【232→化学】化学通识30讲
(上篇)
这个世界是分层的,每一层的规律都不一样,当你用物理解决底层问题的时候,不可避免的就要借助化学解决上一层级的问题,换句话说,知行合一是化学的基本精神。
化学不可替代,是因为:
第一,化学关注现象和本质之间的联系,可以帮助我们更好的认识世界。
第二,化学填补了不同学科之间的断层。
第三,化学可以实现更多的可能性。
宏观世界不是微观世界的线性叠加,要想认识世界,宏观往往是一种幻象,通过微观才能够看到本质。化学家们用微观维度去认识世界,不是为了寻找最根本的原因,而是为了联系宏观世界的现象和微观世界的本质。这就好比是:要想了解一个社会的真实状态,既不能抛弃微观的个体,又不能只关注个体的行为,关注个体的行为,是为了更好的认识这个社会。
化学观察和解决问题的一个方式,通过宏观现象推测微观层面的本质,再借助于本质去解决宏观世界的问题。
化学为什么要做实验?是因为现实太复杂了,化学敬畏这种复杂性。化学是一个依赖于实验,形成知识体系的自然学科。化学之所以依赖实验是因为化学实验的便捷性高,受限制少,可重复性高。正所谓纸上得来终觉浅,化学家们在思考问题的时候,脑子里蹦出来的第一个想法:往往是做个实验吧,看看究竟是怎么回事。
化学反应是化学的最底层研究对象,是化学里最特殊的一个对象。反过来说,化学反应定律其实是客观存在的,不以人的意志为转移,这是理解化学这门学科的支柱。
物质世界中的动态平衡,不只是对某些行为产生影响,更是建立起了一种独特的世界观。化学反应不是非黑即白的,不管怎么打破旧的平衡,新的平衡总能马上建立,即便依旧是不稳定的状态。
好多文艺青年常常把岁月静好挂在嘴边,要是换成化学里的说词,岁月静好就是一种看上去近乎于静止的平衡状态,恰恰相反,为了达到这个状态,我们每个人都在负重前行,拼着老命去努力工作,这矛盾吗?一点也不。因为这是动态与静态互相转换的本质。
质量守恒夯实了唯物主义的基础,如果质量不守恒,我们也就无法相信物质世界的规律。化学反应中的能量不是凭空产生的,而是因为物质内部的势能释放出来了,在这个过程中物质的质量自然变轻了。
简单来说,熵的本质是微观世界混乱度的体现。谁都没有办法消除自己存在的痕迹,微观粒子会忠实的记录下每个人的行为,这足以让人变得不朽。
化学反应的三个重要定律,分别是:动态平衡定律,质量守恒定律和熵增定律。
(下篇)
道尔顿确立的原子论就不太一样,他所说的原子关键不在于不可分割,而在于明确,指出了同一物质的原子相同,从化学的角度来说,这才是最具有理论与应用价值的原子模型。
建立科学模型的任务,不是为了阐述某种思想,而是为了解决实际问题。
原子可以分为质子,中子和电子三个部分。元素就是将质子数目相同的原子划分成了同种元素,这个划分标准本身,也经历了很长时间才能够确定,这进一步说明元素并非是一个天然就存在的概念,是人类建立的一种模型,它展现了人类在探索物质时的高级智慧。
有了原子和元素的模型,化学家们就掌握了同一套工作语言,在这个基础上建立起来的任意一个化学模型,专业人员都可以直接看懂,不需要进行转码。
打个比方,如果我们把原子比作英文字母的话,那么分子就是词根是保持英文单词含义的最小单位。
水是由水分子组成的,它里面有氢原子和氧原子,但水分子形成之后,就不再是氢和氧的形态了,所以你完全观察不到氢和氧的化学性质。
如果我们把化学比作一套武功,那么上一讲的原子模型就是心法口诀,是最核心的基础,而这一讲的分子模型,就好比是身法口诀,解决了形体问题。
周期律的本质是物质的内在联系,并不是一种线性单一的数学运算方法。
越巧妙的模型,它背后的原理往往就越笨拙。
一种物质能够电离出氢离子的就叫酸,能够接纳氢离子的就叫碱,这是一种更接近本质的视角,化学家是从物质结构的角度去看酸碱性,而不是只去探索氢离子本身。
任何一组概念,科学上都会对范围作一个明确的界定,比如我们前面谈到的那三个酸碱理论,范围虽然越来越大,但在化学上讨论的对象始终是非生命体。
在化学里,合成就是将简单的物质组合成复杂的物质,这不是直接把两样东西粘贴在一起或者混合起来,而是从结构出发,在原子层面进行重组,形成新的物质。
从这个角度来说,分解与合成是创造新物质的一体两面,是不可分割的,甚至可以说,分解是更高级的合成。
非金属材料,也能通过化学手段拥有金属材料的属性,从这个角度看,世界上材料的属性就无所谓金属还是非金属。
评价一个东西不在于价格,不在于审美,也不在于天然还是人工,而在于它背后的科技有没有真正改变你的生活。