化学哲学（二）
当代哲学讨论关于元素的性质始于Friedrich Paneth（1887-1958）的工作，其工作严重影响了IUPAC标准和定义。 他是近代的第一个化学家之一，以明确分析和实际组分分析之间的区别，并认为分析论文的最后一点是化合物本质的化学解释的适当依据。 实际上没有援引物质的东西无法调用以解释真实物质的性质。 他继续说，元素的化学重要性概念是“超越”，我们解释了意味着“在化合物中的性质上的抽象”（帕纳那1962）。
哲学讨论探针的另一个股线在当代Iupac的元素定义。 根据iupac，黄金是具有原子编号79，无论原子重量如何。 这种定义的逻辑和预期的结果是所有同位素都将原子序数与相同的元素共享。 Centerham（2008）最近通过指向同位素之间的化学显着差异来挑战这种鉴定。 这些差异是最佳的，氢气的三个同位素是最佳的：孕酮，氘和氚。 氢同位素中最引人注目的化学差异是它们不同的化学反应速率。 由于生物化学过程对反应率的敏感性，重水（氧化氘）有毒，而普通水（主要是氧化铟）不是。 随着更敏感的测量技术的发展，已经清楚，这是一般现象。 同位素变异影响化学反应的速率，尽管这些效果较小标记为增加的原子序数。 鉴于化学家了解这些行为的这些差异，我们认为它们可以合理地说，化学物质的利益差异。 他进一步争辩说，热力学提供的鲜明和差异的标准也表明同位素应被视为不同的物质。 然而，尽管他自己的观点，Mendeleev的周期表中的位置由原子序数（或核电荷）确定，因此原子量的浓度将是化学分类（Hendry 2006a）的高度无阻可。 还可以说，热力学标准依据同位素是不同物质的视野，其在物质中更精细地与适当的化学物质（亨德庭2010C）。
1.5关于混合物和化合物的现代问题
化学组合的当代理论是从古代搅拌的融合和数百年的实验工作的融合中，这改善了这些理论。 甚至在Lavoisier揭开了现代化学的时候，化学家们在规则或原则上几乎没有规则或原则，用于治理元素如何结合形成化合物。 在本节中，我们讨论提供此类标准的理论努力。
在Lavoisier在水的仔细实验工作中隐含化学组合理论的第一步是隐含的。 在他的化学元素中，Lavoisier建立了通过完全将水还原到其元素而获得的氢气和氧气的质量比例。 他的结果是基于该实验的多重重复的事实表明他认为水的化合物总是以相同的比例由相同的元素组成。 这一广泛共同的观点，关于化合物中的恒定元素的持续比例首先明确地宣告了19世纪的第一年的Joseph Louis Proust（1754-1826）的持续比例法。 普鲁斯特为普罗斯（1748-1822）（1748-1822）是拉沃斯的同事和支持者之一，他们认为化合物可能因其元素组成而变化。
虽然主要是一个理论和概念的假设，但恒定比例的法则成为化学分析的重要工具。 例如，化学家们已经明白，大气空气由氮气和氧气构成，并且不是元素。 但是，空气是这些元素的真正的化合物或一些氮和氧气的混合物，可在不同时间和不同的地方变化？ 恒定比例的规律给出了从真正混合物中区分化合物的标准。 如果空气是化合物，那么它将总是具有相同的氮和氧比例，并且还应与其他氮气和氧化物如氧化亚氧的其他化合物可区分。 如果空气不是真正的化合物，那么它将是溶液的一个例子，氧气和氮气的均匀混合物，其可以以比例变化。
