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1、化学与哲学,1.术语,3.化学结构发展的哲学分析,2.物质组成结构观发展的哲学分析,4.化学反应中的哲学,1.术语,化学哲学,哲学,化学,化学 是原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学,哲学 是在概括包含化学在内的具体科学的成果、特殊规律的基础上所揭示的关于自然界、社会和人类思维共同的、普遍的规律和原则;是自然知识和社会知识的总结；是关于世界观和方法论的学说,化学哲学 是以化学学科为研究对象，以化学基本运动和化学发展的基本规律为基本研究内容的一门学科，即研究化学领域中具有世界观和方法论意义的一般理论问题，它是自然科学哲学体系的一个子学科,化学哲学是架设在化学与哲学之间的一
2、座桥梁,2.物质组成结构观发展的哲学分析,2.1 元素说,2.2 元素的发现及元素周期表的建立,2.3 原子分子论,2.1 元素说,古代元素说,Boyle元素说,哲学分析,古代元素说朴素唯物主义,最早提出元素这一概念的是古希腊一位著名的唯心主义哲学家柏拉图，他用元素来表示当时认为是万物之源的四种基本要素：火、水、气、土，柏拉图的学生亚里士多德则进一步明确提出构成万物的四元素说和四原性说，四元素是土、气、水、火，四原性是冷、热、干、湿,古代中国哲学家的阴阳五行学说：土与金木水火杂，以成百物，万物统一于五行,医药化学家们提出硫、汞、盐的三要素理论,Boyle元素说,Robert Boyle 英国化
3、学家（1627-1691），著作怀疑的化学家(1661),Boyle R观点：1、化学研究的目的在于认识物体的本性，化学，绝不是医学或药学的婢女，也不应甘当工艺和冶金的奴仆，化学本身作为自然科学中的一个独立部分，是探索宇宙奥秘的一个方面。化学，必须是为真理而追求真理的化学,2、只有那些原始的、简单的或是丝毫没有混杂的(不能用化学方法再分解的)物质才是元素。化学元素是多种多样的。,3、化学，为了完成其光荣而又庄严的使命，必须抛弃古代传统的思辨方法，而像物理学那样，立足于严密的实验基础之上。,具有相同核电荷数的同一类原子的总称,现代的元素定义：,恩格斯说：“Boyle R把化学确立为科学”。,哲学
4、分析：Boyle R之所以能够提出科学的元素概念，从根本上看是在于他接受了当时刚刚兴起的微粒哲学，使他能够用物质微粒及其运动的观点对化学现象做出机械论的解释，而无需诉诸于超自然的、人格化的因素，冲破了长期居于统治地位的神秘主义哲学的束缚。此外，还在于他超出了古代哲学家的思维方式，不是依靠主观臆测，而是依靠科学实验来剖析物质，寻找和确定元素，进而建立起科学的元素观。,思考题,1、Boyle是运用何种哲学思想提出科学元素概念的？,2.2 元素的发现及元素周期表的建立,Priestley的实验氧的发现Lavosier的发现元素周期表的建立,Priestley的实验氧的发现,1774年，Priestl
5、ey J 把氧化汞放置在玻璃钟罩内的水银面上，用火镜将阳光聚集在氧化汞上。很快就发现氧化汞被分解了，放出一种气体，将玻璃罩内的水银排挤出来。这种气体能使燃烧变旺，人的呼吸畅快。他把这种气体(O2)叫做”脱燃素的空气”。,Priestley长期受到燃素说思想的束缚，使这个能发生化学革命的元素，在他手中非但没有引起推翻燃素说的化学革命，反而为燃素说似乎找到了又一个论据。他认为氧气是由于能够脱除物质中的燃素而助燃，因而把氧气命名为脱燃素空气。这就说明，在科学研究中不能只注重实验事实而忽视理论思维;只在一个固定框架内思考问题，就不会有创造力。这正是Priestley J所犯错误的根源。相反，一切重大的
