化學中的幾何學方法
化學先生 / 2019-08-19
化學運動廣泛地涉及數(shù)和形的問題，對于形的問題，化學問題又可以化為幾何問題來處理。
化學中的幾何學方法主要有三方面:
其一，幾何模型。結晶化學、結構化學常用這種方法。
其二，圖表方法?；瘜W的各個分支兒乎都用圖表方法，尤其是分析化學，化學分類學、原子光譜分子光譜分子能譜等領域,圖表方法的應用更為廣泛。
其三，解析幾何的曲線方法。 這種方法在物理化學中應用極為廣泛，主要包括以下三方面:
1. 幾何模型法。
化學模型方法和幾何思想兒何方法有著十分密切的聯(lián)系。一個化學結構模型的誕生，不僅要靠實驗研究和理論上的探索，還與研究者的形象思維能力、兒何水平有直接聯(lián)系，同時，也與化學家的美學修養(yǎng)直接相關。近年來，科學家們對科學中的美學方法越來越感興趣，化學結構的對稱與對稱破缺的和諧統(tǒng)，化學 過程的協(xié)同性和復雜性,都在人們面前展現(xiàn)出十分誘人的方法論奇景。這些研究無疑會給化學家?guī)韻湫碌乃枷胗^念。按庫恩的觀點，這也可能是出現(xiàn)一種新的化學研究范式的前兆。
例如,對二茂鐵(雙環(huán)戊二烯基鐵)的結構、二苯鉻的結構（圖14-1），都要靠幾何模型加以說明，這種方法
形象而生動，可以給人直觀的認識。
總之 ,幾何模型方法在化學上有極為廣泛的應用，用此法的關鍵在于"神似”,形象地反映化學物質的本質。
2. 圖表方法。
圖表方法 在化學研究中所取得的成功，大概給人們的印象是最深刻的。1869 年門捷列夫的周期表是盡人皆知的。這種方法后來在遺傳學上又取得了突破，遺傳密碼表的出現(xiàn)，不能不說是受到元素周期表的啟發(fā)。此外,還有基本粒子表、核素圖等新的研究成果，都是用圖表法取得突破的。所以，我們完全有理由說，圖表方法盡管是古老的，但仍然有強大的生命力，它還會經(jīng)常地給人們帶來靈感和收獲。
圖表一般可以分為統(tǒng)計圖表、位置圖表解析圖表等。
統(tǒng)計圖表在分析和抽樣研究中起著重要作用，這種圖表比較簡單，做起來并不難，但對圖表的分析結果則不盡相同，一般人只是看到了其中的數(shù)學，而各學科的專家則可以從這種圖表中獲得頓悟、直覺、靈感和啟發(fā)。
其次是位置圖表，這就要求 我們把研究對象全部收集到一個系統(tǒng)中，使它們在表中各有各的位置。像化學元素周期表、核素圖、基本粒子表，還有現(xiàn)在-些學者研究的有機化合物“周期表”，都屬于這種圖表。這種圖表一且能正確反映客觀時，其空位都會成為科學預見的關鍵，利用空位，采取“對稱填補法”可以提出預見和猜想。
再次是解析圖表，一股是利用函數(shù)y=f(ax)中自變量和因變量的關系，列成圖表,畫出曲線。如果是多參數(shù)的復雜體系，畫出這種圖表也并不容易，如果自變量和因變量之間只有不確定的相關性，這種表和圖也不易作出。但是，這種解析圖一且出來我們就可以根據(jù)曲線的變化方向和趨勢，做出判斷和預測。
3.解析幾何曲線方法。
解析圖表和曲線在化學中用途十分廣泛，這種方法不僅可以解釋實驗過程，還有一定的預見性?；瘜W中各分支幾乎都采用這種方法。
例如,物理化學中溶 液中溶質的標準態(tài),可以用右面曲線表示(圖14-2):
在探索物質結構的過程中，也大量采用解析圖表。
例如,某些物質的紫外光譜也用曲線來表示。這種解析曲線在化學研究中有極為普遍的意義，在運用時，關鍵在于正確地選擇坐標和參數(shù)，一般用平面坐標,萬不得已也可用三維立體坐標、球面坐標等。
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