化学与哲学.ppt

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1、化学与哲学 1.术语 3.化学结构发展的哲学分析 2.物质组成结构观发展的哲学分析 4.化学反应中的哲学 1. 术语 化学哲学 哲学 化学 化学 是原子、分子层次上研究物质 的组成、结构、性质及其变化规律的 科学 哲学 是在概括包含化学在内的具体科 学的成果、特殊规律的基础上所揭示的 关于自然界、社会和人类思维共同的、 普遍的规律和原则;是自然知识和社会 知识的总结；是关于世界观和方法论的 学说 化学哲学 是以化学学科为研究对象，以 化学基本运动和化学发展的基本规律为基本 研究内容的一门学科，即研究化学领域中具 有世界观和方法论意义的一般理论问题，它 是自然科学哲学体系的一个子学科 化学哲学是

2、架设在化学与哲学之间的一 座桥梁 2.物质组成结构观发展的哲学分析 2.1 元素说 2.2 元素的发现及元素周期表的建立 2.3 原子分子论 2.1 元素说 古代元素说 Boyle元素说 哲学分析 古代元素说朴素唯物主义 最早提出元素这一概念的是古希腊一位 著名的唯心主义哲学家柏拉图，他用元素来 表示当时认为是万物之源的四种基本要素： 火、水、气、土，柏拉图的学生亚里士多德 则进一步明确提出构成万物的四元素说和四 原性说，四元素是土、气、水、火，四原性 是冷、热、干、湿 古代中国哲学家的阴阳五行学说 ： 土与金木水火杂，以成百物，万物统 一于五行 医药化学家们提出硫、汞、盐的三要 素理论 Bo

3、yle元素说 Robert Boyle 英国化学家（1627-1691）， 著作怀疑的化学家(1661) Boyle R观点：1、化学研究的目的在于 认识物体的本性，化学，绝不是医学或 药学的婢女，也不应甘当工艺和冶金的 奴仆，化学本身作为自然科学中的一个 独立部分，是探索宇宙奥秘的一个方面 。化学，必须是为真理而追求真理的化 学 2、只有那些原始的、简单的或是丝毫 没有混杂的(不能用化学方法再分解的) 物质才是元素。化学元素是多种多样 的 。 3、化学，为了完成其光荣而又庄严的 使命，必须抛弃古代传统的思辨方法， 而像物理学那样，立足于严密的实验基 础之上。 具有相同核电荷数的同一类原子的总

4、称 现代的元素定义： 恩格斯说：“Boyle R把化学确立为科学” 。 哲学分析：Boyle R之所以能够提出科学的 元素概念，从根本上看是在于他接受了当时 刚刚兴起的微粒哲学，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 ，冲破了长期居于统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。 思考题 1、 Boyle是运用何种哲学思想提出科 学元素概念的？ 2.2 元素的发现及元素周期表的建立 vPriestley的实验氧的发现

5、 vLavosier的发现 v元素周期表的建立 Priestley的实验氧的发现 1774年， Priestley J 把氧化汞放 置在玻璃钟罩内的水银面上，用火镜 将阳光聚集在氧化汞上。很快就发现 氧化汞被分解了，放出一种气体，将 玻璃罩内的水银排挤出来。这种气体 能使燃烧变旺，人的呼吸畅快。他把 这种气体(O2)叫做”脱燃素的空气” 。 Priestley长期受到燃素说思想的束缚，使 这个能发生化学革命的元素，在他手中非但没 有引起推翻燃素说的化学革命，反而为燃素说 似乎找到了又一个论据。他认为氧气是由于能 够脱除物质中的燃素而助燃，因而把氧气命名 为脱燃素空气。这就说明，在科学研究中不能

6、 只注重实验事实而忽视理论思维;只在一个固定 框架内思考问题，就不会有创造力。这正是 Priestley J所犯错误的根源。相反，一切重大 的创造都从打破或是从改变这种固定框架开始 。 天平帮助Lavosier A L建立了燃烧的氧化学说 。 Lavosier的发现 Lavosier A L (1743-1794) 法国化学家 近代化学之父 建立燃烧的氧化学说 命名氧气 发现质量守恒定律 化学基础论世界自然科学三大名著之一 元素周期表的建立 vLavosier A L列出了化学上第一个元素 系统分类表，确定了Au，Ag，Cu，Fe ，Sn，O，H，S，P，C等33种简单物 质为化学元素 v19

7、世纪中叶，俄罗斯化学家Mendeleev 依照原子量的变化把化学元素联系起 来，发现了自然界的重要基本定律 化学元素周期律 ，包含79种化学元 素。 元素周期律建立的重要意义 为新元素的发现提供理论指导，奠定了现 代无机化学的基础 2. 元素性质变化的过程是由量变到质变的 过程，与哲学的事物发展规律一致 化学元素周期表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 20世纪40年代，发现了自然界存在的全部 92种化学元素。同时，人们又开始用粒子高 能加速器来人工制造化学元素。这样到1996 年已发现的元素总数达到114种 3. 自然界的各种元素不是一个个彼此孤立、 不相依赖的偶然堆

