化學基礎理論教學中的幾點哲學思考

黨慧，姜敏，李安源

（1.陜西理工大學化學與環境科學學院，陜西漢中 723000；2.漢中中學，陜西漢中 723000）

1 化學與哲學

化學是一門在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、性質、轉化及其應用的基礎學科，與經濟發展、社會文明有著密切聯系[1]。其中，化學基礎理論則是包含著化學學科的基本概念、范疇以及判斷推理，是化學學科中的重要組成部分。

哲學作為科學的世界觀、方法論，不僅是對自然知識、社會知識的概況和總結，同時也體現著自然、社會和思維的最一般的規律，當然也包括化學這門自然科學乃至其他所有學科的靈魂所在[2]。在化學學科中蘊含的辯證唯物主義思想更是數不勝數，故而在進行教學時要善于發現并運用其內在的哲學思想。

2 化學基礎理論教學中的哲學思考

筆者從馬克思主義哲學中辯證唯物主義角度出發，選取辯證唯物論范疇的“運動和靜止”的關系，唯物辯證法中“對立統一規律”和“質量互變規律”，以及辯證唯物主義認識論中“實踐與認識”的辯證關系原理，與化學學科基礎理論相結合，有助于學生理解化學基礎知識，并提高學生辯證看待問題的思維能力，以及培養科學的學習方法。

2.1 從辯證唯物論中“運動和靜止”思維看物質的變化

唯物論回答了世界的本原性問題，認為物質才是世界的本原。基于化學學科本身就是學習和探究物質組成的一門學科，結合唯物論物質觀中運動與靜止的關系，用運動和靜止的思維，該如何看待化學世界中的物質變化呢？

運動和靜止二者存在著以下的辯證關系：物質是運動著的物質，運動是物質在運動；不論離開運動談物質或是離開物質談運動都是錯誤的。化學變化中的許多現象，我們可以觀察到靜態的結果或是狀態，其實質是發生了化學變化，而化學變化則是粒子之間的運動，原子重新進行了組合。了解本質后結合這些現象建立起運動和靜止的關系就可更好的理解反應的過程。例如：離子反應中，含有Ba2+的溶液加入SO42-或是CO32-都會生成白色沉淀，實質是游離態的Ba2+離子與SO42-或CO32-離子在溶液中運動時，相遇并發生結合所體現出的“靜態”的沉淀。

任何看似簡單的反應現象以及物質的變化都是內部粒子不同運動的呈現，這也恰恰證明運動離不開物質，要以物質作為基礎；而物質是在運動的過程中發生轉化，也就是說物質和運動不可分割。

2.2 唯物辯證法視角下的化學規律解析

辯證法是對“世界究竟處于怎樣一種狀態”所做出的回答。其核心就是承認矛盾并且運用矛盾的觀點看問題，并據此揭示了事物發展過程中所包含的對立統一、質量互變等基本規律。以此來解釋化學學科中涉及的反應和原理同樣適用。

（1）對立統一規律在化學反應中的應用。

唯物辯證法中的對立統一規律，也就是矛盾規律，這一規律揭示了事物發展的源泉和動力[3]，從根本上回答了事物如何發展。一切現實存在的事物，包括奇妙的化學反應，都是由既相互對立、又相互統一的一對矛盾組合而成。

例如：離子反應中弱酸根和弱堿根的電離和水解的平衡、沉淀溶解平衡中的溶解和沉淀的過程、可逆反應及其對應的化學平衡同樣也是建立正逆反應速率相等的基礎上，這其中化合和分解過程相互依存，同時進行。眾多化學反應其實都充斥著對立統一的矛盾，在一定的條件下矛盾雙方發生轉化，從而貫穿整個過程。

矛盾的特殊性指具體事物的矛盾以及其各個方面所體現出的特點[4]。矛盾的普遍性與特殊性即共性與個性，它們二者之間也是辯證統一的關系，二者對立是指個性和共性不能完全由對方代替；兩者統一是指任何事物往往都是共性和個性的有機統一。學習化學知識的時候，我們經常可以總結出一些規律幫助我們理解記憶，然而普遍使用的規律里也會有部分特殊的個例。

