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化学符号的演变

2017-11-04 18:14阅读：

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化学发展了几千年，但是化学学科专用的文字和符号，直到近代才出现，一方面的原因是古时炼金术为了保密往往采用一些隐秘的暗语，因此不同的地域，不同的门类就有一套自己的专用文字。另一方面由于信息的闭塞，而且化学实验大都是贵族或者富庶的知识分子所掌握，受众有限，交流不足，因此也没必要整合一套专用的文字。但是，至波义耳开始，经拉瓦锡发展，化学研究的范围越来越宽泛，学者越来越多越来越活跃，这时就亟需整理出一套专门的化学符号来统一众多烦乱的代码或者暗语，这也符合自然的发展规律，千万河川，必定汇合东流。1813年，瑞典化学家贝采里乌斯（J.Berzelius，1779～1848年）在《哲学年鉴》上第一次发表了他的化学符号，这套符号慢慢发展为现代世界通用的化学语言，在现代化学的发展中起着十分重要的作用。
早期化学符号
最早关于化学符号的记录是在希腊手稿中发现的，大都采用象形类比，或者缩写，即使这样也大大的推动了化学的发展，因为这些符号的产生使得记录化学配方与工艺有了简捷的方法，一目了然，使得许多资料得以保存和传播。

化学符号的演变



之后，虽然在炼金实践中，所记录的材料必须对公众保密，但是为了使得记录所用物品有简便有效的办法，混乱复杂的名称符号的不断出现，终于在几千年的发展中，逐渐形成了一套完整的记录办法，虽然个别仍有差异，不同门类仍有独有的记录方式，但大体已趋于相同。　　
从下图也可以看出，1609年一本化学教科书中引用的符号与上图的符号相比有所发展，只不过是是由复杂趋于简单，由不规整趋于规整。直到18世纪为止，仍保留着图形式符号的形式。这些神秘性的符号正是炼金术的产物，但是由于对世界物质所知甚少，且化学研究学者较少，所以这些符号的记录不便和难以传播等缺点还不太明显，仍被早期的化学家们所沿用。

化学符号的演变
自17世纪中叶，经由近代化学之父波义耳（1627～1691年）提出科学的元素概念，使化学走上科学化发展的道路，开始了近代化学的发展时期。18世纪后期，拉瓦锡提出科学的化学命名法，以及不断新的元素被发现，这种文字的表达方式越来越捉襟见肘，越来越混乱，尤其是1803年，道尔顿提出现代原子说以后，这种矛盾变得空前激烈。道尔顿当然也设计了一整套符号表现他的理论，用一些圆圈再加上各种线、点和字母表示不同元素的原子，用不同的原子组合起来表示化学式，但是从图中也可以看到与之前的也好不了多少，也同样难以记住。但是有一点非常重要，就是每个符号代表一种元素的原子，化合物的化学式是由元素的符号组成，这样可以一目了然这个物质有多少种类的原子。

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现代化学符号
1811年，贝采里乌斯在长期的矿物速记以及实验中，他提出将当时欧洲各国的化学元素命名拉丁化。例如铁、锡、铜等分别称Ferrum, Stannum，Cuprum，氯和溴分别用Chlorium和Bromium，这样一来，每一化学元素命名中都含有“-um”或“ium”后缀，使得化学元素命名从形式上统一。
1813年，贝采里乌斯进一步在《哲学年鉴》提出现代元素符号应有的书写方法。他写道：让我们用每一物质名称的首字母来表示那种物质，让我们测定那种物质相对氧的一定量。例如碳C（Carbon），钙Ca（Calcium）。若首字母相同，则附加第二个字母；若第二个字母相同，则换上另一个辅音字母。随后在1815年，其发表的重要论文《论化学符号以及使用这些符号表示化学比例方法》中指出，化学符号解释所写的东西，而不至于把印刷的书弄得拖泥带水，就应当使用字母符号。他提出用元素符号组合作为化合物的符号，用阿拉伯数字在元素符号的上面标出表示化合物中原子数目(原子数为l时不标)。他强调说，新符号的目的不是旧符号那样仅是相当于贴在实验室容器上的标签；它们只是用来简便地表示化学比例, 使我们不用冗长的词语就能够表示每种复合物质中所含不同组分的份量。
虽然贝采里乌斯这套符号具有简单、系统、逻辑性强等优点。例如用通用的拉丁字母作符号，每个符号最多两个字母，非常容易认记；统一使用字母，使整套符号系统一致；符号是由其名称而来，具有一定的逻辑性。但是遗憾的是，在19世纪20到50年代后期，化学家们还没有在公开发表的文献中使用化学符号的习惯。虽然1829年在亨利（Henry）的《化学原理》附录中给出了化学符号，1833年特尔涅（Turner）的《化学原理》中解释了符号的意义并同化学方程式一起应用，1844年李比希（Liebig）使用了化学方程式，但是化学符号的运用还是受到了限制。原因是因为由于当时化学家们对原子、分子、当量等概念在认识上还存在很大分歧，存在不同的相对原子质量系统，化学符号虽逐渐被使用，但不尽统一。
直到1860年，阿伏加德罗的学生康尼查罗在大会上发放其老师的分子学说后，系统论证了原子--分子论和测定相对原子质量的方法，从而决定性地证明“事实上，只有一门化学科学和一套相对原子质量。”随即这一学说得到了化学界的普遍承认，直接导致了元素周期律和化学结构理论的诞生。从此化学符号的写法与化学方程式的使用逐渐走向统一，为各国化学家普遍采用，成为世界通用的化学语言，从而极大地推动了现代化学的发展。可以这样说，化学符号的演变、完善、普及过程，充分反映了人类对物质世界认识的发展过程。

