化學規律
化學規律，指的是化學科學規律，是科學規律的一種形式。科學規律是對不以人們的意誌為轉移的客觀過程的反映。作為科學中的一門學科的化學，它所研究的規律是人們對客觀過程的統一和聯係，相互依賴和整體性的認識的一個階段或一個方麵。
化學是研究物質分子及其轉變規律的科學，化學規律也就是物質分子轉變的規律。在這一章，對化學規律做初步討論。
化學規律的內容和形式
規律在包括化學在內的一切具體科學中，主要是在自然科學中，有時叫做定律，有時又稱為原理，無論定律還是原理，在很多情況下可以寫成公式的形式。下麵，我們從化學中的定律和原理的實際情況出發，對化學規律的內容和形式做一簡要分析。
1.化學規律的內容
化學中的定律和原理多種多樣，依據其內容，大致可分成幾類，如組成定律、結構定律、化學反應定律，此外，還有氣體定律、溶289液定律，等等。
從曆史發展來說，最早發現的是所謂化學基本定律：質量守恒定律、化合量定律、定比定律、倍比定律等。
質量守恒定律主要是關於化學變化中反應物與產物間的質量關係的定律。我國古代著名哲學家張載，早在公元11世紀就已經從哲學的角度闡述了物質不滅思想。明朝的王夫之提出了“聚散變化而其本體不為之損益”的思想，宋應星在《天工開物》中已經將物質不滅原理應用於分析有關化學的生產過程了。在歐洲較早表達了類似的思想的是範·海爾孟（VanHelmont），他認為無中不能生有，重量是由其他同樣重量的物體造成的。1789年，拉瓦錫明確地指出，“……由於人工的或天然的操作不能無中生有地創造任何東西，所以每一次操作中，操作前後存在的物質總量相等，且其要素的質與量保持不變，隻是發生更換和變形，這可以看成為公理。做化學實驗的全部技藝是基於這樣一個原理：我們必須假定被檢定的物體的要素和其分解產物的要素精確相等”。意思是說，化學變化中隻能改變物質的組成，而不能創造或消滅物質，有些化學教科書表述成參加化學反應的全部物質的質量等於全部反應產物的質量。
18世紀末，一些化學家已經認識到化合物的組成是確定的，法國化學家普羅斯特（J·L·Proust）則係統地進行了研究，並闡述了定比定律。普羅斯特通過對礦物成分的分析確立了定比定律的思想，他在《銅之研究》中指出：必須承認，化合物生成時有一隻看不見的手掌握著天平，並賦予化合物應有的性質，可以做出結論說在地球深處的自然作用比起地球表麵和人手中的自然作用來說，沒有什麼兩樣，這些不變的比例，這些表示真正化合物的固有屬性，對天然化合物和人造化合物都是一樣的。普羅斯特的觀點受到貝托雷的挑戰，通過與貝托雷的論戰，1806年普羅斯特得出了如下結論：“化合物是特有的產物，自然給了它固定的組成。自然——有時也通過人——任何時候都不能製出在重量和大小方麵不同的化合物，就象手中握有天平一樣。從南極到北極，化合物都有同樣的組成。它們的外表可能因它們產出的方法不同而有所區別，但是它們的性質任何時候都不會不一樣。我們在南半球的氧化鐵和北半球的氧化鐵之間沒有看到任何區別；日本的朱砂和西班牙的朱砂是一樣的；氯化銀，不管是來自秘魯還是來自西伯利亞，都是完全一樣的；在全世界隻有一種氯化鈉、一種硝石、一種硫酸鈣鹽，一種硫酸鋇鹽。分析總是支持了這個事實。”
差不多與此同時，裏希特（J·B·Richter）通過對酸堿中和反應的研究，明確指出：如果兩種元素生成一種化合物，因為元素的性質總是保持不變的，發生化合反應時，一定量的一種元素總是需要確定量的另一種元素。1793年，裏希特在他的著作中提出了“化學計量學”概念，其意思是對組成物體（化合物）的元素進行測量或計量。但是，裏希特走到了當量定律的門口，卻沒有走進去。19世紀初，費歇爾（E·G·Fisher）提出了一張鹽基類和酸類化合的當量表。
