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化学键电子理论发展中的哲学思想


□ 毛泽宇 毛海荣 谢建刚

  在人类文明史上,人类的进步与哲学有着密切的联系。哲学是关于自然界、社会和人类思维共同的、普遍的规律和原则,是自然科学和社会科学的概括和总结,是系统化、理论化的世界观,同时又是观察、分析、解决各种问题的方法。化学是自然科学的一大分支,它是研究物质运动的学科,它的基本概念、理论及其内在机理等,涉及到自然界的各个方面,蕴含着丰富的辩证唯物主义思想。这里我们就化学键电子理论的建立来讨论化学中的哲学思想。
  
  1 化学键电子理论的发展史
  
  早在1900年,阿培格就指出:原子的原子数概念和借助于它得出的化学式是有机化合物分类的基础,但对于无机化合物却远非是充分的。对于各种无机化合物,原子或原子团对电荷的亲和力是非常重要的。尽管这种思想并不十分清晰和明确,但已具备了化学键电子理论的萌芽。
  1904年,阿培格又进一步发展了他的思想,在题为《亲和力和原子价》的论文中提出了“电价”的概念。尽管他在论文中把电价和化学元素周期表联系了起来,即把元素周期表中族的排列与电价的变化相联系,并提出正常价和反常价的新观点,但他没有提出任何原子模型。他的电价理论,也没有依靠任何原子模型。只是把电价定义为:表观为原子在生成离子化合物时,以其离子所带的电荷数来量度电子价。由此可见,阿培格的电价理论还是经验性的。
  阿培格的理论是不成熟的,但是在当时的条件下,能够利用实践经验确立这样的理论已经非常不容易了。也正是有了阿培格的电价理论,指明了后人研究化学键的方向。
  随着卢瑟福模型、玻尔模型的提出、研究和完善,化学键理论也逐渐向前发展。1913年,玻尔在提出原子模型的同时,还曾提出关于分子的动态模型,这一模型的合理内容,经过一系列的发展,才使化学键的电子理论得以完善。
  1916年,德国化学家克塞尔提出了他的化合价理论:必须用原子结构的理论来解释化学行为,化学中稳定离子的形成,是由于原子获得电子或失去电子以达到惰性气体稳定电子结构而造成的。克塞尔的理论主要以极性分子与离子化合物为对象,成功地解释了典型金属和非金属相互作用的化学行为。例如,钾原子的电子排列为2、8、8、1,它有失去一个电子达到8电子惰性气体稳定结构的倾向。当它失去一个电子以后,就形成2、8、8,属惰性气体的稳定结构,从而形成K+。再如,氯原于的电子排布为2、8、7,它有获得一个电子达到8电子惰性气体稳定结构的倾向,获得一个电子后,成为氯离子,这样钾离子和氯离子都具有所谓氩原子的稳定结构,二者靠库仑力结合成化合物KCl。根据玻尔模型,在各种元素电子排布中,金属元素的外层电子一般少于4,非金属元素原子的外层电子一般多于4,因此,金属元素的原子容易失去电子变成阳离子,非金属元素的原子容易得到电子变成阴离子,二者靠静电引力相结合。克塞尔的理论非常成功地解释了诸如KCl、CaCl2、CaO等化合物。克塞尔在提出他的理论时,不仅根据短周期的化学元素排布和玻尔模型,同时还对X射线晶体结构分析资料进行了分析,体现了理论和事实相结合的原则。但是,他的理论是建立在化学元素的原子中电子完全得失的极端化的基础上的,没有考虑到互相若即若离的过渡状态,因此,在解释离子化合物时是成功的,而对于非离子化合物,如氧气、氯气等则无法解释。克塞尔的理论只是解决了矛盾的一个方面。他的功绩在于他把离子化合物区别出来了,并把这种化个物的形成与玻尔的原子结构模型相联系,这在化合价的电子理论的发展中是一大进步。至于H2、N2、CO2等化合物还不能解释,只能作为问题存留下来,留待以后解决。正是克塞尔尊重物质的客现存在,没有去牵强附会地去解释这些问题,为其他科学家研究和完善化合价理论奠定了良好的基础。 ......
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摘自:化学世界
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