Tiểu luận Các phạm trù của phép biện chứng trong hóa học

Vật lý học và hóa học hiện đại đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng tính cấu trúc của vật chất là một trong những thuộc tính phổ biến của nó. Cùng với không gian và thời gian, cầu trúc là một dạng tồn tại tất yếu của vật chất sống và không sống. Tương tự như tính quy định về lượng, cấu trúc của sự vật và hiện tượng gắn liền với các đặc điểm về chất lượng. Khái niệm cấu trúc, được khởi thảo trước tiên trong tự nhiên học và đặc biệt trong hóa học, được nghiên cứu hiện nay như là một phạm trù triết học.

doc30 trang | Chia sẻ: maiphuongdc | Ngày: 09/09/2013 | Lượt xem: 7937 | Lượt tải: 93download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Tiểu luận Các phạm trù của phép biện chứng trong hóa học, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
g quan trọng trong việc phát triển học thuyết về các dạng không gian của phân tử Quá trình nhận thức bản chất của các chất hóa học là liên tục và theo nhiều mức độ. Sự tạo thành và phát triển các khái niệm phản ánh các mức độ đi sâu vào bản chất đó. Vì rằng bản chất là nhiều mặt, vô tận, nên trong quá trình nhận thức việc hình thành, phát triển và đào sâu những khái niệm khoa học là liên tục. Phép biện chứng của mối quan hệ lẫn nhau giữa bản chất và hiện tượng không chỉ có nội dung ở chỗ bản chất được nhận thức thông qua việc nghiên cứu thực nghiệm và suy luận lý thuyết về các hiện tượng cụ thể mà còn là ở chỗ chính việc hiểu biết về bản chất các đối tượng và các quá trình vật chất được phản ánh trong các khái niệm và định luật lại là một giai đoạn để nhận thức đầy đủ hơn về một hiện tượng cụ thể CHƯƠNG II. TẤT NHIÊN VÀ NGẪU NHIÊN TRONG HÓA HỌC Trong vô vàn những mối liên hệ muôn hình muôn vẻ tồn tại trong thế giới khách quan, nổi bật lên mối liên hệ cơ bản, lập đi lập lại, xuất phát từ bản chất của hiện tượng và những mối liên hệ thứ yếu, bề ngoài, tạm thời, phụ thuộc chủ yếu vào những điều kiện tồn tại bên ngoài của các sự vật và hiện tượng. Những phạm trù của phép biện chứng như ngẫu nhiên và tất nhiên phản ánh những mối liên hệ đó. Phạm trù tất nhiên phản ánh cái chung, cái điển hình, cái bên trong, xuất phát ngay từ những mối liên hệ sâu sắc, cơ bản, lặp đi lặp lại của các sự vật và hiện tượng trong thực tiễn. Do đó tất nhiên là những cái xuất phát từ những quy luật bên trong của sự phát triển trong những điều kiện cụ thể nhất định. Như ta đã biết, chính qui luật làm cho sự phát triển của hiện tượng diễn ra theo một trật tự xác định nghiêm ngặt. Tất nhiên là cái đã được chuẩn bị cho quá trình phát triển trước đó của hiện tượng, là cái xuất phát ngay từ bản chất bên trong của hiện tượng và nhất thiết, chắc chắn phải xảy ra. Thí dụ trọng lượng của các chất ban đầu tham gia vào phản ứng hóa học thường là bằng trọng lượng của các sản phẩm thu được; hidro tham gia vào phản ứng hóa học với tư cách là chất khử, còn clo là chất oxi hóa trong tương tác với các kim loại, butan chỉ có 2 đồng phân …điều đó có cơ sở ở những tính chất và những mối liên hệ bản chất sâu sắc của các chất hóa học. Những hiện tượng này là do tác dụng của những quy luất khách quan xác định, được hóa học tìm ra. Phạm trù ngẫu nhiên phản ánh những nhân tố thực tiễn xuất phát trực tiếp từ những