Из истории языка химии реферат
Обновлено: 05.07.2024
Язык химии (химический язык) – система важнейших понятий химии и терминов, в которых они описываются, символы химических элементов, номенклатура неорганических и органических веществ (их названия, в том числе и тривиальные), химические формулы и уравнения, а также правила перевода информации с естественного языка на язык химии и обратно.
Содержание
Основные нормативные свойства
Язык химии относится к числу формальных языков, основное отличие которых от естественных состоит в наличии жёстко зафиксированного алфавита и строгих правил грамматики и синтаксиса. Так, запись химических формул и уравнений происходит с использованием символов химических элементов, цифр, условных обозначений (химический алфавит) и установленных правил (химический синтаксис), что позволяет не только именовать и записывать объекты (вещества), но и выполнять над ними арифметические операции по строго определенным правилам (вычисления по химическим формулам и уравнениям).
По содержательным признакам химическая лексика включает общенаучные, межотраслевые и собственно химические термины. Характерной чертой химии является наличие особой семиотической системы: символов и формул. На основании логических системообразующих связей химические термины объединяются в понятийно-тематические группы: материал, вещество; химические процессы, операции; орудие, средство; характеристика, свойство, состояние; величины. Каждая из них характеризуется особым, свойственным ей иерархическим строением.
Термины группируются в словообразовательные гнезда на основе общности корневой морфемы, а также в категории и типы на основе значений словообразовательных формант. Наиболее ярко это выражено в номенклатурных наименованиях, где присутствует значительное число формально классифицирующих элементов (префиксов и суффиксов), которые несут в себе закодированную информацию [1] .
История
Становление и развитие языка химии отражает основные этапы развития химии.
Значение для науки и дидактики
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Из истории возникновения химии
Химия-наука,изучающая вещества и их превращения.Превращения веществ происходят в результате химических реакций.
Первые сведения о химических превращениях люди получили,занимаясь различными ремеслами,когда красили ткани,выплавляли металл,изготавливали стекло.Тогда появились определённые приёмы и рецепты,но химия ещё небыла наукой.
Не стала предшественницей химии и средневековая алхимия.Целью алхимиков был поиск так называемого философского камня,с помощью которого любой металл можно было бы превратить в золото.Разумеются их усилия остались бесплодными.Но поскольку они проводили различные опыты,им удалось сделать несколько важных практических изобретений.Стали использоваться печи,реторы,колбы,аппараты для перегонки жидкостей.Алхимики приготовили важнейшие кислоты,соли и оксиды,описали способы разложения руд и минералов.
Возникновение науки химии обычно связывают с именем английского физика и химика 17 в Роберта Бойля.Он впервые определил центральный объект исследования химии:попытался дать определение химического элемента.Бойль считал,что элемент-это предел разложения вещества на составные части.Разлагая природные вещества на их составные,исследователи сделали много важных наблюдений,открыли новые элементы и соеденения.Химик стали изучать,