化学元素概念管理论文

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摘要：本文阐述了元素概念的发展过程，主要经历了四个阶段：一、古代思辨阶段；二、经验分析阶段；三、原子理论阶段；四、现代科学阶段。这四个里程碑深刻地反映了人类思维变化的基本规律。

关键词：元素概念发展过程思维变化古代思辨经验分析原子理论现代科学

发展变化的观点不仅适用于外部世界，也适用于人类的思维、理论和概念。化学发展的过程，从一定意义上讲，主要就是化学概念和理论发展和演化的过程。这种发展演化反映了科学的进步和人类思维方式的变革。在化学学科的诸多概念中，元素概念在化学发展中的巨大意义是不言而喻的。因此，可以说，元素概念的演化和发展的过程，基本上反映了化学学科的基本理论发展的历史。

由于化学变化的隐蔽性和复杂性，长期以来，人类无法直接感知微观粒子的存在及运动的规律，因此对元素这一基本概念的认识经历了十分曲折和漫长的道路。又由于认识上的局限性和片面性，使人们在相当长的历史时期内不能把元素、原子和单质纳入一个统一自洽的体系。

总的来看，元素概念在其发展过程中，主要经历了四个阶段：一、古代思辨阶段；二、经验分析阶段；三、原子理论阶段；四、现代科学阶段。这四个里程碑深刻地反映了人类思维变化的基本规律。

一、古代思辨阶段的元素概念

古代的自然哲学家们为了合理地解释物质世界的多种多样性和运动的永恒性，对宇宙本原提出了多种不同的看法。如中国古代的“五行说”，古希腊时期的“四元素说”，欧洲医药化学时期的“三要素说”等，于是出现了最早的元素概念。这种建立在笼统观察和思辨基础上的见解，只不过是古代哲学家天才的自然哲学的直觉臆测，还根本不能和现代元素概念相提并论。但毫无疑问，现代元素概念正是从古代元素概念演化发展而来的。

亚里士多德则是把水、火、土、气四种元素看成是冷、热、干、湿四种原性两两组合而成的。这种唯心主义的元素性质学说成了后来炼金术的理论基础。炼金杰虽然不是科学形态的化学，甚至在相当长的时期内曾严重阻碍了化学的发展，但长期炼金实践对元素概念的发展起到了不可忽视的作用。至少从反面证明了，用一般方法实现不了元素的转化。这就为近代经验分析的元素概念的建立准备了条件。

另外，古希腊的留基伯和德谟克利特也在物质的组成问题上，提出了与当时提出的元素概念相对映的具有深远意义的原子学说。认为一切物质都是由最小的不可分割的微粒——原子组成的。这种彻底的唯物主义见解也同当时的元素概念一样，只是一种建立在表面观察基础上的哲学思辨。因此，都不具备科学理论的基本特征。

二、经验分析的元素概念

所谓经验分析的元素概念是指它并不能真正反映化学元素的客观本质，而是根据人们分解物质的能力来定义元素。大量炼金、医药和工艺化学的成就，使人们对元素的某些性质有了初步认识。17世纪60年代，英国化学家波义耳为把化学确立为一门科学做出了卓越的贡献。他用大量实验事实，猛烈地抨击了“四元素说”和“三要素说”，归纳了当时人们对元素的认识，第一次给元素下了一个朴素的定义：“我所说的元素的意思和那些讲得最明白的化学家说的要素的意思相同，是指某种原始的、简单的，一点也没有掺杂的物体。……”这个定义虽不象一般化学史上所说的是一个科学的定义，但可以看做是元素经验分析概念的起点。

18世纪的化学家大都喜欢在化学研究中采取经验主义的原则，按照他们的观点，元素应该是实验操作可以直接感知到的物质。人们通过矿物分析和冶金实践的确制出了不少单质：气体化学的发展推翻了空气是元素的观点，并陆续发现了H2、N2、Cl2、O2等多种气体单质。1783年，拉瓦锡又在前人实验的基础上，证明了水是氢氧两种元素的化合物，而不是元素。至此，传统的“四元素说”和“三要素说”才彻底宣告破产，近代元素概念则应运而生。1787年，拉瓦锡在一篇题为“论改革和完善化学革命的必要性”的论文中，给元素下了一个清晰明确的操作定义：“元素是任何方法都不能分解的物质。”

但拉瓦锡的元素定义只是一个经验分析的定义，是根据可感知到的元素外部特征或外在联系来定义元素。对物质的分类不是根据元素所固有的结构属性，而是完全依赖于人的主观能力和分解物质的手段。因此，定义的内涵和外延都不符合实际的界限，带有明显的主观主义性质。其次，实际上经验的纯分析的元素定义并不是真正的元素概念，而是单质的概念。

