宋悅 裴波

摘要：在化學學科中，有一些專用或者借用其他學科的語言或符號。在實際教學中，如果中學生不能對一些化學常用符號進行準確理解，就會出現原則性錯誤，不利于化學學科的學習。作者對化學常用符號進行了分類，介紹了幾個典型的化學常用符號的歷史，希望能給一線化學教師提供一些參考。

關鍵詞：化學常用符號；分類；溯源；教科書

文章編號：1008-0546（2023）09-0075-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2023.09.015

一、問題的提出

化學常用符號在化學學科的學習中有著非常重要的地位，它穿插于整個化學學習的過程中。學生如果想在化學學科中取得良好的成績，掌握和可以自如地運用化學常用符號是必要的條件。大多數化學常用符號的學習對學生來說是一個新的開始，學生通常是首次接觸一些化學常用符號。若想自如地運用化學常用符號，首先要理解符號本身的含義，而各個符號的歷史則是學生理解符號含義的重要媒介。

二、化學常用符號的分類

根據化學常用符號自身的類型和特點，結合已有的相關概念和物理學知識，筆者將化學常用符號分為物理量和其他化學符號兩類。

1．物理量

物理量是指物理學中所描述的現象、物體或物質可定性區(qū)別和定量確定的屬性，一般情況下都是用數字和單位組合表達。物理量的最大特點就是可以通過方法對它進行測量，最終結果可以用數值和單位表達。

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

2．其他化學符號

一些符號既不屬于化學用語，又不屬于物理量，所以將其歸類在其他符號中，依據這些化學常用符號的特點將它們分類為計算類和縮寫類兩種，見表2。

計算類符號意指可以通過計算其數值得到物質的相關性質等的符號，其中除了化學反應速率可以通過數字和單位的方式表示計算結果，其他符號都沒有與之對應的單位；縮寫類符號意指通過對一些固定化學名稱進行簡寫來方便書寫和記憶的符號。

三、幾個典型化學常用符號溯源

筆者選取了幾個典型的化學常用符號，對它們的含義和從發(fā)現到發(fā)展到成型作簡單的說明。

1．相對原子質量

1803年，道爾頓提出了原子論時首次提出了“同種元素的原子性質和質量都相同，不同元素的性質和質量各不相同，原子質量是元素基本特征之一”的觀點，這也是人們研究原子質量的起點。同年，道爾頓用氫的原子量為基準公布了6種元素的相對原子質量。在接下來的幾年中，道爾頓用他沒有實驗數據支撐的方法確定了37種元素的相對原子質量，然而都與正確數值相差甚遠。

基于道爾頓的理論，許多化學家都進行了相對原子質量的測定。瑞典的貝采里烏斯基于實驗給出了49種元素的相對原子質量，[1，2]相較于道爾頓，他的數值更加準確；而比利時的斯達和美國的理查茲則利用嚴密的實驗手段和高精準的儀器使相對原子質量的測定更加精確，得出的實驗數據甚至可以達到小數點后4位。

值得注意的是，雖然在實驗中獲得的是原子的相對質量，但此時仍然稱其為“原子量”而非“相對原子質量”。

1929年，伴隨著同位素的發(fā)現，相對原子質量的基準選擇成為了新的問題。直至1959年，馬陶赫將以12C=12為基準的方案報告給國際純粹與應用化學聯合會并被予以接受和采用后，一個可以被世界認可的相對原子質量的基準產生了。

由此，相對原子質量也有了對應的物理量符號—Ar。相對原子質量的英文全稱為“Relative atomicmass”，物理量符號中的“A"表示原子（atom），“r"表示相對（ relative）。

為了紀念道爾頓對測定相對原子質量作出的貢獻，“道爾頓”這個名詞被人為賦值為12C的1/12，是可以用來衡量原子或分子質量的單位。

2．阿伏伽德羅常數

1811年，意大利化學家阿莫迪歐·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含有相同數量的分子”。而“阿伏伽德羅常數”則是這個假說的衍生。阿伏伽德羅提出這個假說之后并沒有給這個常量命名，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值是在1865年，由奧地利的約翰·約瑟夫·洛施米特通過計算某個固定體積的氣體中所包含的分子數量（即理想氣體的數量密度），此常數與阿伏伽德羅常量大約可成正比例得出的。

1910年，因為羅布特·密立根測量出了一個電子所帶的電荷，結合麥可·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電子的電荷得出”的觀點，人們可以更加精準地計算出阿伏伽德羅常量的數值。

讓·佩蘭最早提出“阿伏伽德羅常量”這個名稱時以符號“Ⅳ”來代表它，直至1971年，第14屆國際計量大會將摩爾列為國際單位制基本單位之后，物質的量成為了一個獨立的物理量，阿伏伽德羅常量也成為了熱學常量。2018年，國際計量大會將1摩爾進行了準確的定義及說明。為了將阿伏伽德羅常量表示符號與粒子數表示符號作區(qū)分，同時也為了紀念阿伏伽德羅，阿伏伽德羅常量也由符號“Ⅳ”改成了現行課本中的“NA”。

