Научные методы

Химия – это эмпирическая наука. Ученые часто задают вопросы, чтобы понять химию в повседневной жизни и найти ответы на эти вопросы. Для этого ученые следуют определенному ряду шагов, которые вместе составляют Научный метод. Этот подход предполагает проведение наблюдений, постановку вопросов, построение гипотезы, проведение экспериментов, анализ результатов, и формирование заключения.  

Наблюдения и вопросы

Первым шагом в научном методе является наблюдение за явлением в физическом мире. Далее ставится вопрос, чтобы лучше понять это явление. Например, вопрос может заключаться в следующем: “что замерзает быстрее, обычная вода или вода с добавлением соли?”

Следующий шаг – сформулировать объяснение для конкретного наблюдения. Эта предварительная интерпретация для набора наблюдений, которые являются руководством для понимания наблюдаемого явления, называется гипотезой. Например, для вышеуказанного вопроса гипотеза может означать, что добавление соли изменяет точку замерзания чистой воды.

Ученые часто используют более ранние исследования и литературу, чтобы начать их собственное исследование и сформулировать гипотезу, которую можно было бы проверить с помощью экспериментов. Сильная гипотеза является одновременно и проверяемой, и фальсифицируемой. Она считается проверяемой, если её истинность может быть доказана, и фальсифицируемой, если её можно опровергнуть; в этом случае ученый должен изменить или отменить гипотезу.  

Экспериментирование  

Третий шаг – это разработка и проведение экспериментов по проверке достоверности гипотезы. Эксперименты — это измерения и наблюдения, проводимые в контролируемых условиях. Некоторые наблюдения и эксперименты являются качественными (описывающие, как происходит процесс), в то время как многие являются количественными (измеряют или количественно измеряют что-то о процессе). Чтобы проверить гипотезу о соленой воде, ученый может взять два стекла с одинаковым количеством воды при комнатной температуре. В один из стаканов можно добавить ложку соли, а затем поставить в морозильную камеру оба стакана. Состояние воды в каждом стакане можно наблюдать каждые 15 минут, и можно записать время, затраченное на полное замерзание каждого стакана воды.  

Дизайн эксперимента является критическим шагом в научном методе. Необходимо следить за количеством переменных факторов, чтобы можно было контролировать воздействие конкретного фактора.  

Анализ результатов и заключение

Следующим шагом является анализ результатов экспериментов и сделать заключение, подтверждают ли эти результаты гипотезу или нет. Если вывод заключается в том, что они это делают, то гипотеза принимается и может быть подвергнута дальнейшему экспериментированию, чтобы ответить на новые вопросы. Когда доказана ошибочность гипотезы, можно предложить новую гипотезу, и процесс продолжится.  

В примере с соленой водой результаты указывают на то, что соленая вода требует больше времени для замораживания, чем обычная вода. Это позволяет сделать вывод, что вода с солью замерзает медленнее, чем обычная вода. Таким образом, результаты подтверждают гипотезу.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 1.1: Научный метод.