điều kiện bên ngoài, từ những mối liên hệ bên ngoài, không ổn định và thứ yếu đối với một hiện tượng xác định. Ngẫu nhiên biểu lộ về cơ bản cái riêng biệt, không bản chất đối với một hiện tượng nhất định. Thí dụ, việc tạo thành một chất mới trong phản ứng hóa học bắt đầu bằng sự va chạm các phân tử của các chất ban đầu. Nhưng phân tử nào của một chất, phân tử thứ nhất, thứ ha hay thứ ba va chạm trước tiên với phân tử chất kia lại là một việc ngẫu nhiên. Có lẽ là những phân tử nào ở gần nhau nhất lúc pha trộn thì va chạm với nhau. Có nghĩa là nguyên nhân để va chạm thì có, nhưng nó không phải là chức đựng trong bản chất hóa học của các chất phản ứng, mà ở những hoàn cảnh bên ngoài bản chất đó (ở vị trí của những phân tử trong không gian, ở khoảng cách giữa chúng với nhau). Phản ứng hóa học xét về tổng thể, chiều hướng phát triển của nó là kết quả cuối cùng đã được qui định, và được xác định bởi các định luật hợp thức, hóa trị, cấu tạo hóa học. Có thể nói về ngẫu nhiên trong các phản ứng hóa học với ý nghĩa như thế nào? Trước hết, cần chú ý rằng biến đổi hóa học là sự tương tác của rất nhiều tiểu phân hóa học, tức là một hiện tượng tuân theo các qui luật thống kê. Cái đơn nhất trong quá trình này là từng tác dụng hóa học sơ cấp. Việc thực hiện tác dụng này phụ thuộc vào những đặc điểm riêng biệt của các tiểu phân hóa học va chạm với nhau, vào giá trị động năng của chúng. Động năng của các phân tử cùng loại có thể khác nhau, biểu hiện ra ở giá trị hàng rào năng lượng (năng lượng hoạt hóa) mà những phân tử này cần phải vướt qua để thực hiện tác dụng hóa học sơ cấp. Kết quả là tác dụng này có thể được hoàn thành sớm hơn hoặc chậm hơn so với thời gian tương tác của số đông các tiểu phân phản ứng. Với ý nghĩa này, tác dụng hóa học sơ cấp là ngẫu nhiên. Ta cũng biết rằng một số quá trình hóa học có thể xảy ra đồng thời theo một số hướng tạo ra các sản phẩm khác nhau. Thí dụ acid hipoclorơ không bền có thể có ba loại biến đổi : HClO à HCl + O 2HClO à H2O + Cl2O 3HClO à 2HCl + HClO2 Cả ba phản ứng này là tất nhiên. Chúng xảy ra do bản chất hóa học của HClO, tuân theo nhữnbg quy luật tương ứng về cấu tạo về thành phần của HClO. Nhưng tốc độ tương đối của các quá trình này phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện. Nếu thay đổi các điều kiện có thể tiến tới làm cho sự biến đổi của axit hipoclorơ thực tế xảy ra theo một trong ba loại phản ứng. Dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời trực tiếp, sự phân hủy HClO hầu như chỉ xảy ra theo phản ứng loại thứ nhất. Phản ứng cũng xảy ra như vậy khi có mặt các chất có thể dễ dàng hóa hợp với oxi, hoặc khi có mặt một số chất xúc tác. Tuy nhiên khi có mặt những chất hút nước, sự phân hủy HClO xảy ra ưu tiên theo phản ứng loại thứ hai, tạo thành sản phẩm khí clo oxit Cl2O. Trong phản ứng như vậy số phận của từng phân tử riêng rẽ là ngẫu nhiên; phân tử này bị phân hủy theo một trong ba cách, tuỳ theo những đặc điểm riêng của nó. Có thể nhận xét thấy những hiện tượng tương tự ở vô số các thí dụ tạo thành các oxit. Ta biết rằng một loạt những đơn chất (N2, C, P, Fe …) tạo thành một vài hợp chất với oxi. Điều này là do cấu tạo, hóa trị, bản chất hóa học của chúng. Tuy nhiên khi tạo thành CO2 chẳng hạn thì những phân tử Cacbon riêng rẽ còn có thể tạo thành cả CO. Những quá trình đi chệch ra này phụ thuộc vào những đặc điểm của phân tử cacbon nào đó trong tập hợp các nguyên tử, là những hiện tượng đơn nhất, không đặc trưng, ngẫu nhiên ở những điều kiện nhất định. Dễ dàng nhận thấy rằng những sự ngẫu nhiên như vậy, những tác dụng hóa học sơ cấp đi chệch ra khỏi quá trình phản ứng chung theo qui luật thì gắn liền với phản ứng hóa học bằng cách này hay cách khác. Cái ngẫu nhiên do phản ứng hóa học gây ra thể hiện ra dưới dạng cụ thể này hay khác trong quá trình phản ứng đó. Do đó, ngẫu nhiên liên hệ bên trong với tất nhiên. Từ đó ta hiểu được nhận xét của Enghen là cái tất nhiên “vốn sẵn có bên trong cái sẵn có cả cái ngẫu nhiên”. Khi nghiên cứu mối liên hệ giữa cái tất nhiên và cái ngẫu nhiên cần đặc biệt nhấn mạnh ý nghĩa quan trọng của các điều kiện bên ngoài. Điều quan trọng nữa là cần thấy rằng ta sẽ phạm sai lầm nếu cho rằng cái tất nhiên chỉ là những mối liên hệ bên trong, bản chất, và cái ngẫu nhiên chỉ là do những mối liên hệ thứ yếu, bên ngoài. Không nên coi những mối liên hệ bên trong, bản chất của một chất, một quá trình hóa học như một cái gì hoàn toàn tách biệt và không phụ thuộc vào những mối liên hệ bên ngoài. Đó là một quan điểm siêu hình. Trong thực tế sự biến đổi hóa học chỉ xảy ra ở những điều kiện bên ngoài xác định, trong đó cả những điều kiện không đáng kể như kích thước, nguyên liệu và tình trạng của thành bình phản ứng cũng quan trọng. Nói cách khác, phản ứng xảy ra trong mối quan hệ tác động qua lại giữa các yếu tố bên ngoài với các yếu tố bên trong quy định bản chất hóa học của chất. Những điều kiện của phản ứng cũng là điều kiện quyết định để cái ngẫu nhiên chuyển thành cái tất nhiên và ngược lại. Như thấy được từ các thí dụ trên, tác dụng hóa học sơ cấp, đơn nhất là cái ngẫu nhiên trong quá trình phản ứng, thí dụ như sự tạo thành các phân tử CO riêng lẻ khi điều chế CO2, hoặc sự phân hủy các phân tử HClO riêng biệt theo cách phân hủy thứ ba, trong khi sự phân hủy phần lớn các phân tử của chất này phải xảy ra theo cách thứ nhất hoặc thứ hai ở các điều kiện nhất định. Trong những trường hợp này để cho cái ngẫu nhiên chuyển thành cái tất nhiên, cần phải có những điều kiện bên ngoài sao cho cái ngẫu nhiên thể hiện ra trước kia ở một tác dụng sơ cấp cá biệt trở thành có tính chất hàng loạt, trở thành tất yếu cho phần lớn các tiểu phân phản ứng. Tìm hiểu những điều kiện và quy luật chi phối tập hợp các tiểu phân đó có nghĩa là tìm ra cái tất nhiên, tức là sự chuyển hóa từ ngẫu nhiên thành tất nhiên. Dễ dàng quan niệm quá trình ngược lại. Như vậy cực tính của cái ngẫu nhiên và tất nhiên là tương đối. Những phạm trù này mặc dù đối lập với nhau nhưng lại gắn bó chặt chẽ với nhau, và chuyển hóa qua lại ở những điều kiện xác định. Bằng những tư liệu thực nghiệm, hóa học đã chứng minh rằng không có cái tất nhiên “thuần túy” …Cùng một hiện tượng có thể khi là tất nhiên, khi là ngẫu nhiên tùy theo những mối quan hệ, điều kiện và liên hệ khác nhau. Việc tìm hiểu mối quan hệ giữa cái ngẫu nhiên và cái tất nhiên cho phép tìm ra logic bên trong của sự phát triển khoa học hóa học. Thí dụ, ta đã biết rằng trước khi phát minh ra định luật tuần hoàn việc tìm ra mốt loạt các nguyên tố và những tính chất của chúng chỉ là những trường hợp ngẫu nhiên. Có thể nêu lên làm thí dụ điển hình việc nhà giả kim thuật Đantơ tìm ra photpho trong nước tiểu khi đang tìm kiến hòn đá triết học, và xuất phát từ quan niệm thần bí điều chế thuốc trường sinh. Ở chừng mực nhất định hiện tượng phóng xạ của các muối uran cũng được A.Beccơren tìm ra một cách ngẫu nhiên khi ông tìm cách chứng minh một quan niệm không đúng đắn là có mối lên hiện giữa hiện tượng phát quang của thủy tinh với các tia không nhìn thấy được phát ra trong ống catot. Tuy nhiên bằng cách nghiên cứu, tập hợp lại và hệ thống hóa những nguyên tố trong đó có cả những nguyên tố được tìm ra một cách ngẫu nhiên, Mendeleev đã tìm ra định luật tuần hoàn. Tính chất của các nguyên tố không còn thể hiện ra như là ngẫu nhiên nữa mà là tất nhiên. Phát minh ngẫu nhiên của Beccơren đã dẫn tới việc xác định cấu tạo phức tạp của nguyên tự, việc xây dựng lý thuyết về hạt nhân nguyên tử, việc tìm ra phản ứng hạt nhân dây chuyền phân chia uran cùng với học thuyết về các quá trình dây chuyền của Xêmênốp và Khinsenbud, và cuối cùng dẫn đến điều tất nhiên là lò phản ứng hạt nhân. Như vậy, dường như là trong quá trình phát triển của khoa học với những tiền đề và nhu cầu lý thuyết và thực tiễn xác định, mỗi phát kiến ngẫu nhiên đều gây ra một loạt biến cố tất nhiên. Điều này lại khẳng định một lần nữa tính không tách được của ngẫu nhiên và tất nhiên, mối liên hệ biện chứng giữa chúng với nhau. Nhân đây ta nên dừng lại ở luận điểm khá phổ biến cho rằng “Khoa học là kẻ thù của cái ngẫu nhiên”; người ta thường coi như câu này nêu lên sự đối kháng nhau giữa khoa học và ngẫu nhiên nói chung. Quan niệm như vậy cần phải được chính xác hóa ở chừng mực nhất định. Như ta đã biết mục đích quan trọng nhất của khoa học là tìm ra và nhận thức những quy luật của thế giới vật chất. Chính những quy luật này phản ánh những mối liên hệ lẫn nhau sâu xa, cơ bản, tất yếu của các hiện tượng. đứng trên quan điểm duy vật biện chứng, khoa học coi cái ngẫu nhiên là dạng thể hiện và sự bổ sung của cái tất nhiên. Tuyên bố rằng khoa học là kẻ thù của cái ngẫu nhiên có nghĩa là chỉ giới hạn nó ở nhiệm vụ nghiên cứu cái tất nhiên, tức là thu hẹp phạm vi nghiên cứu của khoa học. Như chúng ta đã biết những hiện tượng ngẫu nhiên tốn tại một cách khách quan, có nguyên nhân của chúng, và khi nghiên cứu chúng ta nhận thức được đầy đủ hơn, sâu sắc hơn thực tiễn. Khi tìm ra bản chất của các hiện tượng ngẫu nhiên, con người có thể sử dụng chúng làm lợi cho mình , bằng cách tránh đi, và loại trử đi những cái ngẫu nhiên không có ích. Chính vì vậy mà quan điểm : “Khoa học là kẻ thù của cái ngẫu nhiên” không thể phản ánh được toàn bộ mối quan hệ giữa khoa học và ngẫu nhiên, và không thể coi như là một quan điềm phương pháp luận tổng quát : chỉ có thể sự dụng câu nói này với ý nghĩa hẹp mà thôi. Có lẽ nên phân biệt mức độ và tính chất của cái ngẫu nhiên trong việc tìm ra các chất như đồ sứ và photpho, hoặc phẩm xanh inđigô, thủy tinh và thuốc súng. Đồ sứ và photpho được tìm ra hoàn toàn không ngờ, vì việc nghiên cứu được tiến hành nhằm mục đích hoàn toàn khác. Việc tìm ra một số phẩm nhuộm, thuốc nổ …vào thời cổ được thực hiện qua quá trình tỉm kiếm ít nhiều có mục đích, tuy nhiên việc tìm tòi này cũng mang tính chất thực