宋悅 裴波

摘要：在化學(xué)學(xué)科中，有一些專用或者借用其他學(xué)科的語言或符號(hào)。在實(shí)際教學(xué)中，如果中學(xué)生不能對(duì)一些化學(xué)常用符號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確理解，就會(huì)出現(xiàn)原則性錯(cuò)誤，不利于化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)。作者對(duì)化學(xué)常用符號(hào)進(jìn)行了分類，介紹了幾個(gè)典型的化學(xué)常用符號(hào)的歷史，希望能給一線化學(xué)教師提供一些參考。

關(guān)鍵詞：化學(xué)常用符號(hào)；分類；溯源；教科書

文章編號(hào)：1008-0546（2023）09-0075-04

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2023.09.015

一、問題的提出

化學(xué)常用符號(hào)在化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)中有著非常重要的地位，它穿插于整個(gè)化學(xué)學(xué)習(xí)的過程中。學(xué)生如果想在化學(xué)學(xué)科中取得良好的成績，掌握和可以自如地運(yùn)用化學(xué)常用符號(hào)是必要的條件。大多數(shù)化學(xué)常用符號(hào)的學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生來說是一個(gè)新的開始，學(xué)生通常是首次接觸一些化學(xué)常用符號(hào)。若想自如地運(yùn)用化學(xué)常用符號(hào)，首先要理解符號(hào)本身的含義，而各個(gè)符號(hào)的歷史則是學(xué)生理解符號(hào)含義的重要媒介。

二、化學(xué)常用符號(hào)的分類

根據(jù)化學(xué)常用符號(hào)自身的類型和特點(diǎn)，結(jié)合已有的相關(guān)概念和物理學(xué)知識(shí)，筆者將化學(xué)常用符號(hào)分為物理量和其他化學(xué)符號(hào)兩類。

1．物理量

物理量是指物理學(xué)中所描述的現(xiàn)象、物體或物質(zhì)可定性區(qū)別和定量確定的屬性，一般情況下都是用數(shù)字和單位組合表達(dá)。物理量的最大特點(diǎn)就是可以通過方法對(duì)它進(jìn)行測(cè)量，最終結(jié)果可以用數(shù)值和單位表達(dá)。

人教版高中化學(xué)教科書中的常用物理量的名稱、表示符號(hào)、單位名稱（國際標(biāo)準(zhǔn)）及單位符號(hào)見表1。

2．其他化學(xué)符號(hào)

一些符號(hào)既不屬于化學(xué)用語，又不屬于物理量，所以將其歸類在其他符號(hào)中，依據(jù)這些化學(xué)常用符號(hào)的特點(diǎn)將它們分類為計(jì)算類和縮寫類兩種，見表2。

計(jì)算類符號(hào)意指可以通過計(jì)算其數(shù)值得到物質(zhì)的相關(guān)性質(zhì)等的符號(hào)，其中除了化學(xué)反應(yīng)速率可以通過數(shù)字和單位的方式表示計(jì)算結(jié)果，其他符號(hào)都沒有與之對(duì)應(yīng)的單位；縮寫類符號(hào)意指通過對(duì)一些固定化學(xué)名稱進(jìn)行簡寫來方便書寫和記憶的符號(hào)。

三、幾個(gè)典型化學(xué)常用符號(hào)溯源

筆者選取了幾個(gè)典型的化學(xué)常用符號(hào)，對(duì)它們的含義和從發(fā)現(xiàn)到發(fā)展到成型作簡單的說明。

1．相對(duì)原子質(zhì)量

1803年，道爾頓提出了原子論時(shí)首次提出了“同種元素的原子性質(zhì)和質(zhì)量都相同，不同元素的性質(zhì)和質(zhì)量各不相同，原子質(zhì)量是元素基本特征之一”的觀點(diǎn)，這也是人們研究原子質(zhì)量的起點(diǎn)。同年，道爾頓用氫的原子量為基準(zhǔn)公布了6種元素的相對(duì)原子質(zhì)量。在接下來的幾年中，道爾頓用他沒有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐的方法確定了37種元素的相對(duì)原子質(zhì)量，然而都與正確數(shù)值相差甚遠(yuǎn)。

基于道爾頓的理論，許多化學(xué)家都進(jìn)行了相對(duì)原子質(zhì)量的測(cè)定。瑞典的貝采里烏斯基于實(shí)驗(yàn)給出了49種元素的相對(duì)原子質(zhì)量，[1，2]相較于道爾頓，他的數(shù)值更加準(zhǔn)確；而比利時(shí)的斯達(dá)和美國的理查茲則利用嚴(yán)密的實(shí)驗(yàn)手段和高精準(zhǔn)的儀器使相對(duì)原子質(zhì)量的測(cè)定更加精確，得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)甚至可以達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后4位。

