元素周期律中的自然辩证法

本帖最后由 sunjl1981 于 2013-1-6 20:46 编辑
真理是客观事物及其规律在人的意识里的正确反映。从其内容看，真理是客观的，从认识真理的过程看，真理是一个从相对走向绝对的逐步深化的过程。事物在不断地发展，人们对真理的认识随之不断深化。元素周期律的发现也正是随着科学的不断进步而不断被揭露，不断为人们所认识。
物质世界中究竟存在多少种化学元素？这个问题恐怕连化学家们也难以准确回答，因为新的元素仍在不断地被发现。但是不管存在多少种元素，它们之间总是有着各种各样必然的联系和规律，最早发现这些规律并总结到元素周期律的是俄国化学家门捷列夫。在此之前，人们已经发现了63种元素，对化学元素相互关系的研究也持续了很长一段时间。早在1789年拉瓦锡撰写《化学大纲》时就提出了一个有33种元素的元素表，不过他把光、热和某些化合物都认为是元素。之后，比较著名的有1829年德国化学家德贝莱纳提出的“三元素组”的分类、1862年法国化学家尚古多提出的“螺旋图”和1865年英国化学家纽兰兹提出的“八音律”。1869年门捷列夫发表了《元素的性质和原子量的关系》，并公布了他的元素周期表，1871年门捷列夫又发表了《化学元素的周期性依赖关系》，对他的第一张元素周期表进行了补充和发展。门捷列夫指出：元素的性质随着原子量的增加而呈周期性的变化。根据现代的原子结构理论，元素周期律可以更准确地表述为：元素的性质随着元素的原子序数（核电荷数或质子数）的增加而呈周期性的变化。以元素周期律为基础，将所有的元素按照原子序数的增加以一定的规律排列，即得到元素周期表。元素周期律是元素周期表的高度概括，它只用简单的一句话，概括了元素性质的变化与元素的原子结构的关系；而元素周期表则是元素周期律的具体体现，它将元素之间相互联系的规律，展现得淋漓尽致。门捷列夫发现了元素周期律，在世界上留下了不朽的光辉，人们给他以很高的评价。恩格斯在《自然辩证法》一书中曾经指出：“门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律，完成了科学上的一个勋业，这个勋业可以和勒维烈计算尚未知道的行星海王星的轨道的勋业居于同等地位。”
唯物辩证法认为，事物的发展总是由肯定阶段走向否定阶段，事物的发展过程具有螺旋式，波浪式上升的性质。在元素周期律中，随原子序数的递增，元素的性质呈周期性变化，但是这并不是简单的重复，而是螺旋式的上升，所以在元素周期律的具体表现形式——周期表中，有同一周期从左到右，金属性依次减弱，非金属性依次增强，又有同一主族从上到下，金属性依次增强，非金属性依次减弱的递变。
元素周期律对于化学和其他自然科学的发展起着重大的指导作用，人们可以根据它去了解和预测未知的物质世界，可以用来不断发现新的化学元素，门捷列夫就曾用元素周期律预言当时尚未发现的六种元素（钪 、镓、锗、锝、铼、钋）的存在和性质。元素周期律还指导了对元素和化合物性质的系统研究，成为发展现代物质结构理论对元素进行分类的基础。元素周期律和周期表，揭示了元素之间的内在联系，反映了元素性质与它的原子结构的关系，在自然科学、生产实践、哲学各方面都有重要意义。
在自然科学方面，周期表为发展物质结构理论提供了客观依据。原子的电子层结构与元素周期表有密切关系，周期表为发展过渡元素结构、镧系和锕系结构理论、甚至为指导新元素的合成、预测新元素的结构和性质都提供了线索。元素周期律和周期表在自然科学的许多部门如化学、物理学、生物学、地球化学等方面，都是重要的工具。
在生产上的具体应用方面，元素周期律发挥着重要作用，体现在人们生活的方方面面，下面仅仅是元素周期律应用的典型而又非常重要的几个例子。
一、由于在周期表中位置靠近的元素性质相似，这就启发人们在周期表中一定的区域内寻找新的物质。例如：农药多数是含Cl、P、S、N、As等元素的化合物；半导体材料都是周期表里金属与非金属接界处的元素，如Ge、Si、Ga、Se等。又例如催化剂的选择。人们在长期的生产实践中，已发现过渡元素对许多化学反应有良好的催化性能。进一步研究发现，这些元素的催化性能跟它们的原子的d轨道没有充满有密切关系。于是，人们努力在过渡元素（包括稀土元素）中寻找各种优良催化剂。目前人们已能用铁、镍熔剂作催化剂，使石墨在高温和高压下转化为金刚石；石油化工方面，石油的催化裂化、重整等反应都广泛采用过渡元素作催化剂，特别是近年来发现少量稀土元素能大大改善催化剂的性能。
二、耐高温、耐腐蚀的特种合金材料的制取也是元素周期表的典型应用。在周期表里从IIIB到IVB的过渡元素，如钛、钽、钼、钨、铬，具有耐高温、耐腐蚀等特点。它们是制作特种合金的优良材料，是制造火箭、导弹、宇宙飞船、飞机、坦克等不可缺少的金属。
三、元素周期表还可以应用到矿物的寻找。地球上化学元素的分布跟它们在元素周期表里的位置有密切的联系。科学实验发现如下规律：相对原子质量较小的元素在地壳中含量较多，相对原子质量较大的元素在地壳中含量较少；偶数原子序的元素较多，奇数原子序的元素较少。处于地球表面的元素多数呈现高价，处于岩石深处的元素多数呈现低价；碱金属一般是强烈的亲石元素，主要富集于岩石圈的最上部；熔点、离子半径、电负性大小相近的元素往往共生在一起，同处于一种矿石中。在岩浆演化过程中，电负性小的、离子半径较小的、熔点较高的元素和化合物往往首先析出，进入晶格，分布在地壳的外表面。有的科学家把周期表中性质相似的元素分为十个区域，并认为同一区域的元素往往是伴生矿，这对探矿具有指导意义。
元素周期律在化学、物理学上有着重大意义，它是把化学和原子物理学联系起来的纽带；不仅如此，元素周期律还在哲学上有着重大意义，它用科学事实证明了量变引起质变的客观规律。元素周期律揭示了元素原子核电荷数递增引起元素性质发生周期性变化的事实，从自然科学上有力地论证了事物变化的量变引起质变的规律性。元素周期表是周期律的具体表现形式，它把元素纳入一个系统内，反映了元素间的内在联系，揭露了自然界物质的内在联系，反映了物质世界的统一和规律性。打破了曾经认为元素是互相孤立的形而上学观点。

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