化学史课程论文.doc

08级化学史课程论文化学发展史中的哲学内涵和哲学价值 08化本 081001033 田阳化学发展史中的哲学内涵和哲学价值摘 要: 以化学发展史为主线, 从物质化学组成, 结构和反应三方面的理论问题做哲学考察。现代化学元素思想形成和发展, 证实了辨证唯物主义自然观的科学性; 原子论思想促进了唯物主义哲学的发展; 分子论建立推进了科学思维方法的发展; 燃烧反应理论体现了辨证唯物法关于物质不灭与质量统一的规律; 化学耗散结构理论揭示了无序和有序转化同体系的封闭与开放, 平衡与不平衡等条件的联系, 有力捍卫了辨证唯物主义的自然观。关键词: 化学: 发展史: 哲学 化学是一门重要的基础科学, 它不仅是化学工作者的专业知识, 也是广大人民科学知识的组成部分, 化学教育的普及是社会发展的需要, 是提高公民文化素质的需要。同时化学科学自身有着丰富的哲学内涵, 当我们从哲学的角度来观察、分析和认识化学, 探讨化学理论的哲学价值、化学研究中的思维与方法, 从而能更好地掌握化学, 促进化学和哲学的发展。这里, 仅从物质的化学组成、结构和反应等三个方面的理论问题做一哲学考察。化学组成是反应物质内化学元素的质与量的范畴,是人们认识化学结构和化学反应的出发点。其基本理论主要是元素说和原子分子论。一、元素说证实了辨证唯物主义自然观的科学性 元素说是化学组成的理论基石, 也是哲学探讨的重要课题。自然界复杂繁多的万物是由少数基本物质即元素构成的, 万物是否统一于少数几种元素? 古希腊哲学家Thales( Thales，约公元前624-前547) 认为水生万物, 万物统一于水。古代中国哲学家提出以土与金木水火杂, 以成百物, 认为万物统一于五行, 即五种元素。此后, 古希腊哲学家Empedocles 也提出了类似的“四元素”说。他们提出的元素思想, 虽然还缺乏科学依据, 只是一种主观臆测, 而且也还远不是今天的科学元素概念, 然而毕竟是从物质世界本身来说物质世界和寻找统一, 从而体现了一种朴素的唯物主义思想, 这是难能可贵的。17 世纪中叶, 英国化学家Boyle R. 继承了古代元素思想, 靠化学实验研究了组成物质的元素, 第一次提出了具有科学性质的元素概念, 成为近代化学科学诞生的标志。Boyle R. 之所以能够提出化学的元素概念, 根本在于他接受了当时刚刚兴起的微观哲学, 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。18 世纪中叶法国化学家LavosierA.L. 在化学实验分析的基础上确定了33 种简单物质为化学元素, 列出了化学上第一个元素系统分类表。19 世纪末,共发现79 种化学元素。其间, 在19 世纪中叶, 俄罗斯化学家Mendeleev 把看似互不相干的化学元素,依原子量变化联系起来, 发现了自然界的重要基本定律 化学元素周期律, 从而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。到20 世纪40 年代, 人们已经发现了自然界存在的全部92 种化学元素。与此同时, 人们又开始用粒子高能加速器来人工制造化学元素。现代化学元素思想的形成和化学元素的发现, 进一步证实了辩证唯物主义自然观的科学性。它表明, 自然界中居于分子层次以上的物体, 从宏观的天体到微观的分子, 从有生命的动植物到无生命的矿物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。此外, 人们认识了化学元素, 还为化学知识的化繁为简, 以及促进物质的加工转化创造了有利条件。二、原子分子论促进了唯物主义哲学发展, 推进了科学思维方法的发展原子分子论是化学组成理论的又一基石。它是历经了千百年由化学家和哲学家共同创立的理论, 现已成为化学和哲学研究的重要思想工具。1. 原子论。元素是以何种方式组成万物的, 是连续的可分的方式, 还是间断的不可分的方式? 这既是一个化学问题, 也是一个哲学问题。古希腊哲学家认为, 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,有力地批驳了唯心主义哲学。但是, 古代原子论只是在观察自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。19 世纪初, 英国化学家Dal t on J. 提出了近代科学原子论。他认为元素是以原子微粒的方式构成的。化学反应的实质不过是原子间的重新组合。这样就把古代哲学的原子论发展成为近代科学的原子论, 促进了化学和哲学的发展。其具体作用主要是:从化学上看, 它把元素与原子两个基本概念联系在一起, 使化学元素具有了同一类原子总称的前所未有的明确概念。它合理地解释了当时几乎所有的化学现象和经验定律, 揭示了它们的内在涵义。