化學(xué)與哲學(xué)

1、化學(xué)與哲學(xué),1.術(shù)語(yǔ),3.化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)展的哲學(xué)分析,2.物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)觀發(fā)展的哲學(xué)分析,4.化學(xué)反應(yīng)中的哲學(xué),1. 術(shù)語(yǔ),化學(xué)哲學(xué),哲學(xué),化學(xué),化學(xué) 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(xué),哲學(xué) 是在概括包含化學(xué)在內(nèi)的具體科學(xué)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(huì)和人類思維共同的、普遍的規(guī)律和原則;是自然知識(shí)和社會(huì)知識(shí)的總結(jié)；是關(guān)于世界觀和方法論的學(xué)說(shuō),化學(xué)哲學(xué) 是以化學(xué)學(xué)科為研究對(duì)象，以

2、化學(xué)基本運(yùn)動(dòng)和化學(xué)發(fā)展的基本規(guī)律為基本研究?jī)?nèi)容的一門學(xué)科，即研究化學(xué)領(lǐng)域中具有世界觀和方法論意義的一般理論問(wèn)題，它是自然科學(xué)哲學(xué)體系的一個(gè)子學(xué)科,化學(xué)哲學(xué)是架設(shè)在化學(xué)與哲學(xué)之間的一座橋梁,2.物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)觀發(fā)展的哲學(xué)分析,2.1 元素說(shuō),,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(shuō),古代元素說(shuō),,Boyle元素說(shuō),哲學(xué)分析,古代元素說(shuō)—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(xué)家柏拉圖，他用元素來(lái)表示當(dāng)時(shí)認(rèn)為是萬(wàn)物之源的四種基本要素：火、水、氣、土，柏拉圖的學(xué)生亞里士多德則進(jìn)一步明確提出構(gòu)成萬(wàn)物的四元素說(shuō)和四原性說(shuō)，四元素是土、氣、水、火，四原性是冷、熱、干、濕,,古代中國(guó)哲學(xué)家的陰陽(yáng)五行學(xué)說(shuō) ：土與金木水火雜，以成百物，萬(wàn)物統(tǒng)一于五行,醫(yī)藥化學(xué)家們提出硫、汞、鹽的三要素理論,Boyle元素說(shuō),,Robert Boyle 英國(guó)化學(xué)家（1627--1691），著作《懷疑的化學(xué)家》(1661),B

4、oyle R觀點(diǎn)：1、化學(xué)研究的目的在于認(rèn)識(shí)物體的本性，化學(xué)，絕不是醫(yī)學(xué)或藥學(xué)的婢女，也不應(yīng)甘當(dāng)工藝和冶金的奴仆，化學(xué)本身作為自然科學(xué)中的一個(gè)獨(dú)立部分，是探索宇宙奧秘的一個(gè)方面?；瘜W(xué)，必須是為真理而追求真理的化學(xué),2、只有那些原始的、簡(jiǎn)單的或是絲毫沒有混雜的(不能用化學(xué)方法再分解的)物質(zhì)才是元素?；瘜W(xué)元素是多種多樣的 。,3、化學(xué)，為了完成其光榮而又莊嚴(yán)的使命，必須拋棄古代傳統(tǒng)的思辨方法，而像物理學(xué)那樣，立足于嚴(yán)密的實(shí)驗(yàn)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(shuō)：“Boyle R把化學(xué)確立為科學(xué)”。,哲學(xué)分析：Boyle R之所以能夠提出科學(xué)的元素概念，從根本上看是在于他接受了當(dāng)時(shí)剛剛興起的微粒哲學(xué)，使他能夠用物質(zhì)微粒及其運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)對(duì)化學(xué)現(xiàn)象做出機(jī)械論的解釋，而無(wú)需訴諸于超自然的、人格化的因素，沖破了長(zhǎng)期居于統(tǒng)治地位的神秘主義哲學(xué)的束縛。此外，還在于他超出了古代哲學(xué)家的思維方式，不是依靠主觀臆測(cè)，而是依靠科學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)剖析物質(zhì)，尋找和確