6、创造都从打破或是从改变这种固定框架开始。天平帮助Lavosier A L建立了燃烧的氧化学说。,Lavosier的发现,Lavosier A L(1743-1794)法国化学家 近代化学之父,建立燃烧的氧化学说,命名氧气,发现质量守恒定律,化学基础论世界自然科学三大名著之一,元素周期表的建立,Lavosier A L列出了化学上第一个元素系统分类表，确定了Au，Ag，Cu，Fe，Sn，O，H，S，P，C等33种简单物质为化学元素,19世纪中叶，俄罗斯化学家Mendeleev依照原子量的变化把化学元素联系起来，发现了自然界的重要基本定律化学元素周期律，包含79种化学元素。,元素周期律建立的重要意
7、义,为新元素的发现提供理论指导，奠定了现代无机化学的基础,2.元素性质变化的过程是由量变到质变的过程，与哲学的事物发展规律一致,化学元素周期表把化学元素及其相关知识纳入到一个严整的自然序列规律之中,20世纪40年代，发现了自然界存在的全部92种化学元素。同时，人们又开始用粒子高能加速器来人工制造化学元素。这样到1996年已发现的元素总数达到114种,3.自然界的各种元素不是一个个彼此孤立、不相依赖的偶然堆积，而是一个有内在联系的统一体，自然界的一切物质都是由化学元素组成的，体现了辩证唯物主义的物质统一观。,思考题,2、试述Priestley发现氧而未推翻燃素说的教训，对于你正确认识事物有何借鉴
8、？3、从思想方法上看，Lavosier为什么能实现一场化学革命？,Lavosier A L实现化学革命的科学思维方法：1.根据事实，不靠猜想，分析整理事实，从中引出结论。他强调“若非必然由观察和实验的直接结果，我决不构造任何结论；我们在一切情况下都应当让我们的推理受到实验的检验，而除了通过实验和观察的自然之路外，探寻真理别无他途“。Lavosier A L所遵循的这一认识途径是比较符合唯物主义认识论的。这正是他高于燃素论者而取得成功的根本所在。2.确信自然界规律的统一，物理规律与化学规律的统一，质与量的统一。他把建立在质量不变基础上的牛顿力学应用于化学，认识到尽管物质在化学反应中其性质与状态会
9、发生改变，然而反应前后的物质总量却是相同的。其中既然称不出燃素的量，也就说明并不存在燃素的质。正是由于他的这一理论框架和哲学观念才促使他决心同传统的燃素理论决裂，取得成功。他的以量定质的思维方法，体现了辩证唯物论关于物质不灭与量质统一的规律性。,2.3 原子分子论,古代原子论Dalton的研究及原子论Dalton对化学和哲学的贡献分子论的建立及其方法论,古代原子论,公元前5世纪的古希腊哲学家Leucippus和他的学生Demokritos认为：万物都是以间断的、不可分的微粒即原子构成的，原子的结合和分离是万物变化的根本原因，而不是理念或精神。古代原子论有力地批驳了唯心主义哲学，但它只是在观察自
10、然现象基础上臆测出的学说，缺乏科学实验依据，还未能在哲学和科学上发挥更大作用。,Dalton的研究,Dalton J（1766-1844）英国化学家、物理学家,著作化学哲学的新体系两册,研究了气体的性质，得出分压定律。气体的扩散性、渗透性和压缩性表明了原子微粒的存在。,2.发现当量定律、定比定律。表明构成物质的元素质量是非连续性、跳跃性变化的，进一步意识到了具有间断性微粒原子的存在。,3.以氢原子的质量为标准，测定了不可见的、微小的原子的相对质量，即原子量。为原子微粒第一次提供了一个能用数量表达的性质，能用实验方法检验出来的特征，为科学原子论的确立奠定了坚实的基础。,Dalton L的原子论,