从哲学上看, 它把古代哲学思与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,从而复活了2000 年来长期遭受宗教势力压制的古希腊原子论, 促进了唯物主义哲学的发展。此外, 它从原子量上的差异找到了元素质的差异的根源, 已经是不自觉地运用了量质互变的辨证法规律。同时, 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简单要素的认识方法。由于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、不可见的原子的存在, 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, 充实了方法的内容。2. 分子论。1811 年, 意大利化学家AvogadA. 根据气体反映体积简比关系定律, 大胆预言了原子复合体- - 分子的存在, 提出了著名的阿伏加德罗分子假说。他认为,包含在一个单位体积内的气体物质, 并不是独立的原子, 而是由原子构成的复合体, 从分子假说提升为分子论1。分子论的建立, 阐明了原子和分子间的联系与差别, 认识到原子在化学反应中基本保持不变, 只是分子的拆开、破坏、变化, 即化学反应实质主要是分子的“质”的变化。这样就使人们在认识物质层次和化学反应的深度上有了新的飞跃。同时也解决了长期以来在原子量测定等问题上出现的矛盾和混乱, 推动了化学的迅速发展。分子论的建立也表明, 假说方法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, 应当给予足够重视。3. 化学结构。是反映物质分子内部各元素原子的秩序, 即原子的联结方式和顺序的范畴, 是认识和掌握物质化学性质和化学反应规律的基础。这里拟从哲学角度并结合化学家认识化学结构的历史过程做一讨论。4. 局部的有机物结构。19 世纪中叶, 在原子分子论建立以后, 分子内原子间是怎样结合的问题也就成为化学家关注的焦点, 从而开展了化学结构研究。1861 年, 俄国化学家Bytepo B. A. M. 综合当时理论成果, 形成了有机物结构学说: 分子的性质不仅仅取决于其化学组成即原子的种类和数目, 也取决于其化学结构即原子的结合顺序, 有机物的化学性质与化学结构存在着一定的依赖关系, 人们可以依据分子的化学结构推测分子的化学性质。反之, 也可以依据分子的化学性质推测分子的化学结构, 从而肯定了化学结构的可知性和化学性质的可预见性。这一学说的提出, 阐明了化学现象与本质、化学功能与结构、宏观表现与微观结构间的内在联系, 促进了化学理论与合成技术的发展。1858 年德国化学家Kekule 着手研究了当时作为化学工业的重要原料的煤焦油中苯的结构, 直到1864年冬, 终于悟出碳链两端相连成环的道理, 发现了苯结构的关键。令人感兴趣的是, 他的发现是在梦中意识到的, 他之所以能够梦见苯环, 并非偶然。这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。其特点是认识上的直接和迅速, 不受逻辑规律的约束, 且往往是对原有逻辑程序的简化、压缩乃至违反, 从而表现为是一种灵感或机遇, 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。因此人们应当积极运用这种思维方法进行创造性探索工作。这就需要加倍地勤奋努力, 锲而不舍地追求, 反复实践, 从而创造出灵感和机遇, 取得成功。5. 分子结构。自1897 年发现电子, 揭示原子结构以后, 人们逐步对化学键的本质有了比较深刻的认识。1916 年提出了电价理论: 分子内原子间由于发生电子转移形成了阴、阳离子, 并产生了静电引力而结合成分子, 这一理论很好地解释了离子型化合物的结构与性质, 但无法说明氢气、氧气等相同元素原子间的结合力;1927 年, 初步揭示了化学键的本质- - 氢分子中两个氢原子成键是由于电子密度分布集中在两个原子核之间使体系能量降低所致。这样就创立了新的化学理论- - 量子化学。它反映了化学家对分子结构的认识已经深入到电子二象性的层次, 并使价键理论的观念、研究方法发生了深刻变化。它对化学键的认识和牛顿的引力、Kekule F. A. 的亲和力、KosselW. 的静电引力、Lewis G.N. 的静态电子对的观念不同, 是以电子概率波的重叠来揭示其本质的, 并对各种化学键做出了统一解释, 实现了一次辨证综合。成为一门更为严谨的学科。同时也推进了科学思维方法的发展。化学家把量子力学引入化学, 成功地探讨了分子结构并创立了量子化学。从方法论的角度看, 是运用了一系列的科学思维方法。首先是化学移植法, 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。显然, 量子化学正是借助物理学科的量子力学理论与方法研究成为重要化学研究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。