新课程背景下的化学元素论

陈伟 王琮强 王涛

摘要：从化学史入手对化学元素论的形成进行介绍，在简介化学元素论内涵的基础上通过案例对其应用进行论述，以期引起学界同仁在化学教学中对化学元素论的重视。

关键词：化学理论；化学元素论；应用案例

文章编号：1008-0546（201１）０５-00５５-0２中图分类号：G63２.４１文献标识码：Ｂ

doi：10.3９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０５４６．２０１１．０５．０２６

化学新课程中的基础理论被学界广泛认为是中学化学知识的核心和重要组成部分。“元素论”更是被专家认为“应当是化学的核心理论”，且初等化学的第一任务就是要求学生通过实验和课堂教学逐步领会和学会运用元素论［１］。《普通高中化学课程标准（实验）》在对化学的定义中也把研究物质的“组成”列为第一要素［２］。然而，在化学教学中，虽然我们很重视元素化合物的教学，却很少通过大量的实例来“画龙点睛”地突出化学元素论。本文从化学史入手对化学元素论的形成进行介绍，在简述化学元素论内涵的基础上通过案例对其应用进行论述。

一、化学元素论的形成

从化学发展史看，元素的发现对化学学科发展具有十分重大的意义，化学元素论至今仍然是化学的最基本的理论。从化学的起源、早期冶金家到近代化学的建立，不仅是人们发现并逐步认识元素的过程，也是人们对元素的观念从构成世界万物的“金木水火土”五元素说、“地火水风”四元素说以及古希腊的原子论到波义耳提出科学的元素概念及至道尔顿建立科学原子论的过程，也是早期冶金家及其后化学家把这种认识方法付诸于实践的过程。因此，不难理解为什么元素从一种哲学概念转变为以原子质量及其差异为核心概念的道尔顿原子学说，会被公认为是现代化学的基石［１］。中外古代的哲学思想中的还原论对自然科学的影响一直很普遍。哲学家总是企图把复杂的物质世界还原成一些简单的、为数不多的“元素”，西方的四元素论和中国的阴阳五行论是其中的精华。把复杂的事物通过分析、分解和综合，还原成为构成它们的基本组元的方法，至今仍然是最常用的科学方法之一［３］。正是这种方法，促进了人们对构成物质最基本单元的认识，促进了元素的发现，促进了化学元素论的形成和发展。早期冶金家把这种认识方法付诸于实践，并通过冶金实践得到了金属元素，为化学元素论提供了实践基础和实物证据，通过实践促进了化学元素论的发展和完善。从１８世纪中叶到１９世纪中叶的１００年间，随着科学技术的发展，新的元素不断地被发现和研究，由此获得的经验和数据等为有关元素分类的假设——三元素组、八音律表直至门捷列夫周期表及其后新元素的发现提供了素材和依据，进一步促进了元素论的发展。２０世纪以来，随着科学技术的发展，物质结构理论、化学热力学、化学动力学等理论逐步发展完善并成为化学中的新生领域，甚至在初等化学的教材和教学中也引进了物质结构理论知识和初浅的化学热力学理论。然而，这些理论都是在研究元素及其化合物、以元素论作为基础理论发展起来的，这些理论反过来又促进了元素论的完善。因此，化学元素论在其自身形成和发展的同时，对化学学科的发展也起到了举足轻重的作用。并且，即使在现在和将来，研究物质的组成（结构）和制备前所未有的新物质是化学学科的基本任务，所以“元素论”才应当是化学的核心理论，化学元素论仍然是化学的最基本的理论 ［１］。

