xiàn)了自然界的重要基本定律－－化學元素周期律 ，包含79種化學元素。,,元素周期律建立的重要意義,為新元素的發(fā)現(xiàn)提供理論指導，奠定了現(xiàn)代無機化學的基礎(chǔ),2. 元素性質(zhì)變化的過程是由量變到質(zhì)變的過程，與哲學的事物發(fā)展規(guī)律一致,化學元素周期表把化學元素及其相關(guān)知識納入到一個嚴整的自然序列規(guī)律之中,20世紀40年代，發(fā)現(xiàn)了自然界存在的全部92種化

10、學元素。同時，人們又開始用粒子高能加速器來人工制造化學元素。這樣到1996年已發(fā)現(xiàn)的元素總數(shù)達到114種,,3. 自然界的各種元素不是一個個彼此孤立、不相依賴的偶然堆積，而是一個有內(nèi)在聯(lián)系的統(tǒng)一體，自然界的一切物質(zhì)都是由化學元素組成的，體現(xiàn)了辯證唯物主義的物質(zhì)統(tǒng)一觀。,思考題,2、試述Priestley發(fā)現(xiàn)氧而未推翻燃素說的教訓，對于你正確認識事物有何借鑒？3、從思想方法上看，Lavosier為什么能實現(xiàn)一場化學革命？,Lavosie

11、r A L實現(xiàn)化學革命的科學思維方法：1.根據(jù)事實，不靠猜想，分析整理事實，從中引出結(jié)論。他強調(diào)“若非必然由觀察和實驗的直接結(jié)果，我決不構(gòu)造任何結(jié)論；我們在一切情況下都應當讓我們的推理受到實驗的檢驗，而除了通過實驗和觀察的自然之路外，探尋真理別無他途“。Lavosier A L所遵循的這一認識途徑是比較符合唯物主義認識論的。這正是他高于燃素論者而取得成功的根本所在。2.確信自然界規(guī)律的統(tǒng)一，物理規(guī)律與化學規(guī)律的統(tǒng)一，質(zhì)與量的統(tǒng)一。他把建

12、立在質(zhì)量不變基礎(chǔ)上的牛頓力學應用于化學，認識到盡管物質(zhì)在化學反應中其性質(zhì)與狀態(tài)會發(fā)生改變，然而反應前后的物質(zhì)總量卻是相同的。其中既然稱不出燃素的量，也就說明并不存在燃素的質(zhì)。正是由于他的這一理論框架和哲學觀念才促使他決心同傳統(tǒng)的燃素理論決裂，取得成功。他的以量定質(zhì)的思維方法，體現(xiàn)了辯證唯物論關(guān)于物質(zhì)不滅與量質(zhì)統(tǒng)一的規(guī)律性。,2.3 原子分子論,古代原子論Dalton的研究及原子論Dalton對化學和哲學的貢獻分子論的建立及其方法

13、論,古代原子論,公元前5世紀的古希臘哲學家Leucippus和他的學生Demokritos認為：萬物都是以間斷的、不可分的微粒即原子構(gòu)成的，原子的結(jié)合和分離是萬物變化的根本原因，而不是理念或精神。古代原子論有力地批駁了唯心主義哲學，但它只是在觀察自然現(xiàn)象基礎(chǔ)上臆測出的學說，缺乏科學實驗依據(jù)，還未能在哲學和科學上發(fā)揮更大作用。,,Dalton的研究,Dalton J （1766-1844）英國化學家、物理學家, 著作《化學哲學的新體

14、系》兩冊,,研究了氣體的性質(zhì)，得出分壓定律。 氣體的擴散性、滲透性和壓縮性表明了原子微粒的存在 。,2.發(fā)現(xiàn)當量定律、定比定律。表明構(gòu)成物質(zhì)的元素質(zhì)量是非連續(xù)性、跳躍性變化的，進一步意識到了具有間斷性微粒原子的存在。,3.以氫原子的質(zhì)量為標準，測定了不可見的、微小的原子的相對質(zhì)量，即原子量。為原子微粒第一次提供了一個能用數(shù)量表達的性質(zhì)，能用實驗方法檢驗出來的特征，為科學原子論的確立奠定了堅實的基礎(chǔ)。,Dalton L的原子論,

15、（１）化學元素由不可分的微?！訕?gòu)成，它在一切化學變化中是不可再分的最小單位。（２）同種元素的原子性質(zhì)和質(zhì)量都相同，不同元素原子的性質(zhì)和質(zhì)量各不相同，原子質(zhì)量是元素的基本特征之一。（３）不同元素化合時，原子以簡單整數(shù)比結(jié)合。,Dalton J原子論的貢獻,1.把古代哲學思辯的原子論思想賦予了可檢驗的具體屬性內(nèi)容，得到了科學實驗的證明，促進了唯物主義哲學的發(fā)展。,哲學方面：,2.從原子量上的差異找到了元素質(zhì)的差異的根源，不自覺地運用了量