值得注意的是，雖然在實(shí)驗(yàn)中獲得的是原子的相對(duì)質(zhì)量，但此時(shí)仍然稱其為“原子量”而非“相對(duì)原子質(zhì)量”。

1929年，伴隨著同位素的發(fā)現(xiàn)，相對(duì)原子質(zhì)量的基準(zhǔn)選擇成為了新的問題。直至1959年，馬陶赫將以12C=12為基準(zhǔn)的方案報(bào)告給國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)并被予以接受和采用后，一個(gè)可以被世界認(rèn)可的相對(duì)原子質(zhì)量的基準(zhǔn)產(chǎn)生了。

由此，相對(duì)原子質(zhì)量也有了對(duì)應(yīng)的物理量符號(hào)—Ar。相對(duì)原子質(zhì)量的英文全稱為“Relative atomicmass”，物理量符號(hào)中的“A"表示原子（atom），“r"表示相對(duì)（ relative）。

為了紀(jì)念道爾頓對(duì)測(cè)定相對(duì)原子質(zhì)量作出的貢獻(xiàn)，“道爾頓”這個(gè)名詞被人為賦值為12C的1/12，是可以用來衡量原子或分子質(zhì)量的單位。

2．阿伏伽德羅常數(shù)

1811年，意大利化學(xué)家阿莫迪歐·阿伏伽德羅首次提出了分子假說——“同體積的氣體，在相同的溫度和壓力時(shí)含有相同數(shù)量的分子”。而“阿伏伽德羅常數(shù)”則是這個(gè)假說的衍生。阿伏伽德羅提出這個(gè)假說之后并沒有給這個(gè)常量命名，在1909年，法國的讓·佩蘭建議把此常量命名為“阿伏伽德羅常量”。

真正得出阿伏伽德羅常量的具體數(shù)值是在1865年，由奧地利的約翰·約瑟夫·洛施米特通過計(jì)算某個(gè)固定體積的氣體中所包含的分子數(shù)量（即理想氣體的數(shù)量密度），此常數(shù)與阿伏伽德羅常量大約可成正比例得出的。

1910年，因?yàn)榱_布特·密立根測(cè)量出了一個(gè)電子所帶的電荷，結(jié)合麥可·法拉第于1834年提出的“阿伏伽德羅常量可由一摩爾電子的電荷除以單個(gè)電子的電荷得出”的觀點(diǎn)，人們可以更加精準(zhǔn)地計(jì)算出阿伏伽德羅常量的數(shù)值。

讓·佩蘭最早提出“阿伏伽德羅常量”這個(gè)名稱時(shí)以符號(hào)“Ⅳ”來代表它，直至1971年，第14屆國際計(jì)量大會(huì)將摩爾列為國際單位制基本單位之后，物質(zhì)的量成為了一個(gè)獨(dú)立的物理量，阿伏伽德羅常量也成為了熱學(xué)常量。2018年，國際計(jì)量大會(huì)將1摩爾進(jìn)行了準(zhǔn)確的定義及說明。為了將阿伏伽德羅常量表示符號(hào)與粒子數(shù)表示符號(hào)作區(qū)分，同時(shí)也為了紀(jì)念阿伏伽德羅，阿伏伽德羅常量也由符號(hào)“Ⅳ”改成了現(xiàn)行課本中的“NA”。

3．相對(duì)分子質(zhì)量

首個(gè)明確提出“分子”這個(gè)概念的是意大利的阿伏伽德羅，他在仔細(xì)分析蓋·呂薩克和道爾頓的分歧時(shí)發(fā)現(xiàn)僅用原子理論去解釋氣體實(shí)驗(yàn)是完全行不通的，必須用新的理論來解決道爾頓的原子理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)之間的矛盾。在這個(gè)背景下，阿伏伽德羅提出了他的分子假說。然而在他提出假說之后直至去世，阿伏伽德羅的分子假說都沒有被學(xué)術(shù)界正視和接受。這種對(duì)于分子、原子之間的模糊認(rèn)知最終在1860年的國際化學(xué)家代表大會(huì)上，在意大利的斯坦尼斯勞·康尼查羅的努力下結(jié)束了，他在會(huì)議上再次提出了阿伏伽德羅的分子假說，并給分子和原子下了準(zhǔn)確的定義。經(jīng)歷過長時(shí)間關(guān)于分子和原子的混亂的科學(xué)家們經(jīng)過分析和討論，最終確定了分子假說的正確性。1959年，國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)確定了相對(duì)原子質(zhì)量的基準(zhǔn)后，相對(duì)分子質(zhì)量也隨之有了國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。

相對(duì)分子質(zhì)量的英文全稱為“Relative molecularmass"，簡稱為M，其中“M”表示分子（molecule），“r”表示相對(duì)（ relative）。

4．氫離子濃度指數(shù)和氫氧根離子濃度指數(shù)

