化学哲学（三）
3.1卡路里
在1761年，约瑟夫黑人发现，加热体内并不总是提高其温度。 特别是，他注意到，在0℃下加热冰在相同温度下将其转换为液体。 类似地，存在潜热的蒸发热，这必须在沸点的情况下将液态水转化为沸点而不提高温度。 在完全发达的黑人地下发现的现代解释之前，这是一段时间。 他表明，必须与身体的温暖状态和甚至从该状态的变化区分开。 但直到在热力学发展的情况下，加热被区分为从受热的性质或质量的过程而不引用转移的物质。
黑人本人显然是谨慎的热处理的假设解释（Fox 1971），但他确实建议解释水融合的潜热作为涉及热流体与冰的热流体的组合以产生新物质水的化学反应。 Lavoisier将Black的潜热的概念纳入他的热量热量，了解潜在的热量转移到身体，而不将其温度作为与该机构的化学组合结合的热量，而不是为身体的温度或温度贡献。 Lavoisier的理论因此保留了Aristotle的某些东西，了解我们将如何称谓与一种物质的转化相同的物质的相变。
Lavoisier中的热量数字作为“热或火灾的元素”（Lavoisier 1789，第175页），“修复在身体中的[和]以令人厌恶的力量，从中累积或从中累积在尸体到更大或更小的程度，将固体转化为流体，流体与空气均匀弹性，完全是因为”（1789，第183页）。 他继续将“天然气”定义为“通过充分积累热量产生的这种空气状的身体状态。” 在用氢形成的二元化合物列表下，据说热量以产生氢气（1789，p.198）。 类似地，在用磷形成的二元化合物列表下，热量产生磷气（1789，p。204）。 氧气的Lavoisian元素基部与Lavoisian元素热量相结合，形成化合物氧气。 氧气碱的碱化合物具有较少量的热量是氧气液体（原则上仅为Lavoisier已知）。 因此，我们将液体对气态氧的相变，因此可以改变物质。 光线也在他的元素列表中，并且被称为“与氧气具有巨大的亲和力，......以及热量贡献进入天然气状态”（1789，第185页）。
3.2 phlogiston
从大致同一时期的另一种物质概念是普利克斯顿，它作为18世纪的基础，该过程的基础是被称为氧化和减少的过程。 Georg Ernst Stahl（1660-1734）介绍了旧理论思想的理论。 炼金术师认为金属在煅烧下失去了水银原理，当通过加热转化为渣，生锈或灰烬时，它们会失去硫原理。 Johann Joackim Becher（1635-82）在17世纪末修改了这些想法，争论金属的煅烧是一种涉及他所谓的易燃原则的燃烧。 斯赫尔随后将此原则“普利科斯顿”重命名并进一步修改了理论，维持脂肪酮可以在化学反应中从一种物质转移到另一个物质，但它永远无法被隔离。
例如，被认为是金属的Calx和Phogiston的化合物，硫被认为是硫酸和脂肪肽的化合物，并且认为磷是磷酸和磷酸的化合物。 燃烧后少量或没有灰烬的物质被吸收富含氨基葡萄球菌。 借助木炭的含量从它们的钙剂制备金属的制备被理解为将脂肪酮从碳转移到金属中的转移。
关于碳作为磷酮的来源，不再仅仅作为温暖的来源是了解化学反应（这是2011年Ladyman 2011强调其对Plogiston化学的结构现实诠释的一步）。 Phlogiston理论表明，反应可能涉及将物质的一部分与另一部分替换，以前认为所有反应都是简单的关联或分歧。
Henry Cavendish（1731-1810）和约瑟夫普里斯特利（1733-1804）进一步开发了Phlogiston理论，他们试图更好地表征Phogiston本身的性质。 在1760年之后，通常用它们所谓的“易燃空气”（氢气）鉴定它们，它们通过使金属与武器（盐酸）酸反应成功捕获。 在进一步的实验工作，对这些“空气”的生产和特征的制作和特征，Cavendish和Priestley确定了我们现在称之为“孤立主义的空气”和“吡咯饱和空气”的氧气
随着反应物和产品的常规称重，它明显，金属在它们变成硬盘时增加了重量。 但根据铅磷科技理论，钙克斯涉及脂肪源的丧失。 虽然涉及丧失物质的过程的想法可能涉及重量的增长对我们来说似乎很奇怪，但Phlogiston理论家没有立即担心。 一些普利顿理论家的理论主义者提出了基于Phlogiston的“悬浮”性质的解释，后来曾被称为Phlogiston的“负重”。这种现象的另一个解释是近乎没有减肥的抑制从Calx的毛孔中出来的沉重，冷凝的空气。 网络结果是较轻的产品。 由于质量概念尚未在化学中发挥核心作用，因此被认为是相当合理的。