16、質(zhì)互變的辯證法規(guī)律。,3.化學原子論作為一種物質(zhì)觀，不僅是化學上研究物質(zhì)組成的一種主導理論，而且也為哲學研究提供了一種新的認識論和方法論。即把復雜的宏觀現(xiàn)象歸結(jié)為微觀的簡單要素的認識方法。例如19世紀馬克思對于資本主義社會商品剖析所建立的政治經(jīng)濟學----社會原子論的成果。Dalton J運用了概念、判斷、推理的理論思維方法確認了當時尚不能觀察到的原子的存在，即運用科學抽象的方法發(fā)現(xiàn)了隱藏在現(xiàn)象背后的原子本質(zhì)，從而促進了理論思維方法的應

17、用，充實了方法論的內(nèi)容。,思考題,4、 Dalton原子論的建立對于哲學發(fā)展有何作用？,分子論的建立,1811年Avogadro 定律：同溫同壓下，同體積氣體所含分子數(shù)目相等,1808年Gay Lussac氣體化合體積定律：在同溫 同壓下，氣體反應中各氣體體積互成簡單的整數(shù)比。,Avogadro分子假說的兩個核心：雖然相同體積氣體的原子數(shù)不同，但分子數(shù)相同；物質(zhì)由分子組成，分子由原子組成。,Cannizzaro S原子-分子學說:,,

18、不同元素代表不同原子，原子按一定方式或結(jié)構(gòu)結(jié)合成分子，分子結(jié)構(gòu)直接決定其性能，分子進一步組成物質(zhì)。,分子論建立的方法論——假說方法,在已知一定科學事實基礎(chǔ)上超出經(jīng)驗領(lǐng)域的認識，對未知現(xiàn)象做出的假定性說明，是人們從經(jīng)驗到理論發(fā)展過程中不可缺少的重要思維形式和科學方法 。,恩格斯說：只要自然科學在思維著，它的發(fā)展形式就是假說。,3.化學結(jié)構(gòu)發(fā)展的哲學分析,3.1 苯環(huán)結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)—必然性與偶然性3.2 分子結(jié)構(gòu)及量子化學3.3 化學

19、結(jié)構(gòu)發(fā)展中的科學思維方法,3.1苯環(huán)結(jié)構(gòu)的提出—必然性與偶然性,1858年，德國化學家Kekulé F A著手研究苯的結(jié)構(gòu)1864年冬，提出了6個碳原子以單雙鍵交替結(jié)合成環(huán)的結(jié)構(gòu),3.1苯環(huán)結(jié)構(gòu)的提出—必然性與偶然性,在夢中發(fā)現(xiàn)：他似乎看見了碳原子組成的長鏈像蛇一樣盤繞旋轉(zhuǎn)，忽然看見有一條蛇銜起了自己的尾巴 。他像被電擊一樣猛醒過來，立即思考并寫出了第一個苯環(huán)結(jié)構(gòu)式。,Kekulé F A之所以能夠夢見苯環(huán)，并非偶

20、然。是他在長期科學實踐，潛心研究、艱苦思索的基礎(chǔ)上，認識上的質(zhì)的飛躍。,科學上的許多發(fā)現(xiàn)常帶有一定的偶然性，但實際上都是人類認識和科學技術(shù)手段發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，是一種必然中的偶然，一種以某種形象思維形式對未知世界進行具有創(chuàng)見性思索的創(chuàng)造性思維方法（靈感或機遇）。積極運用這種思維方法進行創(chuàng)造性探索工作，才能不斷發(fā)展進步。,3.2 分子結(jié)構(gòu)及量子化學,化學鍵理論的發(fā)展經(jīng)典價鍵理論的電子學說 1916年德國化學家Kossel W提

21、出了電價理論 1916年美國化學家Lewis G N提出共價論 化學鍵的本質(zhì)----量子化學理論建立 1927年，英國化學家Heitler W和London F W把量子力學引進化學，討論了化學中最簡單的氫分子結(jié)構(gòu)，即氫分子中核－電子相互作用的體系，初步揭示了化學鍵的本質(zhì),3.3 化學結(jié)構(gòu)發(fā)展的科學思維方法,化學移植法 即借助于其他學科的理論與方法研究化學對象的一種思維方法。 量子化學正是借助物理學科的量子力學理論與

