化學(xué)名稱的由來(lái)和涵義

周公度

教授，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京 100871

本文摘錄自作者所著的《化學(xué)是什么》一書(shū)，該書(shū)由北京大學(xué)出版社出版。介紹中文“化學(xué)”一詞是誰(shuí)首先使用及其含義；介紹化學(xué)是從三個(gè)方面研究化學(xué)物質(zhì)的科學(xué)：一是物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，二是物質(zhì)的合成制備，三是闡明和控制化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。介紹化學(xué)出現(xiàn)的許多分支學(xué)科。

1 化學(xué)名稱的由來(lái)

“化學(xué)”一詞何時(shí)出現(xiàn)？是誰(shuí)首先使用？

從人類文明發(fā)展的歷史可知，人類從用火開(kāi)始，就知道自然界中出現(xiàn)的各種變化：將柴草燃燒，熊熊烈火，煙氣騰騰，柴草化為灰燼；將黏土拌水，做成陶瓷坯件，經(jīng)火燃燒，變化而成為可以盛水的陶瓷器皿；將礦石冶煉，化石成金，得到性質(zhì)完全和礦石不同的金屬。人們的生產(chǎn)和生活的實(shí)踐已了解物質(zhì)能互相作用、發(fā)生變化。“化”是變化和改變之意；“化”是造化，即自然界運(yùn)動(dòng)變化、造成萬(wàn)物。中國(guó)五代時(shí)（公元10世紀(jì)），道家譚峭更著有《化書(shū)》，但并無(wú)“化學(xué)”一詞?！盎瘜W(xué)”是什么時(shí)候出現(xiàn)的呢？據(jù)史學(xué)家考證，中文“化學(xué)”一詞于1856年（清朝咸豐六年）見(jiàn)之于書(shū)刊。由韋廉臣（英國(guó)人，A.Williamson）編寫(xiě)的《格物探原》一書(shū)用了“化學(xué)”一詞，該書(shū)還介紹了西方近代科學(xué)中的一些化學(xué)知識(shí)。另外，1857年在上海出版的刊物《六合叢談》發(fā)刊號(hào)的“小引”，是由偉烈亞力（英國(guó)人，A.Wylie）于1856年寫(xiě)就，文中寫(xiě)道：“今予著《六合叢談》一書(shū)，亦欲通中外之情，載遠(yuǎn)近之事，盡古今之變，見(jiàn)聞所逮，命筆志之，月各一篇”。又說(shuō)“比來(lái)西人之學(xué)此者，精益求精，超前軼古，啟明哲未言之奧，辟造化未泄之奇。今略舉其綱：一為化學(xué)，言物各有質(zhì)，自有變化，精誠(chéng)之上，條分縷析，知有六十四元，此物未成之質(zhì)也”。兩個(gè)外國(guó)人能寫(xiě)出這樣的漢文，是由于有中國(guó)學(xué)者李善蘭（1810—1882）等共事，他們?cè)谟懻摓檫@門(mén)科學(xué)取名時(shí)，必是想到中國(guó)文化所積累的對(duì)事物變化的認(rèn)知?！盎痹跐h語(yǔ)中指變化、轉(zhuǎn)化和造化，因此把英文chemistry按含義譯為“化學(xué)”，既古雅又恰當(dāng)?！盎瘜W(xué)”此詞一出，很快為知識(shí)界采用。例如，1862年京師設(shè)立的同文館，就曾講授近代天文學(xué)、數(shù)學(xué)和化學(xué)等科。1867年上海江南制造局附設(shè)譯學(xué)館，翻譯格致、化學(xué)和制造等方面的書(shū)籍。

化學(xué)一詞流傳到日本，對(duì)日本學(xué)術(shù)界也產(chǎn)生影響。此前日本文獻(xiàn)中翻譯一些西方科學(xué)著作，名稱多從音譯。例如，1837年將《實(shí)驗(yàn)化學(xué)原理》（Elements of Experimental Chemistry）譯成《舍密開(kāi)宗》，在此，“舍密”是Chemie（德文）的音譯。1862年?yáng)|京西洋醫(yī)學(xué)所附設(shè)“舍密局”，是日本學(xué)校設(shè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室之始。1868年又在大阪設(shè)立舍密局，講授物理和化學(xué)。“舍密”雖然和原文發(fā)音相近，但意義費(fèi)解，不如化學(xué)更為切意。所以當(dāng)日本學(xué)者從中國(guó)著作中看到將Chemie或Chemistry譯為化學(xué)時(shí)，便逐步舍“舍密”而就“化學(xué)”。中日兩國(guó)文字中都共同使用漢字，但發(fā)音并不相同。