nghiệm, tức là ở mức độ nhất định là hú họa, mò mẫm, không dựa vào lý thuyết khoa học. Do đó trong những phát minh này vẫn cỏn không ít yếu tố ngẫu nhiên. Ngày nay, trong giai đoạn mà ta đạt được nhiều thành tựu khoa học và kĩ thuật to lớn thì vai trò ngẫu nhiên có bị giảm sút không? Trong hóa học hữu cơ hiện đại ở lĩnh vực nghiên cứu sinh vật, tìm hiểu những điều bí mật nhất của vật chất ở các quy mô vi mô, vĩ mô và vũ trụ, ở mọi nơi có tiến hành khẩn trương việc nghiên cứu khoa học, thì khoa học cũng không loại trừ mà vẫn nghiên cứu cái ngẫu nhiên với tính cách là dạng thể hiện của cái tất nhiên. Việc Flêminh tìm ra pênixilin, và Nirenbec điều chế lần đầu tiên được anbumin nhân tạo năm 1961 là những thí dụ chứng minh cho điều đó. Nhưng tính chất của những sự ngẫu nhiên này hoàn toàn khác với sự tìm ra photpho, thuốc súng …Chúng xảy ra do những hoàn cảnh hoàn toàn bên ngoài, hình thành không ngờ, nhưng chúng được tiến hành trong quá trình tìm tòi khoa học có hướng, đó là việc nghiên cứu các vi sinh vật, tổng hợp các anbumin. Dựa trên lý thuyết đã được xây dựng, những phát minh này chẳng bao lâu cũng có thể được các nhà bác học khác thựcb hiện. Mọi đường lối khoa học đều dẫn đến điều đó. Việc quan niệm đúng đắn mối liên hệ qua lại giữa cái tất nhiên và cái ngẫu nhiên, vị trí và vai trò của chúng trong sự phát triển của các hiện tượng, là cơ sở của khoa học và thực tiễn. Tuy nhiên, vì cái tất nhiên chắc chắn sẽ xảy ra, còn cái ngẫu nhiên có thể có hay không có, nên trong hoạt động khoa học và sản xuất nhà hóa học buộc phải xuất phát từ những mối liên hệ và quan hệ tất nhiên, mà không thể đi theo những cơ hội ngẫu nhiên. Vì vậy, nhiệm vụ cơ bản của khoa học hóa học là việc nhận thức cái tất nhiên. CHƯƠNG III. VỀ KHẢ NĂNG THỰC TẾ VÀ KHẢ NĂNG TRỪU TƯỢNG TRONG HÓA HỌC Trong bản chất muôn hình muôn vẻ của một chất hóa học (hoặc hiện tượng hóa học) – là sự thống nhất giữa các mặc khác nhau nhất, của các khuynh hướng đối lập nhau - chứa đựng những khả năng không đồng nhất với nhau về tính chất và ý nghĩa. Chẳng hạn như khả năng thực tế và không có khả năng, không có khả năng là mặt đối lập với khả năng. Không có khả năng của một quá trình là điều không thể xảy ra được, là điều mâu thuẫn với những quy luật tồn tại khách quan của thế giới vật chất. Thí dụ không thể chế tạo được một perpetuum mobile, tức là một cái máy có thể thực hiện được một công mà không tiêu thụ một năng lượng thích ứng cho việc đó. Sự hiểu biết về phép biện chứng của khả năng thực tế và khả năng trừu tượng có ý nghĩa thực tiễn lớn lao đối với nhà hóa học. Nên để ý rằng một số nhà triết học đã đề nghị đúng đắn là nên gọi khả năng thực tế là khả năng cụ thể, và gọi điều đối lập với nó là khả năng trừu tượng, vì rằng khả năng trừu tượng này cũng có thể được thực hiện. Chúng ta không khước từ một thuật ngữ đã được quy định trong các sách báo về triết học, vì vậy ta sẽ dùng thuật ngữ khả năng thực tế (cụ thể) để nói về khả năng nào đã có được ở một thời điểm nhất định mọi điều kiện cần thiết để xảy ra. Chúng ta gọi khả năng nào mà ở một thời điểm nhất định không có những điều kiện tương ứng để thực hiện là khả năng trừu tượng. Từ đó ta thấy rằng ở những hoàn cảnh nhất định thì khả năng trừu tượng và khả năng thực tế chuyển hóa