化学哲学（四）

最后，“分子中的原子”程序（獾1991;见Gillespie和Popelier 2001，Chs。举行的6＆7）表明我们可以坚持债券的结构概念，拒绝刘易斯的想法电子实现这种关系。 例如，獾认为，我们可以根据分子宽电子密度的拓扑特征来定义“债券路径”。 这种粘合路径具有物理位置，并且通常与古典共价键合。 此外，它们部分地致力于粘接涉及粘合涉及原子之间的电子密度的增加：粘合路径是最大电子密度的轴（留在垂直于其上的方向上的键合路径涉及电子密度的降低）。 这种方法也有许多技术优势。 在量子力学的本体内存在分子宽的电子密度，因此没有量子机械模型可以排除它。 此外，电子密度比其他量子力学性能大得多更容易计算，并且可以使用X射线衍射技术经验地测量。

氩气图中的氩气

图5.债券太多了？ 从C60中的每种碳原子的60键键，内部的被困AR原子。

不幸的是，獾的方法并不一定拯救了债券的结构概念的日子。 他的批评者指出，他的账户是极其唯一的，并将债券路径放在似乎化学嫌疑人的地方。 例如，他的账户说，当你拿走足球 - 球形鸡蛋蛋白芳烯分子（C60）并在其内捕获氩气原子时，碳原子与氩气之间有60个键，如图5所示（Cerpa等，2008）。 大多数化学家认为这种难以置信的，因为化学组合最基本的原则之一是氩气几乎永不形成债券（参见2009年回答的糟糕者）。

划分的划分账户的一般情况是缺乏化学家呼叫转移性的问题。 正如我们所看到的那样，结构视图的核心是不同物质常见的官能团的发生。 例如，醇的特征在于具有共同的羟基OH基团。 这反映在3600cm-1的强烈红外线吸收中，被视为OH组的讲述标志。 但是，AB Initio QM治疗似乎看到了不同数量的电子所带来的不同问题，并且未反映出存在分子结构的部分，例如OH基团，其可从一个分子转移到另一个分子，并且它们可能具有共同的（Woody 2000,2012）。

进一步的问题是对化学粘合原因的详细了解。 多年来，基于Hellman-Feynman定理的主导视图一直是它基本上是阳性核和负电子云之间的静电吸引力（Feynman 1939）。 但最初由Hellman和Rüdenberg开发的替代方案最近突出。 这强调了动能的量子力学模拟（Centham 2014）。 当代账户可能会借鉴许多微妙的量子机械特征。 但这些细节不应掩盖通过化学反应形成稳定化合物的覆盖热力学原理。 atkins把它放了，

虽然......所涉及的物质已经下降到较低的能量，这不是反应发生的原因。 总体而言，宇宙的能量仍然是恒定的; ......所有发生的事情都是一些最初的局部能源已经分散。 这就是化学变化的原因：在化学中与物理学一样，自然变化的驱动力是混乱，无贴心，无向能源的分散。 （阿特金纳1994，第112页）

这种困难和每种其他粘接模式都导致了许多化学家和哲学家来争论多元化。 Quantum Chemist Roald Hoffmann写道：“债券将是一些标准的债券，而不是由其他标准......与概念有乐趣，让我们备用炒作”（Hoffmann 2009，其他互联网资源）。

4.4分子结构和分子形状

虽然大多数关于分子结构和几何形状的哲学文献是关于粘合的，但有许多关于分子结构本身的概念的重要问题。 第一个问题涉及分子结构的正确定义。 教科书通常将分子结构描述为原子的平衡位置。 因此，水的结构具有104.5°之间的氢原子和氧原子之间的角度。 但这是一个有问题的概念，因为分子不是静态实体。 原子不断地运动，以我们描述为弯曲，扭曲，摇摆和剪切的方式移动。 因此，獾认为，我们应该将分子结构视为粘合路径的拓扑，或者通过连续变换保存的原子之间的关系（糟糕的1991）。

关于分子结构的第二个问题甚至更为基础：分子是否具有结构性公式代表的形状和方向特征的种类？ 鉴于我们讨论过的历史，到目前为止似乎答案显然是肯定的。 实际上，许多间接实验技术，包括X射线晶体学，光谱学和产品分析，提供了不仅具有形状的存在，而且提供了特定分子种类的特异性形状的会聚证据。

尽管如此，量子力学为分子形状的概念带来了挑战。 在量子的分子物种机械处理中，否则似乎不会出现，除非它用手放入。 （Woolley 1978; Primas 1981; Sutcliffe＆Woolley 2012）。

这种张力可以通过多种方式解决熟悉的化学结构和量子机械账户的熟悉理论。 人们可能拥抱分子结构的消除主义：量子力学是一种更基本的理论，我们可能会争辩，其本体没有分子结构的地方。 因此，分子结构不存在。 没有哲学家或化学家，我们知道已经赞同此选项。 另一种可能的响应对底层物理学产生了不同的吸引力。 某些东西必须破坏波风对称并在分子中给出原子。 这可能是与其他分子的相互作用或与测量装置的相互作用。 因此，分子形状部分地由相互作用构成，并且是关系，而不是内在性质（Ramsey 1997）。

相关选项是一种实用主义。 Hans Primas认为，严格来说，分子的量子力学描述必须是全宇宙的描述。 无论我们如何利用某些目标分子系统围绕某些目标分子系统的界限，实际上，该系统都是开放和与宇宙中的一切相互作用。 因此，任何特定分子的形状可能是其与宇宙中其他任何东西相互作用的结果。 当我们将系统视为闭合时，我们只能获得没有形状的分子悖论，例如单独在宇宙中单独甲烷分子。 可以将开放系统视为务实的目的，但我们应该始终明白这是一种理想化。 我们不应该对待我们的理想化，例如打开系统被关闭，如近似逻辑。 因此，量子力学和分子形状之间没有不相容性（Primas 1981）。

因此，尽管存在分子的结构表示无处不在，但即使是分子形状的概念也不模糊。 PRIMAS的方法，这是许多量子机械模型中的理想化，许多化学家被许多化学家接受。 但哲学文学中的概念概述了如何理解分子形状。

4.5微型主义：水H2O？

在本节关于结构的最后一部分，我们考虑哲学家最喜欢的例子：“水是H2O”的论文 本论文通常被认为是无关的真实，被用作语义外国的证据和关于自然类型的基本主义（Kripke 1980; Putnam 1975,1990）。 由于关于参考和语义外国主义理论的总体论文超出了本文的范围，因此我们难以缩小化学本质主义。 具有足以为分类化学种类的共同的基本微观结构，并解释它们的一般特征？ 如果是这样，则“是H2O”足以为个人水？

基本主义论文通常通过写“水= H2O”或“（所有且仅）水是H2O”的风格化。 忽视身份是否有意义（Cherureham 2000）和了解谓词适用于第二种制定（Cherureham 2010A）的问题，尚不清楚任何表达本质主义者打算的论文的那种论文。 “H2O”不是任何微观结构的描述。 相反，“H 2 O”是一种组成式，描述氢气和氧气使水的结合比例。

标准配方的合理解释将是“水是H2O分子的集合” 然而，尽管表达“H 2 O分子”描述了特定的微观，但绝不是耗尽水中的种类的微粒，并没有表示它们在水中相关的微观结构。 描述水的微观结构完全涉及阐述这种互连结构的细节，以及详细说明它们如何依赖于温度和压力，以及它们如何随时间变化（FINNEY 2004）。

与许多其他物质一样，水不能简单地描述为单个分子的集合。 以下是其微观结构的复杂性的一些实例：水自电离，这意味着氢气和氢氧化物离子与液态水中的H2O分子共存，连续重组形成H2O分子。 同时，H2O分子赋予较大的聚合物。 提到这些复杂性不仅仅是迂腐，因为它们通常会产生最引人注目的物质特征。 例如，水的电导率是由于在聚合物簇的一个点处的正电荷（氢离子）附着的机理，诱导簇的统一电荷转移，在一些远处释放氢离子。 效果是电荷从一点转移到另一个点，而不会转移物质来携带它。 下面的氢键形成簇的形成也在许多其他独特性质的根系中，包括其高熔点和沸点，并且在熔化时的密度增加。 随着Van Brakel所说（1986,2000），水实际上是这种“非分子”物质的海报儿童。

也许水不仅仅是一个H2O分子的集合，但它肯定有一个微观结构，也许基本主义论文可以沿着“水是一种微观结构的任何东西，写入从Tautology的信息中重新循环。 但本论文仍然赞同“水”是普通呼叫陈规定型特征的谓词的想法。 这忽略了宏观，但科学上重要的性质，例如沸点，特定热量，潜热等，实际上推断出大部分微观结构的重要性。 实际上，化学家用来确定物质的浓度和纯度的许多标准是宏观，而不是显微镜。 实际上，确定水的纯度的国际标准取决于仔细测定宏观性质如三点，温度和压力，其中液体，气态和固相同时存在（Consulham 2011）。

水H2O也是如此？ 最后，这个问题的答案会归结为如何解释这句话。 许多化学家会惊讶地发现水不是H2O，但也许这是因为他们将“H2O”作为速记（Weisberg 2005）或以我们在本节开通中讨论的方式作为组成公式。 实际上，水的特征是参考其微观结构和宏观特征，因此这不能自行为微观主义提供理由。

