范文一：波义耳研究化学的科学方法

科目 化学

年级

文件 hxs0018.doc

标题 波义耳研究化学的科学方法

关键词 波义耳/化学史

内容

波义耳的科学研究方法，也是他极其重要的贡献，是影响科学研究和发展很重要的东西。

一、把科学实验作为研究化学的基本方法

“实验科学始祖”??弗?培根认为:“一般说来，要窥探大自然的奥秘，除了实验之外，别无其它门径可入。”作为培根哲学思想信奉者的波义耳也强调物理学、化学知识的真正基础是实验。他指出，不能停留在对自然界作偶然的观察而要主动地向自然进攻。要作系统的而且往往是人为的调整自然界，调整物理世界，以使在非常不同的条件下观察它，也就是，通过有目的的实验去观察自然现象。实验和观察的方法是形成科学思想的基础，化学必须依靠实验来确定自己的基本定律。

波义耳把比较严密的实验方法引入化学研究，为使化学成为一门实验科学打下基础。波义耳一个有眼光的自然科学家，应该“比亚里士多德学派更经常地留心考究经验;不要满足于自然界自然地产生的现象，当人们需要找出经验时，他们渴望通过有目的地装备起来的试验去扩大他们的经验。”可见波义耳不仅要求科学工作者要注意实验，而且要主动地实验，从实验中总结经验。波义耳明确指出:“化学，为了完成其光荣而庄严的使命，就不能认为目前为止的研究方法是正确的。是必须抛弃古代传统的思辨方法”，只有这样，化学才能象“已经觉醒了的天文学、物理学那样，立足于严密的实验基础之上。”他勉励科学工作者说:“人之所以能效力于世界者，莫过于勤在实验上做功夫。”这也是波义耳取得成功的重要科学方法，也是学习科学的重要科学方法。

二、重视对实验的理论分析

波义耳认为实验材料毫无疑问是非常重要的，因为没有材料的理论是没有根据的，也就是虚伪的理论。但是他也不相信科学原理、定律或规律是从实验材料中现成地得出来的。他认为实验材料是理论家用来进行思维加工的，用这些材料作研究的依据从中提出科学的见解，去对历史上发生的事件或现象作出因果性的解释。可见，波义耳重视实验，并没有忽视理论思维。

作为弗?培根信奉者的波义耳，虽然同培根一样强调实验方法的重要性，但他跟培根却有些不同。培根认为科学原理将会是通过对自然现象的研究以一种机械论的方式自然而然地涌现出来。波义耳则不同意这样的观点。他不仅重视以实验为基础的归纳法，而且也注意用笛卡儿的演绎法。对实验进行理论分析，使实验和理论、归纳法和演绎法的关系能够有正确的理解。所以波义耳在科学方法论的研究和应用，对培根的实验方法有所发展。

波义耳也和培根一样，重视汇集浩瀚的自然科学史料，搜集繁多的化学实验材料。他亲笔记载了许多有关物质的流动性、坚硬度、多孔性、颜色、凝聚、火焰、空气、液体、呼吸、人体血液、金属等实验材料。但搜集这些材料的目的，不是想机械地从中归纳出科学原理和定律，而是把它们作为理论家分析研究的原材料。所以，波义耳是把实验和理论结合起来研究的，这就发展了培根提出来的实验方法论。

三、重视假设的研究方法

波义耳认为实验材料只能是科学家分析研究事物的依据，以便从中提出各种假设用以解释自然现象或历史事件。材料无疑是十分重要的，因为没有材料的假设是毫无根据的空想。波义耳说:“恐怕很少有人比得上我对实验怀着深挚的爱和重视了，然而对我来说，如果有人提出某个有创造力的概念??那么，我就会比他向我透露某个精巧的实验更加感激他。”可见波义耳既重视实验又重视假设的作用。他认为科学家孜孜不倦地进行科学实验，但却不要过早提出科学原理或公理，可以在提出原理或公理之前先提出猜测性的假设。看看所提出的假设是不是具有解释问题的能力，即使这样慎之又慎也还会有错误，但可以从错误中获得教益。之所以需要这样谨慎地对等科学，因为人们对待问题常常会被表面现象所迷惑，看不见事物的内在本质。假设有时可能不正确，只有对现象作出比较深刻的分析，才能确定假设是否具有真正的价值。他曾作过很好的比喻:“某些假设就象出售药品的药店一样，第一眼看到的可能是毒蛇和鳄鱼，还有其他可怕的和有害的物品，但实际上却是有益于人们身心健康的有效药物的储藏室。”即使先错误地作出药物都是有毒的假设，但经过谨慎地分析之后，就可以作出对人们健康有益的正确的假设了，所以人们研究事物，为了不被表面的现象所迷惑，先作个假设，再检验它解决问题的能力，以确定假设是不是能够成立。这种过程是研究科学很需要的。

范文二：把化学确立为科学的波义耳

把化学确立为科学的波义耳

杰出的成就，不朽的贡献

波义耳在科学研究上的兴趣是多方面的。他曾研究过气体物理学、气象、热学、光学、电和磁、无机化学、分析化学、化学、工艺、物质结构理论以及哲学、神学。其中成就突出的主要是化学。