二、化学元素论的内涵及学生化学元素观的建构

化学元素之于化学很像字母之于文字，也像积木块之于积木［３］。只要把握住组字或用积木构建某个立体模型时的稳定性原则，就可以拼写出无数的单词和搭出各式各样的模型来。有学者［４］ 指出，化学元素观基本内涵包括：物质都是由元素组成的，物质可以按照元素组成进行分类，化学式表示物质的元素组成，物质间的转化本质是元素原子间的重新组合，元素是同一类原子的总称，元素化合价与元素原子的最外层电子有关，元素性质呈周期性变化；化学元素观建构的价值在于：有利于对物质世界形成有序的认识，有利于形成化学的思维方法；并在此基础上，探讨了学生建构化学元素观的价值及基本策略，本文不再赘述。

三、化学元素论的应用案例

例题制冷剂是一种易被压缩、液化的气体，液化后在管内循环，蒸发吸收热量，使环境温度降低，达到制冷目的。人们曾采用过乙醚、ＮＨ３、ＮＨ４Ｃｌ等作制冷剂，但它们不是有毒就是易燃。于是科学家根据元素性质的递变规律来开发新的制冷剂。

据现有知识，某些元素化合物的易燃性、毒性变化趋势如下：

（１）氢化物的易燃性：第二周期＞＞Ｈ２Ｏ＞ ＨＦ，第三周期ＳｉＨ４＞ＰＨ３＞＞；

（２）化合物的毒性：ＰＨ３＞ＮＨ３、Ｈ２ＳＨ２Ｏ、ＣＳ２ＣＯ２、ＣＣｌ４ＣＦ４，于是科学家们开始把注意力集中在含Ｆ、Ｃｌ的化合物上。

已知ＣＣｌ４的沸点为７６．８℃，ＣＦ４的沸点为－１２８℃，新制冷剂的沸点范围应介于其间。经过较长时间反复试验，一种新的制冷剂氟里昂ＣＦ２Ｃｌ２终于诞生了，其他类似的可以是。然而，大量使用这种制冷剂却造成了当今的某一环境问题，即 。

这是一道很常见的题目。本题对于学生而言，不仅考查了元素周期律和元素周期表，更重要的是给学生提供了运用化学元素论的鲜活一例。作为教师，如果我们只是就题论题，而对其中蕴涵着的化学元素论不进行深层次挖掘，我们就“一叶障目”而不能见到“庐山真面目”，很难完成课程专家提出的“要求学生通过实验和课堂教学逐步领会和学会运用元素论”这一初等化学的第一任务。组成决定性质，因此当某种物质的某些性质不能符合实际需要时，化学家想到的第一对策，往往就是改变它的组成，包括更换其中的组成元素或者变更组成元素的比率等，都可以归因于组成（扩展为体系的元素组成）决定性质这一基本认识。化学认为物质组成包括组分和元素组成两个层次，二者对物质性质的影响并不相同。前者以功能团和根为代表，后者一般不很直接。当然，也应当看到这种视角或方法的功能的局限，因元素、字母或积木块本身所能提供的信息十分有限，而它们的组合和变化却是无限的。元素组成主要反映了物质的组成，本身所能提供的关于物质性质的有关信息很少或很不充分。只有运用化合价理论和原子、分子结构理论，我们才能够更全面、更深层次的认识和把握物质的性质。

总之，在新课程十分重视作为中学化学知识的核心和重要组成部分的化学基础理论的背景下，化学教学应突出“仍然是化学的最基本的理论”的化学元素论，从化学史入手，通过实验和课堂教学帮助学生逐步领会和学会运用元素论，完成初等化学的第一任务。

参考文献

［１］宋心琦．高中化学课程标准指导下的理论教学问题［Ｊ］．化学教学，２０１０，（５）：１－５

［２］中华人民共和国教育部． 普通高中化学课程标准（实验）［Ｍ］． 北京：人民教育出版社，２００３

［３］宋心琦，胡美玲．对中学化学的主要任务和教材改革的看法［Ｊ］．化学教育，２００１，（９）：９－１３

［４］梁永平．论中学生化学元素观的建构［Ｊ］．化学教育，２００７，（１１）：１０－１５