19世紀初，道爾頓根據對大氣物理學的研究提出了原子學說，他已經意識到，從該學說可推出倍比關係，於是他進一步進行實驗研究。1804年，他分析了甲烷和乙烯，其中碳與氫之比分別為4.3：4和4.3：2，明確提出了倍比定律；當相同的兩種元素可生成兩種或兩種以上的化合物時，若其中一元素的重量恒定，則另一元素在各化合物中的相對重量為簡單倍數之比。
1808年，蓋呂薩克綜合實驗結果，做出如下結論：各種氣體在相互發生化學反應時，常以簡單體積比相結合；他還發現，化合後，氣體體積的改變與發生反應的氣體體積之間也有簡單關係。實際上，這個結論，指的是在同一溫度、同一壓力下、參加同一反應的氣體之間的關係，而且隻對理想氣體才是正確的，當然，在室溫和大氣壓下，大多數氣體遵守此定律。蓋呂薩克將自己的結論與道爾頓原子論結合起來，進一步得出結論：同樣體積中的不同氣體所含原子數彼此應該有簡單整數比關係，相同體積中的不同氣體含有相等數目的原子。這個結論遭到了道爾頓的反對和責難。
正是基於對蓋呂薩克和道爾頓的爭論所進行的考察，阿佛加德羅提出了分子假說，並以分子概念為基礎，他指出：“氣體物質無論是元素還是化合物，其體積與分子之間存在著非常簡單的關係”，這就得設想“對於等體積的任何氣體，其中所含的分子數目總是相等的”。1814年，阿佛加德羅進一步指出，“在相同溫度、壓力下，同體積的氣體物質都含有相同數目的分子”。
法國科學家杜隆（P·L·Dulong）和培蒂（A·T·Petit）曾對各種單質的比熱進行測定，基於實驗結果及其與貝采裏烏斯於1818年發表的原子量聯係起來，指出大部分固態單質的比熱容與原子量的乘積近似為一常數。
19世紀中葉前後，一方麵，在化學研究領域內部，隨著新元素的不斷發現，原子量測定工作不斷取得進展和原子價概念的提出，以及在有機化合物的實驗研究和理論研究方麵所取得的成果，又相繼發現了一些定律，如歐洲化學家基於原子價概念建立了分子中原子聯結定律（即分子中原子與原子間按一定化合價相聯結），門捷列夫發現了元素周期律。另一方麵，在化學與物理學的接觸點上，或者將物理學中發現的規律推廣到化學領域，導致了一些重要定律的發現或確立。例如，研究化學變化中的熱效應，黑斯（G·H·Hess）總結出一條定律，該定律指出：在任何一個化學過程中，不論該化學過程是立刻完成，或是經過幾個階段完成，它所發生的總熱量都是相同的；研究電解（實質上是電引起的化學變化），法拉第（M·Faraday）發現：（1）電解所產生的某物質的量與通過的電量成比；（2）當相同的電量通過電路時，電解出的不同物質的相對量與它們的化學當量值成正比。一些化學家和物理學家，將熱力學定律擴展到化學領域，奠定了化學平衡的熱力學基礎，使熱力學定律成為研究化學平衡問題的定律，推導出一係列關係式。到80年代，勒夏忒列（H·L·Lechatelier）提出了平衡移動原理：在化學平衡中的任何體係由於平衡諸因素中一個因素的變動，在一個方向上會導致一種轉化，如果這種轉化是唯一的，那麼它將引起一種和該因素變動符號相反的變化。
古德貝格和瓦格在別人工作的基礎上，又通過自己的實驗研究，總結出質量作用定律，簡要地說就是化學反應的速率和反應物的有效質量成正比。
溶液與化學變化有著密切聯係，關於溶液的性質的研究，是化學研究的一個重要方麵。在這方麵獲得的規律性認識，確立了亨利定律，拉烏爾定律和分配定律等。