和当时的许多科学家一样，波义耳首先研究的对象是空气。通过对空气物理性质的研究，特别是真空实验，他认识到真空所 产生的吸力乃是空气的压力。他做了一系列实验来考察空气的压力和体积的关系，并推导出空气的压力和它所占体积之间的数学关系。在他的著作《关于空气弹性及其物理力学的新实验》中，他明确地提出:“空气的弹性和它的体积成反比”。法国物理学家马略特在此后15年也根据实验独立地提出这一发现。所以后人把关于气体体积随压强而改变的这一规律称作波义耳——马略特定律。这一定律用当今较精确的科学语言应表达为:一定质量的气体在温度不变时，它的压强和体积成反比。

在化学实验中，波义耳读了不少前人的有关著作，也了解到当时的一些科研成果。这不仅开阔了他的眼界，丰富了他的思想，同时也为他整个、酸实验的安排提供了指导。当时德国有位工业化学家格劳伯，大半生从事化学实验，对金属冶炼碱盐的制取有较多的研究，对于振兴德国的工业做出了重大贡献，格劳伯的事迹以及他的关于化学实验的著作《新的哲学熔炉》给了波义耳一个重要的启示，使他认识到化学在工业生产中所具有的广泛意义，化学不应只限于制造医药，而是对于整个工业和科学都有着重要作用的科学。为此，他认为有必要重新来认识化学，首先要讨论的是什么是化学。

波义耳根据自己的实践和对众多资料的研究，主张化学研究的目的在于认识物体的本性，收集观察到的事实。这样就必须使化学摆脱从属于炼金术或医药学的地位，发展成为一门专为探索自然界本质的独立科学。这就是波义耳在《怀疑派化学家》中所阐述的第一个观点。为了引起人们的重视，他在书中进一步强调指出:“化学到目前为止，还是认为只在制造医药和工业品方面具有价值。但是，我们所学的化学，绝不是医学或药学的婢女，也不应甘当工艺和冶金的奴仆，化学本身作为自然科学中的一个独立部分，是探索宇宙奥秘的一个方面。化学，必须是为真理而追求真理的化学”。

为了确定科学的化学，波义耳考虑到首先要解决化学中一个最基本的概念:元素。最早提出元素这一概念的是古希腊一位著名的唯心主义哲学家柏拉图，他用元素来表示当时认为是万物之源的四种基本要素:火、水、气、土，柏拉图的学生亚里士多德则进一步明确提出构成万物的四元素说。这一学说曾在两千年里被许多人视为真理。后来医药化学家们提出的

硫、汞、盐的三要素理论也风靡一时。波义耳通过一系列实验，对这些传统的元素观产生了怀疑。他指出:这些传统的元素，实际未必就是真正的元素。因为许多物质，比如黄金就不含这些“元素”，也不能从黄金中分解出硫、汞、盐等任何一种元素。恰恰相反，这些元素中的盐却可被分解。那么，什么是元素? 波义耳认为:只有那些不能用化学方法再分解的简单物质才是元素。例如黄金，虽然可以同其它金属一起制成合金，或溶解于王水之中而隐蔽起来，但是仍可设法恢复其原形，重新得到黄金。水银也是如此。

至于自然界元素的数目，波义耳认为:作为万物之源的元素，将不会是亚里士多德的“四种”，也不会是医药化学家所说的三种，而一定会有许多种。现在看来，波义耳的元素概念实质上与单质的概念差不多，元素的定义应是具有相同核电荷数的同一类原子的总称。现在这种科学认识是波义耳之后，又经3百多年的发展，直到20世纪初才清楚的。波义耳当时能批判四元素说和三要素说而提出科学的元素概念已很不简单，是认识上一个了不起的突破，使化学第一次明确了自己的研究对象。在《怀疑派化学家》一书中，在明确地阐述上述两个观点的同时，波义耳还强调了实验方法和对自然界的观察是科学思维的基础，提出了化学发展的科学途径。波义耳深刻地领会了培根重视科学实验的思想，他反复强调:“化学，为了完成其光荣而又庄严的使命，必须抛弃古代传统的思辨方法，而象物理学那样，立足于严密的实验基础之上。”波义耳正是这样身体力行的。波义耳把这些新观点新思想带进化学，解决了当时化学在理论上所面临的一系列问题，为化学的健康发展扫平了道路。如果把伽利略的《对话》作为经典物理学的开始，那么波义耳的《怀疑派化学家》可以作为近代化学的开始。

