人教版高中化学教科书中的几个化学常用符号溯源

宋悦 裴波

摘要：在化学学科中，有一些专用或者借用其他学科的语言或符号。在实际教学中，如果中学生不能对一些化学常用符号进行准确理解，就会出现原则性错误，不利于化学学科的学习。作者对化学常用符号进行了分类，介绍了几个典型的化学常用符号的历史，希望能给一线化学教师提供一些参考。

关键词：化学常用符号；分类；溯源；教科书

文章编号：1008-0546（2023）09-0075-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2023.09.015

一、问题的提出

化学常用符号在化学学科的学习中有着非常重要的地位，它穿插于整个化学学习的过程中。学生如果想在化学学科中取得良好的成绩，掌握和可以自如地运用化学常用符号是必要的条件。大多数化学常用符号的学习对学生来说是一个新的开始，学生通常是首次接触一些化学常用符号。若想自如地运用化学常用符号，首先要理解符号本身的含义，而各个符号的历史则是学生理解符号含义的重要媒介。

二、化学常用符号的分类

根据化学常用符号自身的类型和特点，结合已有的相关概念和物理学知识，笔者将化学常用符号分为物理量和其他化学符号两类。

1．物理量

物理量是指物理学中所描述的现象、物体或物质可定性区别和定量确定的属性，一般情况下都是用数字和单位组合表达。物理量的最大特点就是可以通过方法对它进行测量，最终结果可以用数值和单位表达。

人教版高中化学教科书中的常用物理量的名称、表示符号、单位名称（国际标准）及单位符号见表1。

2．其他化学符号

一些符号既不属于化学用语，又不属于物理量，所以将其归类在其他符号中，依据这些化学常用符号的特点将它们分类为计算类和缩写类两种，见表2。

计算类符号意指可以通过计算其数值得到物质的相关性质等的符号，其中除了化学反应速率可以通过数字和单位的方式表示计算结果，其他符号都没有与之对应的单位；缩写类符号意指通过对一些固定化学名称进行简写来方便书写和记忆的符号。

三、几个典型化学常用符号溯源

笔者选取了几个典型的化学常用符号，对它们的含义和从发现到发展到成型作简单的说明。

1．相对原子质量

1803年，道尔顿提出了原子论时首次提出了“同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素的性质和质量各不相同，原子质量是元素基本特征之一”的观点，这也是人们研究原子质量的起点。同年，道尔顿用氢的原子量为基准公布了6种元素的相对原子质量。在接下来的几年中，道尔顿用他没有实验数据支撑的方法确定了37种元素的相对原子质量，然而都与正确数值相差甚远。

基于道尔顿的理论，许多化学家都进行了相对原子质量的测定。瑞典的贝采里乌斯基于实验给出了49种元素的相对原子质量，[1，2]相较于道尔顿，他的数值更加准确；而比利时的斯达和美国的理查兹则利用严密的实验手段和高精准的仪器使相对原子质量的测定更加精确，得出的实验数据甚至可以达到小数点后4位。

值得注意的是，虽然在实验中获得的是原子的相对质量，但此时仍然称其为“原子量”而非“相对原子质量”。

1929年，伴随着同位素的发现，相对原子质量的基准选择成为了新的问题。直至1959年，马陶赫将以12C=12为基准的方案报告给国际纯粹与应用化学联合会并被予以接受和采用后，一个可以被世界认可的相对原子质量的基准产生了。

由此，相对原子质量也有了对应的物理量符号—Ar。相对原子质量的英文全称为“Relative atomicmass”，物理量符号中的“A"表示原子（atom），“r"表示相对（ relative）。

为了纪念道尔顿对测定相对原子质量作出的贡献，“道尔顿”这个名词被人为赋值为12C的1/12，是可以用来衡量原子或分子质量的单位。

2．阿伏伽德罗常数

1811年，意大利化学家阿莫迪欧·阿伏伽德罗首次提出了分子假说——“同体积的气体，在相同的温度和压力时含有相同数量的分子”。而“阿伏伽德罗常数”则是这个假说的衍生。阿伏伽德罗提出这个假说之后并没有给这个常量命名，在1909年，法国的让·佩兰建议把此常量命名为“阿伏伽德罗常量”。

真正得出阿伏伽德罗常量的具体数值是在1865年，由奥地利的约翰·约瑟夫·洛施米特通过计算某个固定体积的气体中所包含的分子数量（即理想气体的数量密度），此常数与阿伏伽德罗常量大约可成正比例得出的。