Berthollet并不接受解决方案和化合物之间的这种刚性区别。 他认为，每当物质与另一个物质接触时，它形成均匀的union，直至进一步加入该物质以过量的含量。 例如，当水和糖结合时，它们最初形成均匀的联合。 在某种程度上，彼此的水和糖的亲和力是饱和的，并且在添加更多糖时形成固体糖的第二阶段。 这一饱和点随着溶液的压力和温度而变化。 Berthollet维持的是，正如饱和溶液中的糖量随温度和压力而变化的那样，化合物中的元素的比例对环境条件敏感。 因此，他争辩说，物质总是由与元素的相同比例组成，这破坏了恒定比例的法律。 但经过漫长的辩论，化学家们接受了普及的证据普及的持续比例法，从而与溶液区分开来。
化学家的注意力主要针对19世纪上半叶对化合物进行调查，最初是为了扩大普鲁斯特提供的证据基础。 持续比例的规律似乎是化学组合发生的令人满意的标准。 但在19世纪末，化学家将注意力转向解决方案。 他们对解决方案的调查吸引了热力学的新科学，这表示，当与其联系时，物质的状态变动受到治疗能源和熵的法律。
虽然化合物和溶液之间的热力学不敏锐地区分，但它确实允许制定一个特殊情况的概念，称为理想的解决方案。 一种理想的解决方案形式，因为与分离的组分相比的稳定性增加完全是由于混合的熵。 这可以理解为纯机械混合物的想法的精确化。 相比之下，通过在混合熵的熵上方和高于它们的组成部分之间的相互作用稳定化合物。 例如，通过钠和氯的相互作用稳定固体氯化钠，其反应形成氯化钠。 真实解决方案的行为可以与理想解决方案的行为进行比较，结果证明了非理想性是规则而不是例外。 理想性仅在某些稀释二进制解决方案中接近。 更常见的是，解决方案表现出在化学组合的分类特征的组分之间的显着化学相互作用方面才能理解。
在他去世后漫长的是，在20世纪的第一个几十年，Berthollet被部分地证明了一类我们现在称之为Bertholles的物质。 这些是一种化合物，其比例的元素不会彼此简单地位。 它们的元素比例没有固定，但随着温度和压力而变化。 例如，矿物威斯特或氧化含铁物具有近似的FeO的组成式，但通常具有比氧的含量略低。
从纯粹的宏观，热力学的角度来看，就可以在最小化称为GIBBS自由能的热力学功能的最小化方面理解Bertholles，这适用于能量和熵的相互作用作为温度和压力的功能。 稳定的物质是吉布斯自由能最小的物质。 在微观尺度上，亚铁的基本微观结构是铁氧化铁（Fe2 +）和氧化物（O 2 +）离子的三维晶格。 然而，一些铁离子被随机分布在晶格中的孔代替，该孔与均匀的晶体结构相比产生熵的增加。 缺失的离子将产生整体失衡电荷。 但是，通过将剩余的离子数转化为铁（Fe 3 +）离子的离子数量两次，这将其抵消了亚铁的两倍。 这种电子的去除需要输入能量，这将使其用于较低的结构，其不适用于增加晶体结构中的孔的增加的熵。 这些力之间的最佳平衡取决于温度和压力，这是由Gibbs自由能功能描述的。
虽然持续比例的定律没有幸存下来的Bertholles的发现，并且更仔细的解决方案分析表明，化学品组合或亲和力不限于化合物，但它给化学家提供了通过19世纪结合形成化合物的原则方法。。 Bertholles的这一陈述还说明了宏观和微观理论之间的相互作用，这是现代化学的常规特征，以及我们在下一节转向。
化学传统上，传统地将其自古典物理从其对不同物质和化学组合的兴趣区分开，其中物质在化合物和溶液中保持在一起的方法。 在本节中，我们描述了化学家如何理解，所有物质由周期表的元素组成，这些元素是物质的实际组件。 即使是这种知识，将纯物质与异质混合物和溶液区分开，仍然是一个非常困难的化学挑战。 尽管化学家的接受了明确比例的定律作为对体制性的标准，但是化学复杂性如伯利德的发现泥土。
2.原子学
