新課程背景下的化學(xué)元素論

陳偉 王琮強 王濤

摘要：從化學(xué)史入手對化學(xué)元素論的形成進行介紹，在簡介化學(xué)元素論內(nèi)涵的基礎(chǔ)上通過案例對其應(yīng)用進行論述，以期引起學(xué)界同仁在化學(xué)教學(xué)中對化學(xué)元素論的重視。

關(guān)鍵詞：化學(xué)理論；化學(xué)元素論；應(yīng)用案例

文章編號：1008-0546（201１）０５-00５５-0２中圖分類號：G63２.４１文獻標(biāo)識碼：Ｂ

doi：10.3９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０５４６．２０１１．０５．０２６

化學(xué)新課程中的基礎(chǔ)理論被學(xué)界廣泛認為是中學(xué)化學(xué)知識的核心和重要組成部分。“元素論”更是被專家認為“應(yīng)當(dāng)是化學(xué)的核心理論”，且初等化學(xué)的第一任務(wù)就是要求學(xué)生通過實驗和課堂教學(xué)逐步領(lǐng)會和學(xué)會運用元素論［１］?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》在對化學(xué)的定義中也把研究物質(zhì)的“組成”列為第一要素［２］。然而，在化學(xué)教學(xué)中，雖然我們很重視元素化合物的教學(xué)，卻很少通過大量的實例來“畫龍點睛”地突出化學(xué)元素論。本文從化學(xué)史入手對化學(xué)元素論的形成進行介紹，在簡述化學(xué)元素論內(nèi)涵的基礎(chǔ)上通過案例對其應(yīng)用進行論述。

一、化學(xué)元素論的形成

從化學(xué)發(fā)展史看，元素的發(fā)現(xiàn)對化學(xué)學(xué)科發(fā)展具有十分重大的意義，化學(xué)元素論至今仍然是化學(xué)的最基本的理論。從化學(xué)的起源、早期冶金家到近代化學(xué)的建立，不僅是人們發(fā)現(xiàn)并逐步認識元素的過程，也是人們對元素的觀念從構(gòu)成世界萬物的“金木水火土”五元素說、“地火水風(fēng)”四元素說以及古希臘的原子論到波義耳提出科學(xué)的元素概念及至道爾頓建立科學(xué)原子論的過程，也是早期冶金家及其后化學(xué)家把這種認識方法付諸于實踐的過程。因此，不難理解為什么元素從一種哲學(xué)概念轉(zhuǎn)變?yōu)橐栽淤|(zhì)量及其差異為核心概念的道爾頓原子學(xué)說，會被公認為是現(xiàn)代化學(xué)的基石［１］。中外古代的哲學(xué)思想中的還原論對自然科學(xué)的影響一直很普遍。哲學(xué)家總是企圖把復(fù)雜的物質(zhì)世界還原成一些簡單的、為數(shù)不多的“元素”，西方的四元素論和中國的陰陽五行論是其中的精華。把復(fù)雜的事物通過分析、分解和綜合，還原成為構(gòu)成它們的基本組元的方法，至今仍然是最常用的科學(xué)方法之一［３］。正是這種方法，促進了人們對構(gòu)成物質(zhì)最基本單元的認識，促進了元素的發(fā)現(xiàn)，促進了化學(xué)元素論的形成和發(fā)展。早期冶金家把這種認識方法付諸于實踐，并通過冶金實踐得到了金屬元素，為化學(xué)元素論提供了實踐基礎(chǔ)和實物證據(jù)，通過實踐促進了化學(xué)元素論的發(fā)展和完善。從１８世紀中葉到１９世紀中葉的１００年間，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的元素不斷地被發(fā)現(xiàn)和研究，由此獲得的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)等為有關(guān)元素分類的假設(shè)——三元素組、八音律表直至門捷列夫周期表及其后新元素的發(fā)現(xiàn)提供了素材和依據(jù)，進一步促進了元素論的發(fā)展。２０世紀以來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)等理論逐步發(fā)展完善并成為化學(xué)中的新生領(lǐng)域，甚至在初等化學(xué)的教材和教學(xué)中也引進了物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論知識和初淺的化學(xué)熱力學(xué)理論。然而，這些理論都是在研究元素及其化合物、以元素論作為基礎(chǔ)理論發(fā)展起來的，這些理論反過來又促進了元素論的完善。因此，化學(xué)元素論在其自身形成和發(fā)展的同時，對化學(xué)學(xué)科的發(fā)展也起到了舉足輕重的作用。并且，即使在現(xiàn)在和將來，研究物質(zhì)的組成（結(jié)構(gòu)）和制備前所未有的新物質(zhì)是化學(xué)學(xué)科的基本任務(wù)，所以“元素論”才應(yīng)當(dāng)是化學(xué)的核心理論，化學(xué)元素論仍然是化學(xué)的最基本的理論 ［１］。

二、化學(xué)元素論的內(nèi)涵及學(xué)生化學(xué)元素觀的建構(gòu)

