化學(xué)研究中的觀察方法
化學(xué)先生 / 2019-08-08
科學(xué)觀察是指在自然發(fā)生的條件下，人們對自然現(xiàn)象進行收集.描述和記載的一種手段。 觀察方法包括質(zhì)的觀察與量的觀察兩方面。由于觀察方式的不同，觀察還可分為直接觀察與間接觀察自然觀察與實驗觀察、肉眼觀察與儀器觀察、地面觀察與空間觀察等各種形式。名稱不同，但觀察的目的是共同的。
1.觀察是用感官來研究自然現(xiàn)象的方法。
觀察是利用人的感官(眼、鼻、舌、身、耳)直接獲取關(guān)于研究對象的大小、形狀、顏色以及變化等各種感性知識。在化學(xué)研究中，人們常常利用眼睛來觀察化學(xué)反應(yīng)中的顏色變化,用鼻子來鑒別反應(yīng)中的氣味改變，用皮膚來感知氣溫的高低,等等。利用這種感官觀察，可以獲取科學(xué)研究的最初材料。
但是,這種觀察方法存在很多缺點。第一，觀察結(jié)果的不確定性。對于同一事物或同一現(xiàn)象，不同觀察者的觀察結(jié)果不一定 相同，甚至同一觀察者所作的同一過程的觀察，其結(jié)果也可能不一一樣。這種結(jié)果的差別，主要與觀察者的年齡、性別、職業(yè)、學(xué)術(shù)水平、身體健康狀況等因素有關(guān)。第二，人的感官本身存在缺陷。例如，對化學(xué)反應(yīng)中的顏色轉(zhuǎn)變,眼睛的辨別靈敏度有10%的誤差。又如,對于快速運動，人從眼睛看見到在人腦中引起反應(yīng)，也需要一定時間。 第三，感官也會產(chǎn)生錯覺。例如，我們看到紅色物質(zhì)，便誤認為這是物質(zhì)本身的顏色，卻不知道事實恰恰相反。物質(zhì)的顏色是其吸收了太陽光中的其他可見光之后反射出來的顏色。因此科學(xué)工作者在科學(xué)研究中，必須掌握觀察的基本方法，充分發(fā)揮感官的特長，減少乃至避免感官局限所帶來的誤差。清醒而又理智的化學(xué)家，都十分注重觀察,但又不會被幻覺所左右，不會受幻聽、幻視的影響。
各種儀器出現(xiàn)后，人們的感官延長和擴展了，開始借助于儀器進行觀察，從直接觀察發(fā)展到了間接觀察。儀器可以使人的感官延長，可以減少人的感官錯覺，但任何觀察儀器都需要人去使用，最后結(jié)果也需要被感官接受并經(jīng)過人的大腦處理后形成感性認識。
2.觀察是化學(xué)研究的重要方法。
古代化學(xué)家之所以能夠有所發(fā)現(xiàn)、有所創(chuàng)造，最重要的一點就在于他們善于觀察。抓住觀察到的自然現(xiàn)象.實驗現(xiàn)象，深究不止，終于發(fā)現(xiàn)了規(guī)律性、本質(zhì)性的東西。在化學(xué)研究的早期，由于實驗裝置簡陋，大量的研究是靠觀察自然現(xiàn)象完成的。例如，早在商周時期,因為觀察到炭是比未柴更好的燃料，人們逐步學(xué)會了用木炭來冶煉金屬。在冶煉中逸出的硫和二氧化硫以及從溫泉中放出的硫，直接刺激著人們的感官,使人們認識到硫的一些性質(zhì)，諸如硫有毒性，著火而飛，很難控制。在長期的生產(chǎn)活動中,通過觀察，古人也認識了硝石的化學(xué)性質(zhì),發(fā)現(xiàn)硝石能和許多物質(zhì)發(fā)生作用。
化學(xué)走入近代以后.雖有了較多的化學(xué)儀器，但仍需要實驗者去進行肉眼感官觀察。因此,這個時期，一些重大發(fā)現(xiàn)主要還是依賴于觀察。例如，人類對火和燃燒現(xiàn)象進行觀察，促使人們追究燃燒現(xiàn)象的本質(zhì)。由于人們觀察的最普遍感覺是物體燃燒時,好像有某種東西(煙、氣從中逃走,從而產(chǎn)生了18世紀的“燃素說"。還是由于人們對燃燒現(xiàn)象的深人研究，觀察到有“可使燃燭熄滅”的氣體;有“易燃空氣”，等等。隨后又研究了這些不同氣體的性質(zhì)，從而發(fā)現(xiàn)了氣體的多樣性和空氣的復(fù)雜性。到了18世紀下半葉，人們終于弄清了燃燒現(xiàn)象的本質(zhì)。
現(xiàn)代化學(xué)有了越來越精密的儀器，自動化記錄使用也較廣泛、逐步有了數(shù)字化的實驗過程。然而僅僅有大量的數(shù)據(jù)，如果不配合上人們必要的觀察手段，以及對全部實驗現(xiàn)象的仔細記錄與分析，化學(xué)研究仍然會一事無成。例如，運用氣相色譜儀分離與分析某些有機物的混合物時，只需把樣品送人儀器，便可得到自動記錄出來的譜圖。但必須經(jīng)過實驗者將所得的這些譜圖與在相同條件下所得到的標準樣品的譜圖進行對比，才能得到未知物的定性及定量分析的準確結(jié)果。由此可見，化學(xué)工作者必須學(xué)會觀察方法，而且,必須做到善于觀察、客觀科學(xué)觀察。
怎樣做到正確觀察呢?