8、积，而是一个有内在联系 的统一体，自然界的一切物质都是由化学元 素组成的，体现了辩证唯物主义的物质统一 观。 思考题 2、试述Priestley发现氧而未推翻燃素 说的教训，对于你正确认识事物有何 借鉴？ 3、从思想方法上看，Lavosier为什么 能实现一场化学革命？ Lavosier A L实现化学革命的科学思维方法：1.根据事实，不靠 猜想，分析整理事实，从中引出结论。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；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“。Lavosier A L所遵循的这一认识途径是比较符

9、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。 2.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。他把建立在质量不变基础上的牛顿力学应用于化学，认识到尽管 物质在化学反应中其性质与状态会发生改变，然而反应前后的物质总 量却是相同的。其中既然称不出燃素的量，也就说明并不存在燃素的 质。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，体现了辩证唯物 论关于物质不灭与量质统一的规律性。 2.3 原子分子论 v古代原子论 vDalton的研究及原子论 vDalton对化学和哲学的贡献 v分子论的建立及其方法论

10、古代原子论 公元前5世纪的古希腊哲学家Leucippus和他的 学生Demokritos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。 古代原子论有力地批驳了唯心主义哲学，但它 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。 Dalton的研究 Dalton J （1766-1844）英国化学家、物理学家, 著作化学哲学的新体系两册 1. 研究了气体的性质，得出分压定律。 气体的扩散性、渗透性和压缩性表明了原子 微粒的存在 。 2.发现当量定律、定比定律。表明构成物质的 元素质量是非

11、连续性、跳跃性变化的，进一步 意识到了具有间断性微粒原子的存在。 3.以氢原子的质量为标准，测定了不可见 的、微小的原子的相对质量，即原子量。 为原子微粒第一次提供了一个能用数量表 达的性质，能用实验方法检验出来的特征 ，为科学原子论的确立奠定了坚实的基础 。 Dalton L的原子论 （）化学元素由不可分的微粒原子 构成，它在一切化学变化中是不可再 分的最小单位。（）同种元素的原 子性质和质量都相同，不同元素原子 的性质和质量各不相同，原子质量是 元素的基本特征之一。（）不同元 素化合时，原子以简单整数比结合。 Dalton J原子论的贡献 1.把古代哲学思辩的原子论思想赋予了可检验 的具体

12、属性内容，得到了科学实验的证明，促 进了唯物主义哲学的发展。 哲学方面： 2.从原子量上的差异找到了元素质的差异的根 源，不自觉地运用了量质互变的辩证法规律。 3.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。例如 19世纪马克思对于资本主义社会商品剖析所建立 的政治经济学-社会原子论的成果。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

13、方法论的内 容。 思考题 4、 Dalton原子论的建立对于哲学发展 有何作用？ 分子论的建立 1811年Avogadro 定律：同温同压下，同体积 气体所含分子数目相等 1808年Gay Lussac气体化合体积定律：在同温 同压下，气体反应中各气体体积互成简单的整数 比。 v Avogadro分子假说的两个核心：虽然相 同体积气体的原子数不同，但分子数相同 ；物质由分子组成，分子由原子组成。 Cannizzaro S原子-分子学说: 不同元素代表不同原子，原子按一定方式 或结构结合成分子，分子结构直接决定其 性能，分子进一步组成物质。 分子论建立的方法论假说方法 在已知一定科学事实基础上超

14、出经验 领域的认识，对未知现象做出的假定性说 明，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 。 恩格斯说：只要自然科学在思维着，它的 发展形式就是假说。 3.化学结构发展的哲学分析 3.1 苯环结构的发现必然性与偶然性 3.2 分子结构及量子化学 3.3 化学结构发展中的科学思维方法 3.1苯环结构的提出必然性与偶然性 v1858年，德国化学家 Kekul F A着手研究 苯的结构 v1864年冬，提出了6个 碳原子以单双键交替 结合成环的结构 3.1苯环结构的提出必然性与偶然性 在梦中发现：他似乎看 见了碳原子组成的长链 像蛇一样盘绕旋转，忽 然看见有一条蛇衔起了 自己

15、的尾巴 。他像被电 击一样猛醒过来，立即 思考并写出了第一个苯 环结构式。 Kekul F A之所以能够梦见苯环，并非偶然。 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。 科学上的许多发现常带有一定的偶然性，但实 际上都是人类认识和科学技术手段发展到一定 阶段的必然产物，是一种必然中的偶然，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（灵感或机遇）。积 极运用这种思维方法进行创造性探索工作，才 能不断发展进步。 3.2 分子结构及量子化学 v化学键理论的发展 经典价键理论的电子学说 1916年德国化学家Kossel W提出了电价理论 1916年

16、美国化学家Lewis G N提出共价论 化学键的本质-量子化学理论建立 1927年，英国化学家Heitler W和London F W把量子力学引进化学，讨论了化学中最 简单的氢分子结构，即氢分子中核电子 相互作用的体系，初步揭示了化学键的本 质 3.3 化学结构发展的科学思维方法 v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。 量子化学正是借助物理学科的量子力学 理论与方法研究作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。 化学演绎法 从科学的一般性认识到化

17、 学的个别性认识的一种推理形式或思维方 法。 量子力学是描述微观粒子一般性运动 规律的理 论，所以可用来描述化学中 分子内微观粒子（核与电子）的特殊性运 动规律。 化学分析和综合方法 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；然后再把化学分析的结果 联结起来，复原为整体认识的一种方法。 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 。 思考题 5.试述量子化学建立的科学方法。 4.化学反应中的哲学 4.1 自组织化学反应化学振荡现象 4.2 Prigogine耗散结构理论 4.3 突破与应用 BZ振荡反应 （Belousov-Zhabotinsky Oscil

18、lating Reaction) 1958年，前苏联化学家Belousov 报道了在Ce（IV)催化作用下，柠 檬酸被溴酸氧化的反应中，呈现 化学振荡现象 柠檬酸：丙二酸，苹果酸，丁酮二酸 Ce： Fe，Mn等金属离子 时间振荡反应 溶液a：3 g丙二酸 3 ml浓硫酸 47 ml蒸馏水 0.2 g Ce(SO4)2 溶液b：2.7 g KBrO3 50 ml蒸馏水 2 ml 试亚铁灵 空间花纹 溶液a：11 g KBrO3 3 ml浓硫酸 134 ml蒸馏水 溶液b：1 g NaBr 10 ml蒸馏水 溶液c：2 g 丙二酸 20 ml蒸馏水 时间上有序现象 空间上有序现象 经典热力学认为：

19、 处于非平衡态的孤立体系将会自发地趋向于熵最大的 热力学平衡态。 从熵的统计意义来说，孤立体系将自发地由有序趋向 于无序。 但是：生物进化，人类社会演变等，均为无序 有序 时间上有序现象：心跳节律、生物钟、生态系统中物种数 量的周期性变化。 空间上有序现象：树叶、花朵形状与脉络，动物皮毛花 纹、蝴蝶翅膀等。 振荡发生的基本条件： （1）敞开体系，远离平衡态； （2）反应历程有自催化步骤； （3）体系具有两个稳定状态，即具有双 稳定性 4.2 Prigogine耗散结构理论 Prigogine I R(19172003)比利时物理化学 家和理论物理学家。 1968年，在历经了近20年的探索以 后

20、，提出了耗散结构理论。他指出：一个 开放体系在达到远离平衡态的非线性区域 时，一旦体系的某一个参量达到一定阈值 后，通过涨落就可以使体系发生突变，从 无序走向有序，产生化学振荡一类的自组 织现象。 耗散结构的特征： 存在于开放体系中，靠与外界的能量和物质交换产 生负熵流，使体系熵减少形成有序结构。耗散即强调 这种交换。保持远离平衡态。非平衡是有序之源。 体系内部存在着非线性相互作用。在平衡态和近平 衡态，涨落是一种破坏稳定有序的干扰，但在远离平 衡态条件下，非线性作用使涨落放大，达到有序。涨 落带有随机的偶然性，然而却可以导致必然的有序。 这再一次表明，必然性要通过偶然性来表现，偶然性 是必然

21、性的补充。 4.3 突破与应用 传统观念的突破 ： （1）物理学和生物学规律的统一 ，物理学 克劳修斯的热力学第二定律和生物学达尔 文的进化论在反映自然规律方面是统一的 。 （2）平衡态和非平衡态的并重 。 （3）无序自发向有序的转化是可能的。 跨学科的应用： 耗散结构不仅存在于化学领域，而且也 普遍存在于整个自然界乃至人类社会的各 个领域。因此，耗散结构理论也就是一种 横跨化学学科及整个自然科学和社会科学 的理论工具，是一门普遍化热力学或普适 性理论，具有广泛的重要的科学意义和哲 学意义。 人类对自然界物质组成、结构及 其变化的认识经历了一个否定之否定 的过程。人们对物质组成、结构及其 变化的认识过程也是唯物主义的一个 不断辩证否定的发展过程，在这个过 程中，唯物主义经由了朴素唯物主义 、机械唯物主义和辩证唯物主义三个 发展阶段。