化学中的几何学方法

化学先生 / 2019-08-19

     化学运动广泛地涉及数和形的问题，对于形的问题，化学问题又可以化为几何问题来处理。

    化学中的几何学方法主要有三方面:

    其一，几何模型。结晶化学、结构化学常用这种方法。

    其二，图表方法。化学的各个分支儿乎都用图表方法，尤其是分析化学，化学分类学、原子光谱分子光谱分子能谱等领域,图表方法的应用更为广泛。

    其三，解析几何的曲线方法。 这种方法在物理化学中应用极为广泛，主要包括以下三方面:

    1. 几何模型法。

    化学模型方法和几何思想儿何方法有着十分密切的联系。一个化学结构模型的诞生，不仅要靠实验研究和理论上的探索，还与研究者的形象思维能力、儿何水平有直接联系，同时，也与化学家的美学修养直接相关。近年来，科学家们对科学中的美学方法越来越感兴趣，化学结构的对称与对称破缺的和谐统，化学 过程的协同性和复杂性,都在人们面前展现出十分诱人的方法论奇景。这些研究无疑会给化学家带来崭新的思想观念。按库恩的观点，这也可能是出现一种新的化学研究范式的前兆。

    例如,对二茂铁(双环戊二烯基铁)的结构、二苯铬的结构（图14-1），都要靠几何模型加以说明，这种方法

形象而生动，可以给人直观的认识。

    

    总之 ,几何模型方法在化学上有极为广泛的应用，用此法的关键在于"神似”,形象地反映化学物质的本质。

    2. 图表方法。

    图表方法 在化学研究中所取得的成功，大概给人们的印象是最深刻的。1869 年门捷列夫的周期表是尽人皆知的。这种方法后来在遗传学上又取得了突破，遗传密码表的出现，不能不说是受到元素周期表的启发。此外,还有基本粒子表、核素图等新的研究成果，都是用图表法取得突破的。所以，我们完全有理由说，图表方法尽管是古老的，但仍然有强大的生命力，它还会经常地给人们带来灵感和收获。

    图表一般可以分为统计图表、位置图表解析图表等。

    统计图表在分析和抽样研究中起着重要作用，这种图表比较简单，做起来并不难，但对图表的分析结果则不尽相同，一般人只是看到了其中的数学，而各学科的专家则可以从这种图表中获得顿悟、直觉、灵感和启发。

    其次是位置图表，这就要求 我们把研究对象全部收集到一个系统中，使它们在表中各有各的位置。像化学元素周期表、核素图、基本粒子表，还有现在-些学者研究的有机化合物“周期表”，都属于这种图表。这种图表一且能正确反映客观时，其空位都会成为科学预见的关键，利用空位，采取“对称填补法”可以提出预见和猜想。

    再次是解析图表，一股是利用函数y=f(ax)中自变量和因变量的关系，列成图表,画出曲线。如果是多参数的复杂体系，画出这种图表也并不容易，如果自变量和因变量之间只有不确定的相关性，这种表和图也不易作出。但是，这种解析图一且出来我们就可以根据曲线的变化方向和趋势，做出判断和预测。

    3.解析几何曲线方法。

    解析图表和曲线在化学中用途十分广泛，这种方法不仅可以解释实验过程，还有一定的预见性。化学中各分支几乎都采用这种方法。

    例如,物理化学中溶 液中溶质的标准态,可以用右面曲线表示(图14-2):

    

    在探索物质结构的过程中，也大量采用解析图表。

    例如,某些物质的紫外光谱也用曲线来表示。这种解析曲线在化学研究中有极为普遍的意义，在运用时，关键在于正确地选择坐标和参数，一般用平面坐标,万不得已也可用三维立体坐标、球面坐标等。