但同过去的传统元素概念相比，拉瓦锡的定义也具有明确的科学性：首先，元素的性质和数目只有通过实验来确定，因而它是建立在科学实验基础上而不是笼统的凭空猜想，其次，他通过实验抓住了一般元素在通常情况下不能分解的客观性质，把分析的极限作为判别元素的标准。

三、原子理论的元素定义

拉瓦锡的元素定义，给整个化学研究带来了空前的条理性。定量分析方法的广泛采用，组成化合物的元素间的定量关系很快被揭示出来。如当量定律（1791里希特），定比定律（1799普罗斯）,倍比定律（1803，道尔顿）等化学经验定律为科学原子论的创立打了下牢固的实验基础。1803年，道尔顿继承了古代原子论的思想，创立了科学原子论，开辟了化学发展的新纪元，第一次揭示了元素和原子的内在联系，元素就是同一类原子，有多少种原子就有多少种元素，原子量成为区分元素的重要标志。原子在化学反应中的不可分性也在实验中得到证明，从微观的角度赋予了元素不可分解的特性。

19世纪资本主义经济的发展和技术上的进步为新元素的发现提供了强有力的实验工具。一大批新元素的发现，扩大了元素概念的外延，使门捷列夫在同代人探索的基础上于1869年发现了元素周期律，而把自然界所有的元素纳入了一个严谨统一的体系。

原子理论的元素定义显然比经验分析定义更富有内容，更深刻地揭示了元素的一些固有特性，明确了元素和原子的内在联系。但原子理论的元素定义沿袭了经验分析定义的缺点，因而也带有明显的主观主义色彩。它只不过是建立在经验分析基础上的一种理论分析概念，因此原子论的元素定义的提出并没有给经验分析构成威胁。门捷列夫对元素的认识是建立在原子理论基础上的。他对元素的位置特征的本质根本不清楚。所以他的元素观并不象凯德洛夫所说的是属于现代元素概念的范畴，仍然是原子理论的元素概念。

四、现代科学的元素概念

现代科学的元素概念的建立是与19世纪末20世纪初发生的自然科学革命紧密联系在一起的。这场大革命使人类的认识从宏观领域推到微观领域，正是原子结构复杂性的披露，导致了元素观念的根本变革。19世纪末，物理学上的三大发现（x射线，放射性和电子）彻底打破了原子不可分的传统观念，摧毁了原子理论的元素概念理论基础，揭开了新旧元素观念斗争的序幕；1902年，卢瑟福和索迪通过天然放射性研究，提出了具有革命意义的元素蜕变学说；打破了自波义耳以来元素不能分解和转化的陈旧观念；给经验分析的元素概念沉重的打击。1910年，索迪基于对大量实验事实的分析，提出了同位素假说，并很快得到了证实，否定了自道尔顿以来一种元素一种原子的观点；1913年莫斯莱在x射线的研究中，原子序数的实质是核电荷数，揭示了周期律的实质，揭开了元素在周期表中的位置之谜，使人们对元素本质的认识产生了一次质的飞跃；1919年，卢瑟福第一次实现了人工核反应，即用人工的方法使一种元素变成另一种元素，给旧的元素观又一次致命打击；本世纪30年代，人工放射性和重核裂变的事实再一次证明，无论是天然的还是人工的方法都可以实现元素的分解和转化。一系烈惊心动魂的发现，终于导致了元素思想史上的革命——旧的元素概念已经彻底行不通了，元素应该是核电荷数（即核内质子数）相同的一类原子的总称。

现代科学证明了，物质的一切形态，包括基本粒子都不是永恒的，正如列宁所说：“原子的可破坏性，原子的不可穷尽性、物质及其运动的一切形态的可变性，一向总是辨证唯物主义的支撑点。”由于时代的局限，人们对事物认识的片面性是不可避免的。

元素概念本来就是相对的，它表现为某一现象领域内物质最简单的存在形式，表明这一研究领域内所研究对象的发展过程由此开始的最基本的形态。如同一切化学过程都和原子的运动有关一样，原子本身在化学领域被看作是相对稳定和保持不变的微粒，只有从这种相对意义上来理解物质各个层次的基本特征，才可能避免犯形而上学的错误。在化学领域内，元素概念无论是过去、现在和将来都保持自己在科学中的重要地位，并且发挥着巨大的作用。

现代元素概念消除了旧概念中的主观主义成份，从化学客体的固有结构特性来定义元素，而不再依赖于人们的领悟能力和方法，保持其独立存在的意义。辨证唯物主义运用形式逻辑把思维形式同客观实在联系起来，元素就是对原子的抽象和概括。

元素概念发展演化的历史表明，新旧观念的转换是一个极其艰难和缓慢的过程，因为规范的转换总是伴随着自然观和思维方式的根本变革。旧观念在没有穷尽自身的潜力之前，总是不肯自行消失，新观念也只有在与错误观念的殊死斗争中，才能赢得生存和发展的权利。