实验和观察是一切的基础

在波义耳众多的科研成果中，还有几项不能磨灭的化学成就。波义耳常说，“要想做好实验，就要敏于观察。”这几项成就都是实验中敏锐观察的结果。

在一次紧张的实验中，放在实验室内的紫罗兰，被溅上了浓盐酸，爱花的波义耳急忙把冒烟的紫罗兰用水冲洗了一下，然后插在花瓶中。过了一会波义耳发现深紫色的紫罗兰变成了红色的。这一奇怪的现象促使他进行了许多花木与酸碱相互作用的实验。由此他发现了大部分花草受酸或碱作用都能改变颜色，其中以石蕊地衣中提取的紫色浸液最明显，它遇酸变成红色，遇碱变变成蓝色。利用这一特点，波义耳用石蕊浸液把纸浸透，然后烤干，这就制成了实验中常用的酸碱试纸——石蕊试纸。也是在这一类实验中，波义耳发现五信子水浸液和铁盐在一起，会生成一种不生沉淀的黑色溶液。这种黑色溶液久不变色，于是他发明了一种制取黑墨水的方法，这种墨水几乎用了一个世纪。

在实验中，波义耳发现，从硝酸银中沉淀出来的白色物质，“如果暴露在空气中，就会变成黑色。这一发现，为后来人们把硝酸银、氯化银、溴化银用于照像术上，做了先导性工作。

晚年的波义耳在制取磷元素和研究磷、磷化物方面也取得了成果，他根据“磷的重要成分，乃是人身上的某种东西”的观点，顽强努力地钻研，终于从动物尿中提取了磷。经进一步研究后，他指出:磷只在空气存在时才发光;磷在空气中燃烧形成白烟，这种白烟很快和水发生作用，形成的溶液呈酸性，这就是磷酸，把磷与强碱一起加热，会得到某种气体(磷化氢)，这种气体与空气接触就燃烧起来，并形成缕缕白烟。这是当时关于磷元素性质的最早介绍。

波义耳所以取得这么大的成就，正如他所说:“人之所以能效力于世界，莫过于勤在实验上下功夫。

范文三：化学科学的开山鼻祖波义耳

化学科学的开山祖师??波义耳

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罗伯特?波义耳(boyle,r.1672-1691)出身于爱尔兰的贵族 ，家境富裕。自幼受过良好的教育，,岁入伊顿学校，,,岁能操法语和拉丁语，,,岁去法国、瑞典、意大利旅游和学习。,年后回到英国住多尔塞特，博览了科学、哲学和神学等方面的书籍。波义耳,,岁迁居牛津，同胡克等许多科学家进行每周一次的学术交流，自称他们的聚会是“无形大学”，后来这个组织发展为世界第一个学会组织??英国皇家学会。,,,,年该学会受英王查尔斯第二之特许，设会所于伦敦。

波义耳崇信弗?培根的唯物主义哲学和实验方法论。在,,世纪初期，弗?培根一方面提倡科学，宣传功利主义的科学观。他的科学思想在英国的传播对皇家学会的建立起了极其关键的作用。另一方面，培根几乎倾全力研究实验方法论。为新兴的近代科学提供新工具。对欧洲尤其是英国的近代科学的先驱者牛顿、胡克、波义耳等产生了重大的影响，波义耳在培根思想的影响下，在青年时就建立了自己的实验室。

波义耳为人温良慈善，蔼然有礼，而又笃于友谊，重于情感，人们都很敬重他。在学术问题上，他坚持真理、重视讨证。有次在他姐姐卡培利娜?雷尼拉芙夫人的宴会厅里开展了三天的热烈辩论。在坐的法国著名哲学家、数学家勒内?笛卡儿，是波义耳的一位强有力的辩论敌手。

“我还是不同意您的意见。”波义耳对笛卡儿说道，“不应该把理性放在高于一切的地位。费?培根说过:?知识就是力量，力量就是知识?。可是，知识又是从哪里来的呢,”

“我料想到您的回答是从实验中来的。”笛卡提高嗓门说道。

“当然实验是最好的老师。”

“可是舍去理性，你的实验又能提供什么呢,科学提供给我们的一切，都是理性的成果。”

“我绝不否认理性的作用，”波义耳说道“这可能是老生常谈了，但我想再一次引用培根的话:一个哲学家不应该象蜘蛛一样，把理性花在搞阴谋诡计上;他应该象蜜蜂一样，搜集事实，靠理性把它们酿成蜜。”波义耳以实验事实为基础来研究科学的观点，获得了科学家的普遍赞同。波义耳在化学科学方面的重大贡献是多方面的，下面仅介绍几条极其重要的。

一、正确地指出了研究化学的目的

,,世纪以前的化学知识，一部分是炼金术的内容，目的在于变*金属为黄金或白银;一部分是医药学的内容，目的在于发展医药，治病救人;一部分是化工生产的内容，目的在于增加产品的种类和提高产品的质量。化学研究没有独立性，主要由于没有明确的、正确的研究目的，而是其它部分的附属物。关于研究化学的目的问题，波义耳提出了与以前的炼金术家、医药学家和化工生产者有本质不同的见解。他认为研究化学的目的不是醉心于炼金术和医药，而是在于认识物质的本性。为此就需要进行专门的实验，收集所观察到的事实，使化学从炼金术和医药学中解放出来，发展成为一门专为探索自然界本质的科学。他说:“化学，到目前为止，还是认为只在制造医药和工业品方面具有价值。但是我们所说的化学，绝不是医学或药学的婢女，也不是甘当工艺和冶金的奴仆。化学本身作为自然科学中的一个独立部分，是探索宇宙奥秘的一个方面。化学，必须是为真理而追求真理的化学。”波义耳的自然观促使人们逐渐认识到，化学是具有自然特性的一门需要积极发展的科学。由于研究化学有了明确的研究目的、范畴和方向，使化学研究彻底地从炼金术、医药学、化工生产中解放出来，大大地推动了化学科学的发展。所以恩格斯高度评价说:“波义耳把化学确立为科学。”直到现在，波义耳所确定的化学研究的目的，对化学的研究和发展仍然具有指导意义。