氫離子濃度指數(shù)英文全稱為hydrogen ion concen—tration，簡稱為“pH"。其中“p"是德語“Potenz"的縮寫，“Potenz"意思是“濃度”，“H"是氫離子（ hydrogenion）的簡化。[3]

氫氧根離子濃度指數(shù)英文全稱為hydroxyl ionconcentration，簡稱為“pOH"。其中OH代表氫氧根離子（ hydroxyl ion）。

對(duì)酸與堿的探討在歷史中具有相當(dāng)長時(shí)間的跨度和難度。首個(gè)對(duì)酸進(jìn)行定義的是英國的羅伯特·波義爾，他認(rèn)為能讓藍(lán)色石蕊色素變成紅色的液體都是酸或酸的水溶液。接下來，學(xué)術(shù)界對(duì)酸中的哪種元素能夠使物質(zhì)呈現(xiàn)酸性進(jìn)行了探討，1799年，拉瓦錫提出這種元素是氧元素；在1808年，英國的漢弗萊·戴維指出氫元素才是致使物質(zhì)呈現(xiàn)酸性的元素。1887年，瑞典的思萬特·奧古斯特·阿倫尼烏斯重新對(duì)酸和堿進(jìn)行了定義，他認(rèn)為溶于水后產(chǎn)生氫離子的物質(zhì)是酸，而溶于水后產(chǎn)生氫氧根離子的物質(zhì)是堿。1 923年，丹麥的約翰尼斯·布朗斯特德和英國的馬丁·洛瑞分別獨(dú)立地對(duì)酸和堿進(jìn)行了定義，他們認(rèn)為能給予其他物質(zhì)氫離子的物質(zhì)是酸，能從其他物質(zhì)處獲得氫離子的物質(zhì)是堿。

當(dāng)然，僅對(duì)酸和堿下定義或是判斷物質(zhì)的酸性或堿性是不夠的。德國的弗里德里?！た茽杽谑┰跍y(cè)定水溶液的導(dǎo)電性時(shí)發(fā)現(xiàn)水的導(dǎo)電性永遠(yuǎn)不可能為O。于是，科爾勞施在常溫下測(cè)定了1L水中的氫離子濃度和氫氧根離子的濃度，他發(fā)現(xiàn)氫離子濃度和氫氧根離子的濃度均為10-7mol，也就是說，水中的水分子中的一部分會(huì)分解成氫離子和氫氧根離子。在科爾勞施研究的基礎(chǔ)上，丹麥的索倫·索倫森為了對(duì)表示氫離子和氫氧根離子的濃度作出簡化，提出可以用“1 0的負(fù)多少次方”中的“多少次”來表示氫離子或氫氧根離子的濃度，這就是氫離子濃度指數(shù)（pH）和氫氧根離子濃度指數(shù)（pOH）的由來。

5．溶度積

溶度積，即沉淀的溶解平衡常數(shù)，英文全稱為sol—ubility product，簡稱為Ksp，其中“K"的意思是化學(xué)平衡常數(shù)（equilibrium constant），“s"代表溶解度（solubili—ty），“p"代表乘積（product）。

溶度積的大小可以從數(shù)據(jù)上反映難溶電解質(zhì)的在水作為溶劑時(shí)的溶解能力，是研究沉淀平衡的重要依據(jù)。人們對(duì)沉淀的研究有著上千年的實(shí)踐歷史，公元260年，羅馬的勞地齊亞市是最早發(fā)明并利用沉降水庫來給城市供給相對(duì)清澄的水的城市之一。而最早應(yīng)用混凝劑來促進(jìn)沉淀更好地產(chǎn)生的國家則是中國，早在17世紀(jì)末，中國人就已經(jīng)掌握了利用明礬讓黃河水變得清澈的方法。

最早提出溶度積這個(gè)概念的是德國的能斯特，能斯特在電化學(xué)領(lǐng)域貢獻(xiàn)突出，最卓越的成就是提出了可以解釋電極電位和溶液濃度之間關(guān)系的能斯特方程。同時(shí)，能斯特在溶解度的研究方面也有著卓越貢獻(xiàn)。1888年，他在《物理化學(xué)雜志》上發(fā)表了一篇關(guān)于溶解度的論文，在其中提出了溶度積這個(gè)概念并以此為基礎(chǔ)對(duì)化學(xué)變化中的沉淀反應(yīng)作出了說明。在1890年，能斯特在他研究的基礎(chǔ)上又提出了兩種不同溶劑中被溶解的溶質(zhì)的分配定律。

6．電離平衡常數(shù)

1834年，法拉第在《關(guān)于電的實(shí)驗(yàn)研究》中首次提出了“電解質(zhì)”這一概念，他經(jīng)過對(duì)溶液的定量電解實(shí)驗(yàn)得出了“電流通過電解質(zhì)溶液時(shí)電解質(zhì)發(fā)生分解，即先通電流，后有離子”的結(jié)論。[4]

