化学哲学（一）

化学是对物质结构和转化的研究。 当Aristotle在BCE的4世纪写出了第一个关于化学的化学论文时，他对物质本质的概念掌握量身定制，以适应一个相对简单的可观察现象范围。 在21世纪，化学已成为最大的科学纪律，每年生产超过500万出版物，从直接实证调查到实质性的理论工作。 然而，在化学中产生的概念问题的专业兴趣，下文化学哲学，是对科学哲学的相对较近的补充。

化学哲学有两个主要部分。 首先，化学内产生的概念问题经过精心阐明和分析。 这些问题是化学内部的问题包括物质，原子学，化学键和合成的性质。 在第二，在化学背景下，在化学背景下占据了科学哲学的传统主题，如现实主义，减少，解释，确认和建模。

1.物质，元素和化学组合

1.1亚里士多德的化学

1.2 Lavoisier的元素

1.3 Mendeleev的定期表

1.4周期系统的并发症

1.5关于混合物和化合物的现代问题

2.原子学

2.1亚里士多德和博伊尔的原子主义

2.2当代化学中的原子现实主义

3.化学革命

3.1卡路里

3.2 phlogiston

4.化学结构

4.1结构公式

4.2化学键

4.3结合的结构构想及其挑战

4.4分子结构和分子形状

4.5微型主义：水H2O？

5.机制和合成

5.1化学的机制解释

5.2反应机制的确认

5.3化学发现的逻辑

6.化学减少

6.1对量子力学的分子物种的减少

6.2将物质还原到分子物种

7.建模和化学解释

7.1物理建模

7.2。 数学建模

7.3。 建模与解释

参考书目

学术工具

其他互联网资源

相关条目

1.物质，元素和化学组合

我们对化学物质的当代理解是元素和原子：所有物质由氢和氧的元素原子组成。 这些原子是化合物微观结构的结构块，因此是化学分析的基本单元。 然而，化学原子的现实是争议的，直到20世纪初，“基本建筑块”这句话始终要求仔细解释。 因此，即使在今天，索赔所有物质都是由元素组成，没有给我们足够的关于元素的本体地位的引导以及如何将元素是分类的。

在本节中，我们将从元素问题开始。 从历史上看，化学家们为这个问题提供了两个答案“是什么东西是一个元素？”

元素是可以存在于隔离状态的物质，并且不能进一步分析（以下以下，分析论文结束）。

元素是一种物质，其是复合物质的组分（下文的实际组件论文）。

这两个论文以不同方式描述了元素。 首先，通过过程明确识别元素。 元素仅仅是混合物中的成分，其可以不再进一步分开。 第二个概念是更为理论的，作为复合体的成分的阳性元素。 在现代前亚里士多德系统中，分析结束是有利的选择。 亚里士多德认为，元素是化学物质的构建块，只有可能存在于这些物质中。 元素的现代概念断言它们是实际组件，虽然我们会看到，但分析目的的各个方面徘徊。 本节将解释化学成果的概念背景从一个概念到另一个概念。 一路上，我们将讨论化学组合中元素的持续性，元素个性化和分类之间的连接，以及确定纯物质的标准。

1.1亚里士多德的化学

关于物质及其转变的最早概念分析来自亚里士多德传统。 与现代化学一样，亚里士多德理论的重点是物质的性质及其转变。 他为一代和腐败（De Generatione Et腐败），气象和物理学和天堂部分和地区（de caelo）提供了第一批化学理论的系统论文。

亚里士多德认识到，最普通的材料是多种物质组成，尽管他认为其中一些可以由单一的纯物质组成。 因此，他需要提供纯度的标准，这些标准将是单一物质的。 他的标准是纯物质是同种异性的：它们是每个水平的类似零件组成。 “[i] F组合发生，化合物必须均匀 - 这种化合物的任何部分都与整体相同，就像水的任何一部分是水一样”（DeaGatee et腐败，从此，从此DG，I.10,328a10ff）。[1] 因此，当我们在岩石中遇到钻石，水中的油或空气中的烟雾，亚里士多德化学告诉我们，存在多种物质。

像他的一些前辈一样，亚里士多德认为，元素火，水，空气和地球是所有物质的构建块。 但与他的前任不同，Aristotle从基本原则建立了这个列表。 他认为“不可能热和冷却是不可能的，或者湿润和干燥...火灾热和干燥，而空气炎热和潮湿..... 水很冷，湿润，而地球是冷和干的“（DG II.3,330A30-330B5）。 亚里士多德假设热湿润，最大程度的热量和湿度，冷热干燥至最小程度。 非元素物质的特征在于温暖和湿度的主要质量的中间度。