二、第一个科学的元素定义

自文艺复光以后，欧洲出现了资本主义文化思想的萌芽，人文主义逐渐发展起来，提倡以人为本位的个性解放，反对以神为本位的宗教思想。同时科学家又提出了许多封建力量相

对抗的观点，冲击着各种是的自然观。到了,,世纪，由于资产阶级的兴起，在欧洲资本主义生产关系逐渐产生，资产阶级民主革命先后在英、法、德、美等国取得胜利，推动了生产力的迅速发展，使工业和科学有广阔的发展前景，大大扩展了人们的思想眼界，促进了人们对自然认识的飞跃。首先在天文学中，随后在力学、光学和生理学中提出了一系列的新学说。这些科学的研究对象从可观察的、可测量的宏观物体和现象，进入到微观领域的研究。在化学中积累了许多知识需要整理，对化学反应过程需要解释。在这个时期波义耳在构成物质本源的研究提出科学的见解。

,,世纪以前在物质构成的认识问题上，希腊哲学家亚里士多德提出的“土、水、气、火四元素学说”和医药学家提出的“汞、硫、盐三元素学说”一直在起作用，影响着化学的发展，甚至笛卡儿也相信不疑。但是年轻的波义耳对这个问题十分惑疑，难道亚里士多德和医药学家的见解真正是正确的吗,一切物体都仅仅是由这几种元素构成的吗,如果是这样的话，炼金术为什么不能找到点金石,这个问题应该通过实验来解决。

波义耳用实验证明，黄金不怕火烧，不会被火分解，更不会在火的作用下生成盐、硫或汞;但它可以跟其它金属融在一起变成合金，还可以熔解在王水里，而且所得到的产物经过适当处理黄金又可以恢复原性重现出来。他实验得出把砂子和灰碱两种东西混合在一起，经过加热可以熔化成透明的玻璃;生成的玻璃再也不会分解成土、水等东西。把灰碱和油脂烧煮会变成肥皂，但将肥皂加热所得到的产物却是跟碱和油脂完全不同的渣块。榨压葡萄得到的果汁，经过发酵可以变成酒精，果汁和酒精也都不会变成盐或硫。波义耳还指出，不少的化学变化都可以说明，同一物质经过不同处理可以转变成其它各种东西。这说明物质的组成和性质是复杂的，即不是亚里士多德所说的四元素，也不是医药学家所说的三元素。他还研究了在冶金和金属加工业中，金属锻烧以后所得的灰渣比金属还重的现象，决不是金属分解以后留下的元素，而得到的是比金属本身更复杂的物质。波义耳通过许多事实的论证后，给元素下了一个比较科学的定义:“我指的元素应当是某些不同任何其他物质所构成的原始的和简单的物质或完全纯净的物质”，“是具有一定确定的、实在的、可觉察到的实物，他们应是同一般化学方法不能再分解为更简单的某些实物。”这是世界上第一个科学的元素定义。由于波义耳给化学元素提出了科学的定义，为人类研究物质的组成指明了方向。虽然波义耳提出了科学的元素概念，由于时代的局限性，他并没有明确指出那些物质是真正的元素，而且仍然把火、水、气等当作元素。

三、发展了古代的微粒说

古希腊唯物主义哲学家德谟克利特认为物质是由微粒构成的。到,,世纪这个观点重新复活起来，并获得了发展，牛顿、胡克、波义耳都是坚持微粒说的代表人物。关于光线通过棱镜而折射的问题，他们都以微粒作解释，可以微粒只是一种推想的东西实际上谁也没有看过。化学家为了解释化学反应过程，也求助于微粒的运动和变化。虽然波义耳深信微粒说，但把它应用于化学却出现了问题。化学物质的性质是多种多样的，反应过程是复杂的，只是用微粒及其运动是难以解释的。他说:“我建议的关于特殊本源的微粒说，其重大困难就在于自然物体实际见到这种繁多的特性会起源于这样少的两种因素，而且简单到只是物质和位移运动，这是不能令人置信的。”他根据盐能溶于水而不能溶于油或汞，但黄金能溶于汞而不能溶于水和油，硫能溶于油而不能溶于水或汞等现象，认为应该在微粒说上面添加一些别的东西以补充其内容。他设想物质的基本微粒有各种不同形态和大小，并以不同的方式运动，或者相互固定在各种不同的次序和排列上，并在它们的细孔里保持着某些流出物或发散物。如同各个字母一样，可以有各种不同的方式组合起来，每个组合体代表一个化学物质。这就是他给微粒说添加的所谓“物体中的变异原理”。波义耳的变异原理，丰富了古希腊以来关于微粒说的内容，发展了哲学家的微粒说。当然波义耳在化学方面的贡献远远不只这一些，这里仅论其重要者，如对酸碱指示剂等化学物质的研究，将在以后有关章节中介绍。

