化學(xué)符號(hào)的發(fā)展

化學(xué)符號(hào)的發(fā)展元素符號(hào)的萌生學(xué)生從上初中開始學(xué)習(xí)化學(xué)，就要接觸元素符號(hào)，因此大多數(shù)人對(duì)它并不陌生。但除去化學(xué)史學(xué)家外，了解其發(fā)展演變過程的人并不多。現(xiàn)在所用的字母式元素符號(hào)也叫化學(xué)符號(hào)，是一種特殊的化學(xué)語言，誕生于18世紀(jì)初，已180多年。為了給各國化學(xué)家提供一個(gè)每種語言用起來都無需改變的化學(xué)符號(hào)和化學(xué)式系統(tǒng)，1813年，瑞典化學(xué)大師貝采里烏斯（，1779～1848年）在《哲學(xué)年鑒》上第一次發(fā)表了他的化學(xué)符號(hào)，它是用來表示一種元素和該元素的一個(gè)原子及其相對(duì)原子質(zhì)量的一個(gè)或一組字母。這套符號(hào)通用以后，就成為世界通用的化學(xué)語言，在現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展中起著十分重要的作用?？梢院敛豢鋸埖卣f，沒有這些符號(hào)，現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展簡直難以想象。實(shí)際上元素符號(hào)是隨著化學(xué)科學(xué)的發(fā)展，經(jīng)歷了2000多年漫長歲月的演化，才成了今天這種形式。它的發(fā)展反映了化學(xué)的逐步發(fā)展過程，反映了人類對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)由感性到理性，由低級(jí)到高級(jí)的辯證發(fā)展過程。一、應(yīng)用化學(xué)的起源與化學(xué)符號(hào)的產(chǎn)生化學(xué)符號(hào)的起源可追溯到古埃及。古埃及是化學(xué)最早的發(fā)源地之一，現(xiàn)代西方語言中“化學(xué)”一詞就來源于古埃及的國名“chēmia”。早在公元前3400年（第一王朝）之前，埃及就會(huì)冶金了。從其遺物中發(fā)現(xiàn)，古埃及人很擅長加工金屬。最早利用的是金，它以天然的金屬形式存在，并以其燦爛的色澤引人注目。其次知道的是銅，不久又發(fā)明了青銅（銅錫合金）。在前王朝（前3400年）時(shí)期，埃及人也知道了鐵、銀和鉛等金屬。埃及人制造玻璃、釉陶和其他材料的工藝也日益完善，后來還發(fā)展了天然染料的提取技術(shù)。最初這些技術(shù)是靠父子或師徒之間口傳心授的，沒有留下什么文字記載。隨著文字的產(chǎn)生和技術(shù)發(fā)展的需要，有必要將一些化學(xué)配方和工藝記錄下來，以備查閱和傳之后代。為了保密以免技術(shù)落入外人之手，一些關(guān)鍵性的物質(zhì)、設(shè)備和工藝都不能用通用的文字表達(dá)，而需借助于一些特定的，只有自己人才能看懂的符號(hào)。其中表示物質(zhì)的符號(hào)就是最早的化學(xué)符號(hào)。由此可見，化學(xué)符號(hào)的產(chǎn)生有兩個(gè)前提：一是化學(xué)工藝的發(fā)展達(dá)到一定成熟的階段，使得有東西值得記錄；二是文字的產(chǎn)生，使得信息的記錄成為可能，并受文字的啟發(fā)，制定出一些特定的符號(hào)。但因年代久遠(yuǎn)，記錄材料落后，古埃及時(shí)所用的化學(xué)符號(hào)是什么樣子，現(xiàn)在很難知道了?，F(xiàn)存最早的化學(xué)書籍是在埃及亞力山大發(fā)現(xiàn)的古希臘文著作，其中就有許多希臘文字典中根本查不出的技術(shù)符號(hào)與術(shù)語。古希臘文明是在古埃及和巴比倫文明的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。巴比倫人的化學(xué)工藝雖不及埃及發(fā)達(dá)，但其天文學(xué)非常發(fā)達(dá)，很早就對(duì)太陽、月亮和行星在恒星間的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了觀察，并且按太陽、月亮和五大行星給一周的七天命名，所以叫星期。