自然辩证法与分析化学.doc

自然辩证法与分析化学摘要：本文从自然辩证法的角度来透视分析化学的发展历程既；早期的朴素自然观决定了人们认识世界的方式是感官分析，这就是早期的分析化学；化学家将辩证法的思维方式引入分析化学，使分析化学由单纯的实验向理论过渡，并且结合化学四大基础理论，使得分析化学家的检测技术一跃成为分析化学学科，称之为经典分析化学；近年来，分析化学与生物学、物理学和计算机等学科集合起来，走进了仪器分析的时代。 关键词：自然辩证法 早期分析化学 机械化学论 经典分析化学 仪器分析 Natural Dialectics and Analytical Chemistry Abstract：This paper briefly introduces the development of analysis chemistry in the angle of dialectics of nature. In the early times, people know the world by the way of senses due to the early nature simple concept, which forms the early analysis chemistry. Then it transited from simple experiment to theory after the chemists bring the dialectical thinking mode into the subject. On this basis, after applying the four basic theory of chemistry, they let it become a real subject and give it a name that is classic analytical chemistry. In recent years, it came into a new age -instrument analysis with the development of computer technology and so on. Key words: Dialectics of nature Early analysis chemistry Mechnistic chemical Classic analytical chemistry Instrument analysis 分析化学是最早发展起来的化学分支学科，并且在早期化学发展中一直处于前言和重要的地位，被称为“现代化学之母”。在当今社会，分析化学无论是在国民经济的发展方面，还是在科技进步和自然资源的开发等方面，都具有举足轻重的地位。例如：从工业原料的选择、工艺流程条件的控制直至成品质量检测，环境污染物的检测和治理、食品的质量分析和突发公共卫生事件的处理等分析化学都发挥重要作用。因此，从自然辩证法的角度来全面把握和理解分析化学及其发展历程具有重要的科学和实际意义。 分析化学是发展应用各种理论、方法、仪器和策略以获取有关物质在相对时空内的组成和性质的信息的一门科学1又被称为分析科学。自然辩证法是哲学学科的重要组成部分，是人类对自然界和科学技术的本质及其发展的一般规律进行哲学概括所形成的学科，是人类认识自然和改造自然的方法论2。由二者的定义，我们可以看出：作为理论形态，它们都是自然界客观规律的反映，但前者反映的是特殊的自然规律，后者反映一般的客观规律。自然辩证法在对所有的自然然科学的高度总结和概括的基础上建立起来的。因此，从自然辩证法的角度来透视分析化学及其发展历程才能更全面、更深入地把握和理解分析化学。 1、 早期的分析化学感官分析的时代 在化学还没有成为一门独立学科的中世纪，甚至古代，人们已经开始从事分析检验的实践活动。在这个时期，自然科学还处在萌芽中；因此，在人们认识自然的过程中，哲学的思想起着主导的作用。在文艺复兴后期的16世纪，欧洲爆发了一场科学革命，近代自然科学就是在这场革命中诞生的。哲学与科学刚从“神学的婢女”地位中解放出来，便联合起来对付她们的共同敌人经院哲学和亚里士多德科学。在科学革命中形成了两大哲学流派3:机械论哲学和化学论哲学，它们都从不同的角度激烈抨击当时在大学占统治地位的亚里士多德自然哲学，并对近代自然科学的建立都起了重大作用。16世纪的自然哲学公开宣称理性难以理解自然界的神秘。经验并且只有经验才能认识充满宇宙的各种神秘的力4。化学哲学论继承了文艺复兴时期的这种自然主义传统，它由著名的瑞士-德国医生和炼金术家帕拉塞尔苏斯（1493-1541）在16世纪前半叶所创立。