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马勋涛化学思想内容提要：马勋涛首先否定了现代酸碱理论，接着对现代化学键理论中不符合逻辑及唯物辩证法的思想提出疑问并做出回答，同样对氧化还原反应判定的不合理性做出了回应，否定了歧化反应中关于电子转移的机理，提出了关于共价化合物不能电离的思想，以及共价化合物在溶液中的导电机理，同时又提出新的化学键假说等等。因此逐渐形成了自己对于化学科学的认识，形成了自己认识化学的思想方法。引言：马勋涛在开始学习化学时发现了化学概念中的逻辑矛盾，没人能够解答，为了寻求答案，他苦苦求索，置一切于不顾，经过将近三十年的不懈努力，虽然还不能解决那些问题，但是却形成自己对于化学的认识，故总结出来，以抛砖引玉。为追求真理，吾将上下而求索。第一章化学理论概念中的逻辑和哲学矛盾第一节 原子概念与氢离子概念中的逻辑矛盾原子概念是化学中的最基本概念，它是现代化学理论的基石。它认为原子由原子核与核外电子组成，是化学反应中的最小微粒，用化学方法不可再分；原子核居于原子中心并占有原子的绝大部分质量，而绕核高速旋转的电子却占居了原子的绝大部分空间。离子是带电荷的原子，氢离子自然就是带电荷的氢原子；带负电荷的称为负氢离子，带正电荷称为正氢离子，即H.我们通常说的氢离子就是指H.众所周知，氢原子的原子核外只有一个电子，它失去一个电子就是H.但是它已经不可再称之为离子或者带电荷的原子了。因为你不能把一个原子核称为离子吧。化学反应不能原子一分为二吧。否则，原子也不能称为化学反应中的最小微粒了。所以说氢离子这个概念仅从逻辑上说就已经自相矛盾了。然而，如果氢离子在化学中本身就不存在，那么，所有的酸碱理论不全都错了吗？与之相关的其他理论还能正确吗？整个化学理论不都乱套了吗？这么简单的逻辑为什么人们都没有注意到？这个问题不值得我们去深思吗？我们知道，氢离子这个概念源自阿仑尼乌斯的酸碱电离理论，如果氢离子这种东西不存在，酸又是靠什么东西导电的呢？这些问题迫使我不得不千次万次地反复思考氢离子是否真的能存在于酸溶液中。因此，我首先探究酸的强度问题。像很多初学者那样，最初都认为氢氟酸是氢卤酸中酸性最强的一个。原因很简单，因为氟原子夺取电子的能力最强，最能使氢原子失去电子变为离子。然而，事实上氢氟酸却是一种弱酸。这岂不让人吃惊？氢卤酸的酸性随着氟氯溴碘几种原子夺取电子的能力减弱，其对应的酸的酸性反而增强，这不等于说氧化性越小从氢夺取电子的能力越强吗？这岂不又是自相矛盾了吗？！然而，第四、五、六、七主族元素的氢化物其酸性对于同一周期元素来说，随着元素氧化性的增强而酸性也增强；但是对于同一主族的元素来说，却是随着元素氧化性的减弱而增强！很显然，酸分子中与H原子相键合的那一种元素，其氧化性的大小与化合物酸性强弱的关系上，存在两种相互矛盾的结果！因此说，你如果想用元素的氧化性的大小或者说电负性的大小来解释酸性强弱的规律，无论怎样解释都是完全错误的！这彰示我们，要想解释酸性强弱的规律，必须另辟蹊径！下面，就让我们考察一下关于酸的化学反应吧。第二节酸的置换反应中理论上难以解释的化学反应我们常说，酸有一种通性：在金属活动顺序中，排在氢前面的元素能从酸中把氢置换出来。因为酸在水溶液中都能电离出氢离子，强酸是完全电离的，酸性强弱仅是氢离子浓度的大小而已！既然如此，氢离子的氧化性又是一定的，那么不就是说排在金属活动顺序中氢后面的元素不能从酸中把氢置换出来吗？不，事实上完全不符合这种推断；几乎所有的金属元素都能从某一种酸中把氢置换出来。而且，更令人惊奇的是，有些弱酸如HF，酸性好象比强酸还强！这真是太出乎人的意料了。例如，铜、汞、银、金都能从氢碘酸中把氢置换出来，甚至弱酸如氢硫酸也能与铜发生置换反应。而钛、锆、铪、钒、铌、钽等很难或者不能与强酸反应，却易与HF反应而置换出氢！铂能溶解于液氨的氯化铵溶液而置换出氢。在气态情况下，特别是在高温条件时，主族元素的氢化物能与各种金属发生置换反应。但是有人却认为在高温时能产生离子对！却不敢正视化合物从化合到分解的事实。化合物分解产生原子，接着生成单质。