化学史学习中的自然辩证法

化学史学习中的自然辩证法Natural Dialectics in the Study of Chemical History 姓名: 学号: 任课教师: 所在院系: 所学专业: 南京理工大学 中国·南京 2015年12月 摘要:本文从化学史和自然辩证法的发展历程出发,根据辩证唯物主义原理,就自然辩证法对化学史学习的指导笔者提出了自己的看法。 关键词:化学史自然辩证法指导 Abstract: in this paper based on the history of chemistry and the development of natural dialectics,the author puts forward his own views about the guidance in the natural dialectics in the study of chemical history. Key words: chemical history, natural dialectics, guidance 1 引言 自然辩证法作为对自然界和自然科学发展普遍规律的科学,内容涉及自然观、自然科学观、自然科学方法论及各门自然科学中的哲学问题和科学技术思想史等广泛的领域。它既有对各门具体科学的基本问题的深层考察,以及对具体科学方法的细致研究,又有对整个自然观、自然科学观及方法论的宏观探索。正如恩格斯所说:“一个民族要站在科学的最高峰,就一刻也不能没有理论思维。”[1]可以肯定地讲,辩证法对今天的自然科学来说是最重要的思维形式。科技史表明,任何自然科学重大成果的取得,实际上都是自觉地或不自觉地运用唯物论和辩证法的结果。化学史的撰写历史至少已400年,但仍然还有许多事情要做。我们不理解化学史所起的作用,就不能理解科学革命。而且在我们将来所知比现在所知更多之时,我们还会说,没有化学史知识,就不可能理解世界现代史。因此,要求我们在自然科学研究过程中,自觉地发现挖掘规律,并运用自然辩证法及科学方法论来指导我们的工作,这必将对自然科学的研究产生积极的、巨大的影响。 2 化学史中的自然辩证法 2.1 自然辩证法准确揭示化学反应的本质特征 对立统一规律是唯物辩证法的实质和核心。它揭示了事物运动、变化、发展的根本原因在于事物的矛盾性。科学地解释了事物发展的道路、方向、形式等问题;对立统一是唯物辩证法全部规律和范畴的实质,它提供了理解唯物辩证法其它规律和范畴的钥匙。同时唯物辩证法是世界观又是方法论,而对立统一规律提供了这一科学方法论最根本的内容,即矛盾分析的方法。在化学史的诸多事例中充分验证了这一规律。矛盾的普遍性和特殊性是相互区别、相互联系的。矛盾的普遍性和特殊性的区别是相对的,在一定条件下可以相互转化。例如有机化学史中的马尔科夫尼可夫规则,它是一个普遍适用的规律,不对称烯烃与卤化氢发生加成时,氢将加在含氢较多的碳原子上。但当分子中存在较强的吸电子基团时,则情况恰恰相反,这是马尔科夫尼可夫规则的一个特例。内因是事物发展变化的根据,外因是事物存在和发展的必要条件。外因通过内因而起作用。烯烃、炔烃、芳烃和醛酮等有机化合物都含有不饱和键,但它们发生的加成反应的性质却不尽相同。烯烃、芳烃只能发生亲电加成,而醛酮等却能发生亲核加成,这是由其内因分子结构不同而决定的。炔烃的内因决定了其既可发生亲电加成,也可发生亲核加成,至于到底发生何种反应,则尚需考虑其外部条件,因为外因要通过内因才能起作用。丙烯与溴化氢所进行加成反应的产物则因是否有过氧化物存在而完全不同,也是外因通过内因起作用而致。 