化学概念和理论建立的工具

一个重要化学理论的建立，“一种重要概念之形成皆经过大量实验及曲折推理；不澄其源，即成神秘，不特有碍理解，且可培植盲从。”③我国著名化学家傅鹰言简意赅地点明了化学方法在建立化学概念与理论上的职能。人们知道，由若干化学概念经判断、推理而构成的化学理论，其建立的主要标志在于它具有能够反映客观化学运动规律的真理性；能够构成知识体系的严密逻辑性；以及能够进行定量表达的精确性等。而这些标志所反映的条件，实际上只有依靠化学方法作为研究工具才可能实现。具体说来，化学理论是否具有真理性需要依靠化学实验方法加以检验和证实。例如，作为现代化学键理论的两大分支（价键理论和分子轨道理论）几乎均在 30 年代建立，它们所具有的相对真理性分别已由实验方法予以证明。但比较起来，分子轨道理论比价键理论含有更多的真理性成分。
     尤其是从50年代以来，由于分子轨道理论获得日益广泛的承认，而比价键理论发挥了更大的作用。究其原因，重要的是分子轨道理论能够同化学实验进一步密切结合；运用分子轨道法处理分子结构的结果能够跟分子光谱实验数据相当吻合。特别是近年来依靠光电子能谱等获得的丰富的实验成果，就更进一步地证明了分子轨道理论基本观点及其结论的合理性和正确性，从而具有着较高的确证度和逼真度。化学理论的严密逻辑性则需要运用归纳与演绎、分析与综合以及类比等推理方法去建立，以便把零星或无系统的知识依照内在本质联系和因果关系纳入到一个严密的知识体系之中。例如，物质结构（结构化学）理论体系的建立，主要采取两条途径：其一是以演绎的方法为主，即从普遍的量子力学原理出发，通过求解波动方程来探讨具体的原子和分子体系；其二是以归纳的方法为主，是以人们的经验和实验为基础，对部分事物的特性进行唯象地分析和总结，进而概括出一般性的结构来。
     ①②实践证明，这两种方法对于建立与发展物质结构理论都是有效的。若把两者有机地统一，则效果更佳，更有助于实现和加强化学理论体系的严密逻辑性。不仅如此，而且从中还会陶冶出现代结构化学家的一套富有特色的治学方法。著名结构化学家鲍林（L.Pauling）就是杰出的代表。他既善于从繁杂的实验事实中，通过抽象思维把现象与本质联系起来，又善于从量子力学的方程中引出直观模型，使概念形象化；他不仅长于归纳，而且深明演绎。①至于化学理论的精确性，更需要以日益精确的化学定量分析方法，移植形成的数学—化学法和物理—化学法等方法去实现。例如，溶液理论直到本世纪上半叶，还没有出现一个半定量的理论。②它的发展大大落后于气体理论和固体理论。而到了50年代以后，溶液理论则有了较大的发展，其重要原因之一就是由于以统计力学为运算工具，运用统计力学的方法处理了溶液体系，对溶液理论进行了定量表达，从而大大地提高了溶液理论的精确性。这就推动了溶液的热力学理论发展为溶液的统计力学理论，并开始进入了微观层次（如溶液的“模型理论”和“分布函数理论”）的更深层领域的研究。