化学符号

化学语言的一部分


化学物质的名称和符号是化学语言的两个重要组成部分。早期的化学物质命名完全是经验性的,这就导致某些物质的名称与其化学性质之间存在分歧。到了18世纪中叶,化学的快速发展导致大量新物质的发现,之前陈旧的命名法已经无法满足化学家的要求。终于在18世纪末拉瓦锡发起了现代化学革命,而革命的一项重要内容就是用建立在物质化学性质上的现代化学命名法取代之前的经验命名法。

化学符号的使用最早可以追溯到古希腊时期的手稿或者更早的埃及象形文字。专家认为,一小部分化学符号可能是由埃及象形文字演变而成,而另外一些化学符号是从古希腊手稿中的符号和文字缩写演变而来的。而在17-18世纪欧洲炼金术时期所使用的符号,大部分是由炼金术士创造的:一些符号是反应装置的图形化表示,而一些符号是完全随机的几何图形。使用化学符号的主要目的是减少文字,提高书稿的阅读效率,但很多炼金术士认为在化学符号中书稿作者隐藏了将廉价金属转变成黄金的奥秘。正是因为炼金术符号的神秘属性,以及这些符号特别容易引起混淆(很多符号非常类似,而且同一种符号可能代表不同的物质),一些学者在18世纪末建立了新的符号体系。拉瓦锡提出化学符号应该包含物质的化学信息。1808年道尔顿发表的符号体系是一个巨大的进步(见本书第8页)。道尔顿为每个元素都设计了一个独特的圆形符号,而化合物的符号则由元素符号组合而成,并包含元素比例信息。但道尔顿的符号和炼金术符号一样不易书写和记忆。我们目前使用的现代化学符号系统(如钠:Na,食盐:NaCl,水:H2O)要归功于贝采里乌斯。虽然贝采里乌斯并不是第一个使用化学元素首字母作为元素符号的科学家,但1813年前后他首次把这一符号系统应用到当时所知的几乎所有化学物质。

上图:炼金术时期代表黄金的太阳符号。


左上:火,右上:水,中央:以太,左下:气,右下:土。

左上:火,右上:水,中央:以太,左下:气,右下:土。

开普勒的五元素。我们熟知的现代元素概念是由拉瓦锡在18世纪末提出的。在此之前,包括“火”、“水”、“气”、“土” 的四元素说,或者另外包括“以太”在内的五元素说一直是西方学者认识物质世界的主导理论。在1619年出版的《世界的和谐》(Harmonice Mundi)一书中,开普勒又将五元素与柏拉图多面体联系在一起。按照开普勒的说法,火是最具有“穿透力”的元素,因此和柏拉图多面体中最为尖锐的正四面体相对应;以太不同于其它元素,没有冷、热、干、湿的性质,所以和最接近球体的正十二面体相对应。上图中“火”、“水”、“气”、“土”汉字旁边的图标是各元素对应的符号。【绘图依据:Kepler, J. Harmonice Mundi (1619)】


第一行从左至右:金(Au),银(Ag),水银(Hg),铜(Cu),铁(Fe),铅(Pb),锑(Sb),硫(S)。 第二行从左至右:盐酸(HCl),硝酸(HNO3),硫酸(H2SO4),碳酸钙(CaCO3),碳酸钾(K2CO3),氨水(NH4OH),乙酸(CH3COOH),乙醇(CH3CH2OH)。 注释:所有数字都应该是下表。

第一行从左至右:金(Au),银(Ag),水银(Hg),铜(Cu),铁(Fe),铅(Pb),锑(Sb),硫(S)。
第二行从左至右:盐酸(HCl),硝酸(HNO3),硫酸(H2SO4),碳酸钙(CaCO3),碳酸钾(K2CO3),氨水(NH4OH),乙酸(CH3COOH),乙醇(CH3CH2OH)。
注释:所有数字都应该是下表。

炼金术时期的化学符号。上图是若弗鲁瓦在1718年发表的“化学亲和力表格”中所使用的一部分炼金术符号。文艺复兴后的炼金术时期,类似的符号被广泛使用,而若弗鲁瓦的亲和力表格也促进了炼金术符号流行。若弗鲁瓦认为表格中的炼金术符号可以使各种物质之间的化学反应关系一目了然。但是因为炼金术符号的神秘主义色彩以及难于记忆、易于混淆的缺点,炼金术符号的使用在18世纪末受到越来越多学者的抵制。1813年贝采里乌斯提出现代化学符号系统(贝采里乌斯符号与现代符号唯一不同之处是:对于表示元素比例的数字,他使用上角标,而现在我们使用下角标)。和炼金术化学符号相比,现代化学符号(上图汉字下方)不但容易记忆和书写,而且包含更多信息,比如物质的化学元素组成和比例,以及有机物的基本分子结构。【绘图依据:Geoffroy, É. F. Mémoirés de l'Academie Royale des Sciences (1718)】


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