范文四：波义耳研究化学的科学方法

波义耳研究化学的科学方法

波义耳的科学研究方法，也是他极其重要的贡献，是影响科学研究和发展很重要的东西。

一、把科学实验作为研究化学的基本方法

“实验科学始祖”??弗?培根认为:“一般说来，要窥探大自然的奥秘，除了实验之外，别无其它门径可入。”作为培根哲学思想信奉者的波义耳也强调物理学、化学知识的真正基础是实验。他指出，不能停留在对自然界作偶然的观察而要主动地向自然进攻。要作系统的而且往往是人为的调整自然界，调整物理世界，以使在非常不同的条件下观察它，也就是，通过有目的的实验去观察自然现象。实验和观察的方法是形成科学思想的基础，化学必须依靠实验来确定自己的基本定律。

波义耳把比较严密的实验方法引入化学研究，为使化学成为一门实验科学打下基础。波义耳一个有眼光的自然科学家，应该“比亚里士多德学派更经常地留心考究经验;不要满足于自然界自然地产生的现象，当人们需要找出经验时，他们渴望通过有目的地装备起来的试验去扩大他们的经验。”可见波义耳不仅要求科学工作者要注意实验，而且要主动地实验，从实验中总结经验。波义耳明确指出:“化学，为了完成其光荣而庄严的使命，就不能认为目前为止的研究方法是正确的。是必须抛弃古代传统的思辨方法”，只有这样，化学才能象“已经觉醒了的天文学、物理学那样，立足于严密的实验基础之上。”他勉励科学工作者说:“人之所以能效力于世界者，莫过于勤在实验上做功夫。”这也是波义耳取得成功的重要科学方法，也是学习科学的重要科学方法。

二、重视对实验的理论分析

波义耳认为实验材料毫无疑问是非常重要的，因为没有材料的理论是没有根据的，也就是虚伪的理论。但是他也不相信科学原理、定律或规律是从实验材料中现成地得出来的。他认为实验材料是理论家用来进行思维加工的，用这些材料作研究的依据从中提出科学的见解，去对历史上发生的事件或现象作出因果性的解释。可见，波义耳重视实验，并没有忽视理论思维。

作为弗?培根信奉者的波义耳，虽然同培根一样强调实验方法的重要性，但他跟培根却有些不同。培根认为科学原理将会是通过对自然现象的研究以一种机械论的方式自然而然地涌现出来。波义耳则不同意这样的观点。他不仅重视以实验为基础的归纳法，而且也注意用笛卡儿的演绎法。对实验进行理论分析，使实验和理论、归纳法和演绎法的关系能够有正确的理解。所以波义耳在科学方法论的研究和应用，对培根的实验方法有所发展。

波义耳也和培根一样，重视汇集浩瀚的自然科学史料，搜集繁多的化学实验材料。他亲笔记载了许多有关物质的流动性、坚硬度、多孔性、颜色、凝聚、火焰、空气、液体、呼吸、人体血液、金属等实验材料。但搜集这些材料的目的，不是想机械地从中归纳出科学原理和定律，而是把它们作为理论家分析研究的原材料。所以，波义耳是把实验和理论结合起来研究的，这就发展了培根提出来的实验方法论。

三、重视假设的研究方法

波义耳认为实验材料只能是科学家分析研究事物的依据，以便从中提出各种假设用以解释自然现象或历史事件。材料无疑是十分重要的，因为没有材料的假设是毫无根据的空想。波义耳说:“恐怕很少有人比得上我对实验怀着深挚的爱和重视了，然而对我来说，如果有人提出某个有创造力的概念??那么，我就会比他向我透露某个精巧的实验更加感激他。”可见波义耳既重视实验又重视假设的作用。他认为科学家孜孜不倦地进行科学实验，但却不要过

早提出科学原理或公理，可以在提出原理或公理之前先提出猜测性的假设。看看所提出的假设是不是具有解释问题的能力，即使这样慎之又慎也还会有错误，但可以从错误中获得教益。之所以需要这样谨慎地对等科学，因为人们对待问题常常会被表面现象所迷惑，看不见事物的内在本质。假设有时可能不正确，只有对现象作出比较深刻的分析，才能确定假设是否具有真正的价值。他曾作过很好的比喻:“某些假设就象出售药品的药店一样，第一眼看到的可能是毒蛇和鳄鱼，还有其他可怕的和有害的物品，但实际上却是有益于人们身心健康的有效药物的储藏室。”即使先错误地作出药物都是有毒的假设，但经过谨慎地分析之后，就可以作出对人们健康有益的正确的假设了，所以人们研究事物，为了不被表面的现象所迷惑，先作个假设，再检验它解决问题的能力，以确定假设是不是能够成立。这种过程是研究科学很需要的。