哪里能来氢离子呢？不存在质子的化合物能给出质子，你不觉得酸碱质子理论太荒谬了吗？在强碱溶液中，硼、铝、锌、硅、锗、锡等可从中置换出氫气，请问强碱溶液中氢离子很多吗？在熔融的一些强碱中，砷、锑、锆、钒、钽、钼、钨、铱等都能把氢置换出来，在氰化物等一些络合物的水溶液中，铂等可从中将氢置换出来。我们能说这是金属被氢离子氧化的结果吗？在液氨溶液中，一些金属如锑、铋、锗、锡的氢化物，都能被置换出氢来。难道说这些元素的电负性比氢还大吗？难道说夺取电子能力小的元素竟然能把夺取电子能力大的元素的电子夺取过来吗？这是什么逻辑！通过上面的分析，可以得出结论：酸碱理论是很值得怀疑的。 第三节用化合价变化判定氧化还原过程中的逻辑矛盾广义地说，人们认为氧化还原是存在电子转移过程的化学反应。这个定义没有什么疑问，但是对它的判定人们却有不同的看法。从中学课本上，对氧化还原的判定就是以化合价的变化来判定的。从逻辑上讲，化合价的变化仅仅是对氧化还原判定的充分条件而已！而电子转移才是判定的充分必要条件。因此，这里就潜存了一个问题：有些化学反应过程，存在电子转移却在反应前后没有化合价的变化，它是否是氧化还原反应呢？按定义应该是，但一般人却不认为是！这究竟是为什么呢？这实际上是由于化学理论存在重大没有解决的问题造成的。下面的一个关于氧化还原反应的悖论可以说明这个问题。氟、氯、溴、碘四种离子的还原性依次减弱？！证明：我们用H来氧化以上四种离子，从被氧化程度的大小自然就可以判定其还原性的大小强弱了。HX=HX很明显，这是电离的逆过程；因此，我们只要知道酸的电离程度的大小就可以判定这几种离子还原性的大小了。我们知道，氢卤酸强度的大小依次是：HFHClHBrHI.这就证明，F最容易被氧化为HF, 而I最难被氧化为HI.这不就证明了四种离子的还原性依氟、氯、溴、碘的顺序减弱吗？结论为什么与事实相矛盾呢？这就牵涉到氧化还原概念与酸碱理论的关系了。问题究竟是出在什么地方呢？关于酸的电离逆反应及中和反应 HOH=H2O分明是离子经过电荷转移变为电中性，为什么人们都认为它是复分解反应而非氧化还原反应呢？这是因为我们还没有解决酸碱理论是否能进一步得到证明的问题。用化合价变化来判定氧化还原过程的第二种问题是：人们只注意到了化学反应前后化合价的变化，而忽视了反应过程中化合价的变化。最显而易见的是，多种共价化合物在高温下的反应。在高温下，化合物的分解，化合价必然变化；而分解物的再化合又发生了化合价的变化，其结果是反应前后化合价没有变化。例如，1.H2S2DI=D2S2HI2.6Cu2NH3=2Cu3N3H2在反应（1）中，没有化合价的变化，却存在化合与分解的必然；在反应（2）中，虽然有化合价的变化，却使我们对电子的转移过程产生了误解：从化合价变化可以看出电子由铜向氢转移，然而高温下氨气的分解必然是电子由氮向氢转移，铜与氮的化合电子又由铜向氮转移。这说明用化合价变化判定氧化还原反应的方法误导了我们。第四节氧化还原反应的判定与歧化反应相关的问题我们最熟习的歧化反应就是卤素在水中的水解反应：X2H2O=HXHXOHX中卤素为1价，HXO中卤素为1价，电子转移发生在卤素原子之间。我们同时知道，氢卤酸实际上很不稳定，在光照下发生分解反应：2HXO=2HClO2此反应中，电子由氧向氯转移。现在，我们将反应的两个过程合二为一：2X22H2O=4HXO2 此反应从化合价变化可以看出，电子由氧向卤素转移。我们无法看出反应过程中的歧化现象。这说明用化合价判定氧化还原，只见结果，不见过程。还有更令人惊奇的是，人们对于氟元素与水的歧化反应：F2H2O=HFHFO 低压冰水中，与其它卤素与水的歧化反应，二者电子的转移机理是不一样的！因为氟元素的电负性比氧大，怎么可能被歧化成正化合价呢？因此说，歧化反应关于电子的转移机理是很难让人信服的。与歧化反应相类似的反应，在有机化学中被称为取代反应。例如，CH42I2=CI44HI在这类反应中，分子中的共价键被认为是“均裂”的，却不能以化合价的变化来判定电子的转移！由此看来，氧化还原反应的判定是有多重标准的；你无法判断电子是如何转移。