亚里士多德使用这种元素理论来占物质的许多性质。 例如，他通过注意到由两个特征性的不同性质，湿润和干燥的不同性质来区分液体和固体之间。 “[m] oist是，易于适应形状的，不可确定的是其自身的任何限制; 虽然干燥是通过其自身的极限易于确定的，但不容易适应形状“（DG II.2,329b30F）。 固体体具有自己的形状和体积，液体只有自己的体积。 他进一步从气体中汲取液体，甚至没有自己的体积。 他推理说，虽然水和空气都是流体，因为它们是潮湿的，但冷渲染水液和热的气体。 另一方面，冷却寒冷使地球固体，但热的热量我们被火。

化学侧重于仅仅是物质的建筑块：它试图考虑将物质转化为其他类型的物质的转化。 亚里士多德还贡献了该过程的第一个重要分析，区分嬗变，其中一种物质压倒并消除另一种和适当的混合。 前者最接近我们现在所谓的阶段和后者所谓的化学组合的内容。

亚里士多德认为，当相当量的物质聚集在一起以产生称为“化合物”的其他物质时，可能会发生适当的混合。[2]，我们通常遇到的物质是化合物，所有化合物都具有一些成分的特征，它们可以是它们的特征制作。

当它们混合在一起形成化合物时，原始成分会发生什么？ 像现代化学家一样，亚里士多德认为，至少原则上，原始成分可以通过进一步的转变获得。 他可能知道可以从海水中获得盐和水，并且可以从合金中获得金属。 但他用概念论点解释了这一点，而不是一个详细的观察清单。

亚里士多德首先争辩说异构混合物可以分解：

观察表明，即使混合体常被均可融合成均匀部分; 例子是肉，骨，木材和石头。 从那时起，复合材料不能是一个元素，而不是每一个均匀的身体都可以是一个元素; 只有我们之前所说的那样，不作为形式（de caelo，III.4,302b15-20）不同的身体。

然后，他继续在简单的身体方面提供一个明确的细节概念的定义，特别是在分析中恢复。

我们接受的元素是一种体，是可以分析其它体的体，可能在它们中存在或实际（其中哪一个仍然是争议的），并且本身并不将其划分为不同形式不同的体。 或者像它这样的东西，是所有人都意味着元素（de caelo，iii.3,302a15ff）。

这里隐含的简单性的概念在DG中介绍，其中在书籍II亚里士多德·索赔中，“所有复合体......由所有简单体系组成”（334b31）。 但是，如果所有化合物中存在所有简单的身体（元素），则各种化合物如何区分？ 随着最近的化学性，认为具有表征不同物质的温暖和湿度的主要质量的不同程度是自然的。 当他表达混合产品的均匀性时，亚里士多德也许是对这个想法的提法，通过说“部分表现出整个成分之间的相同比例”（DG I.10,328a8-9和DG再次II.7,334B15）。

但“元素的比例”是什么意思？ 当代法律和多重比例的概念在质量概念的基础上理解了元素比例的概念。 亚里士多德没有这样的概念。 现存的文本几乎没有指示亚里士多德如何理解元素比例的想法，我们必须诉诸猜测（Centrham 2009a）。

无论他如何了解元素比例，亚里士多德都非常明确，同时可回收，元素实际上并未存在于化合物中。 在DG I.10中，他认为原始成分仅是潜在的，而不是实际上存在于所得混合过程的化合物中。

在亚里士多德的理论中有两个原因，这些元素实际上不是在化合物中存在的。 首先涉及发生混合的方式。 混合仅发生，因为物质的主要功率和敏感性影响和受其他物质的影响。 这意味着当形成新化合物时，所有原始物质都会改变。 亚里士多德告诉我们，当反对违背中和时形成化合物，并且中间状态结果：

由于炎热和寒冷的程度存在差异，..... 然后将存在...中间。 ......那么，......从那里的元件中出现在那里的肉体和骨骼等 - 热变冷，冷却变冷，当它们被带到平均值时变热。 对于平均值而言，既不热也不冷。 然而，平均值是相当大的，而不是不可分割的。 类似地，它刚刚是一种平均条件，即干燥和湿润，其余的产生肉体和骨骼和剩余的化合物。 （DG II.7,334B8-30）

第二种原因与纯物质的同质性要求有关。 亚里士多德告诉我们“如果组合已经发生，化合物必须均匀 - 这种化合物的任何部分与整体相同，就像水的任何部分是水一样”（DG I.10,328a10f。）。 由于元素在极端的温暖和湿度方面定义，因此这些品质的中间度不是元素。 均匀，化合物的各部分具有相同的这些品质的中间度。 因此，没有极值质量的部分，因此没有实际存在的元素。 因此，他对新物质的外观理论意味着该元素实际上并不存在于化合物中。