進入20世紀，一方麵，由於揭示了原子的內部結構的奧秘，建立了現代科學的基本理論，對過去已經揭示的規律有了更深刻的認識；另一方麵，基於新的實驗又發現了一些新的規律，例如，放射性衰變規律，分子軌道對稱守恒原理，有機化合物同係線性規律等。
在化學中，除了直接以定律、原理的名稱存在的規律以外，還有以學說、理論形式存在的規律。學說或理論之所以成為學說或理論，是因為它們包含著規律性認識。學說或理論是規律的展開，是對定律和原理的解釋、說明和應用。如經典結構理論包含著碳原子以四個價鍵與其他原子結合和自身結合的規律性認識，原子電子層結構模型包含著原子核外電子運動規律，化學熱力學包含著熱力學定律及其在化學中的具體應用所導出的基本關係式，化學統計力學理論包含著麥克韋——玻耳茲曼分布律，等等。
化學定律如同任何科學定律一樣，在於揭示客觀過程的普遍必然性，因此，在化學定律的表述中，含有“任何……都……”，“每一……都……”的意思，有的定律就直接以這種形式來表述。讓我們分析幾個例子：
質量守恒定律，按照拉瓦錫的說法，摘其要者可表述成：每一次操作中，操作前後存在的物質總量相等；現在我們也可將這一定律表述為：在任何與周圍隔絕的體係中，不論發生任何變化或過程，其總質量始終保持不變。
定比定律，依據普羅斯特的思想和陳述，可以表述為：一種化合物，不論是天然存在的還是人工合成的，不論是用哪種方法製備的，它的化學組成總是確定的。
阿佛加德羅定律，可以表述為：在同一溫度、同一壓力下，體積相同的氣體所含的分子數都相等。
這些定律的表述中，可以直接看到這樣一些說法：“每一……（都）……”；“任何……始終……”；“（任）一種……總是……”；“……都……”。有些定律的表述，雖然沒有直接出現這類字或詞，但從上下文中可以看出包含著這些字、詞所表達的含義。例如，亨利定律的表述：氣體溶解於液態溶劑而成稀溶液時，如氣體分壓不太大，且氣體在溶液中不與溶劑起作用，或雖起作用而極少電離，則被溶解氣體的重量與其分壓成正比例。其中沒有“任何”、“都”之類的字，但從中可以清楚地看出該定律所指的，凡具有所要求的條件的任何氣體，被溶解的重量都與其分壓力成正比例。又例如，分子軌道對稱守恒原理指出：若在協同反應過程中自始至終存在某種對稱要素，反應物和產物的分子軌道都可以按照這種對稱操作分類，則反應物與產物的分子軌道對稱性相合時反應就易於發生，而不相合時就難於發生。其中說的反應物與產物的分子軌道對稱性相合或不相合，從文意中可以看出“任何……都……”的含義。
從這些實例出發可以得出如下幾點結論：第一，在化學規律的表述中，都指出了某種客體，如質量守恒定律中“操作”或“體係”，定比定律中的“化合物”，阿佛伽德羅定律中的氣體，亨利定律中的“被溶解氣體”，分子軌道對稱守恒原理中的“分子軌道”等，都是規律所涉及的客體，也就是進入主體活動領域並和主體發生聯係的客觀事物，是主體實踐活動和認識活動所指向的對象。規律的內容反映了關係，關係不能脫離載體，這裏所說的客體就是關係的載體，因而是規律的承擔者，規律總是某種客體的規律，是與某種客體分不開的。第二，在規律的表述中，直接的或間接的，明顯的或暗含的，無論以什麼具體形式都指出了條件，如質量守恒定律中的“在任何與周圍隔絕的體係中”，阿佛伽德羅定律中的“在同一溫度、同一壓力下，體積相同的”，亨利定律中的“如氣體分壓不太大，且氣體在溶液中不與溶劑起作用，或雖起作用而極少電離”，分子軌道對稱守恒原理中的“若在協同反應過程中自始至終存在某種對稱要素”等，都是規律發生作用的條件，定比定律中似乎沒有什麼條件，其實化合物就是條件。這兩點，即客體和條件規定了規律起作用的範圍，由此可推論出第三條結論，這就是在規定的範圍內所具有的普遍性，也就是在規定的範圍內，“任何……都……”，由此可知，規律的普遍性是某種範圍內的普遍性。第四，在條件具備時，“任何……都……”，表現了必然性。
