化学的核心观念

化学核心观念

许振

摘要

化学的观念以物质观为基础，向外延伸出其它五点重要观念，分别是元素、微粒、实验、变化和能量观，这些观念并非孤立而是互相影响解释的。化学基本观念是化学知识的分类，指出了一个完善知识体系必不可少的5个方面

引言

化学核心观念的根本在于化学的物质观，指的是世界是物质的，物质是变化的。由此衍生出来的是元素观、微粒观、变化观、实验观和能量观；在此基础上可以进一步的对基本观念进行细化。如元素观的核心是所有的物质都是由化学元素组成的，物质的千变万化只是化学元素的重新组合，在化学反应中元素不变，换言之也就是对于周期表内各种化学元素的分类、构成的物质、相互间的反应、本身的物理化学性质的认识；微粒观的内涵是一切物质都是由原子、离子和其他微观粒子构成，这里强调的就是对于原子、分子、离子的认识。这些观念共同构成了化学世界的核心内容。

化学的五点核心观念

化学的元素观

元素观的核心是所有的物质都是由化学元素组成的，物质的千变万化只是化学元素的重新组合，在化学反应中元素不变，就是从元素的角度认识物质的变化。其中的第一点认识是物质可以按照元素组成进行分类。

1. 纯净物和混合物根据所含物质的种类物质可以分为纯净物和混合物。纯净物通常指具有

固定组成和独特性质的物质，单质和化合物。由同种元素构成的物质称单质。单质是元素

存在的一种形式。某些元素可以形成几种单质，称为同素异形体。由不同种元素构成的物

质称化合物。化合物是由两种或两种以上元素组成的纯净物，一个化合物分子中至少包含两种或两种以上不同的原子。两种或以上纯净物组成的是混合物。

2. 无机物和有机物根据是否含碳元素，化合物可以分为无机化合物和有机化合物（碳的氧化物和碳酸盐除外）。无机化合物按照组成可以分为酸、碱、盐。组成有机化合物的元素并不多，但是有机化合物的数量却很大，占已发现的纯物质中的绝大部分。碳是有机化合物的基本元素。

第二点认识是化学元素的反应，这一点是元素观的主要方面，涵盖内如极大。主要包括氧化还原、置换、分解和复分解四大反应。除此之外，无机和有机中又根据四大内容和实验事实包含了更多种类的化学反应，如有机化学中的人名反应，聚合反应等等。但是无论如何区分无数的化学反应，其本质依然是元素观所述，是元素的重新组合罢了。

化学的微粒观

化学的微粒观指的是世界的所有物质都是由细微的颗粒：原子、离子、分子按照一定的规律组合而成的。人类对于微粒观的认识过程正是探索世界本质的过程，微粒观和元素观相互交织，描述了宇宙构成的本质。

1. 原子

人类对原子的认识经历了：从低级到高级，从猜想到实证，从不可分到可分，从静止到运动等阶段1。

（１）在公元前５世纪，古希腊哲学家开始对原子有了认识。

（２）１９世纪初，道尔顿提出了原子学说。

（３）１８９７年，汤姆生提出了“葡萄干面包式”原子结构模型。

（４）１９１１年，卢瑟福提出了原子结构模型。

（５）１９１３年，玻尔提出了原子轨道模型。

（６）２０世纪初提出了量子力学模型。

（７）原子结构的认识还在不断发展中。

2. 分子人类分子的认识先于原子。在二十世纪中叶以前，研究的重点在于不同分子的结构性质。如今的中心在于泛分子：分子片、结构单元、分子、超分子、高分子、生物大分子和活分子、纳米分子和纳米聚集体、原子和分子的宏观集体、复杂分子体系及其组装体2。不同的分子结构或者相似的结构而不同的分子量会对分子的性质产生翻天覆地的影响。

