化學(xué)作為一門自然科學(xué)在我國(guó)起步較晚,歷史上雖然有一些物質(zhì)生產(chǎn)的實(shí)踐活動(dòng),例如煉銅煉鐵,燒丹練汞,煅燒石灰等,都是一些經(jīng)驗(yàn)積累,并未發(fā)展成為一門科學(xué)。近代以來(lái),我國(guó)化學(xué)發(fā)展的初期階段,主要是引入歐美、俄羅斯等外國(guó)的理論,逐步消化吸收,在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。
現(xiàn)代化學(xué)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的核心物理量要數(shù)“物質(zhì)的量”,這個(gè)概念在我國(guó)是上世紀(jì)八十年代才引入的,在此之前,化學(xué)計(jì)算又是如何進(jìn)行的呢?與“物質(zhì)的量”相對(duì)應(yīng)的概念又有哪些呢?這就有一個(gè)承上啟下的傳承問題。根據(jù)作者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為有關(guān)化學(xué)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的新舊物理量之間有這樣一些聯(lián)系。
一、與“物質(zhì)的量”相對(duì)應(yīng)的概念有很多
1.“克分子數(shù)”,“克分子量”:由分子構(gòu)成的物質(zhì),克分子量就是以分子量為系數(shù),以克為單位所得的質(zhì)量。例如:O2的克分子量是32克,320克氧氣就是10克分子氧氣??梢娍朔肿恿肯喈?dāng)于摩爾質(zhì)量(M),克分子數(shù)相當(dāng)于物質(zhì)的量(n)。
2.“克原子數(shù)”“克原子量”:由原子構(gòu)成的物質(zhì),克原子量就是以原子量為系數(shù),以克為單位,所得的質(zhì)量。例如:C的克原子量是12克,60克碳原子就是5個(gè)克碳原子。可見克原子量相當(dāng)于摩爾質(zhì)量(M),克原子數(shù)相當(dāng)于物質(zhì)的量(n)。
3.“克離子數(shù)”“克離子量”:由離子構(gòu)成的物質(zhì),克離子量就是以化學(xué)式量為系數(shù),以克為單位,所得的質(zhì)量。例如:NaCl的克離子量是58.5克,585克NaCl就是10克離子NaCl??梢娍穗x子量相當(dāng)于摩爾質(zhì)量(M),克離子數(shù)相當(dāng)于物質(zhì)的量(n)。
現(xiàn)在這些概念全部統(tǒng)一在“物質(zhì)的量”概念里,例如:1克分子某物質(zhì)稱為1摩爾某物質(zhì),5個(gè)克原子碳原子稱為5摩爾碳原子,3克離子鈉離子稱為3摩爾鈉離子。
二、當(dāng)量與克當(dāng)量
當(dāng)量即相當(dāng)?shù)牧?,例如?克分子HCl是36.5克,HCl是一價(jià)酸,36.5克HCl就是1克當(dāng)量或者一個(gè)當(dāng)量,365克HCl為10當(dāng)量HCl。同理,Na:一價(jià),它的克當(dāng)量是23克。Mg:二價(jià),它的克當(dāng)量是24克/2=12克。Al:三價(jià),它的克當(dāng)量是27克/3=9克??傊?,任何物質(zhì)的質(zhì)量都可以通過(guò)該物質(zhì)的克當(dāng)量換算成相應(yīng)的當(dāng)量,這樣做有什么好處呢?好處很多,它把所有的化學(xué)計(jì)算都簡(jiǎn)化了,因?yàn)槿魏位瘜W(xué)反應(yīng)的當(dāng)量數(shù)都是1:1的關(guān)系,比簡(jiǎn)單整數(shù)比還要簡(jiǎn)單。例如:NaOH與H2SO4反應(yīng),物質(zhì)的量之比是2:1;NaOH與H3PO4反應(yīng),物質(zhì)的量之比是3:1;這叫簡(jiǎn)單整數(shù)比,但是用當(dāng)量法來(lái)計(jì)算,通通變成1:1的關(guān)系,是不是簡(jiǎn)單多了。引入物質(zhì)的量的概念至今,當(dāng)量與克當(dāng)量還沒有相應(yīng)的概念與之對(duì)應(yīng),使得化學(xué)計(jì)算就不那么簡(jiǎn)單了。由于當(dāng)量,克當(dāng)量概念能使復(fù)雜的化學(xué)計(jì)算變得非常簡(jiǎn)單,所以當(dāng)年的高考題也常常涉及到這些概念。
例如:Al2(SO4)3克當(dāng)量是多少?570克Al2(SO4)3是多少當(dāng)量?這樣的問題任何解呢?
