1.1.2 化学的研究方法
上一节中提到，化学属于自然科学，化学研究应在科学范畴之内进行。
一个科学的理论，一方面，应理性客观地反映真实世界，并且在理论范围内能解释所有现象，另一方面，应具有可证伪性，即可以通过反例把此理论驳倒。在这两条的基础上，应尽可能简洁[1]。
- 思考1：元素被定义为组成物质的最基本的单位。古希腊化学家认为物质由4种元素构成：土水火风。古中国化学家认为物质由5种元素构成：金木水火土。假设我们仅按照字面意义来理解这些理论（即“土”只意味着土壤），这两种理论科学吗？
- 思考2：有人认为，上帝控制一切，所有物质的性质都是由上帝决定的。这种理论有可能是真的吗？这种理论科学吗？
- 思考3：现代化学认为有至少118个元素，相比于4元素或者5元素的理论，非常不简洁。那118元素理论科学吗？
- 思考4：（超纲警告）这个世界的基础运行规律一定是简洁的吗？如果不，为什么科学理论要追求简洁？
化学是一门基于观察和实验的科学[2]。通常来说，化学的研究方法及流程如图所示。
- 对自然界的观察和兴趣使人提出假说，并基于假说进行预测。
- 设计并进行实验，观察实验现象。
- 如果假说预测的现象与实验现象不符，则重新提出假说，并重新预测，重新设计实验。
- 如果假说预测的现象与实验现象相符，则实验结果与假说纳入知识体系。
- 更多的观察与实验现象相符：实验现象成为规律。
- 更多的实验不支持假说：修改假说或重新提出假说，重新预测，重新设计实验。
- 更多的实验支持假说：假说被证实，成为理论。
比如，通过做实验来证明硫酸的酸性：
- 稀硫酸可以使铁锈溶解，猜测硫酸具有酸性。
- 查阅资料：若滴入的溶液使广泛ph试纸变红，说明溶液有酸性。
- 查阅资料：若溶液使活泼金属溶解，产生气泡，发热，说明溶液有酸性。
- 用胶头滴管取一滴质量分数为5%的硫酸，滴在广泛ph试纸上。
- 观察到ph试纸变红，符合假说。此实验结果与硫酸酸性假说纳入知识体系，但仍需做更多的实验以验证此假说。
- 将98%的硫酸滴在广泛ph试纸上，观察到试纸变黑，不符合原假说。
- 查阅资料：一般认为超过70%的硫酸是浓硫酸，低于30%的硫酸是稀硫酸。
- 重新设计假说：稀硫酸具有酸性。
- 用胶头滴管分别取质量分数为1%，2%，3%，4%的硫酸，滴在广泛ph试纸上。
- 观察到ph试纸均变红，符合假说。
- 取4个烧杯，倒入少量稀硫酸，浸泡镁条，铝条，锌粒，铁粒。
- 观察到4个烧杯均产生气泡，烧杯壁发热，金属条溶解，符合假说。
- 稀硫酸与广泛ph试纸反应的实验现象，及稀硫酸与金属反应的实验现象成为规律。
- 稀硫酸酸性假说被证实，成为理论。
正是这样严谨又复杂的流程，才使得化学，以及所有科学可靠并实用。
- 思考5：上述硫酸酸性实验能证明浓硫酸没有酸性吗？
- 思考6：（严重超纲警告）大卫·休谟认为，本质上我们无法证明两件先后发生的事情必存在因果关系，实验物质的性质可能不是实验现象的原因。如果实验可能是不可靠的，那么基于实验的科学仍然可靠吗？
对本节内容有贡献的科学家包括：
波普尔：界定“科学”，提出“可证伪”理论