理论教育 探讨化学在自然科学领域中的重要地位

探讨化学在自然科学领域中的重要地位

时间:2023-07-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:由此可见,化学与四个现代化的实现,有着异常密切的关系。总之,化学的研究对象是自然科学总的研究对象的一个构成部分,占有一个应有的地位。各门基础学科针对自然界各种不同运动的基本规律的探索和研究,规定了它们各自的地位和作用,它们相互配合协作,相互促进发展,形成自然科学奔腾前进的洪流,对任何一门基础学科的地位和作用有所夸张或贬低,都将不利于科学事业的发展和四个现代化的实现。

探讨化学在自然科学领域中的重要地位

简单地回顾一下化学的历史,可以看到,化学是在炼金术和医药化学实践的基础上发展起来的。但是,它发展成为一门科学,则是在它摒弃了燃素学说,并用原子论作为自己的理论基础之后。也就是说,化学自从作为一门科学起,便把探索物质世界在原子这一层次上的运动规律作为自己研究的对象。随着化学研究向纵深发展,通过大量的科学实验,证实了世界上的各种物质都不过是由化学元素周期表中百来种元素的原子所构成。大至无垠宇宙中的巨星,小至用显微镜也看不到的分子,无论是无生命还是有生命的物质世界,都没有例外。通过研究物质的组成及其变化规律,不仅逐步揭露了生命物质以至星际分子的奥秘,而且合成了成千上万的新化合物,以及有生物活性的蛋白质、核酸等。19世纪,在化学研究的基础上还建立了以同样名称命名的重要工业部门——化学工业,它以生产出的千变万化、丰富多彩的物质材料贡献于人类社会。从原子能利用、空间科学技术和电子计算机技术到现代化工农业生产和人类生活的各个方面,更是无处不用到化学和化学工业所提供的各种材料。由此可见,化学与四个现代化的实现,有着异常密切的关系。1976年,美国化学会会长G.T.西博格教授,在该会成立一百周年之际,发表了以“化学——我们进步的关键”为题的一篇文章。从某一角度来看,这个说法也不算夸大。

当然,化学这门学科的发展过程,是与许多其他学科的发展交融着的,特别是与物理学和数学的发展以及它们的研究成果在化学上的应用交织在一起的。如果说19世纪初的原子论使化学科学进入了一个新时代,那么,在发现X射线、放射性、电子等基础上揭开原子内部奥秘的近代物理学,又使化学发展进入了一个新阶段。随着量子力学应用于化学,出现了一个新分支学科——量子化学。

原子论指明,原子通过化学键组成分子,进而组成各种物质。量子化学理论则表明,各种不同的原子的性质,都是原子核和绕核的电子之间的相互作用的结果。由于电子的波动性,这种相互作用产生了每种原子所特有的个别结构。同时,原子中的电子可以用不太高的能量(几个电子伏特)来激活,从而使原子发生化学变化。而化学键也是由于原子核和电子之间特殊的运动状态所决定的。所有这些认识,都极大地丰富了人们在原子层次上对物质结构的认识。这些认识的来源,是由于物理、数学的部分成果运用于化学并由大量化学实践进行总结、提高和验证的结果。但是,能不能由此得出结论说:化学可以归结为物理学、数学?30年代后出现的量子化学使化学变成应用物理的一门学问?电子计算机的出现,致使化学实验只是为了验证一下计算结果而已?我们的回答是:“不能。”

在原子层次上来研究的物质世界是很复杂的。单有原子论和量子论的理论解释并不意味着能对客观世界的全部现象的理解。理论来源于实践,又用于实践,指导实践,并通过实践得到检验、纠正,而发展。原子论来源于研究物质组成的实践,它指导人们深入认识到物质的原子层次。然而,通过对物质化学结构研究的更广泛实践,又发现了各种为原子论难于解释的键结构现象,从而又发展产生了量子化学理论。目前,处于初期阶段的量子化学理论虽已能说明不少化学结构,然而也不能包罗万象,有如对较重元素的相对论效应以及用电子密度表示能量的正确泛函,还有待于解决。并且新的实验结果还将会不断出现。这就是说,它也还要通过“实践——理论——实践”而得到发展。如果对化学科学的实践与理论加以割裂,片面地强调一方,那么将会对化学发展带来不良影响。(www.daowen.com)

至于谈到对一般化学物质,以至生命物质和地球内部物质世界的研究和探索,如果没有化学与其他基础学科的共同配合协作,就更无法进行了。比如说,最近发现一种铂的有机络合物可以治疗癌症,甚至对晚期的癌症也有效,但是这个铂的络合物有两种手征性异构体,有效的只是其中的一种,另一种则无效。关于这种结构和性能,单凭物理、数学的概念和计算机技术是无法预测到的。再从另一方面的实例说,在物质世界中,存在着结构复杂的巨大分子,由原子的组合、再组合,一个组合叠加在另一组合上,从而形成特有的超结构。这种超结构分子具有大量的原子核和相应数量的电子,由于原子核重得多,它们占有明确位置,而电子则在核间分布,形成原子核定位的波结构,产生了所谓“分子建筑”。“生命的螺旋”——脱氧核糖核酸分子特有的双螺旋形结构,就是一例,它能解释遗传现象。这种特殊的化学结构和性能也不是物理和数学预测到的,而是根据现代立体化学的规律推测出来的。

总之,化学的研究对象是自然科学总的研究对象的一个构成部分,占有一个应有的地位。它作为一门基础学科,尽管与物理学、生物学等兄弟学科相互交融和渗透,并由此产生许多新的边缘学科,但是,随着现代科学技术的发展,化学不是被代替、被削弱了,而是得到加强、发展了。各门基础学科针对自然界各种不同运动的基本规律的探索和研究,规定了它们各自的地位和作用,它们相互配合协作,相互促进发展,形成自然科学奔腾前进的洪流,对任何一门基础学科的地位和作用有所夸张或贬低,都将不利于科学事业的发展和四个现代化的实现。

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