在1856年，中文“化學(xué)”名稱出現(xiàn)的時(shí)候，距離道爾頓原子學(xué)說(shuō)的建立已超過(guò)半個(gè)世紀(jì)，已知道有64種元素，知道由這些元素的原子互相作用化合而成各種化合物。化學(xué)這個(gè)名字從開(kāi)始就已深入到原子和分子的層次來(lái)研究物質(zhì)的變化規(guī)律。

2 化學(xué)的含義

化學(xué)的中心含義在“化”字?！盎敝缸兓?、轉(zhuǎn)化、造成萬(wàn)物之造化等。在五彩繽紛的世界中，各種事物都在不停地變化著：日出日落、刮風(fēng)下雨、人長(zhǎng)大、樹(shù)長(zhǎng)高、燒火煮水、麥粒磨成面粉、生米煮成熟飯等等。自然科學(xué)各個(gè)學(xué)科分別研究各種變化的規(guī)律：天文學(xué)研究宇宙各星體運(yùn)行變化規(guī)律，氣象學(xué)研究各地的陰晴雨雪，生物學(xué)研究動(dòng)植物的生長(zhǎng)規(guī)律，物理學(xué)研究各種物質(zhì)的物理性質(zhì)和物理變化，化學(xué)研究各種物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)變化。什么是化學(xué)變化？下面通過(guò)一些實(shí)例來(lái)討論說(shuō)明。

例一，水在電爐中通過(guò)加熱變成水蒸氣，這是物理變化；水在電解槽中通電電解，在兩個(gè)電極上分別放出氫氣（H2）和氧氣（O2），這是化學(xué)變化。

例二，將石墨拌和些黏土及其他配料做成鉛筆，在紙上寫(xiě)字，石墨粘在紙上，這是物理變化；將石墨放在加催化劑的爐中，加上高壓、高溫，石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸饎偸褪幕瘜W(xué)成分，都是由碳原子組成，但原子間的排列方式和化學(xué)鍵都發(fā)生變化，性質(zhì)也全變了，這是化學(xué)變化；將石墨作電極放電，有一部分變成球碳分子，如C60，這也是化學(xué)變化。

例三，將葡萄粒榨汁，加些蔗糖，變成一杯飲料，這是物理變化；將這帶葡萄皮的加糖葡萄汁，密封在瓶中，過(guò)半個(gè)月，變成葡萄酒，這是化學(xué)變化。

例四，分別將氯化鈉、三氧化硫、氯化氫氣、蔗糖和乙醇等加入水中，變成鹽水、硫酸、鹽酸、糖水和酒精。通常前三者是化學(xué)變化，后兩者有不同看法。因?yàn)镹aCl在水中解離為Na＋和Cl－，并和H2O結(jié)合成水合離子。SO3和水作用生成硫酸（H2SO4）或解離成H＋（或H3O＋）和SO2－4。HCl和水作用生成鹽酸、解離成H3O＋和Cl－。對(duì)于蔗糖和乙醇溶于水變成糖水和酒精（或酒水）過(guò)程，有人認(rèn)為它們是物理變化，因?yàn)樵谌芙膺^(guò)程中這兩種分子內(nèi)原子的連接方式和化學(xué)鍵都沒(méi)有變化，當(dāng)溶液通過(guò)蒸發(fā)將水除去，依然得到蔗糖和乙醇兩種物質(zhì)。又有人認(rèn)為這兩種物質(zhì)在溶解時(shí)，改變了分子間的氫鍵等作用力，在溶液中又和水分子有水合作用，應(yīng)當(dāng)是化學(xué)變化。實(shí)際上物質(zhì)的溶解度、溶解熱、溶液的性質(zhì)和溶液的濃度等基本上是化學(xué)家在進(jìn)行研究。至于氣體的混合過(guò)程則是物理變化。

人們進(jìn)行勞動(dòng)操作，沒(méi)有大量地引起原子間化學(xué)鍵變化者都屬于物理變化。例如將木頭鋸斷、將彎曲的彈簧拉直、將鋼鐵銼成粉末等都不是化學(xué)變化，而是物理變化。

化學(xué)變化又稱化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)作用。由上面幾個(gè)實(shí)例可見(jiàn)，化學(xué)變化是物質(zhì)中原子間的排列方式和化學(xué)鍵發(fā)生改變的變化。將鐵絲銼成粉末，粉末的粒徑雖然小到0.1 mm，但是這個(gè)尺度相對(duì)于鋼鐵中原子間的距離仍然大上數(shù)萬(wàn)倍，在一小粒鐵粉中，鐵原子數(shù)仍超過(guò)萬(wàn)億個(gè)，這些原子的排列方式和化學(xué)鍵依然和鐵絲中的情況一樣，它們的性質(zhì)也相同。

