化学研究中的不变性研究

1化学研究中的不变性研究2摘要化学方法研究是化学理论建立所必不可少的工具。作为化学理论形成的主要标志在于它具有:能够反映化学运动的客观规律,由前提、推论、证明和结论所构成知识的严密逻辑性、进行定量表达的精确性等。这些标志所反映的条件,实际上只有依靠化学方法作研究工具才能实现。因此,化学理论的真理性必须由化学实验方法加以检验和证实。化学理论的逻辑性则需要运用化学演绎等方法去建立,这样才能把零星或散乱的知识依照本质关系和因果关系纳入一个严密的知识体系。而化学研究中的不变性研究实质是指，如何在化学研究的过程当中排除或减弱干扰因素带来的对结果的影响。本文主要阐述和证明了化学研究中演绎抽象法，科学归纳法，理想模型法是如何排除干扰因素的影响的。3目录第一章绪论..................................................................................41.1引言.........................................................................................41.2化学研究简介..........................................................................41.2.1古代朴素化学研究方法...................................................41.2.2文艺复兴时期化学实验与化学理论的构建......................61.2.3近代化学研究的理论突破...............................................71.2.4化学研究发展的现状........................................................91.3不变性原理简介.....................................................................101.3.1不变性原理发展史...........................................................101.3.2不变性原理理论..............................................................11第二章化学研究中的不变性方法.............................................112.1引言......................................................................................112.2演绎推理法............................................................................122.3科学抽象法............................................................................122.4理想模型法............................................................................14第三章结论与展望....................................................................16参考文献......................................................................................174第一章：绪论1.1引言化学哲学在我国曾被称为“化学辩证法”,“化学辩证法”一词现在仍部分沿用,是与正在使用的“自然辩证法”一词相协调。其实,马克思曾称恩格斯的自然辩证法为“关于自然哲学的著作”,所以无论自然哲学还是化学哲学一词并非后创的异端,而是被马克思哲学体系予以承认的一个名词。一般来说,化学研究的客体,首先是分子,其次是原子、原子核、基本粒子和超分子等,而化学研究的对象是物质,而不是意识,主要是实物粒子,而不是场,是实物粒子中的分子及其变化规律,而不是原子、原子核的运动规律。正是由于化学研究的对象是实物,所以实验的方法是化学研究中的重要方法,观察与实验是化学工作者所不可缺少的。化学研究的对象是分子、原子,而分子、原子在一般研究中是不能直接看到的,这就需要用思维去把握,用模型去具体化,这样,就需要有比较、类比、推理、假说和模型等方法,以作为化学研究的重要工具。化学科学的发展也反映了这些手段和方法在化学研究中的深入和扩展。1.2化学研究简介自从有人类以来,化学知识就处于不断积累过程,但在各个历史阶段,其发展状况也不一样。1.2.1古代朴素化学研究5人类古代历史最漫长,化学的发展也处于最缓慢发展的时期,因为这个阶段整个社会生产力低下,文化处于初级阶段;哲学思想尽管也有唯心与唯物之分,但也是处于早期的朴素阶段,同时还受着封建迷信的极大干扰。所以这个时期的化学是处于化学的萌芽时期,化学学科因其缺乏物质文化基础而不可能建立起来,人们对化学知识不可能建立一个系统的体系,并且缺乏科学的研究方法,这个时期人们对自然的认识处于原始和初级阶段,对化学现象的认识仅仅依靠观察和一些化工生产实践活动,所以这个时期是经验化学知识的积累时期。古代时期,人类的化学活动基本上分为两个方面:一方面是工匠们对实用化学工艺的发展,另一方面是思辩哲学家们在观察自然及化学工艺基础上的理论认识。最初是化学工艺占主导,古希腊时期,化学理论变为占主导,这时的理论问题主要包括物质本原和物质转变两方面的问题。