后來在豐富的天文知識(shí)基礎(chǔ)上，建立了一種異想天開的占星術(shù)體系，并把它作為這門基礎(chǔ)科學(xué)的主要的和最有價(jià)值的對(duì)象。各種古代知識(shí)在希臘的匯合，產(chǎn)生了豐富多彩的自然哲學(xué)，也產(chǎn)生了最早的化學(xué)著作。在這些著作中，來自巴比倫的占星學(xué)研究與來自埃及的化學(xué)研究在所謂“交感”的基礎(chǔ)上聯(lián)系起來，即把已知的七種金屬與日、月和五大行星聯(lián)系起來，用行星的符號(hào)表示金屬，即太陽=金，月亮=銀，火星=鐵，金星=銅等，如圖1所示：圖1占星術(shù)符號(hào)與化學(xué)符號(hào)圖2給出希臘手稿中金屬及其他一些物質(zhì)的符號(hào)，其中一些僅僅是該物質(zhì)的希臘文縮寫，例如醋（ξOS），汁液（xνμòs）等?；瘜W(xué)符號(hào)的產(chǎn)生使得記錄化學(xué)配方與工藝有了簡捷的方法，使得許多資料得以保存和傳播，從而促進(jìn)了化學(xué)的發(fā)展。公元前1世紀(jì)，來自巴比倫的神秘主義、埃及的工藝學(xué)和希臘哲學(xué)這三大截然不同潮流的最終匯合，導(dǎo)致亞力山大煉金術(shù)的誕生，從而開始了化學(xué)發(fā)展的第2個(gè)階段——煉金術(shù)時(shí)期。二、煉金術(shù)的發(fā)展與化學(xué)符號(hào)的演變煉金術(shù)的另一個(gè)更早的發(fā)源地是中國，在公元前2世紀(jì)產(chǎn)生了煉丹術(shù)，以煉制長生不老丹為目的；西方煉金術(shù)的主要目的則是將賤金屬轉(zhuǎn)變?yōu)橘F金屬。在煉金實(shí)踐中他們搞出了一整套技術(shù)名詞，使得不僅有了記錄所用物品的簡捷方法，還能對(duì)公眾保密，終于形成了一套龐雜的名稱符號(hào)體系。后來隨著神秘主義傾向的增長，又加上大量哲學(xué)臆測(cè)，終于把流傳至今的煉金術(shù)情況弄得愈加模糊混亂。不過經(jīng)常有一些煉金家熱衷于實(shí)驗(yàn)科學(xué)，發(fā)展下去終于使它變成了化學(xué)。在長達(dá)1500多年的發(fā)展過程中他們發(fā)現(xiàn)了許多新物質(zhì)和新的化學(xué)反應(yīng)，發(fā)明了一些新設(shè)備，為近代化學(xué)作了方法與素材上的準(zhǔn)備。煉金家所用的符號(hào)因時(shí)因地而有一定差異。圖3是17世紀(jì)煉金家代表砷和銻的符號(hào)，帶有濃厚的神秘色彩。圖4是1609年一本化學(xué)教科書中引用的符號(hào)，與圖2相比可知兩者差不多，顯然有些符號(hào)是從圖2改進(jìn)而來，例如砷。圖5是17至19世紀(jì)煉金家與化學(xué)家所使用的部分化學(xué)符號(hào)，從而可以看出其演變過程，基本上是由復(fù)雜趨于簡單，由不規(guī)整趨于規(guī)整，但直到18世紀(jì)為止，仍保留著圖形式符號(hào)的形式，說明在變化中又有連續(xù)性。這些神秘性的符號(hào)正適合于帶有神秘性的煉金術(shù)的發(fā)展。由于當(dāng)時(shí)所知道的物質(zhì)不太多，且從事煉金術(shù)的只是一少部分人，這種符號(hào)的不方便和難以傳播等缺點(diǎn)還不太突出，以至于仍被早期的化學(xué)家們所沿用。原子、元素與元素符號(hào)（一）化學(xué)原子論的提出與道爾頓的化學(xué)符號(hào)自17世紀(jì)中葉，經(jīng)由近代化學(xué)的奠基者波義耳（1627～1691年）提出科學(xué)的元素概念，使化學(xué)走上科學(xué)化發(fā)展的道路，開始了近代化學(xué)的發(fā)展時(shí)期。17、18世紀(jì)的化學(xué)家們沖破了煉金術(shù)的羈絆，在化學(xué)的理論和實(shí)踐上都取得了長足的進(jìn)展，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多新元素，化學(xué)知識(shí)面更為擴(kuò)大。圖6為1718年編的一張化學(xué)親合力表，可見化學(xué)物質(zhì)雖增加許多，但所用的仍是煉丹術(shù)符號(hào)。