突破一点，广泛发展

化学中的突破，有一种重要的或基本的形式，就是从最简单、最典型的对象开始突破，在突破之后迅速向其他对象扩张，形成一个范围广泛的研究领域。我们把这种形式称为突破一点，广泛发展。对这种认识的发展形式进行分析，具有重要的认识论和方法论意义。

还是让我们从具体问题的分析入手来进行讨论。

众所周知，自从人们将有机化合物与无机化合物区分开来开始，化学家们逐渐发现有机化合物的多样性和同一性。多样性指的是有机化合物千差万别；同一性指的是，虽然有机化合物看起来多种多样，异常复杂，但分析其组成，大多含有碳和氢。因此，有机化学曾被看作研究碳氢化合物及其衍生物的化学。这就意味着，碳氢化合物是有机化合物的基本形式，而碳氢化合物中最简单的是饱和烃，它们构成有机化合物中第一个同系列。凯库勒正是从这个最简单的同系列出发，提出了结构理论的两个基本原理，即碳是四价

元素，碳原子具有能相互结合的性质。这样一来，碳氢化合物的组成和结构就得到了简单的说明。正如 L·迈尔（L· Meyer）所指出的：“由于确立这两个原理，一切可能有的碳化合物的式子的排列也就确定下来了。至于这些式子的书写方式，只是组合、排列和变化的计算问题，而这个问题是早已解决了的，把这种方式应用到具体场合，并不需要特别的敏感或很大的发明才能。”①这就是说，一旦得出了碳氢化合物中原子的结合规律，那么，其他碳氢化合物及其衍生物中原子的结合方式，也就能够得到说明了。

在凯库勒从事科学活动的时代，有机化合物被称为碳的化合物，而碳的化合物被分成两大族：石腊烃及其衍生物形成很大一族化合物，名为脂肪族化合物，这是由于这一族中最初受到仔细研究过的第一批成员是一些脂肪酸。由脱去石蜡烃的氢而衍生出来的化合物，有时被称为不饱和化合物，凯库勒称其为乏碳化合物；碳化合物中的另一族化合物称为芳香族化合物，因为这类化合物在自然界大多数存在于挥发性的香精油、树香脂及其他具有香味的物质中。后一类化合物与前一类不同，它们含有比较多的碳，凯库勒将它们称为多碳化合物。

1865 年，凯库勒在《关于芳香族化合物的结构》一文中提出，在所有芳香族化合物中有一个相同的原子团，或者可以说，有一个含有六个碳原子的共同的核，在这个核内，碳原子结合得更为紧密，它们被安排得更为紧凑， 这也就是芳香性化合物含碳较多的原因。1866 年，他在《化学和药学年鉴》上发表文章，指出 C6H6 中的六个碳原子结合成一个完全对称的形式。

从芳香性概念和芳香族化合物化学的发展的观点来看，苯（即凯库勒所说的由六个碳原子组成的核）是芳香族化合物中最简单的成员，又是这类化合物的母体。按照肖莱马的说法，“苯可称为芳香族中的沼气，因为当其中的氢原子被其他元素或基团所取代时，就会从苯衍生出这个族的所有其他化合物”①。凯库勒抓住了这个族中最简单、最有代表性、因而也就是最典型的一个化合物——苯，研究了它的组成，构想出了它的结构，并写出了它的可能的结构式，实现了突破，使得即使是简单的苯的衍生物的化学也成为一个未开垦的处女地，而且使他提出的苯的结构理论转变成一个丰盛的田园，它的发展前途是不可限量的。这段历史充分表明，抓住关键问题实现突破，可收到突破一点开发一片的效果。

如果说苯是芳香性化合物中的最简单的成员和母体，甲烷则是脂肪族化合物最简单的成员，也可以说是这类化合物的母体。范特霍夫正是以这个最简单的有机化合物建立起空间结构理论的。他设想，甲烷分子中两个氢原子被 R1 基团取代，按照当时已知的平面结构概念应当存在两种异构体，这与事实不符；如果把碳原子的四个价键看作直接指向一个四面体的四个角，碳原子处于四面体的中心，由此推出的结论与事实相符。从这点出发，可以推及其他，使分子的化学结构从平面发展为立体，开辟了空间化学研究领域。

就一般分子而言，除单原子分子以外，氢分子是最简单的分子，它只含有两个原子核和核外的两个电子。分子的共价键理论，或者准确地说，分子的价键理论就是用量子力学的薛定谔波动方程处理氢分子开始的。1927 年， 海特勒和伦敦建立了氢分子的薛定谔方程，并用变分法求出近似解，从此开