甚至说，两元素之间化合价的正负你都难以判断。例如，通常认为氮元素的电负性比氯大，而事实上，氯的电子亲合能比氮大，氯元素能生成很多离子化合物，而氮却不能；氮通常容易形成共价键。你不能确切判断二者谁是正价，谁是负价。没有确切的标准，这不正反映出这些化学理论存在着弊病吗？很令人深思的是，像CH4、NH3、H2O等与卤素的反应，我们用类比的方法来研究，其电子转移的机理应该是相同的。但是，以上的结果各异，这说明了我们对于氧化还原反应的判定方法不完全正确，不一定符合事实。另外，有一个关于惰性元素的歧化反应：2NaHXeO42NaOH=Na4XeO6XeO22H2O在这个反应中，一个氙原子从六价被歧化为八价；那么氙原子的第七、第八电离电子将要失去。而这两个电子的电离能分别为102和126电子伏特！如此高的能量怎能获得？以此看来，歧化反应的电子转移机理太荒唐了。第五节关于化学键理论中的逻辑和哲学矛盾化学键通常被分为两大类型：离子键和共价键。因为相键合的两个原子之间，存在着争夺对方电子的现象。其结果只有两个，一个是能夺取对方的电子，从而产生离子，形成离子键；另一个是都不能夺取对方的电子，以共用电子对的形式结合，形成共价键。那么，这里就存在一个问题：共价键可以“异裂”吗？什么是共价键的异裂呢？它指的是共价键断裂时，分开的两个原子都带上了电荷而变为正、负离子。原子在形成共价键时，本来就存在着结合后稳定成键和不稳定而断裂两种可能。既然都不能夺取对方的电子，那么无论何时断裂，就一定是“均裂”，即分裂为两个中性原子。“异裂”与“共价键”两个概念在逻辑上就是矛盾的。从逻辑上讲，以前面共价键与离子键的生成定义可知：它们是一对矛盾概念。而矛盾概念把事物分为两类，不存在既是共价键而又能异裂为离子键的第三种情况。人们常常把电离归因于溶剂的作用，而气态下“离子对”的形成是由于高温的作用。却不知无论是溶剂还是温度，其实都是外部的因素；而不是事物变化的内在根据。外因是条件，必须通过内因起作用。在化学上，极性分子的偶极距越大，离子性越强；例如HF就是与H原子形成共价键的分子中，离子性最强的共价氢化物。但它却是一个有着奇异特性的弱酸！而HI的偶极距极小，离子性极弱，却是一个极强的酸。即使是溶剂分子的强烈碰创，也只能分裂为原子而已，而非离子。一个非常明显的例子是：氢碲酸H2Te, 它是非常不稳定的，很容易发生分解现象，从而分解出单质。这就证明了溶剂分子的作用，只能使酸离解出原子而非离子！在量子力学中，与共价键相关的是“离域键”思想。电子的离域实质上就是电子的得失，这也与共价键的概念相矛盾。因此令人怀疑。唯物辩证法在倡导运动的绝对性时，同时也强调了相对静止的存在。因为只有承认它的存在，才能保证事物“质的”稳定性。否则，就会使事物瞬息万变，不可捉摸。虽然共价键的一些性质好象是电子离域的结果，因此我们就认为电子必然是离域了吗？关于离子晶格能的计算，人们常常使用热化学循环方法。例如对NaCl晶格能的计算，要用到钠的电离能及氯的电子亲合能两种数据；钠的电离能约为5.1电子伏特，氯的电子亲合能约为3.8电子伏特。这里存在一个问题：如果在气态中存在钠离子和氯离子，那么氯原子的电子亲合能一定要大于钠原子的电离能！否则，氯离子的电子必然要向钠离子跃迁，化为两种原子，既然离子都不存在，何来的离子晶格能？而计算结果竟然能符合事实，令人惊奇！与此相关的是，钠原子在光电效应中的逸出功仅仅是2.3电子伏特，即电子从金属钠固体表面逸出比电子从气态钠原子电离要容易的多！难道固态钠比气态钠不更多了一层金属键的束缚吗？这不值得我们认真探究吗？第六节关于电化学原理的一些问题溶液导电的机理是：（1）溶液中的离子向两极定向地迁移。（2）在两电极上分别发生得失电子的氧化还原反应，即电极反应。问题是：（2）中电极反应与（1）中的迁移离子完全对应吗？答案是不一定。这就使我们会感到这个机理不能完全反映出事实的本来面目。另一个问题是：在碱金属的液氨溶液中，就根本不存在离子。何来的离子迁移？由此看来，这个机理还存在着很大问题。