2.2 自然辩证法深刻揭示事物发展变化的内涵 唯物辩证法认为,事物的发展总是由量变到质变,质变又引起新的量变,量变是质变的必要准备,质变是量变的必然结果。所以,恩格斯认为,化学史可以称为研究物体量的构成 的变化而发生的质变的科学。在化学运动中,这种量变到质变的规律表现得特别明显,最典型的莫过于元素周期律了。元素周期律的形成发展经历了三个阶段:到1869年人们通过不同的方法共发现了63种化学元素,但是对这些元素的分类及它们的相互联系尚缺乏研究。这一阶段是元素的发现和积累过程。进入19世纪以后,许多化学家都陆续研究过化学元素的分类问题。首先对化学元素进行分类研究的是拉瓦锡。他在1789年出版的《化学大纲》中,对33种化学元素进行了分类。从1829年德国化学家德贝莱纳“三元素组”到1869年2月17日晚门捷列夫的第一张化学元素周期表的诞生,中间经历了尚古多的元素《螺旋图》、欧德林的《原子量和元素符号表》、迈尔的“六元素表”和纽兰兹的“八音律”等艰苦的规律寻找过程。1871年门捷列夫第二张化学元素周期表公布以后,化学元素周期律的发现工作就完成了。公正的说,化学元素周期律应当是迈尔和门捷列夫两人分别发现的。[2]周期律表明,各种元素随着原子量(后来证明是核电荷)的增加,而引起化学元素性质周期性的变化。量的增加引起质的飞跃,这一点在自然界中具有普遍的意义。这就用科学的事实证明了辩证唯物主义中的质量互变的规律。恩格斯充分肯定了化学元素周期律的科学意义和哲学意义。 3 唯物辩证法对学习化学史的指导作用 3.1 用自然科学发展的内在逻辑理解化学史 自然科学发展的内在逻辑遵循着从历史到逻辑、从低级到高级、从简单到复杂、从理论的应用的发展过程。人是自然界长期发展的产物,而人类的出现和活动产生了人与自然界的关系,人与自然之间是对立统一的辩证关系[2]。正如恩格斯所指出的:“历史从那里开始,思想进程也应当从哪里开始,而思想进程的进一步发展不过是历史过程在抽象的、理论上前后一贯的形式上的反映;这种反映是经过修正的,然而是按照现实的历史过程本身的规范修正的。” [3]一门学科发展为较为完整的科学体系都需要经过学科内部的发展过程。就有机化学的发展来看,它经过了三个发展时期,即萌芽时期、经典时期、现代有机化学时期。“有机化学”一词于1806年由贝采利乌斯首次提出。当时是作为“无机化学”的对立物而命名的。从19世纪初到1858年提出价键概念之前是有机化学的萌芽时期。在这个时期,人们已经分离出许多有机化合物,制备了一些衍生物,并对它们作了定性描述。1824年,德国化学家维勒从氰经水解制得草酸;1828年他无意中用加热的方法又使氰酸铵转化为尿素并发表了论文《论尿素的人工合成》。由于合成方法的改进和发展,越来越多的有机化合物不断地在实验室中合成出来,其中,绝大部分是在与生物体内迥然不同的条件下合成出来的。1826年法拉第在研究照明气罐中所生成的冷凝液时发现了苯等。在此基础上早期有机化学理论:基团理论、取代理论、类型论建立起来。从1858年价键学说的建立,到1916年价键的电子理论的引入,是经典有机化学时期。1858年,德国化学家凯库勒和英国化学家库珀等提出价键的概念。1900年第一个自由基,三苯甲基自由基被发现,这是个长寿命的自由基。不稳定自由基的存在也于1929年得到了证实。现代有机化学时期在物理学家发现电子,并阐明原子结构的基础上发展的时期。美国物理化学家路易斯等人于1916年提出价键的电子理论。1927年以后,海特勒和伦敦等人用量子力学处理分子结构问题,建立了价键理论,为化学键提出了一个数学模型。后来马利肯用分子轨道理论处理分子结构,其结果与价键的电子理论所得的大体一致,由于计算简便,解决了许多当时不能回答的问题。 