然而，到1770年代末，Torbern Olaf Bergman（1735-1784）制成了一系列仔细测量金属和钙质的重量。 他表明金属的煅烧导致其重量等于被周围空气损失的氧气重量的增长。 这排除了上面给出的两个解释，但有趣的是，他在他的步伐中采取了这一点，争论，因为金属被转变为他们的钙质，他们失去了失重的伏醇。 这种脂素与空气的氧气相结合，形成倾斜的温暖，这又结合了在脂肪酮损失后金属的剩余物形成钙。 Lavoisier通过从该计划中除去铅球来简化了这种解释。 这一刻是许多人称之为化学革命。
4.化学结构
现代化学主要涉及微观结构，而不是元素组成。 本节将探讨化学对结构的历史和后果。 本节上半年介绍了化学从关注的科学转型，以与结构的关注科学。 下半场将重点关注当代粘接和分子结构的当代陈述概念谜题。
4.1结构公式
在第18世纪和19世纪初，物质的化学分析包括分解物质分解为其元素组分。 仔细称重与恒定比例的施加相结合允许化学家在其组成元素的质量比方面表征物质，这是化合物的组成的化学家的意思。 在此期间，Berzelius为这些质量比的组成式开发了组合式公式的符号，其中字母代表元素和下标在促进不同物质比较的规模上的比例。 虽然这些比例反映了克重量的比例，但简单的数字是在化学等同物方面重量重量比例的结果。 例如，公式'H 2 O'和'H2S'表示，在水中与氢气中的氢相结合的氧气与硫化氢中的氢相结合。 然而，当以重量测量时，'H 2 O'对应于将8克氧合成1克氢的组合比例，对应于16克硫的氢以重量。
在19世纪的第一个几十年中，有机化学的新生子学科开始识别和合成越来越多的化合物（Klein 2003）。 如2.2节所示，在此期间，识别异构性的现象，引入结构式，以区分具有与其宏观性质不同的相同组成式的物质。 尽管一些化学家认为结构公式可以在宏观的基础上理解，但是其他寻求将它们解释为称为分子的微观实体的表示，对应于作为原子的最小单位作为原子作为元素的最小单位。
在十九世纪上年的上半年，没有关于如何在理解异构状的情况下部署分子结构的概念。 但在本世纪下半叶，围绕八月（1829-1896）的结构理论建造的共识。 Kekulé指出，碳倾向于1：4比例的单价元素结合。 他认为这是因为每种碳原子可以形成四个其他原子的键，甚至是其他碳原子（1858 [1963]，127）。 在后面的论文中，Kekulé通过在碳原子之间引入双键的概念来处理碳的居价的明显例外。 他将治疗扩展到芳香化合物，生产着着名的六方结构的苯（见罗克2010），虽然这是为碳的价值普遍性的4（刷1999A，1999B）创造了持久的问题。
Kekulé在原子之间粘合的想法是了解异构性的重要步骤。 然而，他对结构理论的演示缺乏一个明确的图解系统，因此最现代的结构形式系统源于有机酸中的亚历山大·克鲁克布朗（1838-1932）纸（1864 [1865]）。 这里，结构显示为原子之间的键（参见图3）。
乙烷和甲酸
图3.在Crumbrown图形符号中描绘乙烷和甲酸。 （1864 [1865]，232）
Edward Frankland（1825-1899）简化和推广的Crum Brown在举行的化学学生讲义中的讲义中的符号（Russell 1971; Ritter 2001）。 Frankland也是第一个介绍术语“债券”术语的术语（Ramberg 2003）。
结构理论发展的下一步来自于詹姆斯杜瓦（1842-1943）和8月霍夫曼（1818-1892）开发了与Crum Brown的公式相对应的物理模型（Meinel 2004）。 杜瓦氏分子由由位于铜带对的成对中心的黑色盘表示的碳原子内构建。 在霍夫曼的模型中，原子是彩色台球（黑色为碳，白色用于氢，氧气等）。 尽管它们是由槌球和连接臂的混凝土三维结构实现，但这些模型的三维性是人为的。 介质本身强迫原子的表示在太空中散布。 但这是否相当于化学现实？