化学论哲学是一种用化学（其实当时是炼金术）来解释和了解宇宙中一切现象的自然哲学。在这种哲学思想的影响下，人们为了生产和生活的需要，开始初步对不同物质进行概念上的区别。如为了冶炼各种金属，需要鉴别有关的矿石；采取天然矿物做药物治病，需要识别它们。这些鉴别是一个由表及里的过程，古人首先注意和掌握的当然是它们的外部特征。如水银又名“流珠”，“其状如水似银”，硫化汞名为“朱砂”、“丹砂”等都是抓住它们的外部特征。这就是原始的分析化学，人们用感官对各种客观事物实体的现象和本质加以鉴别。虽然通过这种方法，我们无法全面的了解一个事物的所有特征，但这却为分析化学的雏形，对该学科的建立来说具有非常重要的意义。 2、 近代分析化学分析化学的第一次飞跃 1、1718世纪的分析化学定性和定量分析的开端 16世纪，欧洲发生了文艺复兴运动，人们崇尚科学和人性的解放，对整个封建制度和宗教发起了攻击，封建教会逐渐失去了独裁统治地位，宗教内部也掀起了改革运动，文艺复兴使得整个人类的思想发生了质的飞跃。17世纪中叶，英国爆发了工业革命，工业革命的结果是打破了旧的生产方式，巩固了资本主义，生产力得到了迅速发展。文艺复兴和工业革命给自然科学各门科学的蓬勃发展打下了良好的物质文化基础，成为自然科学发展的强大外力。在这样的一个历史背景下，化学从17世纪买入了近代时期，历时两个半世纪，这个时期最大的特点就是把化学知识的积累由工厂转向实验室，实验方法的确立以及职业化学家的出现使得把化学建立成一门独立的学科成为可能。分析化学作为化学研究的一种重要手段在这个过程重要也完成了它的第一次华丽的变身。 无论是化学成为一门学科还是分析化学独立出来变为一门学科，在这个过程的开端，波义耳在这个过程中起到了很重要的作用。波义耳是这样一个人：一方面，他了解化学家（广义的，包括炼金术士、医药化学家）的工作，并亲自从事化学实验；另一方面，他了解最新的自然哲学既机械论哲学，并创立了微粒哲学。这样的人在17世纪寥寥无几，是波义耳架起了化学和自然哲学之间的桥梁，实现了他为自己确立的目标“促进化学家和机械论哲学家之间的相互理解”。他运用机械论哲学（微粒哲学）来研究化学，使得17世纪下半叶的化学变成了机械论化学，使化学进入了自然哲学的主流5。就分析化学而言，他编写了一本关于矿泉水的专著矿泉的博物学考察相当全面地概括总结了当时已知的关于水溶液的各种检测方法和检定反应。波义耳在定性分析中的一项重要贡献是用多种动、植物浸液来检验水的酸碱性。波义耳还提出了“定性检出极限”这一重要概念。这一时期的湿法分析从过去利用物质的一些物理性质为主，发展到广泛应用化学反应为主，提高了分析检验法的多样性、可靠性和灵敏性，并为近代分析化学的产生做了准备。18世纪以后，由于冶金、机械工业的巨大发展，要求提供数量更大、品种更多的矿石，促进了分析化学的发展。这一时期，分析化学的研究对象主要以矿物、岩石和金属为主，而且这种研究从定性检验逐步发展到较高级的定量分析。其中干法的吹管分析法曾起过重要作用。到了18世纪中叶，重量分析法使分析化学迈入了定量分析的时代。当时著名的瑞典化学家和矿物学家贝格曼( Torbern Bergman ,1735 -1784) 在实用化学一书中指出: “为了测定金属的含量，并不需要把这些金属转变为它们的单质状态，只要把他们以沉淀化合物的形式分离出来，如果我们事先测定沉淀的组成，就可以进行换算了。”这是沉淀滴定法的理论基础。然而，在自然辩证法的历史中，17世纪乃至18世纪的自然科学，仍处于近代科学发展的初期阶段。限于当时的科学发展水平，也在自然观和方法论方面造成了这一时期人类认识自然地局限性。这主要是因为近代科学为了把自己对自然界的认识建立在对自然界的精细研究的基础上，它所采用的主要是分析、解剖的方法；为了认识整个自然界，首先把自然界分成许多部分，分门别类地去研究各个领域的自然现象；为了认识某一自然过程，首先把它加以解剖，去研究各个局部的细微构造；为了认识某一自然过程，首先把它分成若干阶段，在静止的状态上去研究它的某一截面。这种研究方法，为科学认识积累了大量的经验材料，也是近代自然科学获得巨大进展的基本条件。但是，这种做法也给人们留下了一种孤立地、静止地思考问题的习惯。针对分析化学来说，这种研究方法为分析化学成为一门学科提供了一种可能。但是分析化学的发展离不开其他学科的形成和发展，这个时期人们获得的关于自然界的认识主要是对机械运动的认识，这就使得这个时代的自然观不能不带有形而上学和机械论的特征。于是，这个时期的分析化学主要是作为生产和生活所需的一种技艺而已，而它的研究对象乐业主要是一些与当时的工业密切相关的一些物质，比如一些金属和矿物等。