我们来做一个实验：用盐桥将稀硫酸与氢氧化钠溶液连接起来，并用惰性材料为电极；在硫酸中插入阳极，氢氧化钠中插入阴极，通直流电进行电解。实验结果是：在阳极析出氧气，在阴极析出氢气。是什么在电极放电的呢？OH在硫酸中的浓度与H在氢氧化钠中的浓度是如此之小，怎么能产生大量的气体呢？人们普遍认为，这是H2O在电极放电的结果。既然水分子可以在电极放电，而且OH与H可以从H2O的电离中不断产生，也可以由电极通过水向另一极高速传导，这不等于说水很容易导电吗？况且OH与H在水中的传导能力是所有离子中最强的。另一个实验是：电解Na2SO4与新鲜的Ag2SO4与CuI沉淀的悬浊液这三者的混合液。溶液中的阳离子有Na、Cu2、Ag、H四种， 阴离子有SO42、OH、I三种。从电极电位判断，Ag与I应该首先在电极放电。事实上是氢和氧在电极大量析出。而H与OH无论从电极电位还是浓度上判断，都不应该先放电。这说明了什么问题？HCl等在有机溶剂中导电，通常情况下，电导率在浓溶液时具有极大值，随着溶液的稀释，导电率迅速下降，以后经过极小值，随着稀释而缓慢增加。这与水中的情况有很大区别，这说明我们还远远没有认清溶液的导电机理。第二章化学键思想原子场概念第一节化学键的概念什么是化学键呢？它指的是化学中原子间强烈的相互作用。“强烈”一词具有相对意义，因此从广义和简便的角度来看，化学键就是原子间的相互作用。化学键的性质是什么呢？一般认为它是电磁性质的。自然，它应该还存在万有引力的作用，这可以解释同位素原子间化学键的一些差别。众所周知，原子呈现电中性状态。电中性的原子如何能产生电磁作用呢？事实上，直到1927年，人们用量子力学处理氢分子问题之后，这个问题才得以解决。然而，量子力学必须有很深的数理知识方可理解；这就是说，初学化学的人在几年内都不能彻底理解化学键的本质。如何能让象中学生这样的初学化学的人了解到化学键的本质呢？作者依据唯物辩证法、电磁学的基本原理等物理学的基本常识，独辟蹊径，简明地解说了化学键的本质原子间通过“原子场”的媒介产生了化学作用。第二节原子场的概念原子场是原子间相互作用形成化学键的内在根据，是原子的本质属性；它产生于原子结构自身的矛盾性：原子核产生的中心力场（包过电磁场与引力场）的波动性与核外电子的粒子性的矛盾，以及核引力场的相对静止与核外电子相对运动的电场之间的矛盾性。上面原子场的概念，是从唯物辩证法的立场来定义的。从物理学方面，我们可以从理解原子的电中性以及对电偶极子的测量来了解原子场的概念。什么是电偶极子呢？它指的是“相距很近且带等量相反电荷的体系”。我们以不同的距离对电偶极子进行电性测量，可以发现，距离电荷很近的时候，它具有很强的极性；随着测量距离的增大，其极性减小并且逐渐消失。为什么呢？我们简单以平面图形来说明它。我们以偶极子正负电荷的两个中心为圆点画两组圆，随着两圆半径的增大，两圆的位置关系从相离、相交到几乎完全重合。若以两圆表示正负电荷的电场，就很容易说明电偶极子从不同距离测量时表现出的不同性质。我们给氢原子拍一张照片，得到的实际就是一张电偶极子的照片。因此我们可以从电偶极子的性质来理解氢原子的电中性：在宏观尺度下测量氢原子，它呈现电中性状态；在微观尺度如原子半径附近测量，某一时刻，它呈现出电偶极子状态。推而广之，对于所有原子，如果我们在原子半径处测量，必定能测量出第一电离电子强烈的负电性。而在宏观距离测量，原子呈现电中性状态。既然原子在一定尺度内可以呈现电偶极子似的状态，那么原子就可以在这种尺度时发生电磁作用，形成化学键，这就是原子场。原子的种类不同，原子场的性质也不相同，它随着原子序数递增呈周期性变化。其原因来源于原子结构的周期性变化。第三节原子场的分类我们先看氢原子，电子绕核运动的轨迹空间的每一点，既可以看作有负电场存在，同时也可以看作有正电场存在。这是因为电子运动的结果：电子在时为负电场，电子远离时就呈现出原子核的正电场。因此原子之间可以相互吸引与排斥，形成化学键，这就是化学键的本质原子场。我们把氢的原子场称为“太极场”。接下来再看第二个元素氦。从物理学上看，氦原子核是一种非常稳定的粒子，常产生于放射性元素的衰变；而核外电子的排布也充满了第一层，我们测量氦原子的电偶极子性质，会发现其偶极性质极弱。