6、定元素，進(jìn)而建立起科學(xué)的元素觀。,思考題,1、 Boyle是運(yùn)用何種哲學(xué)思想提出科學(xué)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(shí)驗(yàn)—氧的發(fā)現(xiàn)Lavosier的發(fā)現(xiàn)元素周期表的建立,Priestley的實(shí)驗(yàn)—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(yáng)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(lái)。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(zhǎng)期受到燃素說(shuō)思想的束縛，使這個(gè)能發(fā)生化學(xué)革命的元素，在他手中非但沒有引起推翻燃素說(shuō)的化學(xué)革命，反而為燃素說(shuō)似乎找到了又一個(gè)論據(jù)。他認(rèn)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(shuō)明，在科學(xué)研究中不能只注重實(shí)驗(yàn)事實(shí)而忽視理論思維;只在一個(gè)固定框架內(nèi)思考問(wèn)題，就不會(huì)有創(chuàng)造力。這正是Priestley J所犯錯(cuò)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(xué)說(shuō)。,Lavosier的發(fā)現(xiàn),Lavosier A L (1743-1794) 法國(guó)化學(xué)家 近代化學(xué)之父,建立燃燒的氧化學(xué)說(shuō),命名氧氣,發(fā)現(xiàn)質(zhì)量守恒定律,《化學(xué)基礎(chǔ)論》世界自然科學(xué)三大名著之一,元素周期表的建立,Lavosier A L列出了化學(xué)上第一個(gè)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(jiǎn)單

9、物質(zhì)為化學(xué)元素,19世紀(jì)中葉，俄羅斯化學(xué)家Mendeleev依照原子量的變化把化學(xué)元素聯(lián)系起來(lái)，發(fā)現(xiàn)了自然界的重要基本定律－－化學(xué)元素周期律 ，包含79種化學(xué)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(dǎo)，奠定了現(xiàn)代無(wú)機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ),2. 元素性質(zhì)變化的過(guò)程是由量變到質(zhì)變的過(guò)程，與哲學(xué)的事物發(fā)展規(guī)律一致,化學(xué)元素周期表把化學(xué)元素及其相關(guān)知識(shí)納入到一個(gè)嚴(yán)整的自然序列規(guī)律之中,20世紀(jì)40年代，發(fā)現(xiàn)了自然界存在的全部92種化

10、學(xué)元素。同時(shí)，人們又開始用粒子高能加速器來(lái)人工制造化學(xué)元素。這樣到1996年已發(fā)現(xiàn)的元素總數(shù)達(dá)到114種,,3. 自然界的各種元素不是一個(gè)個(gè)彼此孤立、不相依賴的偶然堆積，而是一個(gè)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(xué)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(shuō)的教訓(xùn)，對(duì)于你正確認(rèn)識(shí)事物有何借鑒？3、從思想方法上看，Lavosier為什么能實(shí)現(xiàn)一場(chǎng)化學(xué)革命？,Lavosie

11、r A L實(shí)現(xiàn)化學(xué)革命的科學(xué)思維方法：1.根據(jù)事實(shí)，不靠猜想，分析整理事實(shí)，從中引出結(jié)論。他強(qiáng)調(diào)“若非必然由觀察和實(shí)驗(yàn)的直接結(jié)果，我決不構(gòu)造任何結(jié)論；我們?cè)谝磺星闆r下都應(yīng)當(dāng)讓我們的推理受到實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，而除了通過(guò)實(shí)驗(yàn)和觀察的自然之路外，探尋真理別無(wú)他途“。Lavosier A L所遵循的這一認(rèn)識(shí)途徑是比較符合唯物主義認(rèn)識(shí)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(xué)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(xué)應(yīng)用于化學(xué)，認(rèn)識(shí)到盡管物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中其性質(zhì)與狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，然而反應(yīng)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(shuō)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(xué)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(duì)化學(xué)和哲學(xué)的貢獻(xiàn)分子論的建立及其方法

