化學家的創(chuàng)造性思維想象和化學理論構思
化學先生 / 2019-08-16
作為創(chuàng)造性形象思維的想象是指，基于以往的經(jīng)驗和訓練,有可能在頭腦中產(chǎn)生的獨創(chuàng)性的科學設想。獨創(chuàng)性的設想是指某種新的聯(lián)想和獨到的見解,有時也表現(xiàn)為某種大膽突破傳統(tǒng)思維方式的假設與推測。這種獨創(chuàng)性的設想還在于發(fā)現(xiàn)兩個或兩個以上研究對象間的聯(lián)系。想象還常常以形象化構思方式來表達與描述發(fā)現(xiàn)。“科學家以很多方式從事他們的工作。許多科學家往往是靠極其豐富的想象力(卓越的新思想)來做出發(fā)現(xiàn)的”,著名化學家L.鮑林指出:“好奇心和活躍的想象能力是科學家的寶貴財富。"惰性氣體氨的發(fā)現(xiàn)，首先是靠化學家的想象力完成的，1868年8月16日,法國天文學家詹遜在印度觀察日全食時，發(fā)現(xiàn)太陽上有一條與鈉的譜線相似的黃色D譜線但D絕對不是鈉的譜線，這時詹遜就大膽想象:D是太陽上獨有的“太陽元素”。25年以后，美國礦物學家希爾布德在用無機鹽處理瀝青鈾礦時，獲得一種新氣體后經(jīng)拉姆塞、克魯克斯證實，該氣體就是“太陽元素”，命名為氮。
關于想象力在化學家的創(chuàng)造性思維活 動中的地位與作用，英國物理學家丁達爾0. Tyndall1820~ 1893)發(fā)表過頗引人思考的意見。他認為:“有了精確的實驗和觀測作為研究的依據(jù)想象力便成為自然科學理論的設計師..根據(jù)化學的實際，道爾頓富有建設性的想象形成了原子理論。"四化學史實已經(jīng)證明:道爾頓是從氣象觀測出發(fā)，進而研究空氣的組成、混合氣體的擴散和分壓，總結歸納出氣體分壓定律.井設想空氣由不同大小與重量的原子所組成;道爾頓還通過化學實驗測定原子的相對重量，并把原子概念從氣象學、物理學移人化學領域，創(chuàng)造性地把原子量引入化學研究并經(jīng)嚴格的邏輯推導，終于逐步建立起了科學的原子論體系。追湖這一理論構思的過程，可以使我們看到“富有建設性的想象”是如何使道爾頓完成了他的創(chuàng)造偉業(yè)的。
道爾頓在回顧其科研歷程時指出:“由于長期做氣象記錄，思考大氣組分的性質，我常常感到奇怪，為什么復合的大氣、兩種或更多的彈性流體(即指氣體和蒸汽)的混合物，竟能在外觀上構成種均勻體， 在所有力學關系上都同簡單的大氣一樣?接著，他分析比較了牛頓的原子相互排斥的理論和貝托雷(C. L. Bertholle的e大氣化學結合假說，發(fā)現(xiàn)牛領的觀點有著時代的局限，沒有考慮到大氣是由幾種密度不同的氣體所構成，面貝托雷用化學親和力來解釋大氣是個均勻體，它與高度無美，也是值得懷疑的，因為“當一種氣體和另種氣體混 合時，并沒有明顯的化學結合的跡象，這種親和力是很微弱的，而不是像在其他大多數(shù)場合下所看到的那樣激烈”。觀察和實驗事實證明了道爾頓的觀點，但道爾頓并沒有輕易否定前人的假說，他要繼續(xù)思考。“為了使這種大氣的化學結合假說符合或適應牛頓的原子相互排斥的理論，我開始在紙上書寫氧、氮和水的原子.陸續(xù)地把它們相互結合并在它們周圍施加以熱的作用因素....道爾頓設想是否可把牛頓的原子相互排斥的觀點與大氣的化學結合的見解協(xié)調起來，以解釋大氣混合組成的均勾性。他借助于獨創(chuàng)的化學原子符號和圖式來展開這種設想。結果他發(fā)現(xiàn)，這樣協(xié)調處理的結果會導致整個混合氣體的密度和氮的比重相同。道爾頓深知，“這種情況是刻也不能 允許的，因為這不符合觀察到的現(xiàn)象與實驗的事實”。最后道爾頓終于完全放棄了大氣的化學結合假說，并代之以另一種設想:把每個水原子、氧原子和氮原子均衡加熱，使它們分別成為排斥的中心，在混合狀態(tài)如同在單獨狀態(tài)時一樣，即每個原子都能排斥其他原子。但道爾頓經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):這種設想，當氧已經(jīng)在最下面，而水在上面時.仍然是無用的。因此，如何闌明混合大氣的均勾性仍然面臨著理論上的困難。
1801 年,道爾頓又提出一個新設想,他說，“按照該設想，一種原子只能排斥與自己相同的原子，而不能排斥其他種類的原子。這種設想對說明任何氣體在另一種氣體中的擴散最為有用。不管它們的密度怎樣，都能使氣體的任何混合物與牛頓的理論完全協(xié)調一致。”但與此同時，道爾頓意識到，這種設想仍有不要之處,具體表現(xiàn)在:首先，氣體有多少種就要假定有多少種不同的排斥力，這就失去了統(tǒng)一性;其次，還要假設熱在任何一種情況下都不是排斥力，而這肯定是不大可能的:此外,道爾頓還指出:“我從一系列實驗里發(fā)現(xiàn)，氣體相互擴散是一個緩慢的過程，需要很大的作用力。”道爾頓又陷人了沉思:“在思考這個問題時，我發(fā)覺我還沒有考慮到在彈性流體中質點大小不同的影響...而如果大小不同，則按照排斥是熱這個假說，大小不同的質點在彼此接近時就不可能建立平衡。”這就是說，不同種類氣體的原子的大小都各不相同的話,那么由這種大小的不同所產(chǎn)生的不平衡才是造成混合氣體均勻性的重要推動力一這是道 爾頓的獨特設想， 也是一種巧妙的構思，它是在1803年被提出的。道爾頓由此推論:“所有不同種類的氣體，它們的原子大小都各不相同。我們的目的就是測定在一定體積內(nèi)原子的相對大小和重量,以及它們的相對數(shù)目。這就引導到氣體的化合以及參加化合的原子數(shù)目”正是沿著這條思路的邏輯發(fā)展,結合大量的實驗事實和數(shù)據(jù),道爾頓發(fā)現(xiàn)了倍比定律,并建立起科學原子論的體系。
從道爾頓原子理論構思過 程的考察分析中,我們可以得到啟示:道爾頓具有極其活躍的想象力，慣于用具體的形象和圖式來描繪神秘的自然力，如把原子符號化、圖式化。在他的想象中，作為“終極質點”的原子是以數(shù)學的準確性有條不紊地排列著;而用它們的不同組合和變動能解釋任何化學現(xiàn)象。一般來說，在化學物質和反應的研究中.并不是在化學經(jīng)驗材料十分完備以后，才去構思其內(nèi)部結構和反應機制的圖景。實際上.當化學研究的問題或目標在總體上明確以后，化學家就開始根據(jù)收集到的資料和線索，進行科學的假設或想象了。在整個研究過程中，不斷提出一個個設想，又一一次次地在實驗中予以檢驗。可以說，在化學研究中.想象常常激勵著化學家去探求物質結構和化學反應的底蘊。道爾頓把模糊的原子構想，變成了愈來愈清晰的原子論圖景.就充分表明了這一點。此外，在進行想象時.常將設想在頭腦中構成形象，從而更易于理解和把握,并進一步激發(fā)想象。道爾頓就是把原子符號化、圖式化，從而提供了用符號和式子表達任何化學物質及其變化的可能性,并表示出化合物的實際組成與結構。
總之，像道爾頓所具有的這 種建設性想象是一 種創(chuàng)造性思維活動。它使得道爾頓抓住由實驗提供的線索，運用形象化構思去把握原子的存在與運動.從而建立了科學的原子論。對此.人們極表贊賞:道爾頓“似乎是用他的手開始做實驗，然而卻是用他的頭腦來結束這些實驗的"。作為一個化學研究工作者,基于豐富的化學經(jīng)驗，自覺地培養(yǎng)自己具有道爾頓那樣的“用頭腦結東實驗、用創(chuàng)造性思維來把握本質"的科學素質是很有實際意義的。
![1,8-二氮雜二環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯](images/201812/thumb_img/1103_thumb_G_1545291985569.jpg)
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