qua nhau. Để tác động có mục đích vào các quá trình tự nhiên, để làm những thí nghiệm biến hóa các chất, để tiến hành các phản ứng hóa học thì điều cực kì quan trọng là biết được cái gì là có khả năng và cái gì là không có khả năng; trong cái có khả năng đó thì cái gì là thực tế, và cái gì là trừu tượng ở những điều kiện cụ thể nhất định. Trong hóa học việc điều chế được các chất với những tính chất cần thiết từ những chất ban đầu xác định, việc thực hiện phản ứng này hay phản ứng khác trước hết là vấn đề khả năng. Bản thân khả năng tạo thành những chất hóa học mới đã vốn sẵn có ở sự tồn tại khách quan của dạng vận động hóa học của vật chất. Tuy nhiên, từ đó không nghĩa rằng bất kì chất hóa học nào cũng có thể điều chế được từ bất kì mọi chất ban đầu, rằng mọi phản ứng đều có khả năng xảy ra được. Hiển nhiên rằng không thể điều chế bằng phương pháp hóa học acid clohidric từ những chất không chứa hidro và clo. Làm như vậy sẽ mâu thuẫn với chính dạng vận động hóa học của vật chất, vì vậy ở đây không xảy ra sự chuyển hóa của nguyên tố này thành nguyên tố khác. Như vậy, khả năng điều chế được một chất nào đó được quy định một cách khách quan trước hết ở thành phần của các chất tham gia phản ứng. Đó là điều kiện cần, như chưa phải là điều kiện đủ. Ta có thể có thành phần vật chất thích ứng của các chất ban đầu, các chất này tiếp xúc với nhau, nhưng phản ứng hóa học vẫn không xảy ra. Thí dụ, trong không khí có nitơ (78% về thể tích) hidro và các chất khí khác trộn lẫn với oxi (21% về thể tích), nhưng các chất khí này thực tế không bị oxi hóa. Các phản ứng oxi hóa (sự cháy) của cacbon, lưu huỳnh và nhiều nguyên tố khác nữa có nhiều ở trạng thái tự do trên mặt đất cũng không xảy ra với một tốc độ đáng kể. Nhưng chỉ cần cung cấp thêm một xung lực, như đốt cháy than hoặc lưu huỳnh chẳng hạn thì phản ứng sẽ diễn ra. Nhiều kim loại (Fe, Cu, …) có thể tồn tại trong không khí khô bao lâu cũng được, nhưng trong khí quyển thì chúng bị oxi hóa ngay. Như vậy, việc thực hiện bất kì một phản ứng nào cũng phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Trước hết nó phụ thuộc vào bản chất của nguyên tử của các nguyên tố hóa học; bản chất này là do cấu tạo nguyên tử quy định. Ái lực hóa học, tính chất của liên kết hóa học giữa các nguyên tử trong phân tử, loại liên kết và độ bền của liên kết cũng phụ thuộc vào cấu tạo nguyên tử đó. Chính sự hiểu biết về tính chất mối liên kết cũng thường cho phép người ta phán đoán về khả năng xảy ra một phản ứng cụ thể này hay một phản ứng cụ thể khác. Thí dụ, một hợp chất như muối bectôlê thì có chứa oxi do đó có khả năng điều chế được oxi từ hợp chất nói trên. Ngay ở nhiệt độ 2000C kali clorat KClO3 đã phân rã giải phóng ra oxi. Rõ ràng là liên kết giữa clo và oxi trong phân tử muối bectôlê yếu (xét trên quan điểm hàng rào năng lượng). Liên kết được hình thành giữa clo mang một giá trị âm với nguyên tử kali bền vững hơn là trong trường hợp phân tử KClO3, lúc đó clo có hóa trị 5. Ngược lại việc điều chế oxi bằng cách đun nóng hợp chất như K2SO4 - một hợp chất cũng có chứa nguyên tử oxi – thì thực tế không thực hiện được. Ở đây liên kết giữa oxi với lưu huỳnh cực kì bền vững. Ở nhiệt độ rất cao chỉ xảy ra sự phân hủy nhiệt : K2SO4 à K2O + SO2 Như vậy, sự phong phú về khả