氦的原子场我们称之为“二仪场”。第三号元素锂，其原子场只有一对电偶极子，可称之为一价原子场；同理，铍、硼的原子场可分别称为三价原子场、四价原子场，依次类推。第六号元素碳，其原子场特称之为“四象场”，而第十号元素氖等惰性气体元素的原子场我们称之为“八卦场”。请问，为什么将“太极、八卦”这样玄之又玄的词汇引入化学概念呢？中国古代的哲人认为：无极生太极，太极生二仪，二仪生四象，四象生八卦。这究竟是什么意思呢？现代人就是小学生也熟悉道士衣服上画的“太极八卦图”，虽很玄奥，却也简单；其实就是古代的辩证法。即量变质变规律、对立统一规律等。因此，它深刻的思想甚至于能揭示现代物理学的许多规律。既然原子可以通过原子场相互作用，其情况究竟如何呢？我们把两原子结合时，两原子参与成键的电偶极子对存在一与一相互对应的关系，这样的原子场称为“有极场”；若原子间成键时，以密堆积形式从各个方向上相互吸引，称之为“无极场”。实际上，原子场是无极场和有极场的对立统一，是同一矛盾的两个方面，只是主、次地位不同而已。例如NaCl分子在气态时为有极场，晶体NaCl中则为无极场；碱金属在气态时为有极场，在固态为无极场。第四节化学键的分类及性质化学键按照键能的大小可以分为三类：强键类与弱键类及过渡键类型。弱键类指的就是我们常说的分子间力，强键指的就是我们通常所说的化学键。按成键两原子间有无电子得失，化学键可以分为共价键和离子键。共价键按照有无饱和性、方向性又可以分为狭义的共价键与金属键二种。下面我们介绍离子键、共价键、金属键的性质。（1）离子键原子间相互作用，为什么会产生电子得失呢？这是由于原子结构的复杂因素决定的。多电子原子中，电子绕核运动，其能量分布呈现层次性变化的规律性；而每一层次的终结，该元素的电中性性质极好，原子场的电偶极性极小，即二仪场和八卦场；这些原子的性质呈现特别稳定的“惰性”性质。在惰性原子的核内增加一个正电荷，核外增加一个电子就变为碱金属原子了，我们把碱金属原子的价电子与氢原子相比较发现，其有效电荷相等而原子半径增大了。因此，原子核对价电子的吸引力逐渐减小了，失去电子的几率增大了。我们再看同一周期的元素，随着核电荷数的增大，而原子半径没有增大，因此原子核对价电子的吸引力加强，失去电子的几率减小；同时，价电子的增多，占据原子表面空间的方位增多，逐渐占据四面八方，形成八卦原子场。价电子数目不同，原子场的电偶极子性质也不相同，例如七价场，电子占据七隅，而原子核的正电场集中于一隅，这就使得这一隅对电子具有强烈的亲合力。由此可以看到原子场的性质发生了两极分化，两极分化的原子场在相互作用时，发生了电子得失，产生了离子，形成离子键。因此，碱金属和卤素的化合物是典型的离子化合物。同时，原子场由有极场转化为无极场，显示了原子场的“有极与无极”的对立统一关系。正如前面我们提到，卤素的电子亲合能必须大于碱金属元素的第一电离能，方可产生离子，然而其数据的可靠性令人怀疑，因此我们对于化合物离子性的判定是很困难的。即是离子性很强的共价化合物，由于原子的无极场性质，也可以具有类似离子晶体一样的晶格结构，因此，具有离子晶格结构的晶体不一定就是离子化合物。（2）金属键金属原子是靠什么力量结合在一起的呢？金属原子的最外层电子数一般很少，而金属原子成键时，一个原子可与高达12个的原子相互作用，这是旧的共价键理论无法解释的。因此就产生了金属键的“自由电子”经典理论模型。以自由电子在金属中的高速运动来解释金属极好的导电导热性能。金属的导热性能真是自由电子传导的吗？人们发现液态氦的热传导率超过任何一种物质，为铜的800倍；然而其中哪有自由电子？这说明自由电子很易导热的传统观念是错误的。另外，哪儿来的力量使电子挣脱原子核的束缚而成为自由电子的呢？现代金属键理论，认为金属键是一种“离域的多中心键”。离域键思想，从哲学讲是夸大了运动的绝对性，否定了原子“质的”稳定性，除非形成离子键，否则哪儿来电子离域的条件？我们从原子场的观点来看，即使只有一个价电子，价电子运动的空间轨道，本来就存在着原子核的正电场，由于电子在轨道中的高速运动，所以轨道各处又可认为存在着负电场，因此原子可以从各个方向上相互吸引，这就是原子场的无极场观点。