化学中的主要观念

要回答“普通化学中必须包括什么内容?”这个问题，我们就需要知道对于理解和正确评述现代化学，哪些是最重要的基本化学观念。我们必须记住普通化学课绝不仅是(或不应该仅是)作为培养未来职业化学家、生物学家、物理学家、地质学家、工程师、药剂师、环境保护工作者的基础课，而实际上对每一个有教养的公民来说，都必须懂得化学。因此，这门课应当能适应自然科学、工程和药学等系学生的需要，使他们了解化学家对物质世界是怎样想的?今天的化学家在做些什么?化学能回答哪些问题?我们应该向学生们展示在他们所选学的领域以及日常生活中化学的重要性。
　　
　　我称这些基本概念为：“化学中的主要观念”。这里列出6种概念，它们构成现代化学的基础。我相信每一所高中和大学的初级化学课，应当包含这些观念，整个课程应围绕着它们构建起来。当然每个观念的深度则取决于各该课程的水平和目标而定。应当指出的是我在这里提到的是在一般大学的普通化学课中对这些
　　
　　观念应当论述的最低程度。当前存在于一些大一化学课中过重负担的问题，部分是由于介绍某些概念时过分详尽，超过了切合学生对课程实际需要水平的缘故。
　　
　　原子，分子，离子
　　
　　现代化学是从道尔顿和原子、分子概念开始的。元素是一种仅由同一类原子组成的物质。化合物则是由两种或两种以上的原子按一定比值结合在一起的。为了明白原子是怎样结合到一起形成分子的，我们应进而提到卢瑟福和一个原子是由中心的原子核与环绕它的电子构成的概念。从电离能和光电子谱的数据可以
　　
　　知道这些电子是分能层(或壳层)排布的，从而引入带正电荷的原子实和围绕着它的价电子壳层的概念。
　　
　　化学键：是什么使原子在分子和晶体中结合在一起
　　
　　所有的化学键都是由存在于带正电荷的原子实和带负电荷价电子间的静电引力形成的。静电引力是化学中仅有的重要引力。轨道重叠并不能直接说明化学键的形成，因为，像我们常常所读到的那样，持这种说法，仅是一种模型，它因很有用而主要是化学系学生们学习的。但我不认为对于所有初学者是一种更本质的说法，我们可以不需要它即能对化学得到一很好的理解。当然，许多化学家还会不时地利用它。但它会干扰，着力去认识构成键的真实原因，即原子核与电子间的静电引力。在初级化学课中还需要讨论更重要、关系更密切的课题。更有甚者，轨道模型会带给学生不正确的看法，认为学化学很难、抽象，仅是对初学者难以解说清楚、弄懂的概念基础上的数学研究。我们可以简明地描述离子键是由于离子间的静电引力形成的，而共价键则是共用电子对对两个原子实间的引力形成。相对应的路易斯结构式可以告诉我们一个原子可以形成多少个键。根据我的看法，这些概念对于在初学阶段讨论化学键问题是足够的了。
　　
　　分子的几何形状：三维化学
　　
　　从勒贝尔和范霍夫时代开始，分子的几何形状概念已成为化学的重要内容。其重要性随着X-射线结晶学的进展而得到增强。在现代化学中了解了分子的形状对于更广泛地理解某些专题，例如：生命分子及其功能，工业催化剂如沸石和固态表面以及高分子合成等。我们对分子形状的了解加上对其控制的能力，现在可以合成几乎所有符合特殊需要的任何形状的分子：如可以捕集特定离子的笼状物，具有能连接一种特殊类型分子的特别形状的分子(这种分子间的连接被称为相互间“识别”)，可以传导电流具有导线功能的长链分子，等等。现在，化学家能创造这种复杂多样分子是令人瞩目的，也说明了关于化学的一种很重要的观念，即在研制新材料方面，化学是一种富有创造力的科学。化学家们能制出此前并不存在的新分子。尽管上述新观念因为可以使学生了解化学是一种实际、有用、合乎需要而不是枯燥、纯理论、纯数学、抽象的科学，而有助于激发学生学习化学的积极性；但在初级化学中它并未受到重视。我们有一个非常简单的理论模型，即价层电子对互斥理论模型，它对论述简单分子的形状以及甚至很大分子的大多数性能均提供了基本的原理。对于初等水平的化学．我们就不必再作更多的探究了。杂化轨道理论是化学课中在这部分经常讨论到的，是属于轨道模型的一个侧面。了解杂化轨道概念对于化学系的学生来说是重要的，但对于一般学生来说并不是必需的。现在的分子模型的方案使学生更易于理解并熟悉各种分子的形状。