化學符號
化學中的符號，即化學符號，是作為一門科學的化學所不可或缺的一個組成部分，是化學的一種重要工具，它對化學認識的發展，無論是過去、現在和將來，都具有非常重要的意義。
化學家幾乎每日每時都在使用化學符號，並已經習以為常。就是這種習以為常的化學符號，不僅是符號學的研究對象，而且也是化學哲學的研究對象。什麼是化學符號，它是怎樣產生和發展的，它有什麼特點和功能，有什麼哲學意義，如此等等，都值得進行深入研究，迄今為止，對這些問題研究的還很不夠。在這一章中，我們試圖對化學符號所涉及的一些重要問題，進行一些探討和說明。
化學符號的曆史演變
1.古代煉金術符號
煉金術是化學的原始形式，煉金術符號是化學符號的原始形式。煉金術符號是一種圖形符號。眾所周知，語言是一種符號體係，文字也是一種符號體係。就世界各民族文字的發展來看，最早產生的是圖形文字。圖形文字也叫圖畫文字，或稱象形文字，其特點是以圖表形，是以實物記事逐步發展而來的。圖形文字所用的圖形，好像是一幅圖畫，但它不是藝術品，而是記事和表示事物的一種形式。例如，用兩條波紋曲線表示水，用點堆積而成的點陣表示沙，波紋曲線和點陣，直觀地看都是圖形，或者說是圖畫，是最簡單的圖畫，然而它們都不是以藝術品的麵目出現的，而僅僅是表示或標記水和沙的記號，因此，它們都是符號。煉金術符號就是從這種圖形文字中產生和發展起來的，這裏說的水和沙的圖形，也就是煉金術使用的符號。
煉金術符號，是煉金術士們為了記述、表示自己的煉金操作和經驗而采用的符號。煉金術符號具有個體性和偶然性，尚缺乏通用性和規範性。每個煉金術士所用的符號都不相同，同一個煉金術士對同一事物也可能有不同的符號，煉金術士所用的符號隻有他們自己知道是什麼意思，最多傳授給他們的徒弟，這種符號對別人而言好像是一種密碼。
除了圖形符號以外，在古希臘遺留下來的煉金術著作中，已開始用希臘字縮寫作為煉金術符號；而且，在其後來的發展中，還產生了由基本符號組合成的複合符號。
2.近代化學符號的產生和發展
隨著化學的發展，單純用語言描述顯得太繁瑣、太不方便了，古代煉金術符號又不易解讀，而且也極不統一，這就要求建立適合於新時期化學的符號體係。
1787年，哈森弗拉茲（J·H·Hassenfratz）和阿德特（P·A·Adet）試圖用幾何圖形加字母的方法建立符號體係，例如，他們用幾何圖形表示非金屬，用幾何圖形（如圓和三角形）中加詞首字母表示金屬和化合物等。這套符號，由於構成要素不統一，顯得繁複和笨拙。
1808年，道爾頓在建立化學原子論的同時，發表了用原子符號表示的元素表，並分別標出了它們的原子量。其中，氫、氮、碳、氧、磷、硫、汞等用不同的圓形圖形表示，鐵、鋅、銅、鉛、銀、鉑、金用圓內加英文字母表示；複雜原子即化合物，如水、氨、氧化氮、甲烷等，則用簡單原子的符號組合在一起的方法來表示。道爾頓認為這些化合物都是二元的，也就是說，水由1個氧原子和1個氫原子構成，氨由1個氨原子和1個氧原子構成，氧化氮（他稱為亞硝氣）由1個氫原子和1個氧原子構成，甲烷（他叫做油田氣）也是由1個碳原子和1個氫原子構成，如此等等。於是，他分別用相應的圖形符號表示出來，參見下圖：
