戴维在英格兰使用电解法分解化合物的同时,贝尔塞柳斯在瑞典也开展了类似的研究。他做了一系列实验,研究了大量化合物,毫无疑义地证明了无机化合物中的恒定比例法则。他还确定了当时已知47种元素的原子质量,并将成果于1818年发表(贝尔塞柳斯为元素家族添加了硅、硒、钍和铈等成员,他的学生们则增添了锂和钒)。他的元素质量表开头不是氢而是氧,他分配给氧的数值是100。他的赋值方式实际上否定了普劳特(W. Prout)的“氢母质假说”,因为在他列出的元素中,有若干种的质量并不是氢的整数倍。
贝尔塞柳斯的研究结论让他相信,是电的力量使原子结合为化合物的。他观察到,一些元素会被正电吸引,另一些则受到负电吸引。于是他认为,这些原子应当相应地带有负电荷或正电荷。现在我们当然知道,带电荷的是离子而非原子。然而,离子直到1834年才由英国物理学家法拉第(M. Faraday)研究发现。而直到1884年,瑞典科学家阿伦尼乌斯(S. Arrhenius)证明了盐类溶解后会离解为离子,离子的性质才得到解释。虽然贝尔塞柳斯的正负电荷粒子理论解释了许多无机偶联,但它毕竟导致了一些错误。
贝尔塞柳斯引入了现代元素表示法,他利用的是英文或拉丁文名称中的一个或两个字母
贝尔塞柳斯在研究过程中,也追求用一种更好、更一致并且信息量更大的方式来表示元素。他开创的元素表示法,基本上就是我们今天仍在使用的这套系统。
最原始的化学物质表达法是炼金术士们的发明。他们为每一种物质创造了不同的符号,通常直接取自或者改编自与该物质相关的天体的星象符号。这些符号并没有特别的逻辑,只能死记硬背。但是这不失为一种“专业速记法”,能让炼金术士们在需要的时候写下化学物质的名称,顺便帮他们保持记述内容的模糊性与神秘感。比起以往炼金术士们取的名称,如“锑黄油”(氯化锑)和“月烧碱”(硝酸银),这已经算是很大的进步了。
这些命名方式充满随机性,而到了拉瓦锡这里,终于有了规则。既然确定了万物皆由元素组成,那么根据成分来命名化学物质也就顺理成章了。
道尔顿也许受到炼金术传统的影响,回归了图形符号系统。他用圆圈表示原子,每种元素的圆圈都有区别。乍一看,似乎比较容易猜到哪个符号对应哪个元素,因为圆圈内还套着字母。然而看起来容易做起来难:P居然不是磷而是铂,C不是碳而是铜,而S其实不是硫而是银。更加于事无补的是,他的氢符号和炼金术士们用来表示黄金的符号是一样的。
要表示分子,就将原子符号放在一起。由于道尔顿错误地认为水由1个氢原子和1个氧原子组成,氨由1个氢原子与1个氮原子组成,于是就把水和氨分别表示为和。
原子的种类越来越多,符号设计也越来越复杂,愈发难以让人一目了然。符号的数量与日俱增,想全部记住也成为日渐沉重的负担,何况还有其他许多麻烦之处。
在道尔顿的元素表示法中,用圆圈的组合来表示化合物
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贝尔塞柳斯发展出了一套更好的系统,并在1813年至1814年将其公开。他不再用特殊的符号,而是用元素拉丁文名称中的一个或两个字母来表示元素。拉丁文是当时科学界的通用语言,所以这套方案可以说是最具通用性的。相比之下,道尔顿的圆圈系统(如用G表示金,用S表示银)则明显更偏向英文使用者。
应该将字母用作化学标志以便于书写,同时也避免了破坏印刷书籍的美观,尽管有碍观瞻似乎并不重要,但还是应该尽力避免。因此,我将以每种基本物质的拉丁文名称的首字母作为化学符号。但是有几种物质的首字母相同,那么我将以下列方式加以区分:
1.对于我称之为“半金属”的那类物质,我将只采用首字母,即使这个字母是某些半金属和金属所共有的。
2.对于金属类,我会写出名称的前两个字母,以区分具有相同首字母的其他半金属或金属。
3.如果前两个字母都是两种金属所共用的,我将选择首字母,再加上两者不相同的第一个辅音字母。
例如:S=硫(sulphur),Si=硅(silicium),St=锑(stibium),Sn=锡(stannum),C=碳(carbonicum),Co=钴(cobaltum),Cu=铜(cuprum),O=氧(oxygen),Os=锇(osmium),等等。
——贝尔塞柳斯,1813—1814年
此外,贝尔塞柳斯的系统还具有无限的可拓展性。随着更多的元素被发现,命名时只需从其名称中摘出一两个字母就可以当作符号了。如果开头的一个或一对字母已被其他元素占用,那么除了首字母,还可以搭配一个词中更靠后的字母,组合起来代表新元素,比如Hg代表汞(Hydrargyrum),Pb代表铅(Plumbum)。
至于分子,如果其中某个元素的原子超过1个,那就在公式中该元素的符号右上角添加数字来标示,如H2O。当然,目前的用法与贝尔塞柳斯的方案有所不同,数字改为标在右下角,如H2O。无论哪种方式,都表明1个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成。
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