化學(xué)基礎(chǔ)理論教學(xué)中的幾點(diǎn)哲學(xué)思考

黨慧，姜敏，李安源

（1.陜西理工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西漢中 723000；2.漢中中學(xué)，陜西漢中 723000）

1 化學(xué)與哲學(xué)

化學(xué)是一門在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的基礎(chǔ)學(xué)科，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)文明有著密切聯(lián)系[1]。其中，化學(xué)基礎(chǔ)理論則是包含著化學(xué)學(xué)科的基本概念、范疇以及判斷推理，是化學(xué)學(xué)科中的重要組成部分。

哲學(xué)作為科學(xué)的世界觀、方法論，不僅是對(duì)自然知識(shí)、社會(huì)知識(shí)的概況和總結(jié)，同時(shí)也體現(xiàn)著自然、社會(huì)和思維的最一般的規(guī)律，當(dāng)然也包括化學(xué)這門自然科學(xué)乃至其他所有學(xué)科的靈魂所在[2]。在化學(xué)學(xué)科中蘊(yùn)含的辯證唯物主義思想更是數(shù)不勝數(shù)，故而在進(jìn)行教學(xué)時(shí)要善于發(fā)現(xiàn)并運(yùn)用其內(nèi)在的哲學(xué)思想。

2 化學(xué)基礎(chǔ)理論教學(xué)中的哲學(xué)思考

筆者從馬克思主義哲學(xué)中辯證唯物主義角度出發(fā)，選取辯證唯物論范疇的“運(yùn)動(dòng)和靜止”的關(guān)系，唯物辯證法中“對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律”和“質(zhì)量互變規(guī)律”，以及辯證唯物主義認(rèn)識(shí)論中“實(shí)踐與認(rèn)識(shí)”的辯證關(guān)系原理，與化學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)理論相結(jié)合，有助于學(xué)生理解化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，并提高學(xué)生辯證看待問(wèn)題的思維能力，以及培養(yǎng)科學(xué)的學(xué)習(xí)方法。

2.1 從辯證唯物論中“運(yùn)動(dòng)和靜止”思維看物質(zhì)的變化

唯物論回答了世界的本原性問(wèn)題，認(rèn)為物質(zhì)才是世界的本原?；诨瘜W(xué)學(xué)科本身就是學(xué)習(xí)和探究物質(zhì)組成的一門學(xué)科，結(jié)合唯物論物質(zhì)觀中運(yùn)動(dòng)與靜止的關(guān)系，用運(yùn)動(dòng)和靜止的思維，該如何看待化學(xué)世界中的物質(zhì)變化呢？

運(yùn)動(dòng)和靜止二者存在著以下的辯證關(guān)系：物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)，運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)；不論離開運(yùn)動(dòng)談物質(zhì)或是離開物質(zhì)談運(yùn)動(dòng)都是錯(cuò)誤的?；瘜W(xué)變化中的許多現(xiàn)象，我們可以觀察到靜態(tài)的結(jié)果或是狀態(tài)，其實(shí)質(zhì)是發(fā)生了化學(xué)變化，而化學(xué)變化則是粒子之間的運(yùn)動(dòng)，原子重新進(jìn)行了組合。了解本質(zhì)后結(jié)合這些現(xiàn)象建立起運(yùn)動(dòng)和靜止的關(guān)系就可更好的理解反應(yīng)的過(guò)程。例如：離子反應(yīng)中，含有Ba2+的溶液加入SO42-或是CO32-都會(huì)生成白色沉淀，實(shí)質(zhì)是游離態(tài)的Ba2+離子與SO42-或CO32-離子在溶液中運(yùn)動(dòng)時(shí)，相遇并發(fā)生結(jié)合所體現(xiàn)出的“靜態(tài)”的沉淀。

任何看似簡(jiǎn)單的反應(yīng)現(xiàn)象以及物質(zhì)的變化都是內(nèi)部粒子不同運(yùn)動(dòng)的呈現(xiàn)，這也恰恰證明運(yùn)動(dòng)離不開物質(zhì)，要以物質(zhì)作為基礎(chǔ)；而物質(zhì)是在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中發(fā)生轉(zhuǎn)化，也就是說(shuō)物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)不可分割。

2.2 唯物辯證法視角下的化學(xué)規(guī)律解析

辯證法是對(duì)“世界究竟處于怎樣一種狀態(tài)”所做出的回答。其核心就是承認(rèn)矛盾并且運(yùn)用矛盾的觀點(diǎn)看問(wèn)題，并據(jù)此揭示了事物發(fā)展過(guò)程中所包含的對(duì)立統(tǒng)一、質(zhì)量互變等基本規(guī)律。以此來(lái)解釋化學(xué)學(xué)科中涉及的反應(yīng)和原理同樣適用。