總起來說，可以概括成一個公式：
某類客體具備C類條件。
則E類事件就會發生。
2.化學規律的形式
內容要通過形式表現出來，形式是表現內容的。“任何……都……”，與具體的客體、條件和事件相聯係，成為具體規律（定律、原理等）的內容，而規律的內容通過“任何……都……”表述出來，因而“任何……都……”成了表達規律的形式。
“任何……都……”，是對思維對象的關係的一種斷定，用邏輯學的術語說，就是判斷。在一般邏輯教科書中都會講到判斷，判斷與語句的關係，判斷的分類等。判斷的形成和表達離不開語句，判斷是語句所表達的思想內容，語句是判斷的物質外殼和語言表達形式。科學規律在邏輯上表現為一種判斷，而這種判斷又要通過一定語句表達出來，“任何……都……”是一種表達形式。
過去，在很長時期中，化學家和其他領域的科學家一樣，隻顧如何發現規律，對於規律的內容和本質，對於規律是如何發現和確立的，往往不聞不問，哲學家把規律作為一個重要範疇來研究，著重探討什麼是規律，什麼是科學規律，科學規律與客觀規律的關係，怎樣認識規律，以及規律的本質及其發展等問題；邏輯學家單純研究判斷，不研究也不考慮判斷與科學規律的關係。總之，各自在各自的領域中研究著、探索著，彼此之間沒有溝通，沒有合作。恩格斯在《自然辯證法》一書中，第一次將判斷和規律問題聯係起來進行研究。
恩格斯對黑格爾關於判斷的分類思想進行了剖析，指出盡管在黑格爾著作中的敘述讀起來令人感到枯燥乏味，黑格爾的分類法有時一眼看過去可能顯得是任意做出的，但是黑格爾的分類包含著內在真理性和內在必然性。在此基礎上，恩格斯將判斷的分類與人類對規律的認識聯係起來，做了進一步討論。他指出，經過長期的實踐和認識，人的腦子已經發展到足以能夠作出這樣一個判斷：摩擦是熱的一個源泉；又經過了幾千年，到19世紀中葉，人們作出了一個新的判斷：一切機械運動都能夠通過摩擦轉化為熱。接著，很快又作出了這樣一個判斷：在對每一情況來說是特定的條件下，任何一種運動形式都能夠而且也必然直接或間接地轉變為其他任何運動形式。恩格斯將第一個判斷稱為個別性判斷，第二個判斷為特殊性判斷，第三個判斷為普遍性判斷。恩格斯說，對於第三個判斷，在形式和內容上都同樣是普遍的，以這種形式表述的規律，是絕對的自然規律，通過新的發現隻能提供新的證據，提供新的更加豐富的內容，可是像這樣表述的規律本身不能再增加什麼了。
恩格斯所說的“摩擦是熱的一個源泉”等，從邏輯上看，是一種判斷，從科學觀點來說，它是一條規律，在這裏，判斷和規律密切結合在一起。從語言學方麵看，它又是一種語句，語句表達了判斷的思想內容，而判斷的思想內容，在這裏所指的具體問題上，構成科學規律。同時，恩格斯還表達了一種思想，三個判斷的關係，即從第一個個別性判斷到第二個特殊性判斷，進而從第二個特殊性判斷到第三個普遍性判斷，反映了人類對運動形式之間關係的規律的認識曆史。
陳昌曙在《自然科學的發展與認識論》一書中，用一節（即第五章第五節）專門討論了原理、定律與學說。他認為，在科學知識中有條件關係的判斷，大體上相應於原理，必然關係判斷大致相應於定律，說明因果關係的判斷大體相應於學說（包括假說），公式是關係判斷，原理、定律、學說都可以寫成公式或包括著公式。可以看出，他試圖從邏輯的觀點對原理、定律和學說進行分析，並提出了許多有啟發性的見解。應當說，他的工作是很有益的嚐試，是在將哲學、邏輯學與科學規律結合起來進行研究的有益探索。