范文五：把化学确立为科学的波义耳

　　文章编号：1005－6629(2010)11－0054－04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B 　　 　　“元素”概念如同“原子”概念一样古老而又现实；对于化学来说，元素概念和原子概念同等重要，它们都是化学的基本概念。如果说，原子概念的产生及其演变是表征人们对宇宙万物结构的寻秘；那么，元素概念的产生及其演变则是反映了人们对宇宙万物组成的探索。在这个探索历程中，英国物理学家、化学家波义耳作出了重大的贡献。 　　罗伯特?波义耳(Robert Boyle, 1627-1691)生活在英国资产阶级革命时代，也是近代科学开始发展的年代。他是第一个明确阐述化学元素本性的科学家，他又是一位杰出的实验物理学家和实验化学家。他在前人的基础上研究气体的体积和压力的关系，总结出了物理学的基本定律之一――波义耳定律。波义耳一生做过很多的化学实验，是第一个发明指示剂的化学家，并首先为酸、碱下了明确的定义。他还是定性分析化学的先驱，创造了多种定性检验盐类的方法。由此可见，波义耳是十七世纪极具成就的化学家和近代化学的奠基人之一。 　　1对化学元素本性的明确阐述 　　化学最早是以炼金术的原始形式出现，到了16-17世纪化学开始摆脱了炼金术的束缚，医药化学和冶金化学随之兴起。瑞士医生帕拉塞斯是医药化学的代表人物，他用化学方法制成药剂(主要是无机化合物)来治病。医药化学派的主要观点是：化学研究的目的不是炼金术中的点石成金，而应当是制药。冶金化学的代表人物是德国冶金学家阿格里柯拉，他不像炼金术士那样只追求一种金属――黄金，而是广泛地研究各种矿物的特征以及选矿、矿物分析和冶炼的方法。冶金化学派强调化学的目的是提炼有实用价值的金属。 　　由此可见，波义耳当时所处的时代是化学处于从属于医学和冶金学的地位，还没有成为一门独立的科学。波义耳理性地思考了他所面对的化学现状，并结合亲身的实践，认识到化学应该有其自身的研究目的，而不是医学和冶金学的从属物，化学应该寻求自身的解放。在1661年出版的《怀疑派化学家》一书中，波义耳明确指出：“化学家们至今仍然遵循着过分狭窄的原则，这些原则不要求化学家具有广阔的视野，而只把制药和提取金属作为自己的任务。我则完全从另外一种观点来看待化学；我既不是一位医生，也不是冶金家，而是从哲学家的观点来研究化学。” 　　在波义耳看来，化学应当把世界万物的本原――元素，作为自身的研究对象。诚然，“元素”观念的提出可以追溯到遥远的古代。但是，对化学概念的元素作出比较科学的阐述应当从波义耳算起。为什么这样说呢？同样，可以在《怀疑派化学家》一书中找到答案。波义耳明确指出：“我所指的元素，就是那些化学家讲得非常明白的要素，两者意思相同，也就是指某种原始的、简单的，一点也没有掺杂的物体。元素不能用任何其他物体造成，也不能彼此相互造成。元素是直接合成所谓完全混合物的成分，也是完全混合物最终分解成的要素。”在这里，元素就是要素，而“完全混合物”，波义耳是指与机械混合物不同的化合物。由此可见，波义耳把元素看作是物质分解的限度，同时又是组成物质的基本成分。从此，人们区别单质(元素)、化合物及混合物有了一个比较科学的标准，化学的研究和发展开始复归到了它真正的出发点。 　　波义耳这种对化学元素本性的明确阐述，就其思想实质而言，是对古代元素观念的继承和发展。古代元素观认为，元素是构成万物的基础、始原、原初物质，并把可感觉的实物或性质(例如水、火、土、气或冷、热、干、湿等)看作这种本原；万物由其产生，万物又复归为它。波义耳把元素看作组成化合物的基本成分、简单物体；化合物由它组成，化合物又分解为它。在这点上，波义耳的元素概念和古代元素观的思想是相通的。同时，波义耳的元素概念又不同于古代元素观，在思想内涵上有发展、有创新。