（1）對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用。

唯物辯證法中的對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律，也就是矛盾規(guī)律，這一規(guī)律揭示了事物發(fā)展的源泉和動(dòng)力[3]，從根本上回答了事物如何發(fā)展。一切現(xiàn)實(shí)存在的事物，包括奇妙的化學(xué)反應(yīng)，都是由既相互對(duì)立、又相互統(tǒng)一的一對(duì)矛盾組合而成。

例如：離子反應(yīng)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(guò)程、可逆反應(yīng)及其對(duì)應(yīng)的化學(xué)平衡同樣也是建立正逆反應(yīng)速率相等的基礎(chǔ)上，這其中化合和分解過(guò)程相互依存，同時(shí)進(jìn)行。眾多化學(xué)反應(yīng)其實(shí)都充斥著對(duì)立統(tǒng)一的矛盾，在一定的條件下矛盾雙方發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而貫穿整個(gè)過(guò)程。

矛盾的特殊性指具體事物的矛盾以及其各個(gè)方面所體現(xiàn)出的特點(diǎn)[4]。矛盾的普遍性與特殊性即共性與個(gè)性，它們二者之間也是辯證統(tǒng)一的關(guān)系，二者對(duì)立是指?jìng)€(gè)性和共性不能完全由對(duì)方代替；兩者統(tǒng)一是指任何事物往往都是共性和個(gè)性的有機(jī)統(tǒng)一。學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的時(shí)候，我們經(jīng)?？梢钥偨Y(jié)出一些規(guī)律幫助我們理解記憶，然而普遍使用的規(guī)律里也會(huì)有部分特殊的個(gè)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(duì)于非金屬元素來(lái)說(shuō)，其對(duì)應(yīng)的氫化物的熔、沸點(diǎn)也會(huì)規(guī)律性的增大；而對(duì)于氮、氧、氟這3 種元素，由于它們的電負(fù)性較大，形成的氫化物會(huì)生成分子間“氫鍵”，因?yàn)槎嗔艘恢胤肿又g的作用力，因此HF、H2O 和NH3它們的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)，一反常態(tài)，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(tài)，但汞卻是液態(tài)，這是因?yàn)楣? s 軌道很穩(wěn)定，6 s 電子很難得到自身所需的激發(fā)能，因此非激發(fā)態(tài)下汞原子彼此之間不能形成強(qiáng)鍵，也就是基態(tài)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(tài)；再者已有的生活經(jīng)驗(yàn)會(huì)讓我們認(rèn)為一般意義的著火都可以用水來(lái)滅火，但在實(shí)驗(yàn)室中這樣單一的操作顯然是不正確的，有時(shí)會(huì)帶來(lái)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?yàn)殁c會(huì)與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，此種方式滅火可能引起爆炸；另外，大部分溶解過(guò)程都為放熱過(guò)程，其中也有特例存在如硝酸鉀溶解過(guò)程是吸熱的。這些現(xiàn)象都讓我們看到了事物內(nèi)部矛盾的共性和個(gè)性兩者是辯證統(tǒng)一的關(guān)系，存在著共性和個(gè)性的化學(xué)規(guī)律，明確二者的關(guān)系有助于解釋這些特例的存在，并且不難發(fā)現(xiàn)共性與個(gè)性彼此不可或缺。

（2）質(zhì)量互變規(guī)律的應(yīng)用體現(xiàn)。

質(zhì)量互變規(guī)律，揭示了事物發(fā)展的形式和形態(tài)。它的體現(xiàn)有兩種方式：一種是由事物數(shù)量增減引起質(zhì)變；另一種是由于構(gòu)成事物的成分在空間排列上的變化而引起質(zhì)變[5]。在眾多化學(xué)變化的過(guò)程中，我們不難發(fā)現(xiàn)量變與質(zhì)變二者往往是相互滲透的[6]。我們知道物質(zhì)燃燒需要滿足的三大要素有：可燃物、可燃物須達(dá)到著火點(diǎn)以及與氧氣接觸。而對(duì)于白磷在空氣中的自燃現(xiàn)象，該如何解釋呢？白磷著火點(diǎn)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(shí)質(zhì)源于白磷可自發(fā)與O2發(fā)生緩慢的氧化反應(yīng)，該過(guò)程會(huì)不斷釋放熱量。當(dāng)能量積蓄達(dá)到其著火點(diǎn)時(shí)，就會(huì)燃燒起來(lái)。包括上述提到沉淀的溶解與轉(zhuǎn)化、酸堿滴定的過(guò)程亦是由于相關(guān)事物數(shù)量上的增減所引起的質(zhì)的變化。

