第二节 化学方法的运用

化学方法的运用，如果从化学方法体系的逻辑结构方面考察，则主要是涉及到了化学发现方法、化学检验方法和化学发展逻辑方法等三个方面方法的运用问题。

一、化学发现方法的运用

这里主要是探讨化学发现活动范围的合理性问题，或“化学发现的逻辑” 的运用问题。化学的发现从广义上说，应包含化学理论的发现、化学事实的发现和化工技术的发现。但就其中心内容来说应该是指化学理论的发现。从历史的角度来看，化学发现存在着两种模式：一种是强调演绎的逻辑功能， 另一种是强调归纳的逻辑功能。前者在近代化学诞生之前占优势，后者在近代化学时期占优势。这两种不同倾向的化学发现模式，如同总的科学发现模式一样，都可以溯源到亚里士多德。因为他首先建立了一个关于科学研究的归纳—演绎模式（程序的理论）。但是他过于强调的还是演绎法，认为任何一门科学都应当是通过一系列演绎证明而构成的命题系统，当然化学也不例外。而其中作为一切证明的出发点的是一般性程度最高的“第一原理”。其它的一般性程度较低的命题都是由第一原理演绎出来的。也就是说，主要是把科学方法归结为演绎逻辑，似乎科学发现只是通过演绎程序来实现的。

亚里士多德的四元素说和原性说，对于古代化学来说可以看作是“第一原理”。因为由它演绎出了较低层次的化学元素观念、物质结构观念以至一整套炼金术的理论。应该肯定，“亚里士多德是形式上确凿无疑的形式逻辑及其三段论（即演绎法）的创立人。”①他把这个发现运用到科学理论上来， 也作出了相当大的贡献。但是，也应该看到他所强调的演绎法存在着明显的局限性。这种方法只能实现真理的转移，而不能实现真理的综合。包括化学史在内的科学史已经证明，科学理论、原理的发现不能仅仅归结为演绎的功能。如果说，亚里士多德的演绎法对于数学学科（尤其是几何学）是起了巨大作用的话，那么对于包括化学在内的实验科学来说，其推进作用是相当微小的。因为，实验科学所追求的主要目的是发现，而不是从公认的前提得出的形式证明。例如，“从元素不能再分割为更简单的物体”的前提出发，在1890 年以前未尝不可得出一个正确的已知元素表；但是到 1920 年以后再运用这个前提就会把所有放射性元素排除在外。

从波义耳开始，与近代化学一齐前进的则是探讨归纳逻辑与强调归纳法对于化学理论发现的意义。众所周知，以培根、穆勒为代表的学者继承了亚里士多德的归纳—演绎模式，又重点发展了归纳方法，十分强调科学理论是依靠归纳法从事实材料推导出来的。培根提出，归纳程序的理论应作为“新科学方法”，并认为科学发现是通过归纳程序来实现的。波义耳深受培根的科学方法论和机械论的微粒哲学的影响。在他的化学和物理学研究中，十分强调实验和归纳法的逻辑功能。同时，非常严格地遵循机械论解释的原则。由此建立了他的归纳法和微粒哲学，为构筑近代化学理论体系奠定了基石， 并开始把化学确立为科学。

无疑，归纳法对近代化学的作用是重大的，但由此认为一切化学发现是通过归纳程序来实现的，则是片面的，不符合化学史实的。实际上，化学理

① W·C· 丹皮尔：《科学史及其与哲学和宗教的关系》，商务印书馆，1979 年版，第 75 页。

论的发现是一种复杂的创造性思维的结果。化学理论的建立固然要依据于化学经验，但却不能由经验逻辑地导出。在这里，不仅需要多种逻辑方法的运用（归纳、演绎、分析、综合、比较、分类以及类比等），而且还需要逻辑和直觉的互补。

化学理论发现过程的起点是问题，而终点是找到能够解答问题的理论。在该过程中并没有普遍有效的固定模式或发现程序，其中有逻辑途径也有非逻辑途径（或称直觉思维）。前苏联学者 B·M·凯德洛夫认为，若按化学发现的获得过程是否符合科学认识运动的正常进程，可以把它们划分为以下两大类①：