所以我们达到一个有趣的理论僵局。 亚里士多德通过它们分离表现出的条件来定义元素，并认为所有化合物都由元素组成。 然而，属性元素的分离是实际现有化合物的任何部分都不是的。 那么如何恢复元素？

当然不容易理解将化合物解离亚里士多德理论上的内容，这似乎完全适应了表明如何稳定的均衡导致混合产生稳定的均衡。 压倒性的混合过程似乎没有适用。 例如，如何解释盐和水的分离？ 但是，实际存在元素的倡导者的问题是在分离和组合状态中表现出的性质方面表征它们。 在捍卫潜在的存在或实际存在观点的情况下充分遇到这一挑战的一般问题是混合问题（Cooper 2004; Feed 1995，Wood＆Weisberg 2004）。

总之，亚里士多德为所有随后的元素，纯物质和化学组合讨论奠定了哲学基础。 他断言，所有纯物质都是同种质的，由空气，地球，火和水的元素组成。 这些元素实际上并未存在于这些物质中; 相反，潜在的四个元素存在。 他们的潜在存在可以通过进一步的分析和转化来揭示。

1.2 Lavoisier的元素

Antoine Lavoisier（1743-1794）往往被称为现代化学的父亲，到1789年，他已经制作了现代化学家将认识到的元素清单。 然而，拉维斯人的名单与我们的现代人没有相同。 诸如氢气和氧气之类的物品被Lavoisier视为化合物，尽管我们现在知道氢气和氧作为元素及其气体作为分子。

他名单上的其他物品是现代系统中没有地方的亚里士多德系统的遗留。 例如，火灾仍然在他的名单上，尽管以某种改变的热量形式。 分析空气分析为几个组分：可吸入氧气的可吸入部分和称为氮杂物或氮的剩余部分。 四种类型的地球在他的名单上找到了一个地方：石灰，氧化镁，缩纹和argill。 这些地球的组成是“完全未知的，直到通过新发现，他们确定了他们的组成元素，我们当然被授权认为它们是简单的身体”（1789，第157页），尽管Lavoisier继续推测“所有物质我们称地球可能只是金属氧化”（1789，第159页）。

关于Lavoisier的系统特别重要的是他对如何确定特定化合物的元素基础的讨论。 例如，他描述了如何将水显示为氢气和氧气（1789，pp.83-96）的化合物。 他写道：

当16盎司的酒精在适当的装置中被烧毁时，适用于在燃烧过程中脱离的所有水中，我们获得17至18盎司的水。 由于没有物质可以提供比其原始散装更大的产品，因此在燃烧过程中含有含酒的东西; 我已经表明这必须是氧气或空气的基础。 因此醇含有氢，这是水的元素之一; 并且大气空气含有氧，这是水组成所需的其他元件（1789，p.96）。

物质守恒的形而上学原则 - 这可能既不在化学过程中既不造成，也可以在这里呼吁呼吁至少与亚里士多德一样古老（Weisheipl 1963）。 本段落示出的是采用保护的标准：质量的保存。 产品的总质量必须来自反应物的质量，如果不在易于看见的物质中，那么必须有其他，更易于可见的反应物。

这一原则使Lavoisier能够将基本上是亚里士多德的简单物质的概念（302a15ff，在第1.1节中引用）更有效的实验使用。 直接在拒绝原子学理论后，他说：“如果我们申请术语要素，或机构原则，表达我们对能够达成的最后一点的想法，我们必须承认我们能够通过任何方式纳入其中的所有物质来减少身体分解”（1789，第XXIV）。 换句话说，元素被识别为我们可以通过实验生产的物质的最小组成部分。 守旧的质量守恒原理提供了一种分解成更简单的物质的标准，这是处理脂肪酮理论的决定性。 煅烧的重量增加意味着，鉴于这种原理，煅烧不是一种分解，因为抑制剂理论者将具有它，但形成更复杂的化合物。

尽管这种定义的务实特征，Lavoisier感到自由地推测地球的复合性，以及形成所需氧气分解的金属氧化物。 因此，Lavoisier还开发了一个元素的概念作为理论，最后的分析概念。 虽然这个分析的最后一个分析观点仍然是亚里士多德的救援人员的重要概念，但他的概念是亚里士多德的重要进步，并为19世纪（Hendry 2005）提供了进一步的理论进步的基础。