现代化学是彻底的原子。 所有物质被认为是由周期表元素的小颗粒或原子组成。 然而，直到20世纪初，很多辩论都围绕着原子和其他微观成分的地位。 与化学哲学中的许多其他问题一样，原子学讨论与亚里士多德始于攻击概念的一致性和争议的解释，这据说是在能够改变职位的物质的不可分割的成分的想法和运动，但不是内在的品质。 我们将讨论亚里士多德的原子主义批评和博伊尔的回应以及19世纪和20世纪的原子学的发展。
2.1亚里士多德和博伊尔的原子主义
在亚里士多德的时间里，原子学家们认为这很重要，原始地建造出原子。 这些原子是不可分割的和均匀的各种尺寸和形状，并且仅能够改变位置和运动，但不是内在的品质。 亚里士多德拒绝了这位学说，用一个简单的问题开始他的批评：由原子制成的是什么？ 原子学家认为它们都是统一的。 但为什么统一的事情应该分成部分，而不是自己进一步分开？ 是什么使原子不同于也均匀的宏观物质，但可以分成较小的部分？ 他争辩，原子主义，将特定规模视为划分的最终点，而不会在不给出这种最小尺寸或原子是这种最小尺寸的任何陈述。
除了一致性的问题之外，亚里士多德辩称，目前尚不清楚，肯定是假设原子有或缺乏特定的性质。 为什么原子不应该有一定程度的温暖和湿度，如任何可观察的身体？ 但如果他们这样做，为什么寒冷原子的温暖程度不应该受到暖色原子的方法的影响，以矛盾的原子矛盾改变他们的位置和运动？ 另一方面，如果原子不具有温暖和湿度，则如何在位置和运动的变化的基础上纯粹地解释宏观物质之间的温暖和湿度程度的变化？
这些和类似的考虑因素导致亚里士多德询问原子师根本是否有物质的概念。 世界上有各种各样的物质可以辨别出肉体的肉体，血液和骨骼; 海岸等的水，岩石，沙子和蔬菜物质等原子派明显没有规定适应这些物质的不同性质，以及它们的互换性，当例如白色固体盐和无味液体水混合形成盐水或青铜雕像慢慢变为绿色。 亚里士多德认识到需要在涉及相互相互作用的组合的组合破坏旧物质的需要适应新物质的创造，并随后改变了接触的机构的主要特征。 尽管他自己的理论的弱点，但他表现出完全缺乏原子学家的问题。 他对元素的概念少于数量和这种特征，所有其他物质是通过组合通过分析来通过分析来衍生自体化的化合物，提供化学理论的种子。 古代原子主义没有。
Robert Boyle（1627-1691）常常首先与古代和中世纪的传统融为一体，并通过融合具有机械哲学的实验方法来揭示现代化学。 博伊尔的化学理论试图解释物质的多样性，包括元素的形状和尺寸变化以及现在被称为亚原子原子或尸体的机械布置。 虽然博伊尔的庆祝实验工作试图回应亚里士多德正统，但他的理论对原子的理论对他的实验工作没有影响。 Chalmers（1993年，2002年）文件们完全没有博伊尔原子投机和他对气体压力影响的实验工作之间的任何联系。 该分析同样适用于博伊尔的化学实验和化学理论，主要是由于渴望提供化学组合的机械哲学（Chalmers 2009，Ch。6）。 不少于Antoine Lavoisier（1743-1794）的评论员很明显，博伊尔的肉体理论没有什么可以推进化学。 正如他注意到下个世纪末，“......如果是，由术语要素，我们的意思是表达那些物质的那些简单和不可分割的原子，这是非常可能的，我们对他们的所有东西都不了解”（1789，第XXIV）。 因此，许多评论员认为，博伊尔对亚里士多士的化学家的经验批评比他自己的原子理论更重要。
2.2当代化学中的原子现实主义
当代教科书通常在约翰道尔顿（1766-1844）的19世纪工作中找到了对化学原子学的讨论。 Boyle对减少元素最小值的野心，通过这次已经抛弃了对机械原子的结构化的星座，并且道尔顿的理论仅仅假设每个元素具有最小的特征尺寸和质量的部分，具有具有这种元素的特性的特征尺寸和质量。 Lavoisier的元素被认为是这种特征原子的收集。 达尔顿认为，这种原子假设解释了持续比例的法律（见第1.5节）。