第一类的化学发现是指基本上按照科学认识活动的正常进程得到的发现，即主要是通过正常的逻辑途径而得到的。例如，采用契合法（又称求同法）和差异法发现了燃烧、呼吸和氧气的关系；采用共变法发现了气体的波义耳定律、道尔顿分压定律以及法拉第电解定律；运用剩余法（本生和基尔霍夫）在光谱分析实验中发现了铷和铯等。这些都是采用一般归纳法总结的发现。又如：元素周期律的发现是综合性理论总结的发现。在该创造活动过程中，门捷列夫尽管受到直觉思维的重要启迪，但他主要是通过把归纳法与演绎法相结合，并运用比较—综合法而完成了这一科学勋业。再如：在理论解释的发现中往往起主要作用的是模型法。人们所熟悉的化学键理论，它之所以能获得重大发展的关键就在于提出了更多更好的能够解释新的化学实验事实的新的分子模型。

第二类的化学发现是指以不符合科学认识发展的正常进程的方式而得到的发现。这类化学发现主要是通过非逻辑途径而得到的。也就是说，在这类化学发现中直觉、想象力等常常起着关键作用。由于这类化学发现必须冲破已有的错误认识、错误方法及传统思想等束缚，必须提出崭新的观点、概念或理论。因此，要使这类创造活动得以实现，往往需要思维过程的中断与飞跃，需要某种远离经验的思维方式来填补现实的空白。这就要借助于科学的直觉和丰富的想象力。我们可以在固体多肽合成、苯环结构的设想、电离理论的建立、惰性元素氩的发现及其在周期系中位置的确定等化学创造活动中，看到这种非逻辑思维方式的关键作用。

总之，在化学理论发现的活动中，逻辑思维和直觉思维的运用是十分重要的，而且它们在不同类型的创造思维过程中所发挥的作用，又有所不同。正是直觉和逻辑的关联和互补才赋予一个化学家以深厚的创造力，使得他们在化学发现的道路上不断建树。可以看出，随着现代化学的发展，这种趋向将越来越明显。

二、化学检验方法的运用

这里主要是探讨化学理论检验活动或“化学检验的逻辑运用”范围的合理性问题。

随着化学从收集材料转向整理材料（始于 18 世纪与 19 世纪之交），化学走进了理论领域，并越来越成为一门“思维着的科学”。显然，只要化学在思维着，它的发展形式就是化学假说。从这个意义上说，所谓对化学理论的检验实质上也就是对化学假说的检验问题。化学假说是指对于化学物质、化学现象及其本质、规律或原因的某种推测性的说明方式或解释。这种解释

① [苏]B·M · 凯德洛夫：“化学史上科学发现的分类”，《自然科学哲学问题》，1987 年，第 1 期。

化学事实的理论（它的发展形式即化学假说）通常是多元的。例如，对于物质燃烧这个事实既可能用燃素说来解释，也可能用氧化说来解释。那么，究竟要选择哪一种解释呢？或者说应当接受哪一个理论和应当拒斥哪一个理论呢？这就是化学理论的证实与证伪问题，或对化学假说的肯定性验证和否定性验证问题。①

关于对假说的否定性验证（即化学理论的证伪），运用逻辑学中的否定推理，可以使得对假说的否定性验证简单易行。因为这种推理能保证全称陈述为单称陈述所否证。如果用 t 表示全称陈述，用 P 表示由 t 演绎出的单称陈述，则否定后件推理可以表示为：

[(t ⊃ p)～p] ⊃ ～t

例如，在承认燃素是有重量的物理实体的前提下，我们可以从“一切燃烧过程都可以归结为燃素的吸收或释放”这一全称陈述（t），演绎出“铁的煅烧是铁释放燃素的过程”这一单称陈述（p）。考察 p，铁释放燃素变为灰渣（铁—燃素=灰渣），燃烧后应该减重。但实验结果是铁燃烧后增重。（～ p）据此得知，把一切燃烧过程归结为燃素的吸收或释放是错误的（～t）。这样，燃素说就得到了否定性的验证。诚然，并非所有化学假说都那么容易得到否定性的验证，并非所有理论都那么容易证伪。在这里，还存在着复杂性的一面，表现之一就是化学理论具有“韧性”。当一个化学理论的检验出现同实验事实相反（或发现同预测相反的事例）时，只要相应地对这个理论作某些修改，或者作出新的辅助性假说为它辩护，就可以继续存在下去，以待新的检验。例如元素周期律于 1869 年提出后，尽管门捷列夫预言了类铝、类硼、类硅等元素并得到证实，但当时并未预见到惰性元素的存在，并且也没有能满意地解释元素依原子量递增顺序发生颠倒的事实。然而这也并未使元素周期律得到证伪，而是促进了元素周期系理论的发展。