如果我們不去注意組成上的錯誤，單就他所提出的化學符號表示法來看，道爾頓首先提出了簡單原子的符號，然後以簡單原子符號為基礎，通過組合的方式表示複雜的化合物，這一點與現代化學符號表示方法在基本精神上是一致的。但是，道爾頓提出的簡單原子的符號沒有統一的規則，有的用圓的圖形，有的在圓中加字母，這樣，有多少種簡單原子，就得設計出多少種圖形或圖樣。
1814年，貝采裏烏斯在將化學元素名稱拉丁化的基礎上，提出采用化學元素拉丁名稱的開頭字母表示元素，用元素符號的組合表示化合物。這就是說，某種元素名稱的開頭字母就是該元素的符號，元素符號的組合或加合就構成相應的化合物的符號。為了表示化合物中每種元素的原子數目，在相應的元素符號右上角用阿拉伯數字標出，凡未標出者即為1個原子。後來，李比希和波根道夫（J·C·Poggendorff）建議將上標方法改為下標方法，由此形成了近代化合物符號表示法，此種方法一直沿用至今。貝采裏烏斯還用他自己製定的化學元素符號和由化學元素符號組成的化學式，進一步寫出了化學反應式。道爾頓曾經用他提出的原子圖形符號寫出了化學反應，例如，氫和氧化合成水，表示成：
⊙＋○＝⊙○
後來，貝采裏烏斯依據對水的組成的新認識，用符號寫出反應式：2H＋O＝H2O
隨著化合物的組成由上標法改為下標法，化學反應式的符號表示方法也發生了改變，例如，氫和氧生成水的反應，用化學符號表示成為：
2H2＋O2→2H2O
從上述可知，貝采裏烏斯不同於前人的主要之點在於，他製訂了化學元素符號的統一規則（即用元素的名稱的開頭字母作為該元素的符號），規定了化合物的符號表示方法，進而用化學元素符號組合成的化合物符號寫出了化學反應式。這反映了化學符號發展的基本過程，形成了化學中符號化的三步曲：元素的符號化，化合物（或分子）的符號化，化學反應的符號化。
隨著化學的發展，特別是有機化學的發展，化學從研究組成過渡到研究組成之間的相互關係，進而過渡到研究組成之間的結合順序和相互作用，也就是過渡到研究化學結構。關係和結構都涉及分子中原子之間的相互結合。於是，如何用符號表示這種結合，就成了化學符號研究中麵臨的新課題。
在類型論中，用“｝”號表示聯結，例如：
庫帕進而提出，用“…”表示化學結合，並與“｛”或“｝”符號結合使用，例如：布朗（A·C·Brown）又提出用“—”符號表示原子之間的結合，例如：
後來，元素符號與“—”符號結合，形成了分子結構的符號，“—”符號奠定了價鍵符號的基礎，直到現在仍然被廣泛使用著。
3.現代化學符號
早在19世紀下半期，在阿倫尼烏斯建立了電離理論以後，化學家們對酸堿的認識深入了一步，用離子理論解釋酸和堿。於是，在氫或氫氧組成的基團右上角標上“+”或“-”（正號和負號）作為正、負離子的符號。
1923年，路易斯在《價以及原子和分子的結構》中改進了對電子對鍵的表示方法，他提出用“∶”表示化合物中原子之間的化學鍵，“∶”相當於化學結構式中的短線“—”。例如：
H∶HH∶ClF∶F
在這些表達式中，每一個“∶”符號都相當於原先的“—”，它代表一對電子，表示由一對電子形成的化學鍵。“∶”符號較之“—”符號，更形象、更直觀地表示出了化學鍵的物質載體，同時“∶”在一定程度上表示出了“—”符號所代表的含義，表示出了“—”符號的實質。在這個意義上說，從“—”到“∶”，標誌著科學認識的進步和深化，同時，“∶”可以說是符號的符號，即“—”符號的符號。