道尔顿的理论表达了在化合物中真正存在的原因。 他认为原子在化学变化中存活，这是制止该元素实际存在于化合物中的权利要求。 他认为同一元素的原子在其体重中是相似的。 在假设原子与固定比率中的其他元素的原子结合，Dalton声称解释为什么，当元素组合时，它们在其权重之间具有固定的比例。 他还介绍了多种比例的定律，根据该比例，同一元素的不同化合物中的元素以简单的比例站立。 他认为，这一原则也被他的原子理论解释。
道尔顿的理论划分了化学界，虽然他有很多支持者，但相当数量的化学家仍然是反原子的。 这部分原因是争论道尔顿原子理论的实证应用：自原子是估计原子重量应该是如何少量物质的？ 达尔顿人认为，尽管绝对不能测量这种微小的量，但它们可以相对于参考原子（自然选择为1）来测量它们。 这仍然留下了在化合物中设定不同原子的重量之间的比率。 Dalton认为，如果只知道两个元素的一个化合物，则应假设它们以相等的比例结合。 因此，他理解了水，似乎它在Berzelius介绍的公式方面已经由HO表示（Berzelius，1813）。 但是道尔顿对这个问题的回应似乎是任意的。 Finding a more natural solution became pressing during the first half of the nineteenth century as more and more elements were being discovered, and the elemental compositions of more and more chemical substances were being determined qualitatively (Duhem 2002; Needham 2004; Chalmers 2005a，2005b和2008）。
道尔顿的同时代人也提出了其他异议。 雅各布·伯兹利乌斯（1779-1848）认为Daltonian原子主义没有提供化学组合的解释，元素如何将复合物组合在一起形成化合物（Berzelius，1815）。 由于他的原子本质上不变，因此它们不会遭受组合所必需的那种亚里士多德的修改。 缺乏像分子的现代理念一样，道尔顿被迫在原子包装方面解释化学组合。 他赋予他的原子与热量的热量，其相互排斥应该解释原子如何有效地包装在一起。 但是，很少有人被这个想法说服，后来被称为达尔顿原子主义的原子主义完全放弃了热贝壳的想法。
当化学家意识到元素组成通常不足以区分物质时，这种情况变得更加复杂。 道尔顿知道相同的元素有时会产生几种化合物; 例如，存在几种氧化物。 但是，鉴于恒定比例的规律，可以通过指定结合比例来区分这些，这是由不同的化学式，例如N 2 O，NO和N2O3的不同氧化物所示的。 然而，随着分离和分析更多的有机化合物，显然，元素组合物不会唯一区分物质。 具有相同元素组合物的不同化合物称为异构体。 当首先识别出具有相同组成的有机化合物但具有不同性质的有机化合物，该术语由Berzelius成于1832年。 后来发现异构性普遍存在，不限于有机化合物。
