不少學(xué)生甚至老師抱怨化學(xué)沒有數(shù)學(xué)和物理那樣嚴(yán)謹(jǐn)有序的體系章法,學(xué)科知識(shí)顯得過(guò)于瑣碎零亂。這其實(shí)是對(duì)化學(xué)的誤讀,真正懂化學(xué)的人明白化學(xué)知識(shí)自有其內(nèi)在的統(tǒng)一性之美和深刻的思想觀念。下面是自己一些不成熟的體會(huì):
一,元素觀。不僅告訴我們龐大的物質(zhì)世界不過(guò)由周期表中的百十號(hào)元素組成,在化學(xué)反應(yīng)中元素保持不變,從而理解物質(zhì)的多樣性與統(tǒng)一性,另一方面要認(rèn)識(shí)到這百十號(hào)元素并非孤立,它們呈現(xiàn)出內(nèi)在聯(lián)系與統(tǒng)一性,即元素周期表和周期律,包括各種族和區(qū)的劃分,這是一種整體的大元素觀。
二,微粒觀。宏觀物質(zhì)由不同層次不同形態(tài)的微觀粒子構(gòu)成,如原子分子離子高分子,同種元素可以形成不同形態(tài)的微粒,如鈉單質(zhì)與食鹽中的鈉離子,亞鐵離子與鐵離子,氧分子與臭氧分子,它們性質(zhì)截然不同?;瘜W(xué)就是在泛分子(從亞原子到超分子)層次上研究物質(zhì)的一門科學(xué),并用簡(jiǎn)潔統(tǒng)一的化學(xué)符號(hào)來(lái)表示不同的微粒及其變化。從宏觀變化到微觀機(jī)理再到符號(hào)表示,“宏--微--符”是化學(xué)的最大特色。
三,構(gòu)性觀。即結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)。物質(zhì)豐富多彩的性能背后是其內(nèi)在豐富多彩的結(jié)構(gòu),這一點(diǎn)在有機(jī)化學(xué)中表現(xiàn)得更是淋漓盡致(如同分異構(gòu)體,如官能團(tuán))。再如蛋白質(zhì),正因?yàn)樗哂袕陌被岵煌B接順序的一級(jí)結(jié)構(gòu)到肽鏈空間折疊的復(fù)雜而精致的四級(jí)結(jié)構(gòu),才使其具有各種各樣的功能并扮演起生命物質(zhì)基礎(chǔ)的角色。
四,相互作用觀。構(gòu)成物質(zhì)的微粒是運(yùn)動(dòng)的和相互作用的,不同層次的微粒間以不同的作用力相結(jié)合(如化學(xué)鍵,范德華力),并通過(guò)有效碰撞實(shí)現(xiàn)元素的化合與化分,從而導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生,同時(shí)微粒間作用力的破壞或形成伴隨能量變化。
五,轉(zhuǎn)化觀。化學(xué)最大的魅力就是合成制備物質(zhì),通過(guò)原子重組發(fā)生化學(xué)反應(yīng),其“無(wú)中生有,變廢為寶”的神功常常讓人驚嘆不已。合成化學(xué)是當(dāng)今文明的頂梁柱,化學(xué)在物質(zhì)轉(zhuǎn)化方面的功能使其在各種自然資源的開發(fā)利用中充當(dāng)主角。化學(xué)的魅力在于:改變分子,就可以改變生活改變世界。
六,分類觀。現(xiàn)在的化學(xué)物種已超過(guò)8000萬(wàn)種,其性質(zhì)與反應(yīng)更是不計(jì)其數(shù),所以不論是教學(xué)還是研究都需要分類。如把化合物分成有機(jī)化合物與無(wú)機(jī)化合物,還分為酸堿鹽和氧化物等。再如化學(xué)性質(zhì)一般可從“氧還,酸堿,絡(luò)合”等角度分析。又如化學(xué)反應(yīng)類型,也是按不同機(jī)理分類研究的。
七,守恒思想。讓我們認(rèn)識(shí)到千變?nèi)f化的現(xiàn)象背后隱藏著不變的東西,化學(xué)反應(yīng)“雖變幻無(wú)窮,但變中有定”,如質(zhì)能守恒,很多化學(xué)問題的分析用“原子守恒,電荷守恒”等觀念,??梢允箚栴}化繁為簡(jiǎn)。
八,定量思想。如化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行受數(shù)字支配,即按方程式中對(duì)應(yīng)化學(xué)計(jì)量數(shù)進(jìn)行。又如化學(xué)平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度受平衡常數(shù)的制約?;瘜W(xué)研究要更深入和準(zhǔn)確的話,其定量化的程度必須進(jìn)一步提高。
九,動(dòng)態(tài)平衡思想。要意識(shí)到很多物理化學(xué)過(guò)程因可逆而具有限度,最終會(huì)處于動(dòng)態(tài)平衡,如化學(xué)反應(yīng)平衡,溶解平衡,電離平衡等。更要認(rèn)識(shí)到動(dòng)態(tài)平衡表面上穩(wěn)定靜止但實(shí)際上充滿活力與可變性,是特定條件下達(dá)成的,因此也是因條件而改變的。
十,能量最低原理。這是自然界的一條普遍規(guī)律,降低自身能量趨于穩(wěn)定是很多物理化學(xué)過(guò)程自發(fā)進(jìn)行的主要?jiǎng)訖C(jī),如鈉與氯的化合,金屬在溶液中的溶解,多電子原子的核外電子排布,分子結(jié)構(gòu)及配位鍵的形成等。
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