而另一層面，如我們耳熟能詳?shù)氖?、金剛石、富勒烯，這些材料分子的組成元素均為碳，但由于內(nèi)部碳原子的鏈接方式不同也就是分子結(jié)構(gòu)的不同而使它們體現(xiàn)出了截然不同的性質(zhì)：片狀結(jié)構(gòu)的石墨質(zhì)軟，片層內(nèi)導(dǎo)電而層間不能導(dǎo)電；金剛石質(zhì)地十分堅(jiān)硬但不導(dǎo)電，源于其C 原子SP3雜化后形成的正四面體網(wǎng)維構(gòu)型；富勒烯球狀的結(jié)構(gòu)可作為分子滾珠，還可抵抗外界的強(qiáng)壓，源于其分子的球殼形式的結(jié)構(gòu)。再比如，學(xué)習(xí)化學(xué)鍵的相關(guān)知識(shí)時(shí)，質(zhì)量互變就體現(xiàn)在成鍵過(guò)程中電子的偏移程度和電負(fù)性的遞變關(guān)系上。我們知道，非極性共價(jià)鍵在兩個(gè)相同原子之間形成，成鍵原子通過(guò)共用電子對(duì)去連接。由于成鍵的兩個(gè)原子電負(fù)性差為0，故而成鍵的電子對(duì)位于兩個(gè)原子中間而不會(huì)發(fā)生偏移；而極性共價(jià)鍵是指成鍵兩個(gè)原子之間的電負(fù)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(duì)形成，但是因?yàn)閮蓚€(gè)原子的電負(fù)性值不同，即吸引電子能力的不同，電子對(duì)在其間會(huì)有所偏移，電子對(duì)在成鍵過(guò)程中會(huì)偏向電負(fù)性較大的那個(gè)原子。而離子鍵的形成就會(huì)伴隨著電子的得失：當(dāng)電負(fù)性差大于1.7 時(shí)，成鍵電子對(duì)極致的偏移狀態(tài)，到最終就會(huì)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)移。這時(shí)電子在成鍵的兩個(gè)原子核之間會(huì)有得失電子的過(guò)程后形成了離子，此時(shí)，離子鍵也就形成了?；仡櫥瘜W(xué)鍵鍵型的這個(gè)演變過(guò)程，基于成鍵的兩個(gè)原子對(duì)成鍵電子吸引能力的差別逐步遞增，相應(yīng)的化學(xué)鍵也由從非極性共價(jià)鍵到極性共價(jià)鍵再到離子鍵，從電子偏移程度和電負(fù)性的遞變規(guī)律角度，正是量變的不斷積累，才引發(fā)鍵型的實(shí)質(zhì)性改變[7]。上述提到的石墨、金剛石等以及有機(jī)化學(xué)中眾多同分異構(gòu)體分子會(huì)表現(xiàn)出不同性質(zhì)，都是由于事物結(jié)構(gòu)的不同引起的質(zhì)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(dāng)作是一成不變的。對(duì)于紛雜有趣的化學(xué)反應(yīng)，我們不能只停留在肉眼所及的表象，要善于發(fā)現(xiàn)并把握它的內(nèi)在實(shí)質(zhì)，也就是說(shuō)，不能只是靜止地看待問(wèn)題，要輔以辯證的解析才能更全面透徹。

2.3 認(rèn)識(shí)論——依據(jù)實(shí)踐與認(rèn)識(shí)的關(guān)系看科學(xué)探索歷史

辯證唯物主義認(rèn)識(shí)論的主要任務(wù)是揭示人類認(rèn)識(shí)的本質(zhì)和發(fā)展規(guī)律。其中實(shí)踐與認(rèn)識(shí)的辯證關(guān)系，以及認(rèn)識(shí)是不斷發(fā)展的原理，在化學(xué)發(fā)展歷史中均有所體現(xiàn)。我們必須了解：實(shí)踐與認(rèn)識(shí)之間，實(shí)踐決定著認(rèn)識(shí)，而認(rèn)識(shí)又反作用于實(shí)踐，有著反復(fù)性和無(wú)限性。著眼于化學(xué)學(xué)科，化學(xué)史上每一個(gè)突破，都是科學(xué)家們認(rèn)識(shí)和探索世界強(qiáng)有力的回音。

