化學發現的分類
人類在認識自然界化學運動規律的過程中不斷有所發現和發明。但是,應當怎樣係統地、有效地認識越來越多的化學發現和發明?這就需要對化學發現和發明進行分類研究。為此,不少化學家正在不斷進行探索,例如俄羅斯著名化學哲學家凱德洛夫就曾做出了傑出貢獻。我國學者也做了不少工作,例如對化學元素發現進行的分類等等。
通常認為,可以把化學發現分為兩大類。第一類是依照正常認識進程得到的發現(以字母N表示);第二類是依照非正常認識過程得到的發現(用N表示)。
一、常規認識進程的發現
這一類化學發現又可以分為經驗性發現(E)和理論性發現(T)。
經驗性發現,是指查明新化學事實的發現,或尚沒有能夠對它進行理論解釋的新發現,例如,1896年貝克勒耳偶然發現的放射現象等。
理論性發現(T)則比較複雜一些。它可以分成四種類型。(1)T1代表一般歸納總結的發現,是利用邏輯歸納法對經驗性材料進行的簡單理論總結。例如18世紀拉瓦錫運用歸納方法中的求同法總結出燃燒和呼吸離不開氧氣的規律,用差異法歸納出“無氧則物質不能燃燒”和“無氧則生物不能呼吸而窒息死亡”的結論等;(2)T2表示綜合性理論總結的發現,例如1869年元素周期律的發現,是門捷列夫對他從事的同晶現象、比容、原子價以及原子量之間的關係等四個不同方麵的研究成果進行理論綜合後誕生的。又如人們進而把門捷列夫周期律同19世紀末物理學家發現的倫琴射線及放射現象聯係起來後,由於把不同領域的知識加以理論融合,從而發現了位移定律和原子序數,進一步揭示了周期律的本質;(3)T3是理論解釋的發現,主要是對觀察和實驗所得到的化學現象的本質的推測。最初是以假說的形式出現的,後來經過實驗檢驗而轉化為定律或理論。這些假說可能是對某些過去已發現事實的解釋,例如1902年盧瑟福和索弟由於對1896年發現的放射現象解釋而提出了化學元素蛻變,從而推論出衰變的第一定律,等等;(4)T4是以理論預見的驗證結果出現的,這種發現有的是對理論預見的直接驗證,有的則是通過對其演繹結論的證實。前者如1894年瑞利和拉姆塞預見了過去凱文迪什發現的大氣氮和化學氮存在密度差的原因,是由於空氣中含一個比氮密度大的未知元素。他們正是在檢驗這種預見時從實驗中發現了氬。又如1897年瑪麗·居裏預見了放射性元素的存在,經過研究後,果真在1898年發現了鐳。後者如門捷列夫在周期表中預見了某些元素的存在,後來通過實驗,果然被一一發現,從而證實了預見的正確性。
二、非常規認識進程的發現
這一類化學發現()都具有理論性質。它們是在克服了認識真理進程中出現的障礙而獲得的。由於障礙不同,這一類化學發現又可以分為以下幾類:
(1)TⅠ是克服一般障礙作出的發現,包括克服保守思想作出的發現,如元素蛻變的發現是克服了原子不可分的舊觀念後發現的;阿累尼烏斯電離理論的建立是克服了陳舊的溶液概念後才成功的。
(2)TⅡ是克服具有特殊障礙(錯誤認識)而作出的發現,即人們在克服了認識真理過程中的錯誤認識後獲得的發現。一般把這種發現又分為α、β、γ、三種:TⅠα是找到了被錯誤所割裂開的物質的同一性而作出的發現。例如19世紀中葉弗蘭克蘭利用金屬同有機化合物反應合成烴,得到了所謂的“二甲基”(CH3—CH3)。而另一些人則通過還原乙醇(C2H5OH)獲得了所謂“氫化乙基”(C2H5—H)。到了19世紀60年代德國化學家肖萊馬證明了碳的四個原子價都一樣,從而確認所謂“氫化乙基”與“二甲基”實際上都是乙烷(C2H6)。這一發現把原有的兩種錯誤認識“同一”了;TⅡ是通過對被混為一談的事物進行區分而作出的發現。例如17世紀中葉以前,化學家們總是把僅有一種相同特性的不同物質歸為一類。如把可燃性的物質都歸為“硫”,把具有揮發性的物質都歸為“汞”,把可溶性物質都歸為“鹽”。直到1661年波義耳指出,僅根據物質的一個共同特性就把它們混為一談是錯誤的。他提出隻有在兩種物質的所有特性都完全相同時,它們才是真正同一的。這才使人們對千差萬別的物質逐步區分開來,認識了各自的本質;TⅠ是由於改變了物質之間或過程之間被錯誤確定的關係而作出的發現。這類發現往往能引起化學領域的革命,所以極為重要。如拉瓦錫在確認普利斯特列發現的氧之後,提出了燃燒的氧化理論,將燃素論所確立的所有化學關係全顛倒過來。燃燒不再被看成是分解反應,而確認為是可燃物與氧的化合反應。這樣,拉瓦錫就把被燃素論者顛倒了的整個化學又重新正立起來。