11、（）化学元素由不可分的微粒原子构成，它在一切化学变化中是不可再分的最小单位。（）同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和质量各不相同，原子质量是元素的基本特征之一。（）不同元素化合时，原子以简单整数比结合。,Dalton J原子论的贡献,1.把古代哲学思辩的原子论思想赋予了可检验的具体属性内容，得到了科学实验的证明，促进了唯物主义哲学的发展。,哲学方面：,2.从原子量上的差异找到了元素质的差异的根源，不自觉地运用了量质互变的辩证法规律。,3.化学原子论作为一种物质观，不仅是化学上研究物质组成的一种主导理论，而且也为哲学研究提供了一种新的认识论和方法论。即把复杂的宏观现象归结为微观的
12、简单要素的认识方法。例如19世纪马克思对于资本主义社会商品剖析所建立的政治经济学-社会原子论的成果。Dalton J运用了概念、判断、推理的理论思维方法确认了当时尚不能观察到的原子的存在，即运用科学抽象的方法发现了隐藏在现象背后的原子本质，从而促进了理论思维方法的应用，充实了方法论的内容。,思考题,4、Dalton原子论的建立对于哲学发展有何作用？,分子论的建立,1811年Avogadro 定律：同温同压下，同体积气体所含分子数目相等,1808年Gay Lussac气体化合体积定律：在同温 同压下，气体反应中各气体体积互成简单的整数比。,Avogadro分子假说的两个核心：虽然相同体积气体的原
13、子数不同，但分子数相同；物质由分子组成，分子由原子组成。,Cannizzaro S原子-分子学说:,不同元素代表不同原子，原子按一定方式或结构结合成分子，分子结构直接决定其性能，分子进一步组成物质。,分子论建立的方法论假说方法,在已知一定科学事实基础上超出经验领域的认识，对未知现象做出的假定性说明，是人们从经验到理论发展过程中不可缺少的重要思维形式和科学方法。,恩格斯说：只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。,3.化学结构发展的哲学分析,3.1 苯环结构的发现必然性与偶然性3.2 分子结构及量子化学3.3 化学结构发展中的科学思维方法,3.1苯环结构的提出必然性与偶然性,1858年，德国
14、化学家Kekul F A着手研究苯的结构1864年冬，提出了6个碳原子以单双键交替结合成环的结构,3.1苯环结构的提出必然性与偶然性,在梦中发现：他似乎看见了碳原子组成的长链像蛇一样盘绕旋转，忽然看见有一条蛇衔起了自己的尾巴。他像被电击一样猛醒过来，立即思考并写出了第一个苯环结构式。,Kekul F A之所以能够梦见苯环，并非偶然。是他在长期科学实践，潜心研究、艰苦思索的基础上，认识上的质的飞跃。,科学上的许多发现常带有一定的偶然性，但实际上都是人类认识和科学技术手段发展到一定阶段的必然产物，是一种必然中的偶然，一种以某种形象思维形式对未知世界进行具有创见性思索的创造性思维方法（灵感或机遇）。
15、积极运用这种思维方法进行创造性探索工作，才能不断发展进步。,3.2 分子结构及量子化学,化学键理论的发展经典价键理论的电子学说 1916年德国化学家Kossel W提出了电价理论 1916年美国化学家Lewis G N提出共价论 化学键的本质-量子化学理论建立 1927年，英国化学家Heitler W和London F W把量子力学引进化学，讨论了化学中最简单的氢分子结构，即氢分子中核电子相互作用的体系，初步揭示了化学键的本质,3.3 化学结构发展的科学思维方法,化学移植法 即借助于其他学科的理论与方法研究化学对象的一种思维方法。量子化学正是借助物理学科的量子力学理论与方法研究作为重要化学研究
