系统理性概念群的建立

19世纪末20 世纪初发生的物理学革命在整个科学领域里产生了巨大的冲击波，也丰富和发展了既定的化学概念。新概念数目剧增，并且都具有崭新的特征，很难被原有概念群同化。此时，对原有概念群的重新考察，预示了化学新世纪的到来。20世纪化学概念的更新和发展的显著特征之一就是，随着化学领域与物理学领域在原子研究层次的交汇，而使化学概念群与物理概念群相互融合。在此基础上，化学键概念不断变革和丰富起来。一方面，对化学键的本质认识越来越深入；另一方面，随着一系列新型化合物的合成，化学键的种类也日益增多。具体地说，在1898年，汤姆逊用实验确认电子的存在。1913 年玻尔把普朗克的“量子”概念和卢瑟福的原子模型结合起来，提出了原子的“定态”概念，架起了经典物理学与现代物理学之间的第一座桥梁。1916年柯塞尔和路易斯分别提出了原子价的电子理论，把化学键分为离子键和共价键，开始用电子的运动状态来说明化学键的本质。在薛定谔、海森堡等人创立的量子力学理论的基础上，玻尔等人揭示了原子结构与元素周期律之间的关系；海特勒-伦敦给予氢分子中的化学键以崭新的量子力学解释。1928年，鲍林提出“杂化轨道”概念，这个概念并没有相应的物质实体，而是一个数学处理过程。
     在鲍林看来，化学键不过是满足某些条件的杂化轨道之间的有效重叠。密立肯吸收了利纳德-琼斯、休克尔等人的思想，于 1932年提出“分子轨道”概念，认为化学键就是在成键分子轨道中电子的运动效果。随着对化学键本质的深入了解，产生了一系列相关的概念，如键能、键长、键角、键的极性、饱和性和方向性、单键、双键、叁键、定域键与离域键、σ键、π键、共轭、超共轭等。相应地，化学结构概念也被重新理解，内容也更为丰富，各种同分异构现象的发现，构型和构象概念的提出，就表明了这一点。在20世纪上半叶，已经发现化学键的三大类型：离子键、共价键（包括配位键）和金属键。50年代以来，人们合成了许多新型的化合物。通过现代结构分析实验和量子化学理论计算，从中发现了一系列新型的化学键。早在30年代，斯托克（A·stock，1876—1946）就建立了硼烷的合成方法。但是，关于硼烷分子中的化学键问题一直争论不休。在1943—1947年期间，隆格-希金斯等人提出了双电子桥式三中心键模型。后来，美国的李普斯科姆（W·N·Lipscomb，1919—）肯定了三中心键这一新概念。1951年，英国人保尔森（Pauson）和米勒（Miller）等人合成了二茂铁（C5H5）2Fe，通过分子轨道理论的分析和X射线晶体分析，提出了“π—d配位键”概念。60年代以来，被合成和经结构鉴定具有M-M键（金属——金属键）的化合物越来越多，其中的金属元素一般都是过渡元素。许多实验事实表明，这些M-M键一般是多中心键。于是，金属原子簇这一全新概念应运而生。
     此外，作为无机化学和有机化学的中间地带的元素有机化学的发展使得某些无机化学亚概念群和有机化学亚概念群相互融合起来。20世纪化学概念群的更新和发展的显著特征之二就是，随着化学键概念的更新和丰富，有关化学键变化的概念也丰富和发展起来，表现在一系列新型的化学反应的发现及其机理的研究以及各种化学反应理论的建立。在有机合成领域中，发现了一系列化学反应的机理，诸如亲核加成，亲电加成、亲核取代、亲电取代、重排反应、周环反应等。链式反应的发现及其机理的研究，标志着现代化学动力学概念的重大突破。博登斯坦（M.Bodenstein，1871—1942）于1913年提出链反应概念。由于朗格缪尔（催化吸附理论）、泰勒（活性中心理论）和不少苏联催化化学家的努力，各种各样的催化反应机理逐渐被人们所认识。50年代以来，有人提出了催化现象的量子力学解释。普里戈金在对化学振荡反应研究的基础上，提出了“耗散结构”这一对当代科学产生重大影响的新概念。70 年代以来，由于光谱学、分子束和激光等技术的发明和应用以及大型电子计算机的推广使用，分子反应动力学成为化学领域中最富有成果的前沿之一。分子反应动力学从微观角度（或分子的量子态层次）探讨分子内或分子之间发生的化学反应的详细过程，提出了一系列崭新的概念，如态-态反应、选择性断键、微分反应截面和分子设计等。
     另一方面，对化学反应的系统的理论解释也取得了注目的成就。1952年，日本的福井谦一提出“前线轨道”概念，这个概念可以推广到整个化学反应领域，并从对物质结构的静态描述转向对反应过程的动态探究。1965年，伍德瓦德-霍夫曼提出“轨道对称性守恒”概念，使人们对化学反应规律的认识又前进了一步。70年代以来，化学反应的轨道拓扑学研究也取得不少丰硕成果。显然，现代化学概念是向着微观探究、动态分析和数学化的方向发展的。上述诸概念，在很大程度上，都是通过化学键及其变化来揭示物质的化学运动。可以这样认为，化学键概念一跃成为20世纪化学的主导概念。化学键概念自身的变迁，反映了化学概念的不断更新。在这一时期，个体概念以互相连接的形式涌现，概念群也以相互交融的方式产生（如量子化学亚概念群）。在深度上，随着化学键概念的深化以及化学反应机理的揭示，概念群继续分化；在广度上，在各亚概念群的交汇点上或者在概念群与其它学科概念群的渗透中又有新质的亚概念群（如元素有机化学亚概念群、生物化学亚概念群等）出现。各亚概念群的交汇是交叉学科和边缘学科产生的标志。它们使化学进入了既分化又综合的时期。因此，这一概念群称为系统理性概念群。