1.3 Mendeleev的定期表

Lavoisier的元素列表被纠正并阐述了19世纪许多新元的发现。 例如，Humphrey Davy（1778-1829）通过电解隔离钠和钾，表明Lavoisier的地球实际上是化合物。 此外，热量从接受元素列表中消失，发现了1840年代的第一热力学定律。 因此，随着这种变化，但成长，元素数量，化学家越来越认识到需要系统化。 作出了许多尝试，但是早期有影响力的帐户由约翰纽兰斯（1837-98）给出了第一个定期表，示出了63的62中的62个已知元素遵循“八度”规则，每个第八元素具有相似的属性。

后来，Lothar Meyer（1830-95）和DmitrijMendeleev（1834-1907）独立呈现的定期表，涵盖了1869年已知的所有63个元素。1871年，Mendeleev发表了他的定期表随后被誉为的形式。 该表组织了在定期重复的一般特征的思想中，当通过相对原子重量顺序排序时，随后是元素。 化学行为的定期重复相似性提供了组织元素组的基础。 他在12个水平时期确定了8个这样的团体，因为他只使用了63个元素，意味着有几个洞。

元素周期表

图1.纯净和应用化学的国际联合会的元素的周期表。

图1中描绘的现代定期表基于Mendeleev的表，但现在包括92个天然存在的元素和一些十几个人工元素（见Scerri 2006）。 最轻的元件，氢气难以放置，但通常放置在第一组的顶部。 接下来是氦气，最轻的惰性气体，直到19世纪末没有发现。 然后第二个时期开始锂，第1组（碱金属）元素中的第一个。 当我们跨越第二个时期时，连续较重的元素是其他群体的第一个成员，直到我们到达霓虹灯，这是一种像氦气一样的惰性气体。 然后用下一个最重的元素钠，我们返回第1组碱金属并开始第三个时期，等等。

在他的系统化的基础上，Mendeleev能够校正某些已知元件的原子量的值，并且还预测其周期表中对应于间隙的未知元件的存在。 他的制度首先在1875年开始严重引起注意，当他能够指出那镓，Lecoq de Boisbaudran（1838-1912）的新发现元素与他在名称EKA-铝下预测的元素相同，但它的密度应大大大于LeCoq de Boisbaudran报告的价值。 重复测量证明Mendeleev是正确的。 1886年1879年的粉丝发现了1886年的锗，其中孟德莱夫的特性预测了他所谓的“eka-bor”和“eka-silicon”进一步胜利（Scerri 2006）。

除了提供现代化学中使用的元素的系统化之外，Mendeleev还介绍了元素的性质，这些元素通知当代哲学理解。 他明确地区分了分析和实际元素的概念，而他认为这两个概念都有化学意义，他依赖于构建定期表时的实际组件。 他认为，在化合物中存在的元素存在，并且化合物的重量是其组成原子的重量的总和。 因此，他能够使用原子重量作为周期表的主要订购特性。[3]

如今，化学命名，包括元素的定义，由国际纯净和应用化学联盟（IUPAC）调节。 1923年，IUPAC遵循Mendeleev，并通过明确认识实际的组分论文来标准化元素的个性化标准。 他们与Mendeleev不同的地方是他们认为最能为本要素的财产。 而不是使用原子量，它们根据原子序数，中性元素原子的质子的数量和电子元素的数量，从而允许同位素与相同的原子序数而非不同的原子重量。 它们选择通过原子序数命令元素，因为越来越识别，电子结构是负责控制Atoms如何组合形成分子的原子特征，并且电子的数量受到整体电中立的要求（Kragh 2000）。

1.4周期系统的并发症

在1894年发现惰性气体氩气概，Mendeleev的定期系统简要呼吁，该惰性气体氩气不得在氯后置于现有系统之外。 但威廉·拉姆第（1852-1916）怀疑可能是一组整组化学惰性物质，分离电致卤素组17（氯属）和电工碱金属，以及1898年他发现了另一个高贵的气体，成为现代桌子上的18次。

当1913年成立的英语放射化学员弗雷德里克迪迪迪（1877-1956）根据原子量重量标准，定期表中的位置被几个元素占据了更严重的挑战。 采用Margaret Todd（1859-1918）的建议，善良叫这些元素的同位素，“相同的地方。” 同时，BoHR的原子的概念包括围绕其循环循环的带正电荷的核的概念正在获得接受。 经过一些关于标准（van der Vet 1979）的讨论，通过法令将定期表与原子序数相关（核中的质子数）而不是原子重量的定位来保存周期表。

与整数的周期性表中的相关位置最终提供了确定在与最高已知原子序数相对应的位置的表格中是否留在表中的任何间隙。 当詹姆斯Chadwick（1891-1974）发现中子核的原子核中的质子和质子中的原子核中的质子旁边发现中性颗粒时，1932说明了固定原子数的原子量的变化。