18世紀(jì)末葉由拉瓦錫（1743～1794年）開創(chuàng)的化學(xué)革命，確立了以燃燒的氧學(xué)說為中心的近代化學(xué)體系，從而第一次使化學(xué)建立在真正的科學(xué)基礎(chǔ)之上。但他所用的物質(zhì)仍一直沿用著與實(shí)際成分毫不相干的煉金術(shù)符號(hào)，學(xué)生只有靠死記硬背才能掌握住他所接觸的物質(zhì)名稱，而新發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)正不斷增多，落后的術(shù)語與符號(hào)體系已日益成為化學(xué)發(fā)展的阻礙因素。為解決這一難題，戴莫維（DeMorveau，1737～1816年）與拉瓦錫等人于1787年發(fā)表了《化學(xué)命名法》，規(guī)定每種物質(zhì)須有一固定名稱，單質(zhì)名稱應(yīng)反映它們的特征，化合物的名稱應(yīng)反映其組成，從而為單質(zhì)和化合物的科學(xué)命名奠定了基礎(chǔ)。1783年，貝格曼1735～1784年）首先提出用符號(hào)表示化學(xué)式，例如硫化銅用硫和銅的符號(hào)聯(lián)起來表示，如圖7—5第四行所示。摘自《皇家科學(xué)院回憶錄》1718年，第212頁。

1803年，道爾頓（1766～1844年）提出了化學(xué)原子論，還設(shè)計(jì)了一整套符號(hào)表示他的理論，用一些圓圈再加上各種線、點(diǎn)和字母表示不同元素的原子，用不同的原子組合起來表示化學(xué)式，如圖7所示：從此化學(xué)符號(hào)的演變就一直與原子論的發(fā)展緊密相連。化學(xué)發(fā)展到19世紀(jì)初，已徹底打破了煉金術(shù)的束縛，沿用了2000年之久的煉金術(shù)符號(hào)已完全不適于表達(dá)物質(zhì)的組成，對(duì)化學(xué)的發(fā)展與傳播起著越來越大的阻礙作用。道爾頓的圓圈形化學(xué)符號(hào)正是在這樣的情形下應(yīng)運(yùn)而生，由于它們具有鮮明簡單的圖案，又與設(shè)想的球形原子形狀相似，并可用圖形表示化合物中原子的排列，因此很易為人們所接受，從此沿用了2000年的煉金術(shù)符號(hào)終于退出了化學(xué)舞臺(tái)，如今只有在化學(xué)史教科書中才能見到了。煉金術(shù)符號(hào)的被取代，是化學(xué)發(fā)展的歷史必然。首先，這套符號(hào)缺乏系統(tǒng)性與邏輯性，符號(hào)與物質(zhì)的特性毫無關(guān)系；其次缺乏簡單性是其致命弱點(diǎn)。隨著化學(xué)科學(xué)的建立，化學(xué)的發(fā)展、交流與傳播速度大大加快，這套神秘復(fù)雜的符號(hào)再也不能適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的需要，必然要被新的、簡單、系統(tǒng)的符號(hào)系統(tǒng)所取代。道爾頓的符號(hào)具有統(tǒng)一的形狀，比起煉金術(shù)符號(hào)要簡單系統(tǒng)得多，但仍沒脫去圖形符號(hào)的巢臼，表示稍復(fù)雜的化學(xué)式仍不方便，如明礬，用了大小24個(gè)圓圈，用作實(shí)驗(yàn)記錄要畫老半天，所占篇幅也太大，不好記住，比起舊的煉金術(shù)符號(hào)好不了太多。（二）化學(xué)原子論的確立與貝采里烏斯的化學(xué)符號(hào)化學(xué)原子論與古代原子論的本質(zhì)區(qū)別在于把不同元素的原子與一定的相對(duì)原子質(zhì)量聯(lián)系起來。因此要在化學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域鞏固原子論，就要把已知所有元素的相對(duì)原子質(zhì)量測(cè)出。貝采里烏斯就把這件工作作為自己科學(xué)生活的目的，在短短幾年內(nèi)測(cè)定了所有已知元素的相對(duì)原子質(zhì)量與幾乎所有已知化合物的組成，其工程之巨，精度之高可說是前無古人，從而為原子論的確立奠定了穩(wěn)固的基礎(chǔ)。