1910年，因为罗布特·密立根测量出了一个电子所带的电荷，结合麦可·法拉第于1834年提出的“阿伏伽德罗常量可由一摩尔电子的电荷除以单个电子的电荷得出”的观点，人们可以更加精准地计算出阿伏伽德罗常量的数值。

让·佩兰最早提出“阿伏伽德罗常量”这个名称时以符号“Ⅳ”来代表它，直至1971年，第14届国际计量大会将摩尔列为国际单位制基本单位之后，物质的量成为了一个独立的物理量，阿伏伽德罗常量也成为了热学常量。2018年，国际计量大会将1摩尔进行了准确的定义及说明。为了将阿伏伽德羅常量表示符号与粒子数表示符号作区分，同时也为了纪念阿伏伽德罗，阿伏伽德罗常量也由符号“Ⅳ”改成了现行课本中的“NA”。

3．相对分子质量

首个明确提出“分子”这个概念的是意大利的阿伏伽德罗，他在仔细分析盖·吕萨克和道尔顿的分歧时发现仅用原子理论去解释气体实验是完全行不通的，必须用新的理论来解决道尔顿的原子理论与实验事实之间的矛盾。在这个背景下，阿伏伽德罗提出了他的分子假说。然而在他提出假说之后直至去世，阿伏伽德罗的分子假说都没有被学术界正视和接受。这种对于分子、原子之间的模糊认知最终在1860年的国际化学家代表大会上，在意大利的斯坦尼斯劳·康尼查罗的努力下结束了，他在会议上再次提出了阿伏伽德罗的分子假说，并给分子和原子下了准确的定义。经历过长时间关于分子和原子的混乱的科学家们经过分析和讨论，最终确定了分子假说的正确性。1959年，国际纯粹与应用化学联合会确定了相对原子质量的基准后，相对分子质量也随之有了国际公认的标准。

相对分子质量的英文全称为“Relative molecularmass"，简称为M，其中“M”表示分子（molecule），“r”表示相对（ relative）。

4．氢离子浓度指数和氢氧根离子浓度指数

氢离子浓度指数英文全称为hydrogen ion concen—tration，简称为“pH"。其中“p"是德语“Potenz"的缩写，“Potenz"意思是“浓度”，“H"是氢离子（ hydrogenion）的简化。[3]

氢氧根离子浓度指数英文全称为hydroxyl ionconcentration，简称为“pOH"。其中OH代表氢氧根离子（ hydroxyl ion）。

对酸与碱的探讨在历史中具有相当长时间的跨度和难度。首个对酸进行定义的是英国的罗伯特·波义尔，他认为能让蓝色石蕊色素变成红色的液体都是酸或酸的水溶液。接下来，学术界对酸中的哪种元素能够使物质呈现酸性进行了探讨，1799年，拉瓦锡提出这种元素是氧元素；在1808年，英国的汉弗莱·戴维指出氢元素才是致使物质呈现酸性的元素。1887年，瑞典的思万特·奥古斯特·阿伦尼乌斯重新对酸和碱进行了定义，他认为溶于水后产生氢离子的物质是酸，而溶于水后产生氢氧根离子的物质是碱。1 923年，丹麥的约翰尼斯·布朗斯特德和英国的马丁·洛瑞分别独立地对酸和碱进行了定义，他们认为能给予其他物质氢离子的物质是酸，能从其他物质处获得氢离子的物质是碱。

当然，仅对酸和碱下定义或是判断物质的酸性或碱性是不够的。德国的弗里德里希·科尔劳施在测定水溶液的导电性时发现水的导电性永远不可能为O。于是，科尔劳施在常温下测定了1L水中的氢离子浓度和氢氧根离子的浓度，他发现氢离子浓度和氢氧根离子的浓度均为10-7mol，也就是说，水中的水分子中的一部分会分解成氢离子和氢氧根离子。在科尔劳施研究的基础上，丹麦的索伦·索伦森为了对表示氢离子和氢氧根离子的浓度作出简化，提出可以用“1 0的负多少次方”中的“多少次”来表示氢离子或氢氧根离子的浓度，这就是氢离子浓度指数（pH）和氢氧根离子浓度指数（pOH）的由来。

5．溶度积

溶度积，即沉淀的溶解平衡常数，英文全称为sol—ubility product，简称为Ksp，其中“K"的意思是化学平衡常数（equilibrium constant），“s"代表溶解度（solubili—ty），“p"代表乘积（product）。