由于这些原因，微型主义者要求将在化学分类和解释中接地：由Iupac开发的命名系统完全基于微观结构，以及物质的化学和光谱行为的理论解释（见亨德里2016）。 另一方面，H2O内容未能跟踪常规语言扬声器术语“水”术语的使用，他似乎对化学家有不同的兴趣（Malt 1994）。 多元化是对这些紧张局势的一个回应：哈夫·张（2012年）敦促即使在科学中，水的身份与H2O应该露开; Julia Bursten（2014）试图通过微观主义失败调和化学中微观结构的特殊作用; Joyce Havstad（2018年）认为，化学家使用物质概念的使用与生物学家使用各种物种概念一样凌乱和变化。

5.机制和合成

我们的讨论到目前为止侧重于“静态”化学：物质性质及其结构的叙述。 但大部分化学涉及物质从一种形式转变为另一个形式。 本节介绍了一种从另一个物质的合成的哲学问题，以及化学机制，解释性框架化学家用来描述这些转化。

5.1化学的机制解释

关于机制和机械解释的概念的生物学和神经科学哲学的文学中，讨论了讨论（例如，Machamer，Darden，蔓越手2000）。 然而，制定机制作为解释性方案在化学中找到了其原始的家庭，特别是有机化学。 化学机制用于将反应分类为类型，以解释化学行为，并在新颖的情况下进行关于进行的新反应或反应的预测（Weininger 2014）。

Goodwin（2012）在化学中识别两种化学机制的概念。 机制的第一或厚的概念就像化学反应的运动图像就像。 这种机构在反应过程中横向探测一些分子的所有电子和原子核的位置，并将这些位置与系统的势能或自由能相关联。 人们可能将其视为理想的反应机制，因为它将包含有关化学反应时间过程的所有信息。

相反，反应机制的薄概念着眼于离散的一组步骤。 在每个步骤中，产生一组反应性中间体。 这些中间体是准稳定的分子物种，最终会产生反应的产物。 例如，据说众所述的生物分子亲核取代（SN2）反应被均具有与反应性碳中心部分键合的进入的亲核官气和输出离去基团的单一反应性中间体（见图6）。 这种对反应机制的描述不仅是摘要，即它会留下更多细节，但它也非常理想化。 反应不实际适当地作为一系列离散步骤，每个步骤产生准稳定的反应中间体。

Broman Sn2反应

图6. SN2反应的薄反应机理。

虽然大多数教科书的治疗反应机制开始通过提及厚的概念，但细节几乎总是转向薄的机制概念。 与此同时，反应机制的正式理论治疗专门与厚的概念交易。 这种治疗通常试图从量子力学计算反应的潜在能量函数。 鉴于厚的概念对正式的化学理论的重要性，为什么薄概念占主导地位化学的实践并在教科书和研究文章中找到表达？

部分原因是薄反应机制被广泛使用的是，确定厚的反应机制基本上是实验性的，并且理论上非常困难地是不可能的。 但这不能是整个故事，因为必要时，化学家已经能够产生厚机构的相关部分。

或者，鉴于化学家的解释性和预测目标，鉴于化学家的解释性和预测目标，并非所有厚机构都是所需的。 事实上，只有特定结构，过渡状态和稳定的反应性中间体的表征是产生化学解释和预测所必需的。 构造机制作为稳定和反应结构之间的离散系列步骤允许化学家：

...用于识别或指定哪些标准变化作为“瓶颈”（或在化学尺寸中，“反应进展的”速率确定步骤“）......使其显而易见的是，替代路径是并且不可用的地方...... [和]推断出关于结构的东西在提出机制的特定反应中的重要中间体（2012年Goodwin，第314页）。

因此化学家的解释性目标要求确定反应机制的特定特征。 其余的较厚机制不一定为解释添加任何解释性相关的细节。

5.2反应机制的确认

化学家通常不会从事关于他们的工作的哲学讨论。 然而，在讨论反应机制的确认时，看提并提及围绕确认的哲学问题并不罕见。 那么为什么改变反应机制的研究使化学家更加哲学上反射？

一方面，几乎所有旨在阐明反应机制的研究依赖于间接技术。 理想地，阐明反应机制就是在生物力学中进行实验。 慢动作视频可以提供有关零件运动的直接信息以及这些运动如何产生整体的运动。 但我们对化学反应的视频相机没有任何东西。 相反，在实验结果确定反应产物和可能的稳定中间物质中可能分离后，化学家依赖于不同条件，光谱学和同位素标记的反应速率的测量，以及其他技术。 这些技术有助于消除候选反应机制，但本身并不直接建议新的反应机制。 这种强调消除可能性导致一些化学家们赞同对反应机制阐明的蒲图分析（例如，木匠1984）。