化學(xué)變化的內(nèi)容非常豐富多樣。例如在同一個(gè)煤爐中燒煤，爐門(mén)開(kāi)大一點(diǎn)，進(jìn)到爐中的空氣多一點(diǎn)，燃燒生成的氣體中主要是二氧化碳，一氧化碳很少；若將爐門(mén)關(guān)小，進(jìn)到爐中的空氣少，燃燒生成的氣體中一氧化碳含量會(huì)大增。冬天用煤爐燒煤取暖，一些人煤氣中毒喪命，就是因?yàn)楣┙o燃煤的氧氣太少，產(chǎn)生一氧化碳所致。

在石油化工中，用同一種原料，改變反應(yīng)器中供給其他輔料的成分、改變反應(yīng)器中的催化劑、溫度和壓力等條件，一種原料可生產(chǎn)出多種不同的產(chǎn)品。例如用乙烯為原料，可得聚乙烯、環(huán)氧乙烷、氯乙醇、乙醇、乙酸、聚乙烯醇、聚氯乙烯等上千種產(chǎn)品。

化學(xué)反應(yīng)的速度因不同的成分和條件而異，差別極大。將米煮成飯，即將淀粉和水作用生成糊精和葡萄糖，常壓下要20min，在高壓鍋中，只要5 min。用天然氣點(diǎn)火燃燒加熱，若不謹(jǐn)慎小心，閥門(mén)沒(méi)有關(guān)嚴(yán)，天然氣漏到關(guān)閉門(mén)窗的廚房中，當(dāng)達(dá)到一定的濃度，一個(gè)火星就會(huì)出現(xiàn)大爆炸，傷及房屋和人員。

從上面介紹的幾個(gè)例子可見(jiàn)，化學(xué)是深入到物質(zhì)內(nèi)部原子和分子層次了解物質(zhì)變化規(guī)律的科學(xué)。化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)知識(shí)關(guān)系到人們的衣食住行和日常生活的各個(gè)方面。

3 化學(xué)的內(nèi)容

從上述討論可知，化學(xué)是在深入到原子和分子水平上研究元素、化合物和材料等物質(zhì)的組成、制備、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用、互相作用和變化規(guī)律的科學(xué)?；瘜W(xué)涉及人們的衣食住行、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境的改造和治理等各個(gè)方面。在人類多姿多彩的生活中，化學(xué)無(wú)處不在?；瘜W(xué)不僅是化學(xué)工作者的專業(yè)知識(shí)，也是廣大人民群眾普及科學(xué)知識(shí)的重要內(nèi)容?；瘜W(xué)起源于人類生活實(shí)踐，隨著火的利用，制陶、冶煉、釀酒、造紙和制藥等的發(fā)展，化學(xué)得以產(chǎn)生和發(fā)展。現(xiàn)代化學(xué)的成就集中表現(xiàn)在已合成和分離了近3000萬(wàn)種化合物，并將此成果廣泛地應(yīng)用到糧食、能源、交通、材料、醫(yī)藥、防衛(wèi)以及環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面。為創(chuàng)建高度的文明社會(huì)、為經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，化學(xué)得到持久不衰的發(fā)展動(dòng)力。

隨著生產(chǎn)和科學(xué)的發(fā)展，化學(xué)所涵蓋的內(nèi)容廣泛而豐富，它主要是從三個(gè)方面研究物質(zhì)的科學(xué)：一是利用各種分析方法測(cè)定物質(zhì)由哪些原子以什么比例組成，原子間以什么作用力結(jié)合在一起，它們具有什么樣的空間排布。二是用化學(xué)合成手段制造出各種組成和結(jié)構(gòu)的化合物和材料。三是闡明并控制化學(xué)反應(yīng)的全過(guò)程。

化學(xué)出現(xiàn)許多分支。例如，無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、高分子化學(xué)和生物化學(xué)等早已形成，較新出現(xiàn)的材料化學(xué)、能源化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、藥物化學(xué)、食品化學(xué)等內(nèi)容也已十分豐富。許多學(xué)科相互交叉滲透、融合在一起，難解難分，如物理化學(xué)和化學(xué)物理、生物化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)。有的學(xué)科按物質(zhì)存在的狀態(tài)來(lái)分，如膠體化學(xué)、納米化學(xué)和表面化學(xué)等；有的按研究對(duì)象的組成來(lái)分，如硅酸鹽化學(xué)、維生素化學(xué)、石油化學(xué)、煤化學(xué)、一碳化學(xué)等。