异构体可能在熔点和沸点等“物理”性质中不同地不同，以及化学反应性的图案。 这是含二甲醚和乙醇的情况，其具有共同的组成式C 2 H 6 O，而是由两个不同的结构式：（CH 3）2O和C 2 HOH表示。 这些配方鉴定不同的官能团，该官能团控制化学反应性的模式。 开发了结构式的概念以容纳甚至更相似的其他异构体。 这是一种称为光学异构体的立体异构体的亚组的情况，其在许多物理性质中是相似的，例如熔点和沸点，并且（第一次发现时）似乎也是相似的化学反应性。 通过制备铵盐的溶液并使相对大的晶体通过缓慢蒸发形成相对大的晶体来帕斯特·帕妥·分离七葡萄酸（彼此的立体异构体）。 使用镊子，他将晶体组装成两个桩，具有形状的成员，其是另一桩中的形状的镜像图像。 光学异构体如此称为，因为它们具有旋转平面偏振光平面在相反方向上的区别特征，在19世纪初，在石英晶体中首先观察到的现象。 这些异构体由三维结构公式表示，这是彼此镜像的镜像，如图2所示。
酒石酸
图2.酒石酸的对映体。 D-酒石酸位于左侧，右侧酸在右侧。 虚线垂直线表示镜面平面。 固体楔形物代表飞机出来的粘合，而虚线楔形物代表债券将在飞机后面。 这些分子结构是彼此的镜像。
虽然这些发现通常被呈现为原子学或分子假设的解释，但是在整个19世纪持续存在着原子主义状况的怀疑。 19世纪后期的怀疑论者如Ernst Mach，Georg Helm，Wilhelm Ostwald和Pierre Duhem并没有看到原子主义作为对这些现象的充分解释，也不认为有足够的证据来接受存在的证据原子。 相反，他们主张在热力学接地的化学变化的非原子理论（在Helm和Ostwald上，请参阅Deltete 2000的介绍）。
Duhem对原子主义的反对尤为尖锐。 尽管在某些文学中被称为实证主义者（例如Fox 1971），但他对化学中的原子学反对的反对使原子的不可吸附力不起作用。 相反，他认为分子是根据19世纪物理学的理论不可能，这可以对原子持有的任何东西都不会说，但可能会产生许多原因，为什么他们不能在合理的时间内稳定实体。 他还认为，归因于原子来解释其组合权力的贵宾的概念只是将宏观表征投射到显微级别。 他表明，在不诉诸原子的情况下，可以解释化学公式，可以在此基础上定义（Duhem 1892,1902;举行博览会，请参阅Rederham 1996）。 原子学家未能遇到这一挑战，他批评他们不是说他们的原子的特征超出了在宏观基础上定义的属性（CenterHam 2004）中。 Duem确实认识到，原子学理论是在19世纪开发的涡旋理论（克拉格2002年），但拒绝了解释化学现象的不足。
原子主义的怀疑论者终于在20世纪初通过仔细的实验和理论上对布朗运动进行了深信，乳液中颗粒的波动。 随着动力学理论的发展，怀疑该运动是由于乳液内的隐形颗粒推动可见颗粒。 但直到20世纪的第一个十年来，爱因斯坦的理论分析和Perrin的实验工作就是那些怀疑的物质，并提供了对艾滋病毒德罗的数量的估计，而普罗兰的估计是普遍认为的，因为它同意几种独立的方法制成的测定。 这是对存在微不足道的决定性论证，这些争论导致了大多数仍然持怀疑态度的原子假设，以改变他们的观点（爱因斯坦1905; Perrin 1913; Nye 1972; Maiocchi 1990）。
然而，重要的是要欣赏，以这种方式建立了原子的存在，留下了怀疑论所提出的许多问题。 原子本质的理论，其解释它们是如何结合形成分子的原子。 它仍然是这一天，一个公开的问题是可用的纯粹显微理论是否足以解释整个化学现象。 在我们讨论减少的第6节中追究此问题。
3.化学革命
正如我们第1节所讨论的，到18世纪末，化学物质的现代概念开始在拉夫索尔的工作中采取形式。 当代寻找元素列表正在制定，并且群众的概念被引入化学。 尽管有这些进展，化学家继续培养关于两种物质的理论，我们不再接受：热量和脂肪顿。 拉夫斯维尔着名拒绝了普利斯顿，但他接受了热量。 在热力学的发展最终被抛弃，才能再为热力学抛弃，这将是另外60年。