他對(duì)原子論發(fā)展的另一重大貢獻(xiàn)是字母式化學(xué)符號(hào)的提出，這是化學(xué)符號(hào)演變過程中一次徹底的革命性變化，從此解除了圖形式符號(hào)對(duì)人們的困擾。他仿照托瑪斯·湯姆遜（，1773～1852年）在礦物的式中用A、S等表示礬土、硅石等，建議用元素的拉丁文起首字母代替道爾頓不方便的圓圈，第一個(gè)字母相同時(shí)就加上下一個(gè)字母，并且用字母表示化學(xué)式。最初他建議在與氧或硫化合的元素符號(hào)上加一小點(diǎn)或一撇作為氧或硫的符號(hào)，如SO3寫成O'3，F(xiàn)eS寫成Fe，實(shí)際上是圖形符號(hào)的殘余，因此沒有流行多久。后來他又建議在元素符號(hào)上劃一橫線來表示雙原子，如H2寫成，H2O寫成O等，這些劃線的符號(hào)流行時(shí)間稍長些，后雖經(jīng)多次修改，但終被棄置不用。貝采里烏斯這套符號(hào)具有簡單、系統(tǒng)、邏輯性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。由于用通用的拉丁字母作符號(hào)，每個(gè)符號(hào)最多兩個(gè)字母，非常容易認(rèn)記；統(tǒng)一使用字母，使整套符號(hào)系統(tǒng)一致；符號(hào)是由其名稱而來，具有一定的邏輯性；同時(shí)能表示確定的相對(duì)原子質(zhì)量，具有方便性，因此很快譯成多種語言，成為現(xiàn)代化學(xué)語言的基礎(chǔ)。隨著原子——分子論的確立，元素周期律和化學(xué)結(jié)構(gòu)理論的誕生，人們不僅用化學(xué)符號(hào)表示化學(xué)式，還用來表示反應(yīng)式、結(jié)構(gòu)式；隨著電離學(xué)說的建立，用來表示離子式；隨著核化學(xué)的興起，又用來表示原子核、同位素和核反應(yīng)。翻開當(dāng)今世界上任何一本化學(xué)書，無論是什么語種，書中所用的化學(xué)符號(hào)都是相同的。貝采里烏斯的化學(xué)符號(hào)極大地推動(dòng)了并將繼續(xù)推動(dòng)現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展。（三）元素符號(hào)與化學(xué)方程式的采用德莫維等改革化學(xué)命名法，為人們用化學(xué)概念進(jìn)行思維大開了方便之門；而貝采里烏斯的字母式化學(xué)符號(hào)，使人們有可能用最簡便科學(xué)的方式形象地表述各種化學(xué)反應(yīng)。但貝采里烏斯本人最初并沒有利用字母符號(hào)來寫化學(xué)反應(yīng)式，19世紀(jì)初年的教科書也根本沒用化學(xué)符號(hào)。如莫累（Murray）的教科書和湯姆遜的《化學(xué)體系》（第五版，1817年），以及格梅林（）的《理論化學(xué)手冊(cè)》（第一版，1817～1819年）中都沒有符號(hào)，亨利（Henry）的《化學(xué)原理》（1829年）在附錄中給出化學(xué)符號(hào)，特爾涅（Turner）的《化學(xué)原理》（第四版，1833年）中解釋了符號(hào)的意義并同化學(xué)方程式一起應(yīng)用，但在序言中卻為此而向讀者表示歉意。李比希（Liebig）用化學(xué)方程式（1844年）也不是沒有顧慮的。符號(hào)和化學(xué)方程式的自由運(yùn)用是由格梅林在第四版《手冊(cè)》（1848～1872年）中開始的。之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于當(dāng)時(shí)化學(xué)家們對(duì)原子、分子、當(dāng)量等概念在認(rèn)識(shí)上還存在很大分歧，存在不同的相對(duì)原子質(zhì)量系統(tǒng)，特別是無機(jī)與有機(jī)化學(xué)中使用的相對(duì)原子質(zhì)量不同，所以化學(xué)符號(hào)雖逐漸被使用，但不盡統(tǒng)一，如武茲和凱庫勒就用帶橫的符號(hào)表示熱拉爾的相對(duì)原子質(zhì)量，一些英文書中則在符號(hào)下加橫線等，使符號(hào)更加混亂。隨著一元論學(xué)說的提出，似乎傾向于達(dá)成某種一致的協(xié)議。1860年在德國卡爾思魯厄召開了第一次國際化學(xué)家會(huì)