化学的变化观

变化观所揭示的是化学反应的另一个方面，化学反应并非恒定不变的，而是存在着无数个动态平衡，微粒基于这个平衡不断地进行着化学反应和互相转化。这一点认识是基于勒夏特列原理所发展出来的。可以说一切反应都存在平衡，平衡的趋势可大可小。大的平衡反应如中和反应可以忽视平衡的影响。小的平衡如成产氨气过程中温度和压力都会对平衡产生显著影响。再此认识的基础上随后又发展出来了动力学和热力学的一系列观点。目前对于变化观的研究已经趋于全面但仍在不断发展，这部分知识是物理化学和无机化学基础知识的重要组成部分。

化学变化观发展有如下几点特征3

(1)对象日益复杂、广泛。(2)研究

日益深入、精细。

(3)认识化学变化跟认识物质的组成和结构互相促进、互相制约。

(4)从满足人类生存的基本需要到满足日益增长的生存需要再到在保证生存安全前提下提高生存质量，研究的目的逐步提升。对化学变化的丰富认识为化学反应观的建构做了必要的准备。是化学基本观念和一个健全化学知识体系中必不可少的一部分。

化学的实验观

化学是一门和实验密不可分的科学，化学的全部基础理论都是在实验基础上发展起来或提出理论后由试验验证的。在化学学科的发展之初，由于人们对于物质的本源认识不清，对于化学的研究基于尝试和巧合。比如空气成分的发现，新元素的发现和新材料的合成都无一例外的源于巧合和尝试。之后随着人们对于化学原理的认识深入，我们获得了完备的理论知识，到达了能够利用理论指导实验的境界。例如有机化学中新物质的合成目前依然是先利用现有理论推测反应的可能性，然后用实验验证来进行的。

计算化学对于实验观的突破化学的实验观并非绝对的依赖物质实验，上世纪中叶，随着计算化学的发展，人们第一次在实验观上做了一个突破。纯粹利用理论和公式对于反映的可能性和物质的性质进行推导。但是我认为这依然属于与化学的实验观的内涵，因为无论是否脱离实验室，脱离了和试剂相关的工作，无论研究的场所由实验室转移到何处，化学家的工作都是利用现有的材料（物质或理论）发展出新的材料。计算化学的突破并不能动摇化学的实验观，只是从狭义的实验转变为广义的实验罢了。

化学的能量观

如果说化学的元素观和微粒观是化学知识体系的框架，那么化学的能量观就是这个体系的‘实’。化学的能量观涵盖了价键理论、能级理论、分子间力的理论、原子能理论、轨道理论以及光化学的相关发光理论。对于其基本内容可以概括为如下7 个方面4：

1. 物质的分子或原子具有热能

2 核外电子按照能量高低分层运动

3 原子之间的强烈作用使原子处于能量较低的稳定状态

4 物质转化过程伴随有能量转化

5 物质分子发生有效碰撞是物质转化的必要条件

6 物质转化过程中能量是守恒的

7 原子核内贮存有巨大的能量能量观的相关知识加深人们对新物质而性质、反应的可能性、反应速率和影响条件、化学平衡和核能的利用的认识，从另一方面也支撑了化学的元素观、微粒观和变化观的内容，是化学研究中从能量角度揭示本质的一个方面。

结论

化学核心观念是围绕物质世界之一命题展开的，其分支有元素、微粒、变化、实验和能量等基本观念，在基本观念的基础上又逐渐发展出现了更加细化的理论方面。但是这些观念不是孤立的。从上面的论述可以看出，微粒观和元素观分别构成了对于宇宙微观和宏观的认识，而变化观则对自然的基本规律之一—平衡做出了详细的探讨，还对对两种观念的部分理论提出了一些解释。而能量观则是对于上述三点观念的支持。但是所有的理论都需要通过实验的方法进行验证，这正是化学实验观的内容。所以化学的五点观念是相互支持和互为依靠的复杂关系。

参考文献

[1] 张发新. 谈化学微粒观的内涵及其教育价值. 化学教育２０１５年第１９期，page8。

[2] 段连运２０１３年１２月在扬州大学的报告：２１世纪的化学是研究泛分子的科学。

[3] 吴俊明，吴敏. 刍议化学变化观的形成、内容和结构. 化学教学，1005—6629(2014)12—0013 一08

[4] 梁永平. 论化学学习中的能量观建构. 化学教育, 2008 年第8 期,page 7。