化学理论证伪的复杂性，其表现之二是在于一个化学理论未取得确证， 并不意味着它已被完全证伪，而永远被拒斥于化学知识大厦之门外。例如： 古代的炼金术理论尽管被淘汰，但作为其合理性的部分——“一种元素可转化为另一种元素”，并不因此就被证伪。到了原子能时代，该合理部分却被确证了，进而被接纳进科学知识的大厦之内。

关于对化学假说的肯定性验证（即化学理论的证实），传统逻辑学认为， 对假说的肯定性验证有三种方法：①（1）假说所论及的潜在根据，随着时间的推移变得可以通过观察和实验进行检验。现代物理学和化学对原子假说及分子假说的肯定性验证就是一个例征。（2）在同一研究领域内并存的多个假说中，除一个外都得到了否定性的验证，则剩下的这一假说是可以接受的， 可称此法为“排除法”或“逆证法”。例如，在探索元素性质与原子量关系的过程中曾提出众多假说，诸如三素组、六元素表、八音律、元素周期律等， 结果除门捷列夫的元素周期律外都得到了否定性的验证。这样，剩下的元素周期律就成为可接受的和公认的，即得到了肯定性的验证。

（3）从某些更普遍的原理中推演出被检验的假说。这种方法可称为对假说的理论证明。在道尔顿的原子理论建立以后，当量定律、定组成定律、倍比定律等描述性假说就成为其推论，因而可以认为这些描述性假说获得了理

① 廖正衡等：《化学方法论》，浙江教育出版社，1989 年版，第 266—268 页。

① [苏]M 巴热诺夫：“假说”，《科学与哲学》，1985 年，第 4 期。

论证明。同理，盖斯定律作为假说的提出尽管早于能量守恒原理，但只是在热力学理论建立并从中推演出盖斯定律以后，才最终获得了理论证明。

总之，化学理论在检验过程中（无论是证实还是证伪）都存在着复杂性。因此，从严格意义上说，那种试图通过有限数目的观察和实验，想要最终证实某种化学理论或普遍定律、原理是不可能的。同样，想要明确地最终证伪也是不可能的。研究化学理论的证实和证伪的合理性问题，比较切实有效的途径和方向则是应当把对证据的定量分析与定性分析结合起来，把静态考察和动态考察统一起来，以便能够从实验技术的历史发展和理论竞争的历史发展中来探讨化学理论的证实和证伪的合理性标准问题。

三、化学发展逻辑方法的运用

这是探讨化学理论的演变与更替过程或“化学发展的逻辑”运用合理性方面的问题。

应当看到，立足于化学发展历史的研究，依照化学活动的实际状况来描述化学理论的发展模式是合理的、有效的。美国科学哲学家库恩立足于科学史研究提出了如下科学发展模式：常规科学——科学危机——科学革命—— 新的常规科学——新的利学危机——新的科学革命⋯⋯。在库恩看来，当常规科学家（例如普利斯特列）在旧规范（如“燃素说”）的指导下解决难题的活动（如金属燃烧增重、二氧化碳的发现、氧气的发现等）遇到困难和失败时，就会出现“反常”。当一次次的反常发展到严重地动摇人们对旧规范

（如“燃素说”）的信心时，即出现了“危机”。一旦有人（如拉瓦锡）提出了对立的新规范时（如氧化说），危机就加深了，进而导致一场科学革命

（对近代化学来说是第一次化学革命）。这时，越来越多的科学家（如近代化学家）放弃旧规范而采纳新规范。在这里，库恩把包括化学在内的科学的发展不是看作单纯是知识在量上的积累，而看作是一种新规范代替旧规范的过程。这种看法虽然不无正确性，但是却相对忽视了科学发展中的累进性（或继承性），未能科学地说明新规范代替旧规范的原因，对常规科学的作用估计偏低。实际上，化学革命是变革与继承的结合、革命性和累进性的统一。化学的创新可以说是不间断的，点滴的创新积累到一定程度就突破了旧规范、旧传统，产生新规范、形成新传统。这就是化学革命的产生。