金属原子间的相互作用，不但能相互吸引，而且能相互排斥：同性电场存在时的相互排斥以及异性电场存在时的相互吸引。当吸引与排斥达到平衡时，形成稳定的金属键。热胀冷缩正是原子吸收与放出能量时，原子半径发生变化的结果。当氢、硼、碳、氮等原子渗入过渡金属的晶格时，生成间充化合物；而处于金属原子所构成的八面体空隙时，每一个非金属原子将与八个金属原子相互作用。那么，非金属原子有8个价电子吗？我们用原子场的无极场成为矛盾的主要方面就可以很容易说明这个问题了。又如氢在高压下变为金属氢，无极场观点就很易解释。共价键向金属键的过渡，例如碳、硅、锗、锡、铅，碳为石墨与金刚石结构，硅、锗为金刚石结构，灰锡为金刚石结构，白锡为变形八面体结构，伽马锡是变形的密堆积结构，而铅则是立方最密堆积结构。从这些元素物质结构的变化，你可以很明显地看到元素的原子场从有极场向无极场的转化。金属的热传导性能，无非是由于金属原子具有相同或者相近的价电子轨道能级，可以储存和交换能量；其二是形成了立体上连绵不断的传导链之故。金属为什么容易导电呢？由上面我们知道，每一个金属原子只要有一个价电子就可以形成金属键了，而且这个电子运动在原子的最外面，失去它，原子就带上了正电荷，这个第一电离电子对于化学键的贡献起到了主要作用，并且也是它的运动传导了电流，因此我们称这个价电子为“主导电子”。金属怎样才能导电呢？只要金属原子的主导电子能向相邻的原子运动就行。但电子是不能随意离域的，它必须有条件：其一，相邻原子有空穴或者受到牵引力正要离开；其二，电子的离开产生的空穴要有电子来补充而不影响化学键的结构。而电压和电场力的作用正是电子离域的条件。金属在受到电压的作用时，电荷在电极表面分布的几率增大，内部原子的主导电子也将发生一定的位移。另外，电压对无极场和有极场原子的作用是不同的；主导电子的离域可以改变有极场中其它价电子的协同关系，从而改变了化学键的性质，因此会受到很大的反作用力。再者，电压对于强键与弱键的作用也是不一样的，弱键很难形成连续的传导链。总之，金属的化学键构型使它易于导电。（3）共价键与有极场共价键具有方向性主要是因为价电子互相排斥的原因，其饱和性是由于价电子有一定数目并且有极原子场起到了主导作用的原因。原子是如何通过有极场的相互作用而形成共价键呢？例如氢原子的太极场，两个原子的价电子交替运动在两个原子之间，这样，每一个氢原子的周围，都好象有两个电子在运行，从而极大地消除了太极场的极性，转化为二仪场；形成稳定的氢分子。这种成键方式，与分子轨道理论的离域电子是有区别的，电子是定域的；同时，它与价键理论的“电子对定域两个原子之间”也是不一样的，同种电荷集中于两个原子之间，岂非增大了排斥力？因此说单个电子交替运行在两个原子之间是形成稳定化学键的主要因素。而两个原子间的电子云密度自然大于单个原子。“二仪”实际上就是“阴阳二仪”的意思，它暗示了正、负电荷的相互吸引、价电子的相互排斥及成键电子自旋方向相反的对立统一关系。同样地，四象场、八卦场等概念就是借助它对于哲学规律的启示。又如HI分子，氢原子借助碘原子的主导电子形成二仪场，而碘原子借助氢原子的电子形成八卦场，从而减弱了原子场的电偶极性，处于比较稳定状态。在成键过程中，两原子的主导电子分别向自己的低能级跃迁，释放能量，即为键能。即使极性很强的HF分子，成键时主导电子也是各自向自己原子的低能级跃迁，所不同的是：F原子可以强烈影响H原子的电子在两个原子间出现的几率，从而形成较强的极性键。此时，我们分析一下I离子与Xe原子的等电子结构，可以做出这样的判断：碘离子在任何最稳定的化合状态，碘原子所得电子的势能必将高于氙原子的第一电离能的负值；即碘离子更易于电离。而氢原子比氙原子更难于电离，处于化合状态的氢原子电离的难度更大一层，那么HI能电离吗？能给出质子吗？同理，我们再来分析一下诸如铝、铁等等金属元素的几级电离能，其数值是如此之大，甚至超过氟原子的第一电离能，有谁能夺取它们的电子呢？能电离出几价正离子岂非荒唐？