化學(xué)元素之于化學(xué)很像字母之于文字，也像積木塊之于積木［３］。只要把握住組字或用積木構(gòu)建某個立體模型時的穩(wěn)定性原則，就可以拼寫出無數(shù)的單詞和搭出各式各樣的模型來。有學(xué)者［４］ 指出，化學(xué)元素觀基本內(nèi)涵包括：物質(zhì)都是由元素組成的，物質(zhì)可以按照元素組成進行分類，化學(xué)式表示物質(zhì)的元素組成，物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化本質(zhì)是元素原子間的重新組合，元素是同一類原子的總稱，元素化合價與元素原子的最外層電子有關(guān)，元素性質(zhì)呈周期性變化；化學(xué)元素觀建構(gòu)的價值在于：有利于對物質(zhì)世界形成有序的認識，有利于形成化學(xué)的思維方法；并在此基礎(chǔ)上，探討了學(xué)生建構(gòu)化學(xué)元素觀的價值及基本策略，本文不再贅述。

三、化學(xué)元素論的應(yīng)用案例

例題制冷劑是一種易被壓縮、液化的氣體，液化后在管內(nèi)循環(huán)，蒸發(fā)吸收熱量，使環(huán)境溫度降低，達到制冷目的。人們曾采用過乙醚、ＮＨ３、ＮＨ４Ｃｌ等作制冷劑，但它們不是有毒就是易燃。于是科學(xué)家根據(jù)元素性質(zhì)的遞變規(guī)律來開發(fā)新的制冷劑。

據(jù)現(xiàn)有知識，某些元素化合物的易燃性、毒性變化趨勢如下：

（１）氫化物的易燃性：第二周期＞＞Ｈ２Ｏ＞ ＨＦ，第三周期ＳｉＨ４＞ＰＨ３＞＞；

（２）化合物的毒性：ＰＨ３＞ＮＨ３、Ｈ２ＳＨ２Ｏ、ＣＳ２ＣＯ２、ＣＣｌ４ＣＦ４，于是科學(xué)家們開始把注意力集中在含Ｆ、Ｃｌ的化合物上。

已知ＣＣｌ４的沸點為７６．８℃，ＣＦ４的沸點為－１２８℃，新制冷劑的沸點范圍應(yīng)介于其間。經(jīng)過較長時間反復(fù)試驗，一種新的制冷劑氟里昂ＣＦ２Ｃｌ２終于誕生了，其他類似的可以是。然而，大量使用這種制冷劑卻造成了當(dāng)今的某一環(huán)境問題，即 。

這是一道很常見的題目。本題對于學(xué)生而言，不僅考查了元素周期律和元素周期表，更重要的是給學(xué)生提供了運用化學(xué)元素論的鮮活一例。作為教師，如果我們只是就題論題，而對其中蘊涵著的化學(xué)元素論不進行深層次挖掘，我們就“一葉障目”而不能見到“廬山真面目”，很難完成課程專家提出的“要求學(xué)生通過實驗和課堂教學(xué)逐步領(lǐng)會和學(xué)會運用元素論”這一初等化學(xué)的第一任務(wù)。組成決定性質(zhì)，因此當(dāng)某種物質(zhì)的某些性質(zhì)不能符合實際需要時，化學(xué)家想到的第一對策，往往就是改變它的組成，包括更換其中的組成元素或者變更組成元素的比率等，都可以歸因于組成（擴展為體系的元素組成）決定性質(zhì)這一基本認識?；瘜W(xué)認為物質(zhì)組成包括組分和元素組成兩個層次，二者對物質(zhì)性質(zhì)的影響并不相同。前者以功能團和根為代表，后者一般不很直接。當(dāng)然，也應(yīng)當(dāng)看到這種視角或方法的功能的局限，因元素、字母或積木塊本身所能提供的信息十分有限，而它們的組合和變化卻是無限的。元素組成主要反映了物質(zhì)的組成，本身所能提供的關(guān)于物質(zhì)性質(zhì)的有關(guān)信息很少或很不充分。只有運用化合價理論和原子、分子結(jié)構(gòu)理論，我們才能夠更全面、更深層次的認識和把握物質(zhì)的性質(zhì)。

總之，在新課程十分重視作為中學(xué)化學(xué)知識的核心和重要組成部分的化學(xué)基礎(chǔ)理論的背景下，化學(xué)教學(xué)應(yīng)突出“仍然是化學(xué)的最基本的理論”的化學(xué)元素論，從化學(xué)史入手，通過實驗和課堂教學(xué)幫助學(xué)生逐步領(lǐng)會和學(xué)會運用元素論，完成初等化學(xué)的第一任務(wù)。

參考文獻

［１］宋心琦．高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下的理論教學(xué)問題［Ｊ］．化學(xué)教學(xué)，２０１０，（５）：１－５

［２］中華人民共和國教育部． 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）［Ｍ］． 北京：人民教育出版社，２００３

［３］宋心琦，胡美玲．對中學(xué)化學(xué)的主要任務(wù)和教材改革的看法［Ｊ］．化學(xué)教育，２００１，（９）：９－１３

［４］梁永平．論中學(xué)生化學(xué)元素觀的建構(gòu)［Ｊ］．化學(xué)教育，２００７，（１１）：１０－１５