化学基础理论教学中的几点哲学思考

党慧，姜敏，李安源

（1.陕西理工大学化学与环境科学学院，陕西汉中 723000；2.汉中中学，陕西汉中 723000）

1 化学与哲学

化学是一门在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的基础学科，与经济发展、社会文明有着密切联系[1]。其中，化学基础理论则是包含着化学学科的基本概念、范畴以及判断推理，是化学学科中的重要组成部分。

哲学作为科学的世界观、方法论，不仅是对自然知识、社会知识的概况和总结，同时也体现着自然、社会和思维的最一般的规律，当然也包括化学这门自然科学乃至其他所有学科的灵魂所在[2]。在化学学科中蕴含的辩证唯物主义思想更是数不胜数，故而在进行教学时要善于发现并运用其内在的哲学思想。

2 化学基础理论教学中的哲学思考

笔者从马克思主义哲学中辩证唯物主义角度出发，选取辩证唯物论范畴的“运动和静止”的关系，唯物辩证法中“对立统一规律”和“质量互变规律”，以及辩证唯物主义认识论中“实践与认识”的辩证关系原理，与化学学科基础理论相结合，有助于学生理解化学基础知识，并提高学生辩证看待问题的思维能力，以及培养科学的学习方法。

2.1 从辩证唯物论中“运动和静止”思维看物质的变化

唯物论回答了世界的本原性问题，认为物质才是世界的本原。基于化学学科本身就是学习和探究物质组成的一门学科，结合唯物论物质观中运动与静止的关系，用运动和静止的思维，该如何看待化学世界中的物质变化呢？

运动和静止二者存在着以下的辩证关系：物质是运动着的物质，运动是物质在运动；不论离开运动谈物质或是离开物质谈运动都是错误的。化学变化中的许多现象，我们可以观察到静态的结果或是状态，其实质是发生了化学变化，而化学变化则是粒子之间的运动，原子重新进行了组合。了解本质后结合这些现象建立起运动和静止的关系就可更好的理解反应的过程。例如：离子反应中，含有Ba2+的溶液加入SO42-或是CO32-都会生成白色沉淀，实质是游离态的Ba2+离子与SO42-或CO32-离子在溶液中运动时，相遇并发生结合所体现出的“静态”的沉淀。

任何看似简单的反应现象以及物质的变化都是内部粒子不同运动的呈现，这也恰恰证明运动离不开物质，要以物质作为基础；而物质是在运动的过程中发生转化，也就是说物质和运动不可分割。

2.2 唯物辩证法视角下的化学规律解析

辩证法是对“世界究竟处于怎样一种状态”所做出的回答。其核心就是承认矛盾并且运用矛盾的观点看问题，并据此揭示了事物发展过程中所包含的对立统一、质量互变等基本规律。以此来解释化学学科中涉及的反应和原理同样适用。

（1）对立统一规律在化学反应中的应用。

唯物辩证法中的对立统一规律，也就是矛盾规律，这一规律揭示了事物发展的源泉和动力[3]，从根本上回答了事物如何发展。一切现实存在的事物，包括奇妙的化学反应，都是由既相互对立、又相互统一的一对矛盾组合而成。

例如：离子反应中弱酸根和弱碱根的电离和水解的平衡、沉淀溶解平衡中的溶解和沉淀的过程、可逆反应及其对应的化学平衡同样也是建立正逆反应速率相等的基础上，这其中化合和分解过程相互依存，同时进行。众多化学反应其实都充斥着对立统一的矛盾，在一定的条件下矛盾双方发生转化，从而贯穿整个过程。

矛盾的特殊性指具体事物的矛盾以及其各个方面所体现出的特点[4]。矛盾的普遍性与特殊性即共性与个性，它们二者之间也是辩证统一的关系，二者对立是指个性和共性不能完全由对方代替；两者统一是指任何事物往往都是共性和个性的有机统一。学习化学知识的时候，我们经常可以总结出一些规律帮助我们理解记忆，然而普遍使用的规律里也会有部分特殊的个例。