22、方法研究作為重要化學研究對象的分子結(jié)構(gòu)而形成和建立的，是化學移植法運用的結(jié)果。 運用這一移植法的客觀依據(jù)是自然界物理運動和化學運動形式之間的相互聯(lián)系與統(tǒng)一。,,化學演繹法 從科學的一般性認識到化學的個別性認識的一種推理形式或思維方法。 量子力學是描述微觀粒子一般性運動規(guī)律的理 論，所以可用來描述化學中分子內(nèi)微觀粒子（核與電子）的特殊性運動規(guī)律。,化學分析和綜合方法 先把化學事物的整體分解為部

23、分、單元或要素，暫時割裂開來加以考察；然后再把化學分析的結(jié)果聯(lián)結(jié)起來，復原為整體認識的一種方法。 用量子化學方法處理分子的過程體現(xiàn)了分析與綜合的統(tǒng)一 。,,思考題,5.試述量子化學建立的科學方法。,4.化學反應中的哲學,4.1 自組織化學反應—化學振蕩現(xiàn)象4.2 Prigogine耗散結(jié)構(gòu)理論4.3 突破與應用,BZ振蕩反應（Belousov-Zhabotinsky Oscillating Reaction),195

24、8年，前蘇聯(lián)化學家Belousov報道了在Ce（IV)催化作用下，檸檬酸被溴酸氧化的反應中，呈現(xiàn)化學振蕩現(xiàn)象,檸檬酸：丙二酸，蘋果酸，丁酮二酸,Ce： Fe，Mn等金屬離子,時間振蕩反應,溶液a：3 g丙二酸 ＋ 3 ml濃硫酸 ＋ 47 ml蒸餾水＋ 0.2 g Ce(SO4)2,溶液b：2.7 g KBrO3 ＋ 50 ml蒸餾水 ＋ 2 ml 試亞鐵靈,空間花紋,溶液a：11 g KBr

25、O3 ＋ 3 ml濃硫酸 ＋ 134 ml蒸餾水,溶液b：1 g NaBr ＋ 10 ml蒸餾水,溶液c：2 g 丙二酸 ＋ 20 ml蒸餾水,,時間上有序現(xiàn)象,空間上有序現(xiàn)象,經(jīng)典熱力學認為：處于非平衡態(tài)的孤立體系將會自發(fā)地趨向于熵最大的熱力學平衡態(tài)。從熵的統(tǒng)計意義來說，孤立體系將自發(fā)地由有序趨向于無序。,但是：生物進化，人類社會演變等，均為無序 有序,,時間上有序現(xiàn)象：心跳節(jié)律、生物鐘、生態(tài)系統(tǒng)中物種數(shù)

26、 量的周期性變化。,空間上有序現(xiàn)象：樹葉、花朵形狀與脈絡(luò)，動物皮毛花 紋、蝴蝶翅膀等。,振蕩發(fā)生的基本條件：,（1）敞開體系，遠離平衡態(tài)；（2）反應歷程有自催化步驟；（3）體系具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，即具有雙穩(wěn)定性,4.2 Prigogine耗散結(jié)構(gòu)理論,Prigogine I R(1917～2003)比利時物理化學家和理論物理學家。 1968年，在歷經(jīng)了近20年的探索以后

27、，提出了耗散結(jié)構(gòu)理論。他指出：一個開放體系在達到遠離平衡態(tài)的非線性區(qū)域時，一旦體系的某一個參量達到一定閾值后，通過漲落就可以使體系發(fā)生突變，從無序走向有序，產(chǎn)生化學振蕩一類的自組織現(xiàn)象。,耗散結(jié)構(gòu)的特征：,①存在于開放體系中，靠與外界的能量和物質(zhì)交換產(chǎn)生負熵流，使體系熵減少形成有序結(jié)構(gòu)。耗散即強調(diào)這種交換。②保持遠離平衡態(tài)。非平衡是有序之源。③體系內(nèi)部存在著非線性相互作用。在平衡態(tài)和近平衡態(tài)，漲落是一種破壞穩(wěn)定有序的干擾，但在遠離平衡態(tài)

28、條件下，非線性作用使?jié)q落放大，達到有序。漲落帶有隨機的偶然性，然而卻可以導致必然的有序。這再一次表明，必然性要通過偶然性來表現(xiàn)，偶然性是必然性的補充。,4.3 突破與應用,傳統(tǒng)觀念的突破 ：（1）物理學和生物學規(guī)律的統(tǒng)一 ，物理學克勞修斯的熱力學第二定律和生物學達爾文的進化論在反映自然規(guī)律方面是統(tǒng)一的。（2）平衡態(tài)和非平衡態(tài)的并重 。（3）無序自發(fā)向有序的轉(zhuǎn)化是可能的。,跨學科的應用：   耗散結(jié)構(gòu)不僅存在于化學