因此，通过对化学键的性质、元素的电离能、电子亲合能等的一系列综合分析，发现用主导电子的性质可以解释许多化学问题。四象场有机化学中碳原子的四面体化学键结构：例如甲烷分子，碳原子四个价电子的互相排斥作用，使得分子能保持相对稳定的构型；同时，主导电子运行于四个相作用的氢原子之间，是碳原子负电荷的来源，而其它三个价电子也交互穿行于四个氢原子之间，以保持其构型，且因主导电子的远离而呈现正电场的性质，即原子场的偶极性；这个模型，实际就是杂化轨道的物理模型。我们研究一下C、N、O、F四种原子的偶极子模型，可以发现：氟原子场的正电荷集中于一隅而负电荷发散，故易夺取电子；碳氮的正、负电荷都分散，故易形成多重键。我们再看苯环的结构：6个碳原子的主导电子可以很平均地运行于正六边形的6个碳原子之间，而其它价电子同样如此，故使键能平均化。原子场的概念，可以推导出一个电子产生多个化学键、一个化学键及多个电子产生一个化学键的思想，因此可以解释所有现代理论无法解释的奇异化合物。（4）过渡键与弱键特别是铵盐、硼烷等化合物。配位键理论认为铵盐是离子型化合物，但是，除了铵盐溶液易导电以外，你难以发现它哪一点有象离子化合物的性质。你无法说明离子是怎样产生的。况且，离子键只产生在性质两极分化的元素之间。从共价键的饱和性来看，氨分子是无法与酸性化合物相化合了；但是，它们都是极性分子，可以较强地相互作用；同时，氨分子“三缺一”而不能形成四面体结构，酸性氢原子的嵌入，大小、性质相配，结构完美，因此分子稳定。而水分子与酸不能形成四面体结构，因而键较弱。这正是有极场向着无极场转化的表现。硼烷，同样存在一个氢原子键合两个硼原子的现象。我们看看硼原子与氮原子有着类似的结构缺陷，需求的结果使得氢原子的性质不再遵守共价键饱和性的原则。又如三氟化硼铵与铵盐有类似的配位键结构，我们能说硼与氮之间是离子键吗？络合物中的配位键，则是金属中心原子有极场与无极场并存的有力体现；而这些配位键正是过渡键向着弱键转化的类型。稳定性较强的称为化学键，而稳定性较弱的称为分子间作用力。均为共价键性质。离子与溶剂分子之间的作用，其大小、性质如何呢？我们知道，离子键非常强，即使分成十份，键能也常常大于氢键，故其应该属于化学键。氢键，实际就是强键与弱键的分水岭了，一般都认为它属于弱键类型。弱键，实际元素原子间剩余极性的最后中和。化学键从强到弱的变化，正是原子场的电偶极性从强到弱的结果，最终使得原子呈现理想的电中性状态。在离子键中，虽然离子都带上了电荷，但是在其晶体之中，每一个离子周围因为有相反电荷离子的围绕，故为电中性。在共价键中，电负性较大的原子，首先消除自身原子的电偶极性，因为强烈吸引对方而带部分负电荷，同时又以过渡键或者分子间力进一步消除剩余的极性，从而解决了原子场自身的矛盾性。通过对前面化学键思想的了解，我们在第一章提到的许多问题就可以迎刃而解了，剩余的一些问题下一章继续探讨。第三章溶液导电机理与酸碱概念第一节溶液导电机理我们通常说，导体有两类：电子导体和离子导体。那么，酸中不存在离子，它是如何导电的呢？还有一些金属单质的溶液，例如碱金属的液氨溶液；非金属单质的溶液，例如卤素、硫、磷、砷在液态SO2等之中的溶液。它们是如何导电的呢？溶液导电有两种必须的条件：其一，有向阳极供给电子的物质存在及可以从阴极夺取电子的物质存在。其二，负电荷向阳极的传导过程。我们只要按照这两个要求去研究，就可以了解各种溶液的导电机理了。先看离子化合物溶液的导电机理。因为溶液中存在正、负离子，负离子可以向阳极提供电子，而正离子及溶剂分子等可以从阴极夺取电子；负离子可以向阳极运动而传导负电荷。因此满足了以上两个要求。在这里，有一点和传统观念有重大区别：就是阳极放电与物质的析出不存在一定相对应的关系。例如水溶液中的F及SO42等，通常人们认为它们在阳极是不能放电的，因为它们的析出电位很高之故。而我们认为在没有其它易于放电的离子存在的情况下，它们是必须放电的；因为它们带有电荷，而H2O分子不带电荷，故不能放电。你也许会问，这难道说不违背热力学理论吗？其实一点也不违背。在这些离子放电时，它们把多余的势能通过化学反应传递给了水分子。