就在同一年，即1923年，西奇維克（N·V·Sidgwick）想到，既然共享電子對可以構成原子間的化學鍵，那麼由一個原子提供一對電子與另一原子共享，也應當能夠形成化學鍵，他將這種鍵叫做“配鍵”，並用箭頭“→”表示。
在量子化學理論中，也有一套符號，除了數學符號以外，由於曆史的原因，物理學家們把角量子數L=0，1，2，3，4的電子分別叫做s，p，d，f，g電子，相應的原子軌道也分別稱為s軌道，p軌道，d軌道，f軌道等，並由核算起，分別標上阿拉伯數字，表示成1s，2s，3s，…，2p，3p，4p…等軌道，這些都是量子化學中不可缺少的符號。
現代化學一方麵繼承了近代化學的符號體係，另一方麵又隨著化學的發展增加了新的符號。盡管如此，仍然不能完全滿足化學的需要，仍然有一些問題，現有的符號不能滿意地表示出來。
迄今為止，化學中的符號表示法基本上是從貝采裏烏斯那裏繼承下來的。在貝采裏烏斯時代，化學家們研究的分子比較簡單，或它本身是複雜的但人們認為是簡單的。化學家們采用的符號表示法基本上可以表達分子的組成、結構、性質及化學反應。可是，由於化學分析技術和方法的發展，特別是現代儀器分析的發展和晶體結構分析方法的發展，對許多固態無機化合物的結構和性質獲得了新認識，原有的符號表示方法就顯得不夠用了。例如，像NaCl，CdS或CuI等分子式既不能說明它們的結構特征，也不能告訴人們是否還存在其他變體。類似的化學符號體係（分子式），就連實在固體中的配位關係都沒有表示出來。正是基於此種情況，不少人曾經試圖將貝采裏烏斯的符號表示法經過改進應用於固體化學領域，例如，尼格列（Niggli）最先將SiO2寫成SiO4/2，其意思表示SiO2型式中所有O（超石英除外）每個與2個2Si4+橋接；NaCl可寫成NaCl6/6，表示每個Na為6個Cl所圍繞，每個Cl也為6個Na所圍繞。這樣的符號表示法稱為官能度構型。即使如此，官能度構型也不能表現固體化合物的全部複雜情況，因為固體化合物的真實情況是極其複雜、極其多樣的，人們的認識越深入揭示的化合物的真實麵貌越令人吃驚，原有的符號表示法越顯得貪乏，難怪有的化學家企盼著“何時能有貝采裏烏斯式的一代新人崛起”？！
符號表示法在有機化學中同樣也遇到了挑戰。在有機化學結構理論建立初期，價鍵結構符號表示法（化學結構式）曾使化學家們感到十分滿意。但是，曾幾何時，這種符號表示法就發生了困難。例如，凱庫勒提出的苯的價鍵結構式：它主要滿足了碳的四價學說和苯的組成（C6H6）的要求，但是，它不能解釋進一步的實驗事實，如苯分子中六個C—C是完全等同的，並不像單雙鍵結構式所表示的那個樣子；苯分子很穩定，不像雙鍵表示的烯類化合物那樣活潑；它容易發生取代反應，也不像烯類化合物容易發生加成反應。基於這些實驗事實，鮑林用共振來解釋，現代理論用大π鍵來說明，大π鍵如何用簡單符號或符號體係來表示？我們在現代有機化學教科書中看到的是圖形表示，而非簡單符號表達。與此相聯係，在一些存在雙鍵的化合物中，電子對發生轉移改變了化合物的性質，例如，勞瑞（T·M·Lowry）在1923年首先注意到這種現象，可用下式表示：
R2N-CH=CH-CH=O
