化學方法的職能
化學方法之所以能夠發揮重要作用,是因為它能承擔起化學發現和建立、檢驗、運用、發展化學理論以及培育化學人才和完善化學家思維方式等重要職能。具體說來,化學方法的職能主要有以下三個方麵的表現:
一、推動化學發展的手段
化學實踐表明,化學工作者隻有掌握了科學的化學方法,才能不斷深化對化學運動本質的認識,發現化學運動的規律,提出新的概念和理論,有效地推進化學的發展。其主要作用是:
1.化學發現的手段
任何一個重大化學發現都是依靠一定的化學方法實現的。這無論是在近代化學的建立時期,還是在現代化學的發展時期都是不乏其例的。以分子軌道對稱守恒原理的兩個發現者為例,其中有機化學家伍德瓦德(R·B·Woodward)有著精湛的合成實驗技巧。他通過合成維生素B12的一係列實驗並結合以往他所進行的其它類型的環合反應,以此為基礎進行了分析綜合,認識到光和熱在反應中的不同作用,得出了光和熱可引起兩種不同的幾何移動(順旋移動和對旋移動)的概念,並提出了理論假設:該類立體定向反應必然受到一個前人尚未考慮過的更重要的因素控製。這個重要因素即分子軌道對稱守恒的基本法則。另一個發現者是量子化學家霍夫曼(R·Hoffmann)他則擅長用量子力學方法處理化學問題。他通過量子化學的理論計算和推廣,把上述理論假設演繹推理為更普遍更係統的規律。也就是說,他揭示了分子軌道對稱守恒原理的量子化學基礎。可見,伍德瓦德和霍夫曼正是通過在化學方法上的分工合作(前者以合成實驗方法為主,後者以量子化學理論方法為主)終於發現了分子軌道對稱守恒原理。
化學方法之所以具有化學發現手段的職能,是在於它本身體現了從簡單到複雜、從低級到高級的認識活動程序,或從問題出發,明確對象,進行實驗觀察,提出化學假說和檢驗化學理論等通常的化學認識過程,從而可以指明研究的途徑和方向。化學工作者自覺地掌握了它,就能做到有所發現、有所發明。
2.化學知識增長的杠杆
化學家在化學研究中需要借助化學方法為中介使主觀和客觀發生聯係並達到統一,從而化未知為已知,揭示化學運動本質,以不斷積累化學知識,直至建立起化學理論。在此以後,化學家又可以把新建立的化學理論轉化為新的方法,並以此作為新的工具進行新的探索,進一步積累化學知識。例如,19世紀中葉,主要依靠實驗分析、實驗合成和假說方法建立起來的經典價鍵理論,到了20世紀初暴露出了它的曆史局限性。然而,它所確立的“化學結構”概念和關於分子結構與物質性能之間存在相互依賴關係的基本理論,卻轉化成為研究現代分子結構的方法。它對於現代化學鍵理論的建立和化學合成實踐的發展,都起到了方法論的指導作用。
不僅如此,人們在獲取化學知識的同時,還往往伴隨產生出新的方法,成為進一步獲取化學知識的新工具。例如,20世紀以來化學工作者利用移植方法把一係列的物理實驗新方法和新技術手段用於開拓化學新領域、增長化學新知識。這在分子結構和晶體結構方麵更為顯著。現代化學結構知識的獲得主要借助於各種衍射、光譜、能譜、波譜、質譜、色譜、激光技術、分子束技術和電子計算機等所組成的綜合探測係統。它們提供了大量重要信息:包括分子中原子排列的空間形式,元素的組成和電子結構及諸種動態信息。正是在用這種移植方法獲取大量化學信息(或知識)的過程中,形成了一套嶄新的現代分子結構的實驗方法。它們是現代化學實驗技術的極其重要的一部分。人們正是憑借它們從各種不同角度上獲得所需信息(或知識),然後運用思維工具(即所謂化學邏輯)進行分析、綜合、推理、判斷得出關於結構及性能的合乎邏輯的結論。
可見,化學知識的增長需要兩類化學方法的結合,一類是化學實驗技術手段(有時統稱為實驗方法);另一類是化學邏輯思維工具(有時統稱為理論方法)。如果說,思維工具是化學方法中的“軟件”,那麼技術手段可以說是化學方法中的“硬件”。實際上,隻有它們兩者的互補,才能完成一個完整的化學認識活動,並起著開拓化學知識新領域的杠杆作用。這一點在現代化學的前沿表現得更為明顯,無論在基礎化學的前沿,還是在應用化學的前沿均是如此。