元素说的发展

互联网2013-11-14

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元素说是人类认识物质组成过程中最早提出的学说，是化学组成理论的基石，也是哲学探讨的重要课题。

自然界复杂繁多的万物是否是由少数基本物质即元素构成的，万物是否统一于少数几种元素？古代哲学家最早提出了这一命题，并做出了回答。古希腊哲学家 Thales 认为水生万物，万物统一于水。古代中国哲学家提出以土与金木水火杂，以成百物，认为万物统一于五行，即五种元素。此后，古希腊哲学家 Empedocles 也提出了类似的“四元素”说。他们提出的元素思想，虽然还缺乏科学依据，只是一种主观臆测，而且也还远不是今天的科学的元素概念，然而毕竟是从物质世界本身来说明物质世界和寻找统一物，从而体现了一种朴素的唯物主义思想。这是难能可贵的。

17 世纪中叶，英国化学家 Boyle R 继承了古代元素思想，并依靠化学实验研究了组成物质的元素。依此他认为，元素并不是水、火、土等复杂物质或现象，更不是亚里士多德所说的冷、热、干、湿等性质，或柏拉图所强调的理念等非物质的精神，而是那些原始的、简单的或是丝毫没有混杂的物质，从而第一次提出了具有科学性质的元素概念。这也是化学科学中出现的第一个化学基本概念，并成为近代化学科学诞生的标志。 Boyle R 之所以能够提出科学的元素概念，从根本上看是在于他接受了当时刚刚兴起的微粒哲学，使他能够用物质微粒及其运动的观点对化学现象做出机械论的解释，而无需诉诸于超自然的、人格化的因素，冲破了长期居于统治地位的神秘主义哲学的束缚。此外，还在于他超出了古代哲学家的思维方式，不是依靠主观臆测，而是依靠科学实验来剖析物质，寻找和确定元素，进而建立起科学的元素观。因此，恩格斯说：“ Boyle R 把化学确立为科学”。

但是，由于当时化学实验水平的限制， Boyle R 的元素概念还只是一种缺乏具体内容的抽象概念，还有待充实。这一工作在 18 世纪中叶由法国化学家 Lavosier A L 担负起来。他在化学实验分析的基础上终于确定了 Au ， Ag ， Cu ， Fe ， Sn ， O ， H ， S ， P ， C 等 33 种简单物质为化学元素，并列出了化学上第一个元素系统分类表。其中虽然也把石灰、镁土、盐酸等化合物误当成了元素，然而毕竟是把 Boyle R 的抽象元素概念具体化了，并有力地推动了化学家到具体物质中去寻找、发现化学元素的工作。到 19 世纪末，已经发现了 79 种化学元素。其间，在 19 世纪中叶，俄罗斯化学家 Mendeleev 又把看来似乎是互不相干的化学元素，依照原子量的变化联系起来，发现了自然界的重要基本定律——化学元素周期律，从而把化学元素及其相关知识纳入到一个严整的自然序列规律之中，既提高了人们学习、掌握化学知识的效率，又从理论上指导了化学元素的发现工作。到 20 世纪 40 年代，人们已经发现了自然界存在的全部 92 种化学元素。与此同时，人们又开始用粒子高能加速器来人工制造化学元素。这样到 1996 年已发现的元素总数达到 114 种。

现代化学元素思想的形成和化学元素的发现，进一步证实了辩证唯物主义自然观的科学性。它表明，自然界中居于分子层次以上的物体，从宏观的天体到微观的分子，从有生命的动植物到无生命的矿物都是由化学元素组成的。例如火星的土壤是由 Fe ， Si ， Ca ， Al ， S 等化学元素所组成；生命体是由 C ， H ， O ， N ， S ， P 等化学元素组成；体现了辩证唯物主义的物质统一观。此外，人们认识了化学元素，还为化学知识的化繁为简，以及促进物质的加工转化创造了有利条件。例如地球上的生物和非生物多达 400 多万种，然而从化学元素的观点看来，却超不出已知 100 多种化学元素，只是元素组成和组成的方式不同而已。由此还可以利用化学反应使物质发生转化。例如在原料和产品都具有 C ， H ， O ， N 等 4 种化学元素的基础上，可以把煤、水、空气转化成为化肥和炸药；在共同具有 C ， H ， O ， N ， P ， S 等 6 种主要元素的基础上，可以把 H _{2} O ， CO _{2} ， NH _{3} ， H _{3} PO _{4} 等物质转化成蛋白质和核酸等生物体内的物质。