在自然科學(xué)中，常常在所研究?jī)?nèi)容的名詞前冠上“化學(xué)”，表明該學(xué)科所從事的研究?jī)?nèi)容。例如，在物質(zhì)、物種和物品前加上化學(xué)，就成為化學(xué)物質(zhì)、化學(xué)物種和化學(xué)品。

化學(xué)物質(zhì)（chemical substance）是指原子或原子通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合而成的各種物質(zhì)，它包括中性的單個(gè)原子、多個(gè)原子組成的分子、原子基團(tuán)、帶電的正負(fù)離子，它們可以是人工合成或天然存在的物質(zhì)，可處在氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)，以及基態(tài)、激發(fā)態(tài)、吸附態(tài)等形式存在的純化合物或混合物。將物質(zhì)冠上化學(xué)兩個(gè)字以后，對(duì)于其他一些物質(zhì)，例如光子、電子、中子、夸克等亞原子微粒及其聚集體，宇宙中的中子星、黑洞、核聚集體以及電磁場(chǎng)和引力場(chǎng)等物質(zhì)形態(tài)，由于它們不是以原子為結(jié)構(gòu)單元所組成，應(yīng)排除在化學(xué)物質(zhì)之外，稱它們?yōu)榉腔瘜W(xué)物質(zhì)。

由于化學(xué)物質(zhì)可以以多種形態(tài)存在，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，可能是中性的原子或分子、或帶電的離子、或吸附在某個(gè)基體表面上的基團(tuán)，不好確定地稱它為原子、分子或離子，這時(shí)可用化學(xué)物種（chemical species）這個(gè)名稱?；瘜W(xué)物種是泛指由原子組成、能相對(duì)穩(wěn)定地存在的原子、分子、離子、自由基、簇合物、化合物、超分子等化學(xué)實(shí)體。

化學(xué)品（chemicals，chemical）是化學(xué)藥品和化學(xué)物品的簡(jiǎn)稱。通常是指整體地或部分地經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)工藝處理所得的產(chǎn)品，將它用在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中，作為它的原料或成為它的產(chǎn)品。包括單質(zhì)和化合物以及日常生活中用到的化學(xué)藥品。

又如，化學(xué)工業(yè)是生產(chǎn)化學(xué)品的工業(yè)，它是根據(jù)社會(huì)的需求和原料等實(shí)際情況，研究化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程的規(guī)律，尋求技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的原理、方法、流程、單元操作和設(shè)備，生產(chǎn)出質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的產(chǎn)品。由于化學(xué)科學(xué)有別于其他自然科學(xué)，它是研究通過(guò)化學(xué)變化制造新物質(zhì)的科學(xué)，可將化學(xué)工業(yè)理解為工業(yè)化學(xué)，成為化學(xué)的分支學(xué)科。

從“化學(xué)”名稱出現(xiàn)至今的一個(gè)半世紀(jì)，特別是后半個(gè)世紀(jì)，中國(guó)化學(xué)科學(xué)和化工生產(chǎn)起了巨大的發(fā)展和變化，進(jìn)入世界化學(xué)大國(guó)的行列?，F(xiàn)在，化學(xué)正以可持續(xù)發(fā)展的理念，追求資源利用最大化、環(huán)境影響最小化，創(chuàng)造大量新物質(zhì)，為社會(huì)各方面的發(fā)展提供物質(zhì)基礎(chǔ)?；瘜W(xué)和材料、信息、能源、環(huán)境、生命、地學(xué)、空間和核科學(xué)等密切聯(lián)系，互相滲透，在人類認(rèn)識(shí)自然和改造自然，提高人類的生活質(zhì)量和健康水平中發(fā)揮巨大的作用，推動(dòng)社會(huì)不停地發(fā)展進(jìn)步。

（2011年5月3日收到）

［1］趙區(qū)華.化學(xué)通史［M］.北京：高等教育出版社，1990.

［2］潘吉星.談“化學(xué)”一詞在中國(guó)和日本的由來(lái)［M］／／趙匡華.中國(guó)古代化學(xué)史研究.北京：北京大學(xué)出版社，1985.

［3］北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院編（馬玉國(guó)，王峰主編）.分子共和國(guó)［M］.北京：知識(shí)出版社，2009.

［4］周公度.化學(xué)辭典：第2版［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.