Эмпирические зависимости в химии

В химии существует система эмпирических соотношений. Она развивает общие приемы построения эмпирических функций и таблиц эмпирических формул, которые появляются в справочниках.

К эмпирическим зависимостям в экспериментальной химии относят различные корреляционные уравнения, которые выражают количественные связи между самими физико – химическими свойствами объекта (например, связь между молекулярной рефракцией и показателем преломления, плотностью и молекулярной массой) между структурными фрагментами химического соединения и их физико – химическими свойствами (например, расчеты теплоемкостей и теплот образования на основе фрагментарного деления молекулы с выделением различных связей) и между отдельным физико – химическим свойством химического соединения и его структурой как целым (например, связь парамагнитных свойств металлалкилов и длиной их цепи).

Граница между теоретической и эмпирической зависимостью условна. Она зависит от контекста употребления: одну и туже зависимость можно назвать как эмпирической, так и теоретической. Вопрос состоит в том, что называть наблюдаемой величиной, а что - теоретически выведенной.

Что мы наблюдаем? Ответ напрашивается самый простой – явление, которое фиксируется органами чувств. Но современный исследователь редко ведет непосредственные наблюдения, поскольку они для него мало информативны. Исчез способ идентификации веществ по вкусу, осязанию и запаху. Наблюдения используют приборы и сводятся к отсчетам данных по шкалам или записям на самописце. Считается, что только зрительные и графические образы дают удобную форму для количественной интерпретации.

Наблюдаемая зависимость тесно связана также с техникой эксперимента. Так, в одних приборах можно наблюдать «темп» нагревания, а в других – нельзя. В первом случае можно построить более полную и адекватную наблюдаемому явлению эмпирическую зависимость по сравнению со вторым случаем. Теоретическое мышление, создающее измерительную технику, все сильнее расширяет границу между теоретическими интерпретациями явлений и теоретическими понятиями. Отсюда появляется масса эмпирических зависимостей в химии, и химия остается наукой больше экспериментальной, чем теоретической.

Теоретическая интерпретация становится теоретическим понятием тогда, когда она осмысливается с помощью общих принципов химии, таких, как: законы термодинамики и статистической механики, квантовая теория строения молекул, законы химической кинетики. Чем сильнее эмпирическая закономерность связана с этим ядром знания, тем больше она претендует на звание теоретической. Например, в области квантовой химии полностью теоретическим будет расчет свойств молекулярной системы с помощью методов квантовой механики. Введение в этот расчет каких – либо величин, кроме универсальных мировых постоянных, означает уступку эмпиризму.

Эмпирические законы представляют собой знаковые модели, выступающие в виде математических функций или таблиц. Они могут быть обоснованы с помощью фундаментальных законов физики или химии. Теоретическое обоснование получили такие понятия химии, как: химическая связь, ионность, ковалентность, электроотрицательность, валентность. Эти понятия не едины, они распадаются дальше на частные понятия.

Математическая модель основана на сходстве между реальным химическим объектом (например, химическим соединением) и идеальным объектом, представляющим собой модель. Модель сохраняет содержательность моделируемого явления, выражает важнейшие особенности объекта, но значительно упрощает явление путем отвлечения от ряда его особенностей.

Математические модели могут быть построены без знания физической сущности изучаемого объекта путем варьирования условий измерения и сопоставления соответствующих «откликов» системы. Модель имеет вид уравнения в виде многочлена с переменными, соответствующими измеряемым характеристикам. Дальше вводятся теоретические допущения, чтобы появилась возможность дополнительного введения простейших функций и параметров. Так возникает в химии целая система эмпирических закономерностей, образующих ряд непрерывных переходов от удобной и простой эмпирической функции до фундаментальной теоретической зависимости.

Лекция №12

Структура научного знания

План лекции:

1. Теоретический уровень познания, формы и методы конструирования теорий и законов.

2. Специфика естественнонаучной теории: ее структура, концептуальный и математический аппарат.