这个时期的分析手段也只是由物质的一些物理性质和简单的化学性质来进行原始的定性和定量分析。三、分析化学的华丽转身分析化学的第二次飞跃 1、1920世纪初的分析化学经典分析化学的建立 从19世纪30年代末到70年代，在自然科学的各个领域相继涌现出一系列新的发现细胞学说、能量守恒与转化定律、生物进化论等决定性的重大发现以及自然科学的其他成就，这些越来越深刻地揭示了自然界的辩证性质。这就使得一方面有了在这种接连而来的发现的混乱状态中建立起联系的可能，从而使它们条理化；另一方面，自然科学除了从形而上学思维复归到辨证思维，已经没有其他出路了。这种辩证的思维方式也被化学家应用在了化学的发展中，使化学在这个时期中得到了快速的发展。从18世纪末至19世纪中叶，化学呈现出从收集材料向整理材料发展的势头。在此期间，化学积累了如此庞大数量的实证的知识材料，以致在化学研究领域中有系统地和依据材料的内在联系把这些材料加以整理的要求，已经成为势在必然，而建立化学的各个知识领域相互间的正确关系，也同样成为不可避免。因此，化学开始走进了理论的领域，而在这里单纯的经验的方法就远远不够了，必须运用理论思维才能有所帮助。辨证的思维方法走进了化学后，开始引领化学的发展。分析化学作为化学的一种研究手段，在这个历史发展的必然进程中叶开始了新的旅程。德国化学家汉立希( PfaffChristian Heinrich ,1773 - 1852)在他1821出版的一书中指出:为了使湿法定性检验的问题简单化和减少盲目性 ,应进行初步试验。1829 年，德国化学家罗塞(Hoinrich Rose ,1795 - 1864)首次明确地提出并制定了系统定性分析法。1841年德国化学家伏累森纽斯(Carl Remegius Frese2nius ,1818 - 1897)改进了系统定性分析法，较之罗塞的方案使用的试剂较少。后来又得到美国化学家诺伊斯(Arthur A. Noyes) 的进一步精细研究和改进，使定性分析趋于完善。 同一期间，定量分析也迅猛发展。由伏累森纽斯对各种沉淀组成的测定结果和今天的数据加以对比，可以看出重量分析法到了伏累森纽斯时期已经非常准确。他当年研究的某些测定方法至今仍在沿用，其精确度也很可靠。他还对一系列复杂的分离问题如钙与镁、铜和汞、锡和锑等的分离都提出了创造性的见解。他还将缓冲溶液、金属置换、络合掩蔽等手段用于解决这些问题。直到19世纪末，分析化学基本上仍然是许多定性和定量的检测物质组成的技术汇集。分析化学作为一门科学，很多分析家认为是以著名的德国物理化学家奥斯特瓦尔德 (Wilholn Ostwald ,1853 - 1932)出版分析化学的科学基础的1894 年为新纪元的。20 世纪初，关于沉淀反应、酸碱反应、氧化 - 还原反应及络合物形成反应的四个平衡理论的建立，使分析化学家的检测技术一跃成为分析化学学科，称之为经典分析化学。因此，20 世纪初这一时期是分析化学发展史上的第一次革命6。至此，分析化学完成了自己的华丽转身，由一项技艺变成一门科学跻身自然科学之列。四、现代分析化学分析化学的第三次飞跃，仪器分析的时代 20世纪以来，自然科学突飞猛进的发展，极大地扩展和加深了人类对自然界的认识。在自然辩证法的正确的指导下，各个自然学科都得到了突飞猛进的发展，尤其是计算机技术的发展，将人类带入了一个新的时代信息时代。化学家将计算机技术与分析化学结合起来，将分析化学带入了一个新的时代，即仪器分析时代。20世纪以来，原有的各种经典方法不断充实、完善。直到目前，分析试样中的常量元素或常量组分的测定，基本上仍普遍采用经典的化学分析方法。20 世纪中叶，由于生产和科研的发展，分析的样品越来越复杂，要求对试样中的微量及痕量组分进行测定，对分析的灵敏度、准确度、速度的要求不断提高，一些以化学反应和物理特性为基础的仪器分析方法逐步创立和发展起来。这些新的分析方法都是采用了电学、电子学和光学等仪器设备，因而称为“仪器分析”。仪器分析所牵涉到的学科领域远较19世纪时的经典分析化学宽阔得多。光度分析法、电化学分析法、色层法相继产生并迅速发展。这一时期的分析化学的发展要受到物理、数学等学科的广泛影响，同时也开始对其它学科作出显著贡献，这是分析化学史上的第二次革命。70年代以后，分析化学已不仅仅局限于测定样品的成分及含量，而是着眼于降低测定下限、提高分析准确度上。并且打破化学与其它学科的界限，利用化学、物理、生物、数学等其它学科一切可以利用的理论、方法、技术对待测物质的组成、组分、状态、结构、形态、分布等性质进行全面的分析。由于这些非化学方法的建立和发展，有人认为分析化学已不只是化学的一部分，而是正逐步转化成为一门边缘学科 分析科学，并认为这是分