其次是化学演绎法, 即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。再次是化学分析与综合方法, 即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; 然后在把化学分析的结果联结起来, 复原为整体认识的一种方法。可以看出, 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, 化学分析方法与化学综合方法的统一。三、燃烧反应理论体现了辨证唯物法关于物质不灭与质量统一的规律1. 化学反应。化学反应是物质分子的组成或结构的变化。掌握化学反应规律是化学研究的根本任务, 是研究化学组成和化学结构的最后归宿。这里仅从哲学角度对化学反应中的燃烧反应和自组织反应两个具体代表性的化学反应做一讨论。2. 燃烧反应。理论是化学家最早建立的一种能够统一解释化学现象的化学理论。初期是在17 世纪中叶出现了燃素说。它引导化学家注意对化学反应过程的研究, 导致了许多化学发现。然而所谓燃素实际上是一种并不存在的臆想出来的虚假物质, 因而燃素说也是一种错误学说, 以致越来越阻碍化学的发展。直到18 世纪中叶, 在燃素说统治化学达百年之久以后, 终于被新兴的氧化说所推翻, 实现了一场化学革命。这一过程具有重要的科学意义和哲学意义。1777 年, 化学家Lavier A.L. 认为, 燃烧是可燃物同这种“空气”的结合, 而不是燃素的放出; 可燃物燃烧时质量的变是由于 空气 造成的, 而与燃素无关。他把这种“空气”命名为氧气, 从而成为真正认识氧气的第一位化学家。由此他把燃素完全掘弃与燃烧过程之外, 彻底推翻了统治化学界达百年之久的燃素说, 建立了燃烧的氧化学说, 实现了一场深刻的化学革命。这是化学学科中第一个科学的化学反应理论。它不仅仅是对燃烧理论的革新, 而且也是对过去整个化学学科的一次系统总结, 促进了化学的迅速发展。他以科学实验第一次证明了化学反应前后物质总质量不变的物质质量守恒定律,为精密, 定量的化学发展奠定了科学基础。同时, 也为唯物主义哲学的物质不灭原理, 第一次提供了科学证明,促进了哲学的发展。Lavier A.L. 实现化学革命的一个重要原因是在于运用了正确的科学思维方法。这很值得人们借鉴。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并且总是分析整理事实, 从中引出结论。他指出, 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。Lavier 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。其次是在于他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。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, 体现了辩证物论关于物质不灭与质量统一的规律。3. 自组织化学反应。是一个开放、远离平衡的化学体系, 在一定条件下可以自发地组织成时间和空间的有序结构, 呈现出类似于生命特征的自组织现象。这一发现及其耗散结果理论的建立具有重要的科学意义和哲学意义, 是当代化学发展的重要前沿领域。化学振荡现象化学家自19 世纪以后陆续发现, 有一些化学反应中的某些组成或中间产物的浓度能够随时间发生有序的周期性变化, 即所谓化学震荡现象。由于当时这些现象都是在非均相体系中发生的, 因此曾误以为只有在非均相条件下才能产生, 以致未能真正揭示出反应的实质。1959 年, 在均相体系中发现的化学振荡现象, 使人们的认识发生了根本性转变。1964 年, 苏联化学家发现的化学振反应表明, 不仅在非均相体系中而且在均相体系中也能产生化学振荡现象。传统理论认为, 参加化学碰撞, 进行无规则的热运动; 反应后各种生成物的分子也只能是无序地在一起均匀混杂着, 混沌一片。此外, 依照过去对热力学第二定律的理解, 一个开放体系就意味着存在一个不断破坏平衡的不可逆过程, 应该朝着无序度增大方向不断发展, 不可能出现时空有序结构。因此,在化学振荡反应发现的初期, 人们感到难以理解。直到60 年代以后, 由于发现的事实越来越多, 化学振荡的存在已不容置疑才逐渐被承认, 并日益引起了广大化学家的注目。化学振荡反应所表现的宏观有序现象, 实质上是微观分子运动有序本质的反应, 是亿万分子从无序自发地“组织”起来协同一致动作的结果。这种自组织性, 可以说是一种新的相干性, 一种分子之间的“通信”机制产生的结果。过去认为这种形式的通信似乎是生物世界的惯例, 然而现在却在非生命物质的化学体系中也实现了,不能不使人感到极大惊异和兴趣, 以致认为很可能是一种生命的前躯或一种“前生物”的适应机制。因此, 超循环论的创始人Eigen M. 认为: 在生命起源和发展中的化