在我們看來，規律，從本體論角度說是客觀規律；從認識論角度來研究，通常說的科學定律（化學定律是科學定律中的一部分），是客觀規律的反映；在邏輯學上，表現為規律陳述，具體地說表現為一個條件陳述語句，即“如果A，那麼B”，或者寫成“A→B”。當然，規律表現為一個條件陳述語句，但不是所有條件陳述語句都是規律陳述；作為一條規律，A與B之間必須要有內在必然性，或內在性、本質性，實際上就是因果性。作為規律，除了內在必然性或因果性以外，還必須有普遍性。
恩格斯說過，“自然界中普遍性的形式就是規律”。所謂普遍性的形式，就是具備一定條件，某件事情隨時隨地都會發生，至於這種事情是否隻發生過一次或者重複了100萬次，以及在多少天體上發生過，那是無關緊要的。例如，氯和氫在一定壓力和溫度的界限內受到光的作用就會通過爆炸而化合成氯化氫，隻要具備這裏所說的條件，必然會發生。這裏說的條件，指的是客體氯和氫，一定壓力和溫度界限以及光的照射，具備這些條件，必然發生爆炸化合成氯化氫，用公式來表示就是：
如果C類條件實現，
則E類的事件就會發生。
金觀濤在《整體的哲學》中指出，“規律是指一定的條件集合C和一定的現象（事件）集合E之間存在著確定的聯係。當確定性聯係不存在時，我們將其關係表述為類似的有關統計規律的陳述。我們把它稱為廣義因果律”。。下麵，我們就來討論化學中的因果律。
化學中的因果
1.化學因果性的探索
早在人類文明曙光初升的時代，人類就已接觸到或觀察到自然界的一些現象，就其實質而言，是化學變化所產生的現象。隨著實踐和認識的發展，人們試圖對這些現象進行解釋，逐漸地提出了一個問題：物質變化的原因是什麼？古代哲人用愛和恨解釋元素或原子的結合和分離。類似的觀念延續下來，到公元13世紀，德國煉金術士馬格努斯（AlbertusMagnus）提出了親和性（affinity）概念，其本意是“姻親關係”，把它看作物質變化的原因。
隨著近代科學的產生，對化學變化的原因的解釋，脫去了擬人觀的色彩，開始了科學的研究。在近代自然科學中，親和性概念是和原子論結合在一起的。作為物質結構學說的原子論，它的發展至少經曆了三個主要階段：：第一階段是古代自然哲學的原子論的發展階段，第二階段，17、18世紀，表現為機械的原子論，第三階段，19世紀，建立了化學原子論。在第二階段，原子或微粒具有純力學的性質，使它們相互結合的親和性也具有純力學的性質，可稱之為親和力。
波義耳將親和力與他的微粒說結合起來說明化學變化。他指出：“相異二元素之微粒相互吸引，則生成第三種物質，即生成化合物。倘此化合物中二元素成分之相互親和力小於其中一成分與第四種物質之親和力，則此化合物即分解，而另生成第五種物質。”波義耳試圖用親和力解釋微粒之間的結合，用微粒之間親和力大小不同解釋微粒的分解。總之，用親和力解釋了微粒的結合與分解，從而也就解釋了化學變化。
波義耳已經提出了通過不同物體之間反應能力確定親和力相對大小的思想，但他沒有進行具體研究。法國化學家傑奧索瓦（Geoffroy）將物質間的反應能力進行比較，他指出，兩個物體（a和b）相化合，如果第三個物體（C）與它們中間的一個物體（例如a）具有較大的親和力，就能夠從該物體中把物體b置換出來。依據這種設想，他編製了一張親和力表。在他之後，有許多化學家研究親和力表，如施塔爾、貝格曼等。他們實質上是將親和力視為一種引力，把它看作形成化合物的原因；同時，由於親和力相對大小不同，可以引起化學反應，因此，親和力又是化學反應的原因。