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贝采里乌斯小传

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贝采利乌斯1779年8月出生于瑞典一个贫困的农民家庭。4岁时，父亲因病去世了。母亲改嫁后，两年后母亲也去世了。但幸运的是，继父对他视如己出。虽然继父家庭也不富有，但是对子女的教育很严格。之后他17岁凭勤工俭学考入了乌普萨拉大学，在这里他完成了博士学业。1807年，年仅28岁的贝采里乌斯被任命为化学和药学教授。一年后又当选为瑞典科学院院士。1810年，他还担任了卡罗林外科医学院的化学与制药学教研室主任。从此，他连续进行了20年的化学研究工作。由于毕生专心致力于科学事业，导致他56岁才初婚，瑞典国王为表彰他的贡献，赐予了他男爵爵位。1848年8月，由于长期接触有毒化学药品，积劳成疾在斯德哥尔摩病逝。瑞典化学家现代化学命名体系的建立者。在发展化学中作出重要贡献，接受并发展了道尔顿的原子论；以氧作标准测定了四十多种元素的原子量；第一次采用现代元素符号并公布了当时已知元素的原子量表。
科学贡献
贝采里乌斯一生横跨多个领域，在无机化学，有机化学及电化学方面都有很深的造诣。
1.他的一生最重要的贡献是化学符号的建立。他提出，用化学元素的拉丁文名表示元素。如果第一个字母相同，就用前两个字母加以区别。例如：Na与Ne、Ca与Cd、Au与Al等。这就是一直沿用至今的化学元素符号系统。这些符号具有简单、系统、逻辑性强等优点，随着原子—分子论的确立，这套系统广泛被各个国家的化学家所运用。翻开当今世界上任何一本化学书，无论是什么语种，书中所用的化学符号都是相同的。可以说，贝采里乌斯的化学符号极大地推动了现代化学的发展。
2.相对原子量的测定
贝采利乌斯的特点是实验的严密性和创新性，他是当时最著名的分析化学家之一。在测定原子量时，他把许多新的分析方法、新试剂和新仪器设备引进分析化学中来，使定量分析的精确度空前提高。他在1830年发表的一张相对原子质量表，几乎与现在所用的相对原子质量表相差无几。
贝采利乌斯利用他卓越的分析才能，在对矿物做长期系统的研究中，逐渐发现了一些新的元素。例如1803年发现铈；1817年发现了硒；1828年发现钍。另外还发现了硅、钫、钽、锗等。以极其巧妙地方法分离了铂系元素，并将其伴生物铑、鈀、锇、铱（当时钌尚未发现）彼此分离出来，并测定了它们的原子量。
3.电化学二元论
对电解过程的仔细研究后，他发现化合物都是由两种电性质不同（即带正电荷和负电荷）的组分构成的，即电化学二元论。这个理论的优缺点，将在以后的电化学论述中详细进行解释。
4.同分异构体的发现
贝采利乌斯还是开创有机化学研究领域的杰出化学家，他最早引用了“有机化学”这个概念。他认识到雷酸银和氰酸银，以及后来发现的酒石酸和葡萄酸都是两种组成相同但是性质不同的物质，于是他提出同分异构体这个概念，即化合物具有相同分子式，但具有不同结构的现象。同分异构现象的发现，使人们认识到分子结构的问题，极大促进了结构化学的发展。
人物评价
贝采里乌斯一生著作等身，而且也是位著名的教育家。他的学生有：发现同晶型定律的德国化学家米希尔里希，人工合成尿素的德国化学家维勒，发现锂元素的瑞典化学家阿尔费德森，发现钒元素的瑞典化学家塞夫斯唐姆，发现镧、铒、铽三种稀土元素的瑞典化学家莫桑德尔，提出热化学中的盖斯定律的俄国化学家盖斯。
贝采里乌斯不仅拥有宽广的胸怀，而且具有高尚的科学道德。阿尔费德森发现锂元素就是在他的指导下完成的，“锂”的名字也是他取的，锂的原子量也是他测定的，贝采里乌斯却不将自己的名字加进去，于是阿尔费德森成了锂的发现者。塞夫斯唐姆在分析瑞典某地的铁矿时发现一种黑色颗粒，他认为是一种新元素的氧化物，并将新元素命名为“钒”。他将这种黑色颗粒带到贝采里乌斯的实验室研究，却中途因故离去，贝采里乌斯则独自继续分离钒的氧化物。后来，他要“塞夫斯唐姆将其提交到瑞典科学院，使他独享发现钒的荣誉。这两件事情在化学历史上一直传为佳话。
也许用他学生的话评价他最合适。他的学生亨利·罗兹在纪念他逝世3周年发表的演说中有这样一段话：“他（贝采里乌斯）就是这样一个人，在他的研究工作中表现了极不寻常的品质，他用很多实际和理论上的重要发现同事也用忠告的数据丰富了这门学科的所有分支，他哲学精神总结了他的整个工作。他使他的学科系统化，用批评的力量为它开辟了前景。他是无与伦比的理论和实用化学教师，教导和鼓励了大批学生。这个人在如此巨大的范围内履行了科学的最高要求，以至他的人格在很多世纪中都将是光辉的榜样而光芒四射。”

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