而在1883年，瑞典的阿倫尼烏斯在他的博士論文中基于實(shí)驗(yàn)測(cè)量和計(jì)算提出了“電解質(zhì)分子在溶液中自動(dòng)電離，不是因?yàn)橥姴虐l(fā)生離解”這一觀點(diǎn)。緊接著阿倫尼烏斯在范霍夫滲透壓方程的基礎(chǔ)上對(duì)電離理論進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，并于1887年發(fā)表了《關(guān)于溶質(zhì)在水中的離解》這篇文章，他在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)水溶液中物質(zhì)形態(tài)的理論進(jìn)行了總結(jié)，自此電離理論正式確立。同年，阿倫尼烏斯基于電離理論提出了關(guān)于酸堿的本質(zhì)觀點(diǎn)——酸堿電離理論。

阿倫尼烏斯的電離理論引發(fā)了約15年的爭論，他在此期間也發(fā)表了八篇論文證實(shí)自己的觀點(diǎn)，并在研究中給出了45種電解質(zhì)的電導(dǎo)數(shù)據(jù)。1900年，在國際物理學(xué)會(huì)議上，阿倫尼烏斯對(duì)電離理論進(jìn)行了系統(tǒng)的論述，自此關(guān)于電離理論的爭論結(jié)束了。

由于阿倫尼烏斯的電離理論是在弱電解質(zhì)模型下得出的，所以僅適用于弱電解質(zhì)的電離，不適用于強(qiáng)電解質(zhì)的電離。20世紀(jì)20年代，P．德拜和L．昂薩格等研究了強(qiáng)電解質(zhì)稀溶液的靜電理論，豐富了電離理論。

電離平衡常數(shù)的大小說明了弱電解質(zhì)的電離能力，分為弱酸的電離平衡常數(shù)（K）和弱堿的電離平衡常數(shù)（Kb），其中“K"表示化學(xué)平衡常數(shù)，“a"代表酸（acid），“b”代表堿（base）。

四、結(jié)語

作為教師，應(yīng)該在對(duì)教科書中的知識(shí)進(jìn)行全面、深入理解的基礎(chǔ)上，用發(fā)展的眼光看待科學(xué)的進(jìn)程。教學(xué)中，更應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有生活生產(chǎn)中的真實(shí)問題對(duì)教科書進(jìn)行二次加工，設(shè)置情境進(jìn)行教學(xué)。

1．以歷史發(fā)展為主線進(jìn)行化學(xué)史教育

傳統(tǒng)教學(xué)模式主要以邏輯方法為主，而基于化學(xué)史的教學(xué)設(shè)計(jì)則以化學(xué)知識(shí)的歷史發(fā)展為主線，展現(xiàn)化學(xué)概念、原理的形成與發(fā)展過程，探尋知識(shí)的來源，使得化學(xué)知識(shí)不再是沒有生命力的冰冷事實(shí)的堆積。例如：在電解質(zhì)教學(xué)中，向?qū)W生呈現(xiàn)電解質(zhì)概念的由來，可讓學(xué)生從本質(zhì)上理解電解質(zhì)的概念；呈現(xiàn)阿倫尼烏斯電離理論的發(fā)展過程，可使學(xué)生在與科學(xué)家的思想交鋒中加深對(duì)電離的理解；酸堿理論的展現(xiàn)，則可使學(xué)生在對(duì)比中加深對(duì)酸堿概念的理解。

2．對(duì)化學(xué)史進(jìn)行適當(dāng)加工

在利用化學(xué)史進(jìn)行教學(xué)時(shí)，教師不可避免地會(huì)向?qū)W生呈現(xiàn)大量的化學(xué)史實(shí)，呈現(xiàn)給學(xué)生的化學(xué)史實(shí)一定是教師經(jīng)過篩選提煉重組的，這些化學(xué)史必須有利于學(xué)生對(duì)化學(xué)核心概念的理解。比如，電解質(zhì)部分的歷史材料非常豐富，限于教學(xué)的要求和學(xué)生的認(rèn)知水平，只向?qū)W生呈現(xiàn)與電解質(zhì)和電離概念緊密相關(guān)的材料，而其他歷史資料學(xué)生有興趣可自行查閱。

參考文獻(xiàn)

[1] 張家治．化學(xué)史教程[M].太原：山西教育出版社，1987：263．

[2] 趙匡華，化學(xué)通史[M]．北京：高等教育出版社，1990：102，122，124．

[3] 李發(fā)美．分析化學(xué)（第五版）[M]．北京：人民衛(wèi)生出版社，1986：111．

[4] 吳偉麗．中外化學(xué)故事[M].鄭州：中州古籍出版社，2013：229-230.