例如SO42的阳极反应：SO422e=SO4 2SO42H2O=2H2SO4O2从阳极反应可以看出，水分子参与了电极反应并释放出了氧气，但是却没有放电。这与阴极反应是不同的。在阴极，能放电的特别多；例如阳离子、中性分子及阴离子基团中的共价键部分都可以有条件地从阴极夺取电子。既然中性分子可以从阴极夺取电子，那么类似卤素等的非金属单质在溶液中也能在阴极夺取电子并生成阴离子，阴离子向阳极扩散并在阳极放电从而导电。在阳极，除了阴离子可以放电以外，那些极易失去电子的物质，例如碱金属等及其相应的共价化合物都也可能在阳极失去电子。在碱金属的液氨溶液中，溶剂化的碱金属原子首先在阳极失去电子，生成一些阳离子，这些阳离子通过和相邻的阴极方向上的碱金属原子相互作用，重新生成原子，并使正电荷迅速传向阴极而放电；实际就是电子沿着碱金属原子而传导。在电极铝工业中，人们通过研究发现：电流的传导，几乎都是靠碱金属阳离子的迁移完成的，但是它在阴极极少放电，这是为什么呢？首先，氧化铝中是否能离解出氧离子还难确定，但其中存在氟离子却是肯定的；氟离子在阳极放电，极化电压低时与氧化铝反应生成氧，从而产生二氧化碳；极化电压高时放电可产生四氟化碳等。氟离子放电后，只有简单的碱金属阳离子能在融液中快速迁移，从而减小阳极极化电压，完成电荷的迁移；氟离子的补充则是靠融液的对流来完成。其二，阳离子在阴极的聚集，必须有阴离子的产生来平衡它。故氟化铝放电，生成金属铝及氟离子。如果有碱金属阳离子在阴极放电被还原，也会与氟化铝等发生置换反应，因此就产生了它传导了电流，却很难放电的矛盾。酸是如何导电的呢？酸是依靠分子通过共价键的均裂，在阴极放电产生阴离子，阴离子向阳极迁移及负电荷向阳极的扩散，达到阳极并放电。导电能力的大小由什么决定的呢？简单地说，酸的导电能力由它的化学性质所决定。首先，电极上的放电及负电荷向阳极的扩散是通过化学反应来完成的；例如，2HCl2e=2ClH2 HCl*Cl=Cl *HCl其次，氢原子向阴极的扩散也是通过化学反应来完成的。值得注意的是，氢原子的扩散可以通过两种方式来完成。第一，氢原子通过与溶质即酸分子的置换，从而使氢原子向阴极扩散；第二，氢原子通过与溶剂分子如水分子的置换作用，从而使氢原子扩散。在水溶液中，氢原子的两种扩散方式都很好，但是由于酸的浓度很高时离解出的溶剂化氢原子极少，电荷的扩散也很难，故极浓溶液不易导电，稀溶液却易于导电。应该注意的是，这里酸的离解度是非常小的，极大多数以分子存在。在有机溶剂中，非极性基团的存在，不利于负离子的溶剂化作用以及极性分子的离解，因此酸此时不易导电。但是此时，氢原子通过溶质的扩散能力比通过溶剂的扩散能力强，因此酸在高浓度时电导率反而大。第二节酸碱概念我们既然否定了共价键的异裂，那么现代所有的酸碱理论的定义也就自然而然地被否定了，究竟该如何定义酸碱概念呢？我们还是先考察一下酸碱的性质及酸碱的历史吧！第一，酸碱是具有矛盾性质的物质。第二，酸碱是化合物。早在17世纪，人们已经开始对酸碱性质及燃烧现象进行了科学的研究总结，认识到了酸碱是两类物质性质根本对立的必然结果，同时，燃素学说萌芽。18世纪初，施塔尔提出燃素说，人们开始酸碱滴定研究，并寻找“酸素”；1777年，拉瓦锡证明了化学反应中的质量守恒定律，并提出了燃烧现象的氧化学说，认为“氧”就是长期寻找的酸素。19世纪初，戴维否定了酸的含氧理论，提出“氢”是酸的必要组成元素，杜隆也得出相同结论；1838年，利比格把酸定义为含氢的化合物，其中氢能被金属所取代。1887年，阿累尼乌斯提出电离理论，并把它运用到酸和碱的定义中。1923年，涌现出了酸碱的电子理论、质子理论、溶剂理论，1937年出现了厄萨诺维奇理论等。从而使酸碱理论由狭义发展为广义理论。但是这些现代的酸碱理论，由于存在“机理错误”的硬伤，必须进行相应的修复。从酸碱现象与燃烧现象来比较，燃烧现象更为简单，因为它是单质氧参与的化学反应；酸碱则是化合物参与的化学反应。我们可以依据从简到繁的认识原则，借用氧化还原的概念来定义酸碱的概念。（1）酸是具有相对氧化性的化合物，氧化