① 转引自肖莱马：《有机化学的产生和发展》，潘吉星译，科学出版社，1978 年版，第 83 页。

① 肖莱马：《有机化学的产生和发展》，潘吉星译，科学出版社，1978 年版，第 113 页。

始了量子力学在化学键理论研究中应用。他们处理氢分子的方法基本正确， 但是，定量结果与实验数值相差较大，王守竞、罗逊及其他一些化学家改进了处理方法，使定量结果与实验值步步逼近。1933 年，詹姆士和库立奇发表的结果为 4.70ev，能量曲线最低坐标 R 为 0.740，实验值分别为 4.72ev 和0.742，较之海特勒和伦敦求得的数值（3.14ev，0.87有了较明显的改进。海特勒和伦敦提出了氢分子成键理论之后，这种处理方法很快被推广到其他双原子分子和多原子分子，形成了价键理论。30 年代初，在价键理论发展的同时，又建立了分子轨道理论。由此递进，开辟了量子化学的广泛研究领域。

类似于上面列举的事实，在化学发展中还有很多，如元素概念的确立， 分子概念的提出，电解方法、光谱分析方法等的发明，放射性元素的发现， 等等。仅从上面简要叙述的事实，就足以说明突破和发展的关系了。

上面叙述的事实，都具有关键性发现的特征。这里所说的关键性发现， 带有突破性质，是化学发展中的创新。这种关键性发现往往导致一个新的研究领域开拓，一个新学科的建立，一种新的基础的奠定。

这种关键性发现或突破，常常是从对最简单或最典型的对象进行研究开始的，一旦从这种研究中取得成果，实现突破，就会向广度扩张，形成广泛发展的态势。在广泛发展中，从最简单或最典型的对象研究中所取得的成果， 就起着示范作用，并结合新的比较复杂的对象使认识获得发展，使之继续深化和具体化。突破一点，广泛发展，是认识从简单到复杂发展的一种表现形式。一般地说，认识总是从简单到复杂发展的。简单的事物比较容易认识， 只有先认识了简单的事物才有可能进一步认识比较复杂的事物。简单和复杂是相对的，是相比较而存在的，是针对具体研究背景而划分的。如前所述， CH4 比 C6H6（苯分子）简单，C6H6（苯分子）在芳香性化合物中是最简单的， 如果就量子力学研究化学键这种场合来说，H2 是简单的，苯分子和甲烷分子都是复杂的。先认识简单事物或对象后认识复杂的事物或对象，也是针对具体认识场合而说的。在研究芳香性化合物结构的场合，苯是最简单的，而应用量子力学理论和方法研究分子中的化学键的场合，H2（氢分子）则是最简单的。显然，在构思芳香性化合物的结构时，如果不先研究苯，而是先研究其他复杂的芳香性化合物，将会遇到许多取代基、支链或环的干扰，同样， 在应用薛定谔方程处理分子时，如果不从 H2 入手而是从比较复杂的分子入手，将会遇到许多难以想象的困难，很可能使研究工作难以进行下去。在特定的研究范围内或特定的研究场合，最简单的对象往往也是最典型的对象。在有机化学范围内，CH4 是最简单的，也是具有代表性的，弄清了它的立体构型就具有示范作用；在研究芳香性化合物的结构范围内，C6H6（苯分子）是最简单的，也是最典型的；同样，在化学键的量子化学范围内，H2 是最简单的，也是最典型的。如果只从简单性上考虑，H 要比 H2 简单，用量子力学理论处理起来要比 H2 容易些，但是 H 中没有化学键，它对研究化学键不具有典型性；相反，H2 虽然比 H 复杂，但在研究化学键的范围内，它既是简单的又是典型的对象。正是由于简单的对象具有典型性、代表性，因而常常成为突破口，从这种对象的研究中获得的成果，包括研究思路、研究方法和得到的具体结果，都具有示范作用，具有启发意义。

这就给人们一种方法论启示：既然认识的发展，常常先在一点上突破，

而后扩大战果，即形成广泛发展的态势。那么，反转过来，作为研究方法， 一方面应当善于选择突破口，善于选择典型的对象，实现突破，另一方面， 在突破之后，应当以突破口为立脚点，向比较复杂的研究对象扩张。前者固然是科学的重要生长点，可以形成有意义的研究课题，后者同样也是科学发展的重要途径，也可以形成有意义的研究课题。这就是说，作为一位化学家， 应当站在化学发展的前沿，审时度势，力求有所突破；当看到其他化学家取得了突破性研究成果时，又应当表现出应有的敏锐，及时地理解新成果的意义，接过突破性研究成果，设立新的研究课题，把研究继续下去。化学的历史表明，突破性的成果不是人人都能取得，而在突破以后的工作，却是许多人可以做的；常常是少数杰出人物实现重大突破，众多化学家接过接力棒传递下去，使突破性成果结出更多的果实，形成一个内容丰富的研究领域，使点连成线，连成面，形成体系。