năng của những biến hóa hóa học không những phụ thuộc vào thành phần vật chất của các hợp chất hóa học ban đầu, vào bản chất của những nguyên tử thành phần, mà còn phụ thuộc vào tính chất của liên kết giữa các nguyên tử và các điều kiện của phản ứng. Để giải quyết được cụ thể vấn đế về tính hiện thực hoặc tính trừu tượng của khả năng chuyển hóa hóa học này hay khả năng khác trong những điều kiện cụ thể xác định thì cần phải biết được những động lực của phản ứng và những yếu tố ngăn trở nó. Nhiệt động lực hóa học nghiên cứu việc giải thích trên tổng thể khả năng, chiều hướng và những giới hạn của sự tự diễn biến các quá trình hóa học. Dựa trên cơ sở định luật thứ hai của nhiệt động học người ta đã xây dựng học thuyết về cân bằng và thiết lập những hàm số trạng thái entropi (S), năng lượng tự do (F), thế đẳng nhiệt - đẳng áp (G), …Tuỳ theo sự thay đổi của những hàm số trạng thái này người ta xác định ảnh hưởng của những yếu tố đó đo được trực tiếp như nhiệt độ, áp suất, nồng độ lên trạng thái cân bằng. Các công trình của Gipxơ và Hembôn, Van Hốp và các nhà bác học khác đã giải quyết vấn đề về việc xác định khả năng của phản ứng hóa học và đã tính toán được định lượng độ đo khả năng này. Đại lượng G - tức là sự biến đổi của thế đảng nhiệt – đẳng áp – là độ đo khả năng tham gia tương tác hóa học của một chất, là độ đo khả năng tự điễn biến của một phản ứng theo một chiều hướng nhất định. “Khả năng thực hiện được về nguyên tắc của một quá trình được quy định bởi dấu của G : nếu như ở những điều kiện nhất định G0 thì phản ứng không thể thực hiện được; G=0 thì hệ ở trạng thái cân bằng” Như vậy các quá trình hóa học chỉ tự diễn biến được theo chiều làm giảm thế đẳng nhiệt - đẳng áp, giới hạn của sự diễn biến một quá trình như vậy là sự đạt tới giá trị cực tiểu Gt của hệ ở trong các điều kiện đã cho. Đây là một trong những cách phát biểu của định luật thứ hai của nhiệt động học áp dụng cho các quá trình hóa học. Cách phát biểu này nêu lên khả năng về nguyên tắc , chiều hướng và giới hạn của quá trình tự diễn biến của các phản ứng hóa học. Nhiệt động học hóa học cũng nêu lên các phương pháp tính toán đại lượng K và khám phá ra ý nghĩa sâu xa của khái niệm hằng số cân bằng K, hằng số này gắn liền với định luật tác dụng khối lượng và đặc trưng cho mức độ biến hóa các chất do phản ứng hóa học . Giá trị của đại lượng K rất quan trọng không những để phán đoán về chiều hướng xảy ra của phản ứng mà còn để định lượng các sản phẩm tạo thành. Nếu như đại lượng K có giá trị rất lớn, thì cân bằng của phản ứng chuyển về bên phải, tạo ra một lượng lớn các sản phẩm. Vì rằng khi K>>1 thì lúc cân bằng nồng độ của những sản phẩm của phản ứng lớn hơn rất nhiều nồng độ của những chất ban đầu, và về mặt nhiệt động thì những sản phẩm của phản ứng bền hơn so với những chất ban đầu trong cùng điều kiện. Ngược lại, đối với phản ứng 2CO2 à 2CO + O2 ở nhiệt độ t=25oC, hằng số cân bằng rất nhỏ. Điều này có nghĩa là mức độ chuyển hóa các chất ban đầu, hoặc sản lượng của những sản phẩm phản ứng lúc cân bằng rất không đáng kể, tức là cân bằng chuyển dịch về bên trái. Hoặc là ví dụ như hằng số cân bằng của phản ứng oxi hóa nitơ N2 + O2 à 2NO – 4314 cal ở nhiệt độ t=200oC thì bằng 1,2.10 -13. Điều này có nghĩa rằng ở nhiệt độ đã cho phản ứng hoàn toàn chuyển về bên trái, và lhông có NO được tạo thành. Chỉ trong hồ quang điện, ở nhiệt độ t=3000oC, khi mà K=8,6.10-13 thì nitơ oxit mới được tạo thành, và lúc đó mức độ chuyển hóa Nitơ N thành nitơ oxit NO mới chỉ đạt tới 3,57%. Dựa trên những dữ kiện nhiệt học (nhiệt dung và sự phụ thuộc của nhiệt dung vào nhiệt độ) và những dữ kiện nhiệt hóa học (Q của các phản ứng hóa học) người ta có thể tính trước G và K, và từ đó dự đoán trước khả năng về nguyên tắc (mà không có khả năng) và chiều hướng diễn biến của quá trình hóa học này hay quá trình hóa học khác mà không cần phải têín hành những thí nghiệm tốn kém và kéo dài. Đã có triển vọng điều khiển quá trình về mặt chất lượng và số lượng, giải quyết vấn đề về những điều kiện để thực hiện quá trình. Tuy nhiên, việc xác định khả năng về mặt nhiệt động học cũng còn chưa đủ để phán đoán về tính hiện thực của quá trình. “Nhiệt động học hóa học dự đoán chiều hướng xảy ra phản ứng và giai đoạn thiết lập Cân bằng hóa học. Một phản ứng nào đó có khả năng xảy ra một cách hợp thức lại không diễn ra trong thực tế có thể là do hoặc là cân bằng chuyển dịch mạnh về phía các chất ban đầu, hoặc là vận tốc của phản ứng cực kì nhỏ không xảy ra được. Nhiệt động học chỉ giải thích được khía cạnh thứ nhất. Nhiệt động học chỉ cho biết là một phản ứng đã cho có khả năng xảy ra hay không, mà không cho biết phản ứng đó có diễn ra trong thực tế hay không” Nếu chúng ta xem xét khả năng diễn ra phản ứng oxi hóa một vài chất khác nữa trong khí quyển oxi của không khí trên quan điểm ái lực hóa học, và chúng ta tính toán G cho những phản ứng đó, thì chúng ta thấy rõ rằng G<0. Vậy mà thực tế tất cả những phản ứng này không xảy ra. Điều này cho thấy rằng có những trở lực ngăn cản phản ứng, và cần phải loại bỏ chúng đi để thực hiện được phản ứng. CHƯƠNG IV. MỐI LIÊN HỆ GIỮA CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC CHẤT HÓA HỌC Ý nghĩa của cấu trúc các chất hóa học đối với sự nhận thức những tính chất và những sự biến hóa của chúng có một vai trò cực kì quan trọng. Bản thân khái niệm “cấu trúc” được thiết lập trong hóa học vào giữa thế kỉ XIX. Về mặt lịch sử, trước đó là việc xác định khái niệm nguyên tố , việc đưa vào phương pháp nghiên cứu định lượng, việc tìm ra một loạt các nguyên tố hóa học và xác định thành phần của nhiều chất. Sự tích lũy rất nhiều các tư liệu thực nghiệm đã dẫn tới việc phát minh ra định luật thành phần không đổi, định luật tỷ lệ bội số xác địng quan điểm về tính gián đoạn và xác lập khái niệm phân tử. Việc tìm ra sự đồng phân của các hợp chất hữu cơ đã trực tiếp chỉ ra rằng để giải thích được cần tìm hiểu cấu trúc của phân tử các chất đồng phân. Những thuyết đầu tiên trong hóa học hữu cơ là những cố gắng giải thích khả năng phản ứng và những tính chất khác của các chất hữu cơ xuất phát từ những đặc điểm cấu tạo. Thuyết cấu tạo của Butlerop đã giải quyết có kết quả nhiệm vụ này. Đó là học thuyết về cấu tạo hóa học của các hợp chất hữu cơ, xác định trật tự liên kết của các nguyên tử và các nhóm nguyên tử trong các phân tử, về sự tồn tại một trật tự xác định ở các mối liên kết giữa các nguyê

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docCác phạm trù của phép biện chứng trong hóa học.doc
Tài liệu liên quan