例如：元素周期表中，同一主族元素从上至下，原子半径依次增大，对于非金属元素来说，其对应的氢化物的熔、沸点也会规律性的增大；而对于氮、氧、氟这3 种元素，由于它们的电负性较大，形成的氢化物会生成分子间“氢键”，因为多了一重分子之间的作用力，因此HF、H2O 和NH3它们的熔点、沸点，一反常态，均高于各自同系列的氢化物；再如我们见到的大部分金属室温下都为固态，但汞却是液态，这是因为汞的6 s 轨道很稳定，6 s 电子很难得到自身所需的激发能，因此非激发态下汞原子彼此之间不能形成强键，也就是基态下Hg2仅由弱分子间作用力——范德华力维持，所以在常温下我们看到的汞为液态；再者已有的生活经验会让我们认为一般意义的着火都可以用水来灭火，但在实验室中这样单一的操作显然是不正确的，有时会带来意想不到的恶果。如金属钠着火需使用沙子扑灭，而不能用水，因为钠会与水反应产生氢气，此种方式灭火可能引起爆炸；另外，大部分溶解过程都为放热过程，其中也有特例存在如硝酸钾溶解过程是吸热的。这些现象都让我们看到了事物内部矛盾的共性和个性两者是辩证统一的关系，存在着共性和个性的化学规律，明确二者的关系有助于解释这些特例的存在，并且不难发现共性与个性彼此不可或缺。

（2）质量互变规律的应用体现。

质量互变规律，揭示了事物发展的形式和形态。它的体现有两种方式：一种是由事物数量增减引起质变；另一种是由于构成事物的成分在空间排列上的变化而引起质变[5]。在众多化学变化的过程中，我们不难发现量变与质变二者往往是相互渗透的[6]。我们知道物质燃烧需要满足的三大要素有：可燃物、可燃物须达到着火点以及与氧气接触。而对于白磷在空气中的自燃现象，该如何解释呢？白磷着火点约为40℃，而室温一般只有25℃，那它为什么在空气中能够自燃呢？实质源于白磷可自发与O2发生缓慢的氧化反应，该过程会不断释放热量。当能量积蓄达到其着火点时，就会燃烧起来。包括上述提到沉淀的溶解与转化、酸碱滴定的过程亦是由于相关事物数量上的增减所引起的质的变化。

而另一层面，如我们耳熟能详的石墨、金刚石、富勒烯，这些材料分子的组成元素均为碳，但由于内部碳原子的链接方式不同也就是分子结构的不同而使它们体现出了截然不同的性质：片状结构的石墨质软，片层内导电而层间不能导电；金刚石质地十分坚硬但不导电，源于其C 原子SP3杂化后形成的正四面体网维构型；富勒烯球状的结构可作为分子滚珠，还可抵抗外界的强压，源于其分子的球壳形式的结构。再比如，学习化学键的相关知识时，质量互变就体现在成键过程中电子的偏移程度和电负性的递变关系上。我们知道，非极性共价键在两个相同原子之间形成，成键原子通过共用电子对去连接。由于成键的两个原子电负性差为0，故而成键的电子对位于两个原子中间而不会发生偏移；而极性共价键是指成键两个原子之间的电负性差在0～1.7 之间，成键原子之间的成键也是基于共用电子对形成，但是因为两个原子的电负性值不同，即吸引电子能力的不同，电子对在其间会有所偏移，电子对在成键过程中会偏向电负性较大的那个原子。而离子键的形成就会伴随着电子的得失：当电负性差大于1.7 时，成键电子对极致的偏移状态，到最终就会转化为转移。这时电子在成键的两个原子核之间会有得失电子的过程后形成了离子，此时，离子键也就形成了。回顾化学键键型的这个演变过程，基于成键的两个原子对成键电子吸引能力的差别逐步递增，相应的化学键也由从非极性共价键到极性共价键再到离子键，从电子偏移程度和电负性的递变规律角度，正是量变的不断积累，才引发键型的实质性改变[7]。上述提到的石墨、金刚石等以及有机化学中众多同分异构体分子会表现出不同性质，都是由于事物结构的不同引起的质的根本性的变化。

辩证唯物主义要求我们看待和分析任何事物，不能把它当作是一成不变的。对于纷杂有趣的化学反应，我们不能只停留在肉眼所及的表象，要善于发现并把握它的内在实质，也就是说，不能只是静止地看待问题，要辅以辩证的解析才能更全面透彻。

