经典化学结构概念的提出

面对五彩缤纷、千变万化的物质世界，古人曾直观地猜测自然界是一个以“性质”为本原的世界，直到近代自然科学兴起后，由于制定了经验分析的化学元素概念才使物质组成和性质关系的观念顺转过来。从此，化学走上了分析物质组成，并用组成来解释物质性质的正确发展道路。此后，到 19世纪初，经过道尔顿的工作，科学的原子论终于在化学领域首先得以建立，并通过原子论把元素和原子概念统一起来。化学组成被明确为是由坚硬的、可称量的物质微粒所构成的一种关系。于是，进一步认识这些微粒之间的关系便有了现实的紧迫性，从而预示了化学家由分析物质的化学组成向认识化学结构阶段的转变。随后，由于同分异构现象的发现和电化二元论所遇到的困难，就更加直接地促进了这种转变。前者使化学家们认识到同分异构体是“由相同数目的原子所构成，但原子的排列方式不同，因而具有不同的化学性质。”①后者则是为了克服二元论的不足而提出了取代学说，一元论和类型论。日拉尔在19世纪50年代初把类型论系统化了。他把化合物看作是一个整体，并尝试对有机化合物进行分类，从而使庞杂的有机物初步显示了一定的条理性，也导致了元素、当量、原子和分子等概念的日益明确。这一时期，弗兰克兰提出了元素的原子价的思想，随后又提出了化学键的思想。
     他认为，通过原子价的研究，可以使一元论和二元论融合起来。凯库勒和库柏发展了弗兰克兰的见解。他们大致在同时独立地发现了碳是四价元素，并可以彼此连接起来。凯库勒 1858 年开始使用化合物“构造”（Constit-ution）的概念，但他实际上只看重化合物中原子的位置排列。不过，库柏却引伸出了原子结合定律，看重原子之间的相互结合。此后布特列洛夫随即于 1861 年首先使用了如下意义的化学结构的概念：“假定一个化学原子具有一定的和有限的化学力（亲和力），化学原子借助这种力来参加形成物质，那么，我拟将这种化学结合或（这种）原子间相互结合成复杂化合物的能力，称为化学结构。”①他看重化学结构中的相互作用方面，并强调了结构和性质之间的联系：通过物质性质可以了解物质结构；而结构决定性质，知道了结构可以又预测性质。在那个时代，元素的原子被认为是物质的最终微粒。因此，化学结构概念就具有了深层的物质基本结构的意义，化学结构几乎也就是物质结构的同义语。这样，经典化学结构概念的确立，就从根本上革新了人们的物质观，从而影响了各个科学领域，以致人们的思维方式。化学家已可以声称：“无论什么物质，只要知道它的化学结构，就可以按它的成分构造出来。”②经典结构观念，最终将有力地推动化学化工的进步，从而对人们的生活方式也产生了重要的影响。