轉移的結果使R2N-CH=CH-CH=O變成了R2N=CH-CH=CH-O，在這種解釋中，伴隨著新的彎曲箭頭符號；在共振論解釋中用共振符號“”來表示。彎曲箭頭符號，在現代有機化學教科書中仍然可以看到。
在現代量子化學中，除了引入了量子力學符號（大多是數學符號）以外，如何用傳統的化學符號表示分子的結構，應當說是個沒有解決的問題。隻要翻開有關的量子化學教科書就不難發現，傳統的元素符號、組成和結構的符號表達式不見了，代之出現的是軌道符號和由軌道符號組成的複雜圖形，如氫分子的能量曲線圖，電子雲分布等密度曲線圖，軌道示意圖和能級圖，等等。
總之，近代化學所留傳下來的符號仍然繼續被使用著，同時由於現代化學的發展提出了新的要求，化學家們又陸續創造了一些新的化學符號。隨著化學的發展，化學符號也將會繼續變化和發展。
4.我國的元素命名和符號的引入
我國古代的化學工藝起源很早，並達到了較高水平，我國的煉丹術產生的也很早，並對阿拉伯乃至歐洲的煉金術產生了影響。但是，近代化學卻沒有在我國誕生，近代化學所使用的化學符號，也沒有在我國創造出來。近代化學知識及其符號，是從西方引入我國的。
直到19世紀初，我國還沒有什麼科學的化學書籍，翻譯過來的也似鳳毛麟角。1867年上海江南製造局設立翻譯館，由英國傳教士傅蘭雅口譯，徐壽執筆翻譯西方化學書籍。由於西方的拚音文字和我國的方塊漢字，在造字原則上有重大區別，在翻譯元素時需要確定命名原則。徐壽確定了以下原則：中文已有名稱的仍采用舊名，如金、銀、硫等化學元素；中文中沒有現成名稱，創造新名，其方法是，取西文名中的第一音節，以相同讀音的漢字加偏旁構成新名，如元素Calcium，第一音節發丐音，則取丐，它是金屬元素，加偏旁金字，組成鈣；音譯和意譯兼用，如養氣（現名為氧氣）、輕氣（即氫氣）等，是依其性質意譯的；有機化合物按音譯，如苯（Ben-zole）當時譯為“偏蘇裏”，甲苯（Toluene）當時譯成“多路阿尼”。此外，還規定了一些詞尾或詞頭的統一譯法，如詞尾—ne譯成“尼”，—l譯成“裏”，詞頭me-譯成“迷”等。後來，到19世紀後期20世紀初期，還有一些學者也從事翻譯工作，創造一些元素和化合物的漢字名稱。總起來看，在中華人民共和國建立以前，元素命名缺乏統一的原則，致使一些化學名詞混亂。中華人民共和國成立後，中國科學院編譯局編輯出版了《化學物質命名原則》，“總則”中指出，元素定名用字，以諧聲為主，會意次之，但應設法避免同音字；在“元素”篇中規定，元素的名稱用一個字表示，在普通情況下為氣態者從氣，液態者從水，固態者金屬元素從金、非金屬元素從石。依據這些原則，一些元素名稱從國際通用的元素名稱第一音節音譯，相應的化學符號也從該元素的外文字母，如鋰，其第一音節為Li-，譯成鋰，符號為Li；氫、氯、氧等元素，遵循會意原則翻譯，氫源於輕，從氣，寫成氫。在我國，元素符號的引入與元素的定名是同時進行的，元素名稱的翻譯是引進元素符號的基礎，在翻譯和定名的同時也就引進了元素符號。
下麵，列出一些化學元素符號、《化學鑒原》中的元素名稱和現行名稱對照表：
化學元素符號 《化學鑒原》中名稱 現行名稱
Ag 銀 銀
Al 鋁 鋁
As 砷 砷
Au 金 金
Ba 鋇 鋇
Bi 鉍 鉍
Br 溴 溴
C 炭 碳
Ca 鈣 鈣
Cd 鎘 鎘
Ce 錯 鈰
Cl 綠氣 氯
Co 鈷 鈷
Cr 鉻 鉻