kekulé，crum brown和弗兰克州在回答这个问题时非常谨慎。 Kekulé区分了可以从化学性质推导的表观原子布置之间，他称为“化学结构”和原子的真正空间排列（Rocke 1984,1010）。 Crum Brown制作了类似的区别，警告在他的图形公式中，他没有“意味着指示物理，但仅仅是原子的化学位置”（Crum Brown，1864,232）。 弗兰克州注意到“必须仔细地承担这些图形公式旨在代表分子的形状，也不是组分原子的相对位置”（Biggs等，1976,59）。
解释这些评论的一种方法是他们反映了一种反现实主义：结构公式只是总结了化合物的化学行为的理论工具。 或者他们也是不可知的，避免对微观境界的明确承诺可以说。 但是，其他评论表明了现实主义解释，但结构性公式只代表空间安排的拓扑结构的评论：
连接化合物的不同原子的线，并且可以在任何其他方向上拉伸相同的相同的方向，只要它们连接在一起相同的元件，仅用于显示键的明确处理：因此硝酸的公式表明三个组成原子中的两个氧与氮单独与氮合并，而第三氧原子与氮气和氢气（Brickland）组合，含有Biggs等人的氮气和氢气。1976,59;也看到亨德利2010B）。
通过Jacobus Van't Hoff（1852-1911）和Joseph Achille Le Bel（1847-1930）考虑到光学异构体（见图4和第2.2节）。 当碳原子粘合到四种不同的成分时，它们不能叠加在镜像上，就像左手一样。 这产生了两种可能的手性分子的配置，从而提供了除了它们在不同方向上旋转平面偏振光的能力之外的不同物质之间的区别。
Van't Hoff和Le Bell不提供手性分子影响平面偏振光的旋转的机制（Consulham 2004）的机制。 但到世纪末，正在使用空间结构来解释有机化合物与Viktor Meyer（1848-1897）的山顶障碍和Adolf Von Baeyer的概念的反应性和稳定性的方面（1835-1917）内部分子菌株的概念（Ramberg 2003）。
四面体碳图
图4.碳原子周围的取代基四面体排列的示意图。 比较取代基的位置Y和Z.
鉴于这些理论是本质上的空间，关于化学组合和贵宾的传统问题采取了新的方向：它是什么，在特定的空间安排中将原子保持在一起？ 当然，答案是化学键。
4.2化学键
由于结构理论在19世纪末获得了广泛的接受，化学家开始将注意力集中在将原子连接在一起，限制这些原子之间的空间关系。 换句话说，他们开始研究化学键。 化学粘合的现代理论账户是量子机械，但即使是当代债券的概念也欠G.N开发的邦德的古典概念。 刘易斯在20世纪初。
古典化学键
g.n. 刘易斯（1875-1946）负责化学债券的第一个有影响力的理论（刘易斯1923;见Kohler 1971,1975为背景）。 他的理论表示，化学键是在原子之间共享的一对电子。 Lewis也区分了所谓的离子和共价化合物，这已经证明在现代化学中显着弹性。
离子化合物由带电离子组成，通常以中性晶格排列。 当带正电荷的离子（阳离子）是正常的正确数量以平衡带负电的离子（阴离子）时，实现中性。 例如，常用盐的晶体包含氯阴离子（Cl-）的许多钠阳离子（Na +）。 与隔离的原子相比，钠阳离子已经失去了电子，并且氯阴离子已经获得了电子。
另一方面，共价化合物是单独的分子或无限期重复结构。 在任何一种情况下，刘易斯认为它们由共用的电子成对的原子形成。 据说氢气由由单个共价键组成的两个氢原子组成的分子组成; 由两个氧原子和双键组成的分子的氧气; 甲烷，由四当量碳 - 氢单键组成的分子，以及无限期地重复共价键合的SiO 2单元阵列的二氧化碳（砂）晶体。
刘易斯分子结构叙述的重要组成部分涉及键合的方向性。 在离子化合物中，粘合是静电的，因此径向对称的。 因此，一个单独的离子没有与其任何一个邻居的特殊关系。 另一方面，在共价或非极性键合中，键具有明确的方向; 它们位于原子中心之间。