这种发展与创新主要表现在关于元素的质和量两个方面。 　　在质的方面：波义耳所指的“元素”，不是性质或性质的载体，而是简单物质或简单物体，这种物质(作为元素的物质)是分解的限度。在这里，波义耳把不可分解性和简单性视为元素的属性；而且，他还将元素与化合物相对立、相联系。而古代元素观只是指出元素是万物的本原，它或是某种具体的实物或是某种原始的性质，仅此而已。 　　在量的方面：古代元素观认为，元素或是一种或多种(例如四元素说、三要素说等)，都是那些人们已知的东西。摆在人们面前的任务不是去发现元素，而主要是用元素观念解释遇到的现象。而波义耳的元素概念则蕴含着这样的思想――凡不能分解、组成其他物体而不由其他物体组成的就是元素。因此，没有预设或规定自然界究竟存在有多少种元素，而应当去发现元素、去探求哪些物质是简单的、构成其他物质的基本成分，哪些物质是元素。从这点上说，波义耳对元素本性的阐述具有方法论上的指导意义。 　　总之，波义耳作为第一个明确阐述化学元素本性的科学家，既反对把化学归结为炼金术，也不同意把化学附属于医药学和冶金。他认为化学应把元素及其化合物作为化学研究的对象，化学应当为自身的目的去进行研究，即研究物质的组成及其化学变化。可以认为，波义耳的这种对化学元素本性的理性思考和科学阐述，是对化学自身发展的一种思想上的解放。从此，化学开始从炼金术的桎梏和医药学的附庸下独立出来，逐步发展成为一门科学。 　　2把严密的实验方法引入化学研究 　　罗伯特?波义耳出身于爱尔兰的贵族世家，在国内外受过良好教育。在中学时期，他除了阅读传统的图书和学习实用数学外，还对选择自然科学方面的新课程(例如天文学和物理学)表现出了浓厚的兴趣。后来因战乱，波义耳的家道开始中落，他转而学习医学和农业。在学习医学的过程中，他接触了化学知识和化学实验，制备了多种药品。这些实践活动使波义耳很快成为一名训练有素的实验化学家。1641-1643年间，他还去法国、意大利、瑞士等国游学考察，期间他阅读了大量英文、法文、拉丁文方面的化学著作和其他科学论著。1646-1647年间，波义耳在伦敦加入了名为无形学院的俱乐部。这是个创始于1644-1645年间的自然科学爱好者的民间组织。每周集会一次，座谈新兴的自然科学问题。无形学院的会员大多数是众多领域的业余科学家。活动期间，会员们集思广益、相互启迪，经常碰撞出智慧的火花。无形学院后来在1662年被官方正式命名为“英国皇家学会”。1680年波义耳被选为皇家学会主席，但他谢绝就职。 　　以上这些丰富的阅历和文化薰陶，培育了波义耳，使他成为富有创造能力的科学思想家。他通过周密思考和实验活动，相信化学应该是一门重要的理性科学，而不仅仅是一种实用的工艺(当时指制药和冶金)，更不是那种空想的玄学(系指炼金术)。波义耳一生都在为实践自己的这些观点而努力奋斗。他虽然是一位贵族，但是从不重视这种世袭的荣誉。他对贵族们的社交活动不感兴趣，却爱好在宁静的环境中专心科学研究，在他的家庭实验室里从事科学观察和实验活动。波义耳认为，只有观察和实验才是形成科学思想的基础。科学上不存在凭空产生的假说，只有通过观察物质的性质和行为才能产生合理的结论。他还说过：“不应该把理性放在高于一切的位置，知识应该从实验中来；实验是最好的老师，空谈和舌辩都无济于事。”波义耳主张研究化学，首先要引入严密的和科学的实验方法。 　　波义耳一生做过的实验众多，并在论文中对实验方法及其结果的描述极其详尽，这在同时代的科学家中是绝无尽有的。正是在这种严密而又科学的实验基础之上，波义耳卓有成效地在多个领域开拓前进：对于气体及其性质的研究；关于产生火、热、光等现象的本质的探讨；对酸、碱和指示剂的研究；对磷光现象及多种分析方法的研究。他还通过细心的观察总结出了波义耳定律。此外，他还对冶金、 医学、 化学药品、染料及玻璃的制造及应用作出过贡献。