例如：元素周期表中，同一主族元素從上至下，原子半徑依次增大，對于非金屬元素來說，其對應的氫化物的熔、沸點也會規律性的增大；而對于氮、氧、氟這3 種元素，由于它們的電負性較大，形成的氫化物會生成分子間“氫鍵”，因為多了一重分子之間的作用力，因此HF、H2O 和NH3它們的熔點、沸點，一反常態，均高于各自同系列的氫化物；再如我們見到的大部分金屬室溫下都為固態，但汞卻是液態，這是因為汞的6 s 軌道很穩定，6 s 電子很難得到自身所需的激發能，因此非激發態下汞原子彼此之間不能形成強鍵，也就是基態下Hg2僅由弱分子間作用力——范德華力維持，所以在常溫下我們看到的汞為液態；再者已有的生活經驗會讓我們認為一般意義的著火都可以用水來滅火，但在實驗室中這樣單一的操作顯然是不正確的，有時會帶來意想不到的惡果。如金屬鈉著火需使用沙子撲滅，而不能用水，因為鈉會與水反應產生氫氣，此種方式滅火可能引起爆炸；另外，大部分溶解過程都為放熱過程，其中也有特例存在如硝酸鉀溶解過程是吸熱的。這些現象都讓我們看到了事物內部矛盾的共性和個性兩者是辯證統一的關系，存在著共性和個性的化學規律，明確二者的關系有助于解釋這些特例的存在，并且不難發現共性與個性彼此不可或缺。

（2）質量互變規律的應用體現。

質量互變規律，揭示了事物發展的形式和形態。它的體現有兩種方式：一種是由事物數量增減引起質變；另一種是由于構成事物的成分在空間排列上的變化而引起質變[5]。在眾多化學變化的過程中，我們不難發現量變與質變二者往往是相互滲透的[6]。我們知道物質燃燒需要滿足的三大要素有：可燃物、可燃物須達到著火點以及與氧氣接觸。而對于白磷在空氣中的自燃現象，該如何解釋呢？白磷著火點約為40℃，而室溫一般只有25℃，那它為什么在空氣中能夠自燃呢？實質源于白磷可自發與O2發生緩慢的氧化反應，該過程會不斷釋放熱量。當能量積蓄達到其著火點時，就會燃燒起來。包括上述提到沉淀的溶解與轉化、酸堿滴定的過程亦是由于相關事物數量上的增減所引起的質的變化。

而另一層面，如我們耳熟能詳的石墨、金剛石、富勒烯，這些材料分子的組成元素均為碳，但由于內部碳原子的鏈接方式不同也就是分子結構的不同而使它們體現出了截然不同的性質：片狀結構的石墨質軟，片層內導電而層間不能導電；金剛石質地十分堅硬但不導電，源于其C 原子SP3雜化后形成的正四面體網維構型；富勒烯球狀的結構可作為分子滾珠，還可抵抗外界的強壓，源于其分子的球殼形式的結構。再比如，學習化學鍵的相關知識時，質量互變就體現在成鍵過程中電子的偏移程度和電負性的遞變關系上。我們知道，非極性共價鍵在兩個相同原子之間形成，成鍵原子通過共用電子對去連接。由于成鍵的兩個原子電負性差為0，故而成鍵的電子對位于兩個原子中間而不會發生偏移；而極性共價鍵是指成鍵兩個原子之間的電負性差在0～1.7 之間，成鍵原子之間的成鍵也是基于共用電子對形成，但是因為兩個原子的電負性值不同，即吸引電子能力的不同，電子對在其間會有所偏移，電子對在成鍵過程中會偏向電負性較大的那個原子。而離子鍵的形成就會伴隨著電子的得失：當電負性差大于1.7 時，成鍵電子對極致的偏移狀態，到最終就會轉化為轉移。這時電子在成鍵的兩個原子核之間會有得失電子的過程后形成了離子，此時，離子鍵也就形成了。回顧化學鍵鍵型的這個演變過程，基于成鍵的兩個原子對成鍵電子吸引能力的差別逐步遞增，相應的化學鍵也由從非極性共價鍵到極性共價鍵再到離子鍵，從電子偏移程度和電負性的遞變規律角度，正是量變的不斷積累，才引發鍵型的實質性改變[7]。上述提到的石墨、金剛石等以及有機化學中眾多同分異構體分子會表現出不同性質，都是由于事物結構的不同引起的質的根本性的變化。