解:1.Al2(SO4)3的化學(xué)式量是342,該物質(zhì)為6價(jià),1克當(dāng)量為342克/6=57克。
2.由于Al2(SO4)3的當(dāng)量為57克,570克為10克當(dāng)量Al2(SO4)3。
這樣的題目常出現(xiàn)在上世紀(jì)七八十年代高考試題中。但現(xiàn)在的學(xué)生基本上看不懂了,當(dāng)量與克當(dāng)量概念是否已經(jīng)過(guò)時(shí)?有沒有發(fā)展的必要?希望能引起同行討論。
三、“物質(zhì)的量”作為物理量的名稱是否需要改進(jìn)
中國(guó)人習(xí)慣用兩個(gè)漢字表達(dá)一個(gè)概念,例如:長(zhǎng)度,質(zhì)量,時(shí)間等,用四個(gè)字“物質(zhì)的量”來(lái)表達(dá)一個(gè)概念不太符合中國(guó)人的習(xí)慣,我跟學(xué)生講課講到這一概念時(shí),老是說(shuō)到目前為止,還沒有找到一種更恰當(dāng)?shù)姆椒ū硎具@個(gè)概念,但這個(gè)概念引入我國(guó)已經(jīng)30年了,怎么還沒有找到呢?是不是我們?cè)谶@方面思考不足?或者不屑一顧呢?我認(rèn)為應(yīng)該組織力量來(lái)研究,廣泛討論這一問題,力爭(zhēng)早日解決。以我30年化學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為是否可以用“微?!保ㄎ⒂^粒子的簡(jiǎn)稱)來(lái)表達(dá)“物質(zhì)的量”的概念呢?我想應(yīng)該是可以的。
例如:?jiǎn)栭L(zhǎng)度時(shí),是問長(zhǎng)度多少米,回答3米或5米;問質(zhì)量時(shí),是問質(zhì)量多少千克,回答2千克或4千克;問微粒時(shí),是問微粒有多少,回答1摩爾或3摩爾。
用“微?!眮?lái)代替“物質(zhì)的量”概念,有兩個(gè)理由:1.不引入新的詞匯,微粒(微觀粒子)本來(lái)就有集合的概念,既可以表示種類,又可以表示多少。2.用“微?!眮?lái)代替“物質(zhì)的量”的概念,符合中國(guó)人用兩個(gè)漢字表達(dá)一個(gè)概念的習(xí)慣。用“微?!眮?lái)代替“物質(zhì)的量”的概念,使用初期也只需要簡(jiǎn)單解釋就可以了。
四、化學(xué)結(jié)算標(biāo)準(zhǔn)的展望
化學(xué)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)由克分子,克原子,克離子,單量,克當(dāng)量開始,到引入新物理量“物質(zhì)的量”,是一個(gè)很大的進(jìn)步,一個(gè)概念統(tǒng)一了之前的很多概念,例如,克分子、克原子、克離子都可以統(tǒng)一在“物質(zhì)的量”里面。但當(dāng)量、克當(dāng)量并未統(tǒng)一在里面,這兩個(gè)概念被弱化,幾乎消失了。造成今天的化學(xué)計(jì)算,以“物質(zhì)的量”為核心,以化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)單整數(shù)比,如:2:1;或者3:2;就不能再簡(jiǎn)單了。如果沿用當(dāng)量,克當(dāng)量概念就可以把任何復(fù)雜的化學(xué)計(jì)算都轉(zhuǎn)化為1:1的最簡(jiǎn)單關(guān)系。顯然,以當(dāng)量,克當(dāng)量為標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算體系有其優(yōu)越性,仍有發(fā)展的合理性,不應(yīng)該完全拋棄。以“物質(zhì)的量”為核心的化學(xué)計(jì)算體系,如何吸收當(dāng)量,克當(dāng)量概念中的合理性,發(fā)展出相應(yīng)新概念,是否可以作為化學(xué)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展方向之一呢?
以“微粒”或者其他兩個(gè)字的概念來(lái)代替“物質(zhì)的量”概念,是否可以作為化學(xué)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的另一個(gè)方向呢?
隨著時(shí)間的推移,如果以上兩個(gè)目標(biāo)都實(shí)現(xiàn)了,必將使以漢語(yǔ)為主體的化學(xué)研究發(fā)展到了一個(gè)新的階段。使化學(xué)計(jì)算更加清晰,簡(jiǎn)單,便捷。