虽然一些化学家被伪造的分析所吸引，但更好地分析了反应机制阐明是一种称为消除诱导的确认。 本账户股份批准强调试图拒绝假设，但认为未拒绝的假设获得一定程度的确认。 因此，在反应机制的情况下，我们可能会看到消除归纳作为化学家的过程：

枚举反应机制的合理候选者。

考虑这些机制的实验后果，抽出可以测试机制的反应条件列表。

设计实验，其差异地评估给定的一组背景条件的两个假设。

进行这些实验，拒绝反应机制假设显示与实验结果不一致。

在此过程之后，化学家可以简单地伪造：它们为尚未被淘汰的机制增加了确认权。 事实上，在讨论类似的问题时，生物化学师John Platt（1964）认为，良好的科学推论是强烈的推论，从而在实验中的目标是消除一个或多个假设。 若干当代哲学家已经认可了消除科学诱导的作用（例如，2010年Bird 2010，Dorling 1995，Kitcher 1993，Norton 1995）。 很容易看出它如何在贝叶斯和其他定量框架中建模，以便确认。 具体地，作为特定的候选反应机制被消除，其中一个剩余机制是正确的概率（参见Earman 1992详细信息）。

消除诱导的一个难度是相关替代假设的来源，在这种情况下，在这种情况下反应机制。 没有用于生成这些机制的算法过程，并且始终存在正确的机制尚未考虑的可能性。 这是一个真正的问题，我们相信这是一个激励化学家在思考机制时转向伪造的问题; 他们所能做的就是评估他们所想到的合理机制。 然而，我们看到消除归因作为机械化学家认知者的更合理的反映。 这个问题不是关于与实验 - 化学家兼容的机制的不确定性，有证据表明有利于这些的证据。 相反，问题与无核状的替代品。 结构提供了一种解除这种机制可能性的一种方法：Hoffmann（1997年，第29章）提供了在他对H. Okabe和J.R. Mcnesby使用同位素标签的讨论中明确消除的明确消除推理的一个美观例子。消除了两个乙烷光解三种可能的机制。 但这是科学的所有部分的问题，而不仅仅是机械化学，而消除的归纳一直在化学家推理中发挥了作用。 van'T Hoff如何为四面体碳原子争论？ 首先，首先，只要考虑到空间中原子的排列，就可以考虑某些有机物质的异构体的观察号和各种异构体。 然后，他通过拒绝平面平面排列来为碳原子进行四面体几何形状：如果碳的几何形状是方形平面，则将存在比观察到的取代甲烷的异构体。 因此，例如，如果是平面平面，则二取代的甲烷（形式CH 2×2）应具有两个可分离的异构体，而只能找到一个可分离的异构体。 相反，假设四面体安排将符合观察到的异构体（Brock 1992）。

5.3化学发现的逻辑

在他的经典讨论中，Hans Reichenbach区分了发现的背景和理由的背景。 他的区别旨在强调我们可以以确认理论的形式对科学理由进行科学理由的逻辑分析，但是对于产生假设来说，永远不会有一个逻辑程序。 假设产生是科学的创造性部分，而确认是逻辑部分。 近年来，这种区别受到那些看到有助于理由的发现的道路的挑战。 但化学为Reichenbach提供了更有趣的挑战：它显然会给我们发现的逻辑。

有两个子场，其中化学家有时会谈论发现的逻辑或程序。 首先是合成化学。 e.j. Corey（Corey＆Cheng 1989）提出，有机分子的合成可以根据逆转性分析的逻辑合理地计划。 在综合有机化学中系统化了漫长的传统，Corey显示了如何通过找到一系列“断开”的键来从目标分子向后推理的如何理解哪一个人知道如何制作。 所得到的断线树为合成提供了潜在的途径，然后可以通过合理性评估，或者在实验室中简单地尝试。

化学家开发了发现逻辑的另一个领域是在药物设计领域。 例如，Murray Goodman（Goodman＆Ro 1995）提出了为开发新药物的候选分子进行四步程序。 说你有兴趣制作更有效地靶向大脑中的吗啡受体之一的药物。 您首先制作吗啡的分子类似物，也许具有更受限制的结构。 成功合成后，通过光谱学和计算机仿真研究分子的三维结构。 然后，在生物学测定中测试您的分子以查看您是否已成功地瞄准受体以及在多大程度上。 然后根据您获得的信息，修改结构，希望在每次迭代中提高。

来自化学的这些例子对Reichenbach的主张施加压力，即没有发现的逻辑。 此外，他们说明了如何，当科学涉及创造新事物时，发现程序可能会成为必不可少的。