辯證唯物主義要求我們看待和分析任何事物，不能把它當作是一成不變的。對于紛雜有趣的化學反應，我們不能只停留在肉眼所及的表象，要善于發現并把握它的內在實質，也就是說，不能只是靜止地看待問題，要輔以辯證的解析才能更全面透徹。

2.3 認識論——依據實踐與認識的關系看科學探索歷史

辯證唯物主義認識論的主要任務是揭示人類認識的本質和發展規律。其中實踐與認識的辯證關系，以及認識是不斷發展的原理，在化學發展歷史中均有所體現。我們必須了解：實踐與認識之間，實踐決定著認識，而認識又反作用于實踐，有著反復性和無限性。著眼于化學學科，化學史上每一個突破，都是科學家們認識和探索世界強有力的回音。

例如：以“酸堿理論的發展”為例。最起始的酸堿概念源于從一開始人們根據所觀測到的物質外在的性質，輔以味覺或觸感，對其粗略地進行了分類；波義耳（英國化學家）于17世紀末提出了樸素的酸堿理論；隨著酸堿理論的不斷拓展，再后來的科學家，如李比西、戴維、拉瓦錫等人相繼否定并更新著前人的結論，推動著酸堿認識的進一步深化；阿倫尼烏斯（瑞典科學家）于1887年提出的酸堿電離理論，認為酸堿反應的實質是氫離子和氫氧根離子之間的中和反應[8]；考慮到溶劑效應的影響，富蘭克林（英國化學家）提出了酸堿溶劑理論（1905年），以此擴展了電離理論，也擴大了酸堿的范圍；再后來（1923年），酸堿質子理論的提出（布朗斯特—勞萊），酸堿反應的實質已演變為共軛酸堿對的結合；同年，路易斯（作為經典共價鍵理論的創建者） 提出結合從結構上的性質來區別酸和堿，他把酸堿分別定義為電子對的接受體和給予體；到了1963年，皮爾遜繼續細化和探究了酸和堿的類型及分類方法，他在路易斯酸堿論的基礎上提出軟硬酸堿規則，將路易斯酸堿分為硬、軟和交界酸堿幾種類型，以及建設性的創建了HSAB 規則。道爾頓（英國化學家，17世紀）想象的原子模型是不可分割的實心球體；湯姆遜在18世紀末期提出了“葡萄干蛋糕模型”來形象化的模擬原子的形態，到了1909年，盧瑟福又以“有核行星系模型”來說明原子核與核外電子之間的存在狀態；隨著科學的發展于科學家玻爾1913年引進了量子化概念，形成了經典的玻爾原子結構理論；之后，薛定諤于1926年建立了波動方程，以此創建了以量子力學為基礎的現代原子結構模型[9]。近年來，通過粒子對撞模擬技術，科學家于20世紀末經過實證實驗提出了“夸克”概念。隨著科技及基礎理論的進一步發展，在不久的將來，“夸克”將不再是粒子最小的存在方式。

由上可知，不論是酸堿理論的演變還是人們對原子結構的不斷認知，我們可以發現人類的理論或是認識從來都不是一建立就是正確的，具體的實踐水平，會限制人們對某一客觀事物的認識，不同立場、觀點、方法、知識水平等，這些都有可能成為限制的條件。經過科學家們一代又一代的改進和創新，科學的認識和以此升華的理論得以交替的進步，這與哲學上對人們去正確認識一個事物是要經歷的過程也是相吻合的，這其中往往需要經過從實踐到認識，再從認識到實踐的多次反復才能完成。偉大的哲學家思想家馬克思先生的墓志銘上有著這樣一句話：“歷史上的科學家總是千方百計地以各種各樣的方式來解釋世界，然而更重要的是改造世界。”在人類社會發展前進過程中，這也恰恰說明了把握和妥善處理“認識和實踐的關系” 的重要性。

3 結語

哲學是探索世界的工具，它能夠幫助我們認識世界的奧秘。化學以及其他自然科學學科都是以哲學的原理和理論為基礎，它們的進步推動著哲學的發展；而哲學同時可為它們提供世界觀和方法論的指導。

化學作為一門自然科學，不僅為人們提供在化學領域認識和改造世界的具體方法，還與人們的生活息息相關。在進行化學教學傳授知識的同時剖析它內在的哲學含義不但可以加深學生們對知識的理解，幫助學生理解一些抽象的化學原理，亦可以在潛移默化的過程中教會學生辯證地看待問題，理解問題，因此推進兩者的結合具有重要意義。