16、对象的分子结构而形成和建立的，是化学移植法运用的结果。运用这一移植法的客观依据是自然界物理运动和化学运动形式之间的相互联系与统一。,化学演绎法 从科学的一般性认识到化学的个别性认识的一种推理形式或思维方法。量子力学是描述微观粒子一般性运动规律的理 论，所以可用来描述化学中分子内微观粒子（核与电子）的特殊性运动规律。,化学分析和综合方法 先把化学事物的整体分解为部分、单元或要素，暂时割裂开来加以考察；然后再把化学分析的结果联结起来，复原为整体认识的一种方法。用量子化学方法处理分子的过程体现了分析与综合的统一。,思考题,5.试述量子化学建立的科学方法。,4.化学反应中的哲学,4.1 自组织化学反应
17、化学振荡现象4.2 Prigogine耗散结构理论4.3 突破与应用,BZ振荡反应（Belousov-Zhabotinsky Oscillating Reaction),1958年，前苏联化学家Belousov报道了在Ce（IV)催化作用下，柠檬酸被溴酸氧化的反应中，呈现化学振荡现象,柠檬酸：丙二酸，苹果酸，丁酮二酸,Ce：Fe，Mn等金属离子,时间振荡反应,溶液a：3 g丙二酸 3 ml浓硫酸 47 ml蒸馏水 0.2 g Ce(SO4)2,溶液b：2.7 g KBrO3 50 ml蒸馏水 2 ml 试亚铁灵,空间花纹,溶液a：11 g KBrO3 3 ml浓硫酸 134 ml蒸馏水,溶液b
18、：1 g NaBr 10 ml蒸馏水,溶液c：2 g 丙二酸 20 ml蒸馏水,时间上有序现象,空间上有序现象,经典热力学认为：处于非平衡态的孤立体系将会自发地趋向于熵最大的热力学平衡态。从熵的统计意义来说，孤立体系将自发地由有序趋向于无序。,但是：生物进化，人类社会演变等，均为无序 有序,时间上有序现象：心跳节律、生物钟、生态系统中物种数 量的周期性变化。,空间上有序现象：树叶、花朵形状与脉络，动物皮毛花 纹、蝴蝶翅膀等。,振荡发生的基本条件：,（1）敞开体系，远离平衡态；（2）反应历程有自催化步骤；（3）体系具有两个稳定状态，即具有双稳定性,4.2 Prigogine耗散结构理论,Prig
19、ogine I R(19172003)比利时物理化学家和理论物理学家。1968年，在历经了近20年的探索以后，提出了耗散结构理论。他指出：一个开放体系在达到远离平衡态的非线性区域时，一旦体系的某一个参量达到一定阈值后，通过涨落就可以使体系发生突变，从无序走向有序，产生化学振荡一类的自组织现象。,耗散结构的特征：,存在于开放体系中，靠与外界的能量和物质交换产生负熵流，使体系熵减少形成有序结构。耗散即强调这种交换。保持远离平衡态。非平衡是有序之源。体系内部存在着非线性相互作用。在平衡态和近平衡态，涨落是一种破坏稳定有序的干扰，但在远离平衡态条件下，非线性作用使涨落放大，达到有序。涨落带有随机的偶然
20、性，然而却可以导致必然的有序。这再一次表明，必然性要通过偶然性来表现，偶然性是必然性的补充。,4.3 突破与应用,传统观念的突破：（1）物理学和生物学规律的统一，物理学克劳修斯的热力学第二定律和生物学达尔文的进化论在反映自然规律方面是统一的。（2）平衡态和非平衡态的并重。（3）无序自发向有序的转化是可能的。,跨学科的应用：耗散结构不仅存在于化学领域，而且也普遍存在于整个自然界乃至人类社会的各个领域。因此，耗散结构理论也就是一种横跨化学学科及整个自然科学和社会科学的理论工具，是一门普遍化热力学或普适性理论，具有广泛的重要的科学意义和哲学意义。,人类对自然界物质组成、结构及其变化的认识经历了一个否定之否定的过程。人们对物质组成、结构及其变化的认识过程也是唯物主义的一个不断辩证否定的发展过程，在这个过程中，唯物主义经由了朴素唯物主义、机械唯物主义和辩证唯物主义三个发展阶段。,
