化学研究中的物理方法向化学的移植
化学先生 / 2019-08-17
科学史表明，化学作为“受系”而接受物理学提供的移植方法很多，主要包括慨念、原理和方法等三部分。这种移植的结果是物理化学和化学物理学两门分支学科的先后建立。前者可以1887年(物理化学杂志)创刊为标志，后者可以1933年(化学物理杂志)创刊为标志。由于物理学和化学的交叉移植,在化学史上曾取得一系列的重大成果。例如,荷兰化学家范霍夫因研究化学动力学、化学平衡、渗透压等,而获得1901年化学诺贝尔奖;瑞典化学家阿伦尼乌斯因研究溶液理论和电离学说，而获得1903年诺贝尔化学奖;德国化学家奥斯特瓦尔德因研究化学动力学、化学催化，而荣获了1909年诺贝尔化学奖。范霍夫、阿伦尼乌斯、奥斯特瓦尔德三人,被化学史家戏称为“物理化学三剑客”，也有称为“物化三巨星”的。他们的成功说明，学科之间交叉移植是大有前途的领域。
物理学概念向化学领域的移植，主要有两种情况:第一，物理学的概念在化学领域得到直接应用，可称之为“直接应用型移植”;第二，物理学的概念移植到化学领域中，为了适用于化学的特殊性而衍生出新的概念,可称之为“行生型移植”。
现代物理实验技术移人化学，不仅拓宽了化学研究的领域，而且为现代化学理论的产生和发展提供了强有力的手段，从20世纪30年代末开始，伍德沃德就运用红外和紫外吸收光谱技术来研究有机分子的结构,并以此为指导合成了一系列较复杂的有机化合物，如奎宁、胆甾醇、马钱子碱、皮质酮、利血平、叶绿素、四环素、维生素B12等。正是在这种有机结构分析和-系列有机合成的经验基础上，伍德沃德和霍夫曼于1965年提出了著名的分子轨道对称守恒原理。该原理为解释和预示一系列化学反应的难易程度和其中产物的立体构型提供了理论根据。分子光谱的实验数据还可用于计算理想气体的热力学函数，促进了化学热力学的发展。
此外,以 x射线衍射技术为基e础的结构分析技术的引人与发展，对现代化学的发展，尤其是对晶体与分子结构的研究提供了坚实的实验基础。就在x射线衍射技术诞生的第工年(1913年)，其创立者布拉格父子(W. H. Bragz:1862 1942:W.LBragg:1890~ 1971)便对氯化钠和氯化钾品体进行了测定。借助这种技术，人们首次认识了这类晶体中的全部氯离F(CT- )与钠离子(Nat +)或钾离子(K+ )通过没有饱和性和方向性的离子键结合成一个整体，而并不存在单个的氯化钠或氯化钾分子。在20世纪50年代以后，凡属有代表性的无机物和有机物的品体结构都运用x射线衍射法进行了测定。该技术还在研究硼氢化合物、过渡金属元素有机物以及蛋白质等新型或复杂的物质结构和性能方面发挥着重要作用。
总之，现代物理实验技术向化学领域移植，其广度和深度都与日俱增。可以说，现代化学的重大进展儿乎都同这种技术移植密切相关，而现代化学的发展也在一定程度上取决于这种移植。这种技术移植与上述概念和原理(包括有关方法)移植的主要区别在于后者主要为化学提供演绎性质的理论基础和形式化的表述语言:而前者主要为化学提供归纳的实验基础和实用性的物质手段。就对物质结构的研究而言,归纳性的研究首先是依靠物理学移人的实用技术手段(如原子光谱、分子光谱、X射线衍射、质谱、能谱等)测量一系列物质内部原子的排列、电子的运动等的表征数据,然后归纳总结出-般性的结论。其实,化学研究基本上是在归纳和演绎的逻辑途径上展开的，而物理学的概念、原理、方法和技术的移人对这两种研究途径都产生了重大影响(尤以对演绎途径影响更甚),物理研究工具向化学移植更是会产生不可估量的效果。所以，化学研究中移植方法的重大作用是不可忽视的。
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