13、論,古代原子論,公元前5世紀(jì)的古希臘哲學(xué)家Leucippus和他的學(xué)生Demokritos認(rèn)為：萬(wàn)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(wàn)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(xué)，但它只是在觀察自然現(xiàn)象基礎(chǔ)上臆測(cè)出的學(xué)說(shuō)，缺乏科學(xué)實(shí)驗(yàn)依據(jù)，還未能在哲學(xué)和科學(xué)上發(fā)揮更大作用。,,Dalton的研究,Dalton J （1766-1844）英國(guó)化學(xué)家、物理學(xué)家, 著作《化學(xué)哲學(xué)的新體

14、系》兩冊(cè),,研究了氣體的性質(zhì)，得出分壓定律。 氣體的擴(kuò)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(dāng)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(jìn)一步意識(shí)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(biāo)準(zhǔn)，測(cè)定了不可見的、微小的原子的相對(duì)質(zhì)量，即原子量。為原子微粒第一次提供了一個(gè)能用數(shù)量表達(dá)的性質(zhì)，能用實(shí)驗(yàn)方法檢驗(yàn)出來(lái)的特征，為科學(xué)原子論的確立奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。,Dalton L的原子論,

15、（１）化學(xué)元素由不可分的微?！訕?gòu)成，它在一切化學(xué)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(shí)，原子以簡(jiǎn)單整數(shù)比結(jié)合。,Dalton J原子論的貢獻(xiàn),1.把古代哲學(xué)思辯的原子論思想賦予了可檢驗(yàn)的具體屬性內(nèi)容，得到了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的證明，促進(jìn)了唯物主義哲學(xué)的發(fā)展。,哲學(xué)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(yùn)用了量

16、質(zhì)互變的辯證法規(guī)律。,3.化學(xué)原子論作為一種物質(zhì)觀，不僅是化學(xué)上研究物質(zhì)組成的一種主導(dǎo)理論，而且也為哲學(xué)研究提供了一種新的認(rèn)識(shí)論和方法論。即把復(fù)雜的宏觀現(xiàn)象歸結(jié)為微觀的簡(jiǎn)單要素的認(rèn)識(shí)方法。例如19世紀(jì)馬克思對(duì)于資本主義社會(huì)商品剖析所建立的政治經(jīng)濟(jì)學(xué)----社會(huì)原子論的成果。Dalton J運(yùn)用了概念、判斷、推理的理論思維方法確認(rèn)了當(dāng)時(shí)尚不能觀察到的原子的存在，即運(yùn)用科學(xué)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(jìn)了理論思維方法的應(yīng)

17、用，充實(shí)了方法論的內(nèi)容。,思考題,4、 Dalton原子論的建立對(duì)于哲學(xué)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(yīng)中各氣體體積互成簡(jiǎn)單的整數(shù)比。,Avogadro分子假說(shuō)的兩個(gè)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(xué)說(shuō):,,

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(jìn)一步組成物質(zhì)。,分子論建立的方法論——假說(shuō)方法,在已知一定科學(xué)事實(shí)基礎(chǔ)上超出經(jīng)驗(yàn)領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)，對(duì)未知現(xiàn)象做出的假定性說(shuō)明，是人們從經(jīng)驗(yàn)到理論發(fā)展過(guò)程中不可缺少的重要思維形式和科學(xué)方法 。,恩格斯說(shuō)：只要自然科學(xué)在思維著，它的發(fā)展形式就是假說(shuō)。,3.化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)展的哲學(xué)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(xué)3.3 化學(xué)

19、結(jié)構(gòu)發(fā)展中的科學(xué)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(guó)化學(xué)家Kekulé F A著手研究苯的結(jié)構(gòu)1864年冬，提出了6個(gè)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(mèng)中發(fā)現(xiàn)：他似乎看見了碳原子組成的長(zhǎng)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(guò)來(lái)，立即思考并寫出了第一個(gè)苯環(huán)結(jié)構(gòu)式。,Kekulé F A之所以能夠夢(mèng)見苯環(huán)，并非偶