在以后的长期的历史发展中,有时是化工占主导,有时是理论占主导,在一些引人注目的时期,二者共同繁荣,使化学得以更快的发展。从哲学的角度讲,理论与实践共同进步的时期,会使得二者互相促进并得到更好的发展。这两大分支最后合而为一,理论和实践融为一体,发展成为在黑暗的中世纪中艰难发展的金丹术,化学在当时那样一种历史背景下,采取金丹术这样一种形式是历史的必然,也有其学术理论基础。西方炼金术是在亚里士多德的四元素说和元素嬗变学说的基础上发展起来的,中国的炼丹术是在阴阳五行学说基础上发展起来6的。金丹术是人类最早尝试把化学哲学和化学实践相结合并用理论去指导实践的活动。但是,最终因其理论基础的谬误而导致了整个金丹术历史所反映出的艰难发展状态,并最终当成了一块科学发展的绊脚石而被逐出了科学的殿堂。金丹术的发展历史正好告诉我们建立一个正确的化学哲学体系的重要性。当然,朴素唯物主义的合理成分也使炼丹家们的工作并非完全地失去了意义,而正是他们积累了较为丰富的化学知识,制造了一些实用的化学实验工具,在某种程度上为近代化学的建立准备了条件,所以化学史界普遍认为金丹术是“化学的萌芽”。1.2.2文艺复兴时期化学实验与化学理论的构建16世纪,欧洲发生了文艺复兴运动,人们崇尚科学和人性的解放,对整个封建制度和宗教发起了攻击,文艺复兴使得整个人类的思想发生了一次质的飞跃。17世纪中叶,英国爆发了工业革命,工业革命的结果是打破了旧的生产方式,巩固了资本主义,生产力得到迅速发展。文艺复兴和工业革命给自然科学各门学科的蓬勃发展打下了良好的物质文化基础,成为自然科学发展的强大外力。在这样一种历史背景之下,化学从17世纪迈入了近代时期,历时两个半世纪,这个时期的最大特点就是把化学知识的积累由工场转向实验室,实验方法的确立以及职业化学家的出现使得把化学建成一门独立的学科成为可能。化学实验方法来源于文艺复兴时期的独立科学实践活动,而职业化学家的出现得力于社会生产力的发展、思想的解7放、工业对化学的要求以及社会分工的发展。在已积累的经验知识的基础上,化学家们逐步发展了一系列的概念、定律和理论。化学从多方面展开,建立起无机化学、有机化学、分析化学和物理化学等重要的基础理论分支学科,具备了较为丰富的实验基础和理论基础,这时的一系列化学实验和理论方法的建立为以后化学长足的发展打下了扎实的基础。1.2.3近代化学研究的理论突破近代化学时期是化学全面开花时期,这个时期化学界经历的大事件很多,发生了五次重大的突破,使得化学大厦牢固地确立起来。第一次重大突破是17世纪中期,波义耳(R.Boyle)提出了科学的元素概念,否定了亚里士多德的“四元素”说,把化学确立为科学。化学从此开始了正确的发展方向。第二次是18世纪下半叶,拉瓦锡(提出了燃烧氧化理论,否定了长达一百年之久的错误的燃素学说,把被燃素学说颠倒了的化学理论正立过来,建立了科学的化学燃烧理论,促进了化学的迅速发展。第三次是19世纪上半叶原子—分子论的建立,1803年,道尔顿在质量守恒定律、定组成定律、倍比定律等基础上提出了原子论;此后,阿佛加德罗在盖-吕萨克气体反应体积关系的基础上提出了分子学说,而康尼查罗综合两种学说,论证了原子—分子学说,解决了两种学说的争论,开创了化学发展新时期,为化学发展开拓了广阔道路。近代化学的崛起首先应该归功于氧化理论和原子—分子学说这两大范式8的建立,这两种范式是在扬弃化学的第一个范式——金丹术的基础上发展起来的。第四次是1824年,德国有机化学家维勒首先从无机物人工合成了有机物——尿素,使得当时流行的生命力学说得以破产,生命力论者把有机物质神妙化,使有机物化合物和无机化合物之间人为地制造了一条不可逾越的鸿沟,这样就严重地阻碍了有机化学的发展,生命力论是唯心主义和不可知论在有机领域内的反映。尿素的合成,突破了有机化合物和无机化合物之间的绝对界限,动摇了生命力的基础,解放了人们的思想,为有机合成开辟了广阔的道路。第五次是19世纪下半叶,俄国化学家门捷列夫在总结前人的基础上发现了元素周期律。周期律的建立,不但为新元素的发现提供了理论指导,而且使化学从仅限于对大量个别零散事实作无规则排列中摆脱出来,奠定了现代无机化学的基础;周期律的伟大意义还在于它不再把自然界的元素看成一个彼此孤立、不相依赖的偶然堆积,而是把各种元素看成一个有内在联系的统一体,它表明了元素性质变化的过程是由量变到质变的过程,是由低级到高级由简单到复杂的演变过程,所以元素周期律的发现不但在化学上有重要意义,而且在哲学上也有着重要意义。整个近代化学发展时期是化学史上一个承前启后的重要时期,一方面,在短短的两百多年时间里,建立了一个完整的具有各种分支学科的化学体系,建立了基本的化学概念、定理和定律,为现代化学的快速发展打下了坚实基础;另一方面,也是十分重要的一方面,近代化学9时期是一个思想全面解放的时期,它逐步破除了一些严重妨碍化学发展的错误或迷信思想。这个时期在化学思想、化学方法论上占有重要地位,许多普适性的化学研究方法就是在这个时候确立起来的。1.2.4化学研究发展的现状本世纪以来,由于科学对生产的推动作用,使得整个人类的物质文明达到了空前繁荣,生产力得到迅速发展,这种发展反过来又对化学的进一步发展提供了强大的物质技术保证,化学也迈入了现代化学发展时期,这个时期的化学开始由宏观领域进入到微观领域,把宏观的理论研究和微观的理论研究结合起来,更深刻地揭示了化学现象的本质,化学哲学的研究也就有了基本的理论保证。微观化学从量子化学、结构化学和核化学三个方向发展并向化学的许多方向渗透,突出表现在化学动力学、生命过程的化学和人工元素合成方面,20世纪的人工合成化学到了一个崭新的阶段,合成的新物质随时间加速增长,表现了人类对自然的强大改造能力。20世纪化学向其它学科的交叉渗透和综合,预示着化学将要揭示人类更为本质的奥秘。在这个成果爆发式发展的年代里,在理论、方法、实验技术和应用方面都发生了深刻的变化,具有了一些新的显著的特点,概括起来,主要有以下几点:第