3．相對分子質量

首個明確提出“分子”這個概念的是意大利的阿伏伽德羅，他在仔細分析蓋·呂薩克和道爾頓的分歧時發(fā)現僅用原子理論去解釋氣體實驗是完全行不通的，必須用新的理論來解決道爾頓的原子理論與實驗事實之間的矛盾。在這個背景下，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術界正視和接受。這種對于分子、原子之間的模糊認知最終在1860年的國際化學家代表大會上，在意大利的斯坦尼斯勞·康尼查羅的努力下結束了，他在會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確的定義。經歷過長時間關于分子和原子的混亂的科學家們經過分析和討論，最終確定了分子假說的正確性。1959年，國際純粹與應用化學聯合會確定了相對原子質量的基準后，相對分子質量也隨之有了國際公認的標準。

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

4．氫離子濃度指數和氫氧根離子濃度指數

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

對酸與堿的探討在歷史中具有相當長時間的跨度和難度。首個對酸進行定義的是英國的羅伯特·波義爾，他認為能讓藍色石蕊色素變成紅色的液體都是酸或酸的水溶液。接下來，學術界對酸中的哪種元素能夠使物質呈現酸性進行了探討，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呈現酸性的元素。1887年，瑞典的思萬特·奧古斯特·阿倫尼烏斯重新對酸和堿進行了定義，他認為溶于水后產生氫離子的物質是酸，而溶于水后產生氫氧根離子的物質是堿。1 923年，丹麥的約翰尼斯·布朗斯特德和英國的馬丁·洛瑞分別獨立地對酸和堿進行了定義，他們認為能給予其他物質氫離子的物質是酸，能從其他物質處獲得氫離子的物質是堿。

當然，僅對酸和堿下定義或是判斷物質的酸性或堿性是不夠的。德國的弗里德里?！た茽杽谑┰跍y定水溶液的導電性時發(fā)現水的導電性永遠不可能為O。于是，科爾勞施在常溫下測定了1L水中的氫離子濃度和氫氧根離子的濃度，他發(fā)現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分解成氫離子和氫氧根離子。在科爾勞施研究的基礎上，丹麥的索倫·索倫森為了對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（pH）和氫氧根離子濃度指數（pOH）的由來。

5．溶度積

溶度積，即沉淀的溶解平衡常數，英文全稱為sol—ubility product，簡稱為Ksp，其中“K"的意思是化學平衡常數（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據上反映難溶電解質的在水作為溶劑時的溶解能力，是研究沉淀平衡的重要依據。人們對沉淀的研究有著上千年的實踐歷史，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清澄的水的城市之一。而最早應用混凝劑來促進沉淀更好地產生的國家則是中國，早在17世紀末，中國人就已經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概念的是德國的能斯特，能斯特在電化學領域貢獻突出，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系的能斯特方程。同時，能斯特在溶解度的研究方面也有著卓越貢獻。1888年，他在《物理化學雜志》上發(fā)表了一篇關于溶解度的論文，在其中提出了溶度積這個概念并以此為基礎對化學變化中的沉淀反應作出了說明。在1890年，能斯特在他研究的基礎上又提出了兩種不同溶劑中被溶解的溶質的分配定律。

6．電離平衡常數

1834年，法拉第在《關于電的實驗研究》中首次提出了“電解質”這一概念，他經過對溶液的定量電解實驗得出了“電流通過電解質溶液時電解質發(fā)生分解，即先通電流，后有離子”的結論。[4]

而在1883年，瑞典的阿倫尼烏斯在他的博士論文中基于實驗測量和計算提出了“電解質分子在溶液中自動電離，不是因為通電才發(fā)生離解”這一觀點。緊接著阿倫尼烏斯在范霍夫滲透壓方程的基礎上對電離理論進行了進一步的研究，并于1887年發(fā)表了《關于溶質在水中的離解》這篇文章，他在實驗的基礎上對水溶液中物質形態(tài)的理論進行了總結，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于酸堿的本質觀點——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)表了八篇論文證實自己的觀點，并在研究中給出了45種電解質的電導數據。1900年，在國際物理學會議上，阿倫尼烏斯對電離理論進行了系統的論述，自此關于電離理論的爭論結束了。

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

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

四、結語

作為教師，應該在對教科書中的知識進行全面、深入理解的基礎上，用發(fā)展的眼光看待科學的進程。教學中，更應結合現有生活生產中的真實問題對教科書進行二次加工，設置情境進行教學。

1．以歷史發(fā)展為主線進行化學史教育

傳統教學模式主要以邏輯方法為主，而基于化學史的教學設計則以化學知識的歷史發(fā)展為主線，展現化學概念、原理的形成與發(fā)展過程，探尋知識的來源，使得化學知識不再是沒有生命力的冰冷事實的堆積。例如：在電解質教學中，向學生呈現電解質概念的由來，可讓學生從本質上理解電解質的概念；呈現阿倫尼烏斯電離理論的發(fā)展過程，可使學生在與科學家的思想交鋒中加深對電離的理解；酸堿理論的展現，則可使學生在對比中加深對酸堿概念的理解。

2．對化學史進行適當加工

在利用化學史進行教學時，教師不可避免地會向學生呈現大量的化學史實，呈現給學生的化學史實一定是教師經過篩選提煉重組的，這些化學史必須有利于學生對化學核心概念的理解。比如，電解質部分的歷史材料非常豐富，限于教學的要求和學生的認知水平，只向學生呈現與電解質和電離概念緊密相關的材料，而其他歷史資料學生有興趣可自行查閱。

參考文獻

[1] 張家治．化學史教程[M].太原：山西教育出版社，1987：263．

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

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

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