首先,觀察時，必須保持對象處于自然發(fā)生的狀態(tài)之下。否則，一經(jīng)人為干預(yù)，勢必改變對象的表現(xiàn)形式，失卻對象的客觀性質(zhì)，也就得不到真正的客觀規(guī)律。例如，有些觀察者常常先人為主，帶著主觀框框去觀察,結(jié)果造成了觀察結(jié)果的失真。
應(yīng)當指出，觀察時要力求避免錯覺。一方面充分估計能導(dǎo)致錯覺的因素,在觀察中特別加以注意。另一方面要避免先人之見，切忌想當然，對各種關(guān)系、各個方面都要進行全面考家如，現(xiàn)察時象存在的條件，它的各種表現(xiàn)形志，它在時現(xiàn)正的帶及不同條件下的交化等，風(fēng)案中，要盡可能廣泛地搜集有 關(guān)的信息反復(fù)棟對記行觀察，決不能輕易下結(jié)論，避免錯誤。
其次，做到全面觀察?？茖W(xué)史上很多事例都可以說明，僅依據(jù)有限的要聞倉促出的結(jié)論輕常是錯誤的。坐井觀天，直人損象，更是抓不住事物的本質(zhì)。反之，堅持較全面的觀察，用較充分的材料導(dǎo)出的結(jié)論才是可靠的。例如,盧瑟福在研究貝克勒爾現(xiàn)象時，經(jīng)認真觀察，，發(fā)現(xiàn)了鈾的放射性成分中有。輻射和日輻射，從而創(chuàng)立了重元素自發(fā)蛻變的理論，并于1904年出版了《放射性》一書。
化學(xué)研究中的觀察方法，是比日常 觀察要求更高的科學(xué)觀察。特別是在觀察全而性方面，不僅要認真仔細、點不漏地觀察并及時記錄現(xiàn)象，而且還要對比對照地去觀察在各種不同條件下的特殊現(xiàn)象。否則，也會產(chǎn)生錯誤結(jié)論。例如，如果只觀察到常溫下某物質(zhì)是氣體，而不去在不同溫度下進行對比觀察，就會誤認為該物質(zhì)只能處于氣態(tài)。殊不知在低溫下,其可能是液體;在更低溫度下，還可能是固體。由于觀察的片面性.造成對該物質(zhì)的認識不完善甚至錯誤。在化學(xué)研究中，往往還需要不同的人對同現(xiàn)象進行觀察， 即更換觀察者，避免片面性，以求得到全面可靠的材料。
研究中，有時即使是 正確的觀察也難免具有局限性。因為研究對象是不允許人為干預(yù)的，是自然發(fā)生的過程。這會造成觀察的局限性:第一，通過觀察，只能得到事物的某些現(xiàn)存現(xiàn)象，某些現(xiàn)象往往時過境遷，不能自發(fā)重現(xiàn)。這限制了人們做進一步的深入研究。第二,通過觀察，只能得到事物的表面現(xiàn)象，欲深入了解產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因，以及各種外界條件對此現(xiàn)象的影響等情況，運用觀察方法是得不到的。例如，只看一塊礦石的結(jié)晶形狀及顏色，就很難立即斷定其組成、結(jié)構(gòu)和成礦過程，更無法說明其成礦本質(zhì)和規(guī)律。所以恩格斯說:“單憑觀察所得的經(jīng)驗，是決不能充分證明必然性的。”中用眼睛觀察和用頭腦思考結(jié)合起來，才能取得成功。1828年，德國化學(xué)家維勒合成尿素,就是一個典型例證;他在把氰化物與氨水混合實驗時，意外地出現(xiàn)白色沉淀，他當時誤認為是氰和氨的化合物，但他經(jīng)敏銳思考后,認為不可能經(jīng)反復(fù)研究，合成了尿素，但維勒也曾因不認真、不精細，而有過失誤:他在瑞典斯德哥爾摩跟著貝采利烏斯進修時，老師讓他分析黃鉛礦成分，也出現(xiàn)過意外沉淀，他誤判為鉻化物沉淀。后來，此物質(zhì)經(jīng)瑟夫斯特木重新分析，發(fā)現(xiàn)了新元素釩。
化學(xué)變化是復(fù)雜的自然現(xiàn)象,進行化學(xué)研究，運用觀察方法是必要的，但又是遠日遠不夠的。在化學(xué)研究中更常用的獲得感性認識的方法是實驗方法。
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