化学过程的哲学解
众所周知,化学研究的内容概括起来可以分为化学的组成、结构和化学反应(即化学过程)两个方面。这两方面的研究各有特点。对化学结构的研究,是把物质的分子个体作为一个系统,在相对静止状态上研究分子中原子的排列以及空间分布等外在形式,研究原子之间的相互作用,即化学键及其性质。
研究化学过程,则是把不同的物质分子,或不同的分子状态作为一个系统,探讨分子之间的相互作用和由于相互作用所引起的分子组成、结构和性质的变化。所以,一个化学过程首先是把有差别的反应物统一在一个系统中, 当反应物分子相互碰撞形成过渡态(活化络合体)时,原来有差别的分子暂时变为同一、无差别的分子,当过渡态分解之后,无差别的分子又变为有差别的分子。这就是说,由物质分子所组成的系统,在差异与同一的对立统一中,随着时间的持续而展开。由此,我们可以从哲学角度提出一个化学过程的定义。所谓化学过程,就是由分子组成的系统随时间而发生的差异与同一的相互联系或相互转化。具体说明如下:
第一,对于同复分解反应相类似的化学过程,可以用下式表示,即:
A1B2+3C →
A14Λ2BΛ43C
→ A1 2+ B3C
( 有差别的分子) (无差别的过渡态) (有差别的分子)
差 1 异 4 4 4 4 4 4 44 2 同 4一 4 4 4 4 4 4 差 43异化学过程
实验证实,在许多反应中的确存在着过渡态①。即使是那些过渡态存在时
① [美]F.巴索洛、B.G.皮尔逊:《无机反应机理:溶液中金属络合物的研究》,科学出版社,1987 年版,第
1 页。
② [美]J.马奇:《高等有机化学反应、机理和结构(上)》,人民教育出版社,1981 年版,第 169 页。
① [美]J.W.穆尔、R.G.皮尔逊:《化学动力学和历程:均相化学反应的研究》(第二版),科学出版社,1987
间很短(≤10-22 秒)的直接反应②,从反应物分子必须经过碰撞才能生成产物分子的角度看,也是如此。因为在分子相互碰撞的瞬间,存在着从破坏旧化学键向产生新化学键的同一转化过程。因此就可以说,只要有反应碰撞发生,就存在着同一的、无差别的过渡态。
第二,链式反应是通过活性组分(自由基或自由原子)的不断再生,使反应持续进行的一类复杂反应。其历程如图所示
(见图 10—1①)。由于链式反应的各个步骤靠同一的活性组分彼此相联,构成了化学过程的整体,因此,其中的活性组分起到了联接化学过程的桥梁作用。
第三,对于化合反应和分解反应,可以分别用下式表示:
第四,对于协同反应,例如:②
这是双环[3,2,0]庚烯的重排反应,同位素标记证实了中间体的存在。这类反应是反应物分子通过轨道“协同”变化而生成产物分子的,经过化学过程分子表现出差异。因此可以用下式概括这类反应:
从上述说明中可以看到,差异不仅可以引发化学过程,而且还能够作为判断化学过程发生与否的标志;同一是联接化学过程的桥梁,同时使化学过程成为一个整体。因此,差异与同一揭示了化学过程的本质;差异与同一的联系和转化构成了全部化学过程。
年版,第 9 页。
② R.D.列文、R.B.伯恩斯坦:《分子反应动力学》,科学出版社,1986 年版,第 90 页。
① 韩德刚、高盘良:《化学动力学基础》,北京大学出版社,1987 年版,第 262 页。
② 王积涛:《高等有机化学》,人民教育出版社,1980 年版,第 245 页。
二、过程的本质