共价债券的性质是最近的化学文学哲学（Berson 2008; Hendry 2008; Weisberg 2008）中的最近讨论的主题。 虽然化学债券在化学预测，干预措施和解释中起着核心作用，但它是一种难以确定的概念。 在化学键的经典和量子机械概念之间存在基本分歧，甚至在不同量子机械模型之间。 一旦一个超越介绍教科书到高级治疗，人们发现许多理论方法粘合，但很少有任何定义或债券本身的直接表征。 虽然有些人可能会归因于所有化学家之间共享的共同共享的普通背景知识，但我们认为这反映了对化学债券本身的地位的不确定性或甚至矛盾。
4.3结合的结构构想及其挑战
关于化学键的新哲学文献始于化学粘合的结构概念（亨德利2008）。 在结构概念上，化学键是亚分子，物质部分的分子，其在各个原子中心之间局部化，并负责将分子保持在一起。 这是在19世纪末出现的化学债券的概念，该化学债券继续通知合成和分析化学的实践。 但是绑定的结构概念是否正确？ 在哲学文献中提出了一些不同的挑战。
第一个挑战来自量子力学本体与化学键的表观本体之间的不相容。 在原则上（量子理论中的身份和个性）不能区分电子，因此键的量子力学描述不能取决于特定电子的身份。 如果我们以像刘易斯的方式解释键合的结构概念，那么粘合由特定原子捐赠的特定电子对组成，我们可以看到该图片与量子力学不相容。 一个相关的异议说明，实验和理论上的证据表明，在整个分子上，电子被删除，“涂抹出来”。 量子力学告诉我们不要期望成对的电子在粘结原子之间定位。 此外，Mulliken认为对共价键的形成是不必要的。 当氢分子中的电子在有两个氢核上延伸时更牢固地束缚，当每个氢核相比只有一个时。 两个电子变成配对的事实似乎很大程度上是偶然的“（1931，第360页）。 后来作者指出了H2 +离子的稳定性，以支持这种争用。
债券结构概念的捍卫者通过注意到G.N来响应这些挑战。 刘易斯的特殊结构账户不是唯一可能的结构。 虽然结构概念上的债券必须是亚分子和定向的，但它们不需要是电子对。 特别是对量子本体论的挑战，他们认为债券应该由它们链接的原子中心，而不是由电子的。 作为电子在物理上参与债券的少数，他们就不像个人一样。 所有电子都与整个分子相关联，但是电子密度的部分可以是局部的。 为了从临时化反对意见，他们认为所有结构账户都需要的是，分子的总电子密度的某些部分对与键相关的特征负责，并且不需要假设它在刘易斯模型中直接在原子之间局部地定位（亨德里2008年，2010b）。
对粘接结构概念的第二次挑战来自计算化学，量子力学的应用对化学现象的预测。 借鉴Quantum Chemist Charles Coulson（1910-1974）的工作，Weisberg（2008）认为，化学键合的结构概念在量子化学方面是不稳定的。 该论点展望了分子结构量子力学模型的历史。 在最早的量子机械模型中，非常类似于粘接的结构概念的东西; 在大多数情况下，电子密度是原子心中心之间的局部化，并负责将分子保持在一起。 然而，这些早期模型对粘合能量和粘合长度仅以定性符合实验的键合能量的经验预测。
当电子密度“允许”以使原子之间的面积与整个分子删除时，随后的分子结构模型与实验产生了更好的协议。 随着模型的进一步改善，粘接成为全分子，而不是亚分子，现象。 Weisberg认为，这种考虑因素应导致我们拒绝粘合的结构性概念，并用分子范围的概念替换它。 一种可能性是粘接的能量概念，表明粘合是分子的能量稳定性。 严格来说，根据这种观点，化学键不存在; 粘接是真实的，债券不是（Weisberg 2008;也看到Coulson 1952,960）。
对粘接结构看法的挑战在哲学和化学文献中有几种反应。 第一次上诉化学实践：从事合成和分析活动的化学家依赖于粘接的结构概念。 已经发现或合成了超过100,000,000种化合物，所有这些化合物都已正式表征。 如果债券的结构概念等中央化学概念，如何解释这一成功将如何解释，这些概念在自然中没有挑选任何真实的东西？ 在他的一生中，Linus Pauling（1901-1994）捍卫了这个观点。
另一条反对权来自Berson（2008），讨论了非常弱键合分子的重要性。 例如，有四种结构异构体为2-甲基二旋蛋白-1,3-二基。 由于异常稳定的单线状态，所以结构的最稳定的结构不对应于正常的键合相互作用，电子旋流平行的状态。 贝尔松建议这是“债券的形成实际产生不稳定的分子”的情况 换句话说，充满活力的构想崩溃，因为粘接和分子宽的稳定分开。