2.3 认识论——依据实践与认识的关系看科学探索历史

辩证唯物主义认识论的主要任务是揭示人类认识的本质和发展规律。其中实践与认识的辩证关系，以及认识是不断发展的原理，在化学发展历史中均有所体现。我们必须了解：实践与认识之间，实践决定着认识，而认识又反作用于实践，有着反复性和无限性。着眼于化学学科，化学史上每一个突破，都是科学家们认识和探索世界强有力的回音。

例如：以“酸碱理论的发展”为例。最起始的酸碱概念源于从一开始人们根据所观测到的物质外在的性质，辅以味觉或触感，对其粗略地进行了分类；波义耳（英国化学家）于17世纪末提出了朴素的酸碱理论；随着酸碱理论的不断拓展，再后来的科学家，如李比西、戴维、拉瓦锡等人相继否定并更新着前人的结论，推动着酸碱认识的进一步深化；阿伦尼乌斯（瑞典科学家）于1887年提出的酸碱电离理论，认为酸碱反应的实质是氢离子和氢氧根离子之间的中和反应[8]；考虑到溶剂效应的影响，富兰克林（英国化学家）提出了酸碱溶剂理论（1905年），以此扩展了电离理论，也扩大了酸碱的范围；再后来（1923年），酸碱质子理论的提出（布朗斯特—劳莱），酸碱反应的实质已演变为共轭酸碱对的结合；同年，路易斯（作为经典共价键理论的创建者） 提出结合从结构上的性质来区别酸和碱，他把酸碱分别定义为电子对的接受体和给予体；到了1963年，皮尔逊继续细化和探究了酸和碱的类型及分类方法，他在路易斯酸碱论的基础上提出软硬酸碱规则，将路易斯酸碱分为硬、软和交界酸碱几种类型，以及建设性的创建了HSAB 规则。道尔顿（英国化学家，17世纪）想象的原子模型是不可分割的实心球体；汤姆逊在18世纪末期提出了“葡萄干蛋糕模型”来形象化的模拟原子的形态，到了1909年，卢瑟福又以“有核行星系模型”来说明原子核与核外电子之间的存在状态；随着科学的发展于科学家玻尔1913年引进了量子化概念，形成了经典的玻尔原子结构理论；之后，薛定谔于1926年建立了波动方程，以此创建了以量子力学为基础的现代原子结构模型[9]。近年来，通过粒子对撞模拟技术，科学家于20世纪末经过实证实验提出了“夸克”概念。随着科技及基础理论的进一步发展，在不久的将来，“夸克”将不再是粒子最小的存在方式。

由上可知，不论是酸碱理论的演变还是人们对原子结构的不断认知，我们可以发现人类的理论或是认识从来都不是一建立就是正确的，具体的实践水平，会限制人们对某一客观事物的认识，不同立场、观点、方法、知识水平等，这些都有可能成为限制的条件。经过科学家们一代又一代的改进和创新，科学的认识和以此升华的理论得以交替的进步，这与哲学上对人们去正确认识一个事物是要经历的过程也是相吻合的，这其中往往需要经过从实践到认识，再从认识到实践的多次反复才能完成。伟大的哲学家思想家马克思先生的墓志铭上有着这样一句话：“历史上的科学家总是千方百计地以各种各样的方式来解释世界，然而更重要的是改造世界。”在人类社会发展前进过程中，这也恰恰说明了把握和妥善处理“认识和实践的关系” 的重要性。

3 结语

哲学是探索世界的工具，它能够帮助我们认识世界的奥秘。化学以及其他自然科学学科都是以哲学的原理和理论为基础，它们的进步推动着哲学的发展；而哲学同时可为它们提供世界观和方法论的指导。

化学作为一门自然科学，不仅为人们提供在化学领域认识和改造世界的具体方法，还与人们的生活息息相关。在进行化学教学传授知识的同时剖析它内在的哲学含义不但可以加深学生们对知识的理解，帮助学生理解一些抽象的化学原理，亦可以在潜移默化的过程中教会学生辩证地看待问题，理解问题，因此推进两者的结合具有重要意义。