例如：以“酸堿理論的發(fā)展”為例。最起始的酸堿概念源于從一開始人們根據(jù)所觀測(cè)到的物質(zhì)外在的性質(zhì)，輔以味覺(jué)或觸感，對(duì)其粗略地進(jìn)行了分類；波義耳（英國(guó)化學(xué)家）于17世紀(jì)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(lái)的科學(xué)家，如李比西、戴維、拉瓦錫等人相繼否定并更新著前人的結(jié)論，推動(dòng)著酸堿認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步深化；阿倫尼烏斯（瑞典科學(xué)家）于1887年提出的酸堿電離理論，認(rèn)為酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是氫離子和氫氧根離子之間的中和反應(yīng)[8]；考慮到溶劑效應(yīng)的影響，富蘭克林（英國(guó)化學(xué)家）提出了酸堿溶劑理論（1905年），以此擴(kuò)展了電離理論，也擴(kuò)大了酸堿的范圍；再后來(lái)（1923年），酸堿質(zhì)子理論的提出（布朗斯特—?jiǎng)谌R），酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)已演變?yōu)楣曹椝釅A對(duì)的結(jié)合；同年，路易斯（作為經(jīng)典共價(jià)鍵理論的創(chuàng)建者） 提出結(jié)合從結(jié)構(gòu)上的性質(zhì)來(lái)區(qū)別酸和堿，他把酸堿分別定義為電子對(duì)的接受體和給予體；到了1963年，皮爾遜繼續(xù)細(xì)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(chǔ)上提出軟硬酸堿規(guī)則，將路易斯酸堿分為硬、軟和交界酸堿幾種類型，以及建設(shè)性的創(chuàng)建了HSAB 規(guī)則。道爾頓（英國(guó)化學(xué)家，17世紀(jì)）想象的原子模型是不可分割的實(shí)心球體；湯姆遜在18世紀(jì)末期提出了“葡萄干蛋糕模型”來(lái)形象化的模擬原子的形態(tài)，到了1909年，盧瑟福又以“有核行星系模型”來(lái)說(shuō)明原子核與核外電子之間的存在狀態(tài)；隨著科學(xué)的發(fā)展于科學(xué)家玻爾1913年引進(jìn)了量子化概念，形成了經(jīng)典的玻爾原子結(jié)構(gòu)理論；之后，薛定諤于1926年建立了波動(dòng)方程，以此創(chuàng)建了以量子力學(xué)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)模型[9]。近年來(lái)，通過(guò)粒子對(duì)撞模擬技術(shù)，科學(xué)家于20世紀(jì)末經(jīng)過(guò)實(shí)證實(shí)驗(yàn)提出了“夸克”概念。隨著科技及基礎(chǔ)理論的進(jìn)一步發(fā)展，在不久的將來(lái)，“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(duì)原子結(jié)構(gòu)的不斷認(rèn)知，我們可以發(fā)現(xiàn)人類的理論或是認(rèn)識(shí)從來(lái)都不是一建立就是正確的，具體的實(shí)踐水平，會(huì)限制人們對(duì)某一客觀事物的認(rèn)識(shí)，不同立場(chǎng)、觀點(diǎn)、方法、知識(shí)水平等，這些都有可能成為限制的條件。經(jīng)過(guò)科學(xué)家們一代又一代的改進(jìn)和創(chuàng)新，科學(xué)的認(rèn)識(shí)和以此升華的理論得以交替的進(jìn)步，這與哲學(xué)上對(duì)人們?nèi)フ_認(rèn)識(shí)一個(gè)事物是要經(jīng)歷的過(guò)程也是相吻合的，這其中往往需要經(jīng)過(guò)從實(shí)踐到認(rèn)識(shí)，再?gòu)恼J(rèn)識(shí)到實(shí)踐的多次反復(fù)才能完成。偉大的哲學(xué)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(xué)家總是千方百計(jì)地以各種各樣的方式來(lái)解釋世界，然而更重要的是改造世界?！痹谌祟惿鐣?huì)發(fā)展前進(jìn)過(guò)程中，這也恰恰說(shuō)明了把握和妥善處理“認(rèn)識(shí)和實(shí)踐的關(guān)系” 的重要性。

3 結(jié)語(yǔ)

哲學(xué)是探索世界的工具，它能夠幫助我們認(rèn)識(shí)世界的奧秘?；瘜W(xué)以及其他自然科學(xué)學(xué)科都是以哲學(xué)的原理和理論為基礎(chǔ)，它們的進(jìn)步推動(dòng)著哲學(xué)的發(fā)展；而哲學(xué)同時(shí)可為它們提供世界觀和方法論的指導(dǎo)。

化學(xué)作為一門自然科學(xué)，不僅為人們提供在化學(xué)領(lǐng)域認(rèn)識(shí)和改造世界的具體方法，還與人們的生活息息相關(guān)。在進(jìn)行化學(xué)教學(xué)傳授知識(shí)的同時(shí)剖析它內(nèi)在的哲學(xué)含義不但可以加深學(xué)生們對(duì)知識(shí)的理解，幫助學(xué)生理解一些抽象的化學(xué)原理，亦可以在潛移默化的過(guò)程中教會(huì)學(xué)生辯證地看待問(wèn)題，理解問(wèn)題，因此推進(jìn)兩者的結(jié)合具有重要意義。