　　以下，我们择其在两个重要领域的贡献，介绍如下： 　　2.1指示剂的发明 　　波义耳对于化学反应中的颜色变化善于观察、颇感兴趣。他是第一位把各种天然植物的汁液用作指示剂的化学家。他在《颜色的实验和观察》、《矿泉的博物学考察》等书中，描述了产生颜色变化的方法以及怎样利用植物的汁液做指示剂以显示这类颜色的变化过程。例如，“用上好的紫罗兰的浆汁(即由这种花浸渍出来的染料液)，滴在一张白纸上，再在上面滴2-3滴酒精。当醋或其他的酸液滴在这种浸有植物浆汁和酒精的混合物的纸上时，就会发现植物的浆汁立即从蓝色转变成红色。运用这种方法的优点在于：在做实验时只需使用少量的植物浆汁，就能使颜色的变化十分明显。”波义耳使用过的植物的种类很多，例如有紫罗兰、玉米花、玫瑰花、苏木(即巴西木)、樱花、洋红和石蕊等。在这些指示剂中，有的被配成溶液，有的被做成试纸的形式。令人叹为观止的是，波义耳的这些发明的生命力如此长久，以致我们现在还在经常使用这种古老的方法，例如石蕊试纸。 　　波义耳还发现指示剂的颜色变化可以有效地用来检验酸和碱。几乎所有的酸都能使某些蓝色的果汁变成紫红色，没有这种显色功能的物质就不是酸；同样，所有的碱都能将果汁的红色转变成蓝色。进一步利用这些性质，还能测定酸和碱的相对强度。酸、碱除了能使指示剂变色外，波义耳还指出：酸具有特有的酸味，并是一种强有力的溶剂；碱则具有滑腻的感觉和除垢的性质，且能溶解油类和硫黄，还具有与酸对抗和破坏酸的能力。可以说，波义耳首次对酸、碱的性质作出了明确的表述，并以此对酸、碱下了明确的定义。 　　此外，波义耳还发现，可以用火焰、气体、沉淀的颜色来检验某些物质，尤其是盐类。例如，铜盐使火焰带绿色，硝酸或盐酸和氨产生白烟，钙盐和硫酸生成白色沉淀以及银盐可被氯化物沉淀出来等等。总之，这一系列的发现与发明，使波义耳成为定性分析化学的先驱。 　　2.2波义耳定律的发现 　　波义耳研究得最详细的对象是空气(或气体)，无论是对空气的物理性质，还是对空气的化学性质，他都有开创性的见解。其中以发现气体的弹性(即可压缩性)最为有名。波义耳的发现始于“空气有压力”这一实验事实。据历史记载，1643年意大利数学家托里斥利(E.Torricelli)做了一个著名的玻璃管内水银汞柱的实验，发现玻璃管中水银面上的“托里斥利真空”，进而提出“空气具有压力”的论断。1654年，德国马德堡市长葛利克制成了空气压缩机，可以将容器抽成真空，人们获得了研究气体的有力工具。 　　1662年，波义耳基于托里斥利实验，借助空气压缩机开始对空气压缩性，即对“空气的压力与体积的关系”进行定量的实验研究。结果发现了以他的名字命名的定律：“气体的体积与压力成反比”。波义耳在压强大于大气压和压强小于大气压两种情形下都用实验证明了这个定律。在前一情形中用的是有名的、盛有水银的U形管，后一情形中用的是一个直形的盛有水银的玻璃管，它可以立于水银槽上，上端界定一些空气。1679年法国物理学家马略特也发表论文，独立表述了这一定量关系。后人就把这一定律称为“波义耳-马略特定律。” 　　波义耳还研究过空气的其他性质，而引起化学工作者兴趣的则是他对燃烧和空气性质关系的早期研究。波义耳曾做过一系列的燃烧实验，对物质在空气中的燃烧现象进行关注和探求。例如，他在《关于火焰与空气的关系的新实验》一文中叙述了以下实验情况：在一个抽掉空气的容器中，将硫黄洒在一块红热铁板上，硫黄只会冒烟而不能着火，但在有空气的容器中硫黄能燃烧产生蓝色火焰。他还从蜡烛以及氢气的燃烧现象观察中同样发现：燃烧不能没有空气。 　　又如，他在《用太阳光燃烧在真空中的火药的尝试》一文中描述了一种奇妙景象：火药和硫不同，在抽掉空气的容器中火药是能够燃烧的。而且火药还能在水面下(隔绝空气)燃烧，起初，波义耳怀疑在制造火药的硝石中混进了空气，后来他将硝石放在真空中进行重结晶，但用这种方法处理过的硝石制成的火药品，仍然能在真空中和水面下燃烧。由此，波义耳认为火药品中含有与空气性质相仿的“活化蒸气”(后被英国化学家普里斯特列发现并被称为氧气)。同时，他得出结论：同硝石混和的物质，甚至在没有空气的地方也能燃烧。 　　此外，波义耳还在《使火焰稳定并可称重量的新实验》一文中，仔细描述了在空气中焙烧金属锡的过程。实验是在曲颈甑中进行，各个操作环节均用天平称重。结果发现金属(锡)焙烧后的重量增加。――这一金属焙烧增重现象的发现孕育着：金属在空气中燃烧并和空气中某一部分结合，最终导致氧气发现的契机。遗憾的是波义耳忽略了由他的实验方法导致的部分空气的吸收，并作出了错误的判断：认为金属焙烧增重是由于燃烧时产生的“火粒子”(或火素)穿过玻璃后被金属吸收所致。 　　最后，对波义耳的实验方法内容作以下补充，我们认为是必要的。那就是，作为杰出的实验物理学家和实验化学家，波义耳的一生不仅设计了多种富有创新思想的实验方案，并付之实施。而且还改进了许多当时先进而又常用的仪器。例如，他运用空气压缩机改进了减压蒸馏以及进行这个过程的装置，可用于许多减压作用的实验。这对促进化学工作者对有机化合物性质和制备的研究是十分重要的。 　　综上所述，波义耳在理论与实验的结合上，使得化学走上了研究物质自身的正确道路。正是在这个意义上可以说，波义耳把化学开始确立为科学。 　　 　　参考文献： 　　[1][英]J.R.柏廷顿.《化学简史》，北京：商务印书馆.1979.5. 　　[2]张嘉同.《化学基本概念的演变》.太原：山西教育出版社，1998.1.1 　　[3]袁翰青，应礼文.《化学重要史实》.北京：人民教育出版社，1989.6.1.

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