溶度积的大小可以从数据上反映难溶电解质的在水作为溶剂时的溶解能力，是研究沉淀平衡的重要依据。人们对沉淀的研究有着上千年的实践历史，公元260年，罗马的劳地齐亚市是最早发明并利用沉降水库来给城市供给相对清澄的水的城市之一。而最早应用混凝剂来促进沉淀更好地产生的国家则是中国，早在17世纪末，中国人就已经掌握了利用明矾让黄河水变得清澈的方法。

最早提出溶度积这个概念的是德国的能斯特，能斯特在电化学领域贡献突出，最卓越的成就是提出了可以解释电极电位和溶液浓度之间关系的能斯特方程。同时，能斯特在溶解度的研究方面也有着卓越贡献。1888年，他在《物理化学杂志》上发表了一篇关于溶解度的论文，在其中提出了溶度积这个概念并以此为基础对化学变化中的沉淀反应作出了说明。在1890年，能斯特在他研究的基础上又提出了两种不同溶剂中被溶解的溶质的分配定律。

6．电离平衡常数

1834年，法拉第在《关于电的实验研究》中首次提出了“电解质”这一概念，他经过对溶液的定量电解实验得出了“电流通过电解质溶液时电解质发生分解，即先通电流，后有离子”的结论。[4]

而在1883年，瑞典的阿伦尼乌斯在他的博士论文中基于实验测量和计算提出了“电解质分子在溶液中自动电离，不是因为通电才发生离解”这一观点。紧接着阿伦尼乌斯在范霍夫渗透压方程的基础上对电离理论进行了进一步的研究，并于1887年发表了《关于溶质在水中的离解》这篇文章，他在实验的基础上对水溶液中物质形态的理论进行了总结，自此电离理论正式确立。同年，阿伦尼乌斯基于电离理论提出了关于酸碱的本质观点——酸碱电离理论。

阿伦尼乌斯的电离理论引发了约15年的争论，他在此期间也发表了八篇论文证实自己的观点，并在研究中给出了45种电解质的电导数据。1900年，在国际物理学会议上，阿伦尼乌斯对电离理论进行了系统的论述，自此关于电离理论的争论结束了。

由于阿伦尼乌斯的电离理论是在弱电解质模型下得出的，所以仅适用于弱电解质的电离，不适用于强电解质的电离。20世纪20年代，P．德拜和L．昂萨格等研究了强电解质稀溶液的静电理论，丰富了电离理论。

电离平衡常数的大小说明了弱电解质的电离能力，分为弱酸的电离平衡常数（K）和弱碱的电离平衡常数（Kb），其中“K"表示化学平衡常数，“a"代表酸（acid），“b”代表碱（base）。

四、结语

作为教师，应该在对教科书中的知识进行全面、深入理解的基础上，用发展的眼光看待科学的进程。教学中，更应结合现有生活生产中的真实问题对教科书进行二次加工，设置情境进行教学。

1．以历史发展为主线进行化学史教育

传统教学模式主要以逻辑方法为主，而基于化学史的教学设计则以化学知识的历史发展为主线，展现化学概念、原理的形成与发展过程，探寻知识的来源，使得化学知识不再是没有生命力的冰冷事实的堆积。例如：在电解质教学中，向学生呈现电解质概念的由来，可让学生从本质上理解电解质的概念；呈现阿伦尼乌斯电离理论的发展过程，可使学生在与科学家的思想交锋中加深对电离的理解；酸碱理论的展现，则可使学生在对比中加深对酸碱概念的理解。

2．对化学史进行适当加工

在利用化学史进行教学时，教师不可避免地会向学生呈现大量的化学史实，呈现给学生的化学史实一定是教师经过筛选提炼重组的，这些化学史必须有利于学生对化学核心概念的理解。比如，电解质部分的历史材料非常丰富，限于教学的要求和学生的认知水平，只向学生呈现与电解质和电离概念紧密相关的材料，而其他历史资料学生有兴趣可自行查阅。

参考文献

[1] 张家治．化学史教程[M].太原：山西教育出版社，1987：263．

[2] 赵匡华，化学通史[M]．北京：高等教育出版社，1990：102，122，124．

[3] 李发美．分析化学（第五版）[M]．北京：人民卫生出版社，1986：111．

[4] 吴伟丽．中外化学故事[M].郑州：中州古籍出版社，2013：229-230.