化学发展的逻辑还体现在另一方面，那就是化学假说发展为化学理论。这里存在着两种基本类型：假说的肯定型发展和否定型发展。①上面已经提到的燃素说是化学假说否定型发展的一个明显例证。在燃素说的发展过程中， 当金属煅烧后增重的实验事实被看成是对燃素说的否定性验证时（在承认燃素是物理实体的前提下），采用燃素具有“负重量”的观点进行特设性修改已不能挽救燃素说。而氧化说作为否定燃素说的新假说而被建立起来了。在这里，需要强调的是，旧假说的这种自我否定是个辩证的否定；新假说是在扬弃的意义上作为旧假说的对立物而出现的，因而它包含着旧假说中合理的因素。例如，氧化说就吸取了燃素说中关于化学变化中物质转移的合理思想。只不过转移物发生了根本性的变化：在燃素说中是燃素的转移，而在氧化说中则是氧的转移。

化学假说的肯定型发展大致有两种情况：一种是假说在发展过程中曾得到新的实验事实的支持和新的科学原理的论证，变得更为具体与精确，但它

① 廖正衡等：《化学方法论》，浙江教育出版社，1989 年版，第 269 页。

仍然是假说而未能最终转化为可靠的理论；另一种是假说的基本原理得到证实，而且假说的结构日臻完善，最终转化为可靠的理论。可以说，前一种情况是假说的量变发展形式，后一种则是假说的质变发展形式。

关于化学假说的量变发展形式，可以举出“共振论”的形成和发展为例。鲍林在 1928 年首次提出“共振”概念时，其含义是指价电子在两个成键原子轨道之间的交换。这是把“电子共振”看作是真实的物理现象的假说。1932 年，鲍林又根据价键方法线性变分原理，将“共振”设想为一种近似处理方法。此时，共振结构已没有物理实在性。到 1938 年，他将这两种观点作了总结并进一步加以阐发。此后，关于健长、能量等方面的实验研究和关于电负性、部分离子性、键级等方面的理论研究丰富发展了共振论的观点。但是， 作为真实物理现象的“电子共振”并没有得到实验证实。从价键理论线性变分方法到共振论主要是作了经验性的直观外推，而这种外推使它远离了量子力学基础并降低了模型的精确程度。这表明共振论的体系结构有待进一步完善。因而，从总体上来说，共振论至今仍是个假说，在本质上是表征着价键理论的一个合理的历史发展阶段。

至于元素周期律从假说转化为理论，则为我们提供了一个化学假说质变发展形式的实例。一般认为，这种转化（即质变）的标志是门捷列夫根据元素周期律作出的关于镓、钪、锗的预言得到了实验的肯定性验证。从假说自身的发展来看，导致这种质变的重要因素之一是元素周期律结构体系的日趋完善。

此外，关于化学理论的发展还存在着一种复杂情况，那就是化学理论的淘汰和复兴相关联。所谓理论的“复兴”是指一个曾经被确证又被淘汰的理论，或一个未曾取得确证又未能继续发展的理论，在新的历史时期，由于种种原因它的确证度显著提高，于是人们就以新的形式重建原先的理论系统， 并恢复一度中断的研究传统。诚然，理论的复兴并不是完全复旧，而是侧重于恢复其中被确证的部分。①例如，1815—1816 年，英国的普劳特（W·Prout） 以当时测定的部分元素原子量为依据，提出了氢为元粒子的假说，认为“氢是母质，其它元素都是由不同数量的氢构成的。因此，各种元素的原子量都应当是氢原子量的整数倍。”这个大胆的普劳特假说没有得到同时代人的接受，并未能经受住验证。因为，随着原子量测定越趋精确，则越证明各元素的原子量并不是氢原子量的整数倍。因此，普劳特假说被拒斥了，几乎被淘汰了近半个世纪之久。直到 20 世纪初，随着放射性和同位素的发现，原子核

的复杂性开始被认识，英国的索弟（F·Soady）于 1910 年提出了同位素假说， 认为自然界存在有不同原子量和放射性的、而其它物理、化学性质又完全一样的化学元素变种，并在周期表中居于同一位置上。该假说，经阿斯顿的进一步实验研究得到确证。这样，普劳特的假说就被人们在新的历史条件下接受了。它得到了复兴。总之，化学理论的复兴问题，表明化学理论的竞争及其发展的道路是复杂而又曲折的；人们对于化学理论发展的逻辑评价也是复杂的认识的历史过程。

① 张巨青：《科学逻辑》，吉林人民出版社，1984 年版。