20、然。是他在長(zhǎng)期科學(xué)實(shí)踐，潛心研究、艱苦思索的基礎(chǔ)上，認(rèn)識(shí)上的質(zhì)的飛躍。,科學(xué)上的許多發(fā)現(xiàn)常帶有一定的偶然性，但實(shí)際上都是人類認(rèn)識(shí)和科學(xué)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(duì)未知世界進(jìn)行具有創(chuàng)見性思索的創(chuàng)造性思維方法（靈感或機(jī)遇）。積極運(yùn)用這種思維方法進(jìn)行創(chuàng)造性探索工作，才能不斷發(fā)展進(jìn)步。,3.2 分子結(jié)構(gòu)及量子化學(xué),化學(xué)鍵理論的發(fā)展經(jīng)典價(jià)鍵理論的電子學(xué)說(shuō) 1916年德國(guó)化學(xué)家Kossel W提

21、出了電價(jià)理論 1916年美國(guó)化學(xué)家Lewis G N提出共價(jià)論 化學(xué)鍵的本質(zhì)----量子化學(xué)理論建立 1927年，英國(guó)化學(xué)家Heitler W和London F W把量子力學(xué)引進(jìn)化學(xué)，討論了化學(xué)中最簡(jiǎn)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(xué)鍵的本質(zhì),3.3 化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)展的科學(xué)思維方法,化學(xué)移植法 即借助于其他學(xué)科的理論與方法研究化學(xué)對(duì)象的一種思維方法。 量子化學(xué)正是借助物理學(xué)科的量子力學(xué)理論與

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

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

24、8年，前蘇聯(lián)化學(xué)家Belousov報(bào)道了在Ce（IV)催化作用下，檸檬酸被溴酸氧化的反應(yīng)中，呈現(xiàn)化學(xué)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(shí)間振蕩反應(yīng),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(shí)間上有序現(xiàn)象,空間上有序現(xiàn)象,經(jīng)典熱力學(xué)認(rèn)為：處于非平衡態(tài)的孤立體系將會(huì)自發(fā)地趨向于熵最大的熱力學(xué)平衡態(tài)。從熵的統(tǒng)計(jì)意義來(lái)說(shuō)，孤立體系將自發(fā)地由有序趨向于無(wú)序。,但是：生物進(jìn)化，人類社會(huì)演變等，均為無(wú)序 有序,,時(shí)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(dòng)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(yuǎn)離平衡態(tài)；（2）反應(yīng)歷程有自催化步驟；（3）體系具有兩個(gè)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(shí)物理化學(xué)家和理論物理學(xué)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(gè)開放體系在達(dá)到遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非線性區(qū)域時(shí)，一旦體系的某一個(gè)參量達(dá)到一定閾值后，通過(guò)漲落就可以使體系發(fā)生突變，從無(wú)序走向有序，產(chǎn)生化學(xué)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(fù)熵流，使體系熵減少形成有序結(jié)構(gòu)。耗散即強(qiáng)調(diào)這種交換。②保持遠(yuǎn)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(yuǎn)離平衡態(tài)

28、條件下，非線性作用使?jié)q落放大，達(dá)到有序。漲落帶有隨機(jī)的偶然性，然而卻可以導(dǎo)致必然的有序。這再一次表明，必然性要通過(guò)偶然性來(lái)表現(xiàn)，偶然性是必然性的補(bǔ)充。,4.3 突破與應(yīng)用,傳統(tǒng)觀念的突破 ：（1）物理學(xué)和生物學(xué)規(guī)律的統(tǒng)一 ，物理學(xué)克勞修斯的熱力學(xué)第二定律和生物學(xué)達(dá)爾文的進(jìn)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(wú)序自發(fā)向有序的轉(zhuǎn)化是可能的。,跨學(xué)科的應(yīng)用：   耗散結(jié)構(gòu)不僅存在于化學(xué)