3.2 用事物相互联系、相互制约的观点理解化学史 辩证唯物主义自然观认为,自然界的一切事物都不是孤立存在的,都存在着密切的联系。不仅事物内部各部分之间存在着密切的联系,而且一事物与其他事物之间也存在着密切的联系。物理学与化学作为自然科学的两个分支,关系十分密切,许多科学家诸如波义耳、布拉克、卡文迪许、道尔顿、法拉第等的研究都兼具物理和化学,他们都进行化学实验和物理测 量。物理学的成就对化学的发展起着重要作用,物理化学的产生是不同学科之间相互联系的典范。在化学科学的发展过程中各学科之间的这种联系也是显而易见的。物理有机化学是定量地研究有机化合物结构、反应性和反应机理的学科[4]。它是在价键的电子学说的基础上,引用了现代物理学、物理化学的新进展和量子力学理论而发展起来的。20世纪20~30年代,通过反应机理的研究,建立了有机化学的新体系;50年代的构象分析和哈米特方程开始半定量估算反应性与结构的关系;60年代出现了分子轨道对称守恒原理和前线轨道理论。有机分析即有机化合物的定性和定量分析。19世纪30年代建立了碳、氢定量分析法;90年代建立了氮的定量分析法;有机化合物中各种元素的常量分析法在19世纪末基本上已经齐全;20世纪20年代建立了有机微量定量分析法;70年代出现了自动化分析仪器。由于科学和技术的发展,有机化学与各个学科互相渗透,形成了许多分支边缘学科。比如生物有机化学、物理有机化学、量子有机化学、海洋有机化学等。化学学科最新成果中蕴含着辩证法思想,我们应对其加以挖掘和认识。其作为方法论,一方面为教学服务;另一方面,也为科研服务[5]。 3.3 依据内因和外因的辩证关系探索化学革命 唯物辩证法指出,事物变化的根本原因,在于事物内部的矛盾性,内因是变化的依据,外因是变化的条件,外因通过内因而起作用,事物变化的过程,就是内因和外因相互作用的过程。以燃素学说为例,今天我们都知道,物质在空气中燃烧是物质具有可燃性以及氧气的存在为内、外因的,缺少其中的任何一个条件燃烧反应不能进行。虽然燃烧现象早为人们所熟知但对其的进一步研究是在近代。1673年左右,波义耳做了煅烧金属的实验,他指出:在煅烧过程中“,火微粒”(即我们今天的氧气)穿过容器与金属结合,形成比金属本身还重的段灰。17世纪下半叶,受物理学思想的影响,1669年,德国化学家贝歇尔在他的《土质物理》一书中提出了燃素说的初步思想。1703年,贝歇尔的学生,德国化学家施塔尔继承和发展了贝歇尔的学说。燃素说认为,所有可燃物都含有一种共同的元素——燃素,一切与燃烧有关的化学变化都可以归结为物质吸收燃素和释放燃素的过程。燃素说几乎解答了当时生产实际和化学实验中所提出的全部理论问题,但它毕竟是一种错误的理论。从内因和外因的辩证关系来分析,由于在17世纪下半叶人们对化学反应的本质没有研究,对燃烧的内在原因认识有限,同时,由于人们对空气组成以及气体性质的认识还十分模糊,特别是氧气没有被发现,因此,在这种条件下产生燃素说是由它的内外因因素决定的。 4 结语 综上所述,要学好化学史,应学会运用唯物辩证法的观点和方法观察、认识化学现象,分析化学史理论,归纳化学史变化规律,这样不仅对化学知识掌握更深刻,理解更透彻,应用更得手,而且会逐渐掌握科学的学习和工作的方法,受益终生。 参考文献 [1]恩格斯.自然辩证法.人民出版社,1972年版,第29页. [2] 翁翼飞,张麟.可持续发展与自然辩证法[J].焦作工学院学报,2003(1):46-49. [3]马克思恩格斯选集.(第二卷),人民出版社,1995年版,第43页. [4]张家治.化学史教程.山西教育出版社,太原:2004年版,第99页. [5] 李晓春.化学最新成果中辩证法思想之探究[J].赤峰学院学报(自然科学版).2010(01)