Cu 銅 銅
Dy 鏑 鏑
Er 鉺 鉺
F 弗氣 氟
Fe 鐵 鐵
Be 鉻 鈹
H 輕氣 氫
Hg 汞 汞
I 碘 碘
In 銦 銦
Ir 銥 銥
K 鉀 鉀
La 鋃 鑭
Li 鋰 鋰
Mg 鎂 鎂
Mn 錳 錳
Mo 鉬 鉬
N 淡氣 氮
Na 鈉 鈉
Nb 铌 铌
Ni 鎳 鎳
O 養氣 氧
Pb 鉛 鉛
Pd 鈀 鈀
Pt 鉑 鉑
Rb 銣 銣
Ru 釕 釕
S 硫 硫
Sb 銻 銻
Se 硒 硒
Si 矽 矽
Sn 錫 錫
Ta 鉭 鉭
Tb 鋱 鋱
Te 碲 碲
Th 釷 釷
U 鈾 鈾
V 釩 釩
W 鎢 鎢
Y 鈦 釔
Zn 鋅 鋅
Zr 鋯 鋯
1900年，由杜亞泉主編的自然科學雜誌《亞泉雜誌》創刊，介紹了十幾種化學元素，下麵列出其中的8種，見下表：
這8種元素是實際存在的，其中有6種元素的譯名至今沿用，其元素符號也與現在采用的符號相同。
5.化學符號發展的辯證法
化學符號是從語言符號派生出來的，化學符號的演變和語言的發展相聯係。煉金術符號起初與象形文字密切相關，有的煉金術符號本身就是一種圖畫文字（即象形文字），如用波紋曲線表示水，以形去描摹對象；後來，有的煉金術符號演變為表意符號，符號本身不是直接描摹對象，而是間接地表示某種事物；在古希臘已出現了用希臘文名稱縮寫而成的符號，接近拚音文字，或者說，煉金術符號與拚音文字建立了聯係。所有這些都說明，煉金術符號與文字的發展相適應，從相應的文字中演生出相應的符號。
從化學符號的演變史來看，煉金術符號的基本特征是圖形，似象形文字，可以認為屬於圖形符號範疇；近代早期的化學符號，以幾何圖形為特征，好像是表意文字，可以認為是表意符號；從貝采裏烏斯開始，化學元素符號直接從拚音文字中演生出來，使化學符號字母化；現代化學發現，以字母為基礎的符號體係不能滿足化學的需要，不得不以各種形式的圖形作補充，這好像是向圖形符號的複歸。但是現代化學中應用的圖形，已經不是象形文字階段那樣的圖形符號了，它已經擺脫了直接描摹對象的直觀性和形象性的形式，而成為高度抽象的圖形符號，它們本身既是直觀的，又是抽象的，是直觀和抽象的統一。
從符號本身來看，起初是單個的符號；繼之出現了符號的組合，我們將其稱為組合符號；在組合符號的基礎上，發展為符號體係。這種從個別符號到個別符號之間的組合，再從組合到體係的發展過程，在化學符號發展史的每一個階段不斷地重演，也就是在不同水平上重複。
化學符號的符號學研究
符號學是以符號或記號為研究對象的一門科學，符號學通常要研究符號、符號的構成、符號的功能等等。化學符號的符號學研究，就是從符號學的角度研究化學符號的有關問題，如什麼是化學符號，它的基本要素是什麼，它是怎樣構成的，化學符號有什麼特點和功能等。
1.什麼是化學符號
化學符號是一種科學符號，或者說，化學符號作為一種符號係統是科學符號係統中的一個子係統，科學符號又是一般符號中的一種形式。因此，要說明什麼是化學符號，應當首先說明什麼是符號，什麼是科學符號。
什麼是符號？符號學家們對此提出了種種解釋。一般地說，符號是指代另一種事物的某種事物。符號是某種事物或某物，是物質性的東西；它作用於人們的感觀，能夠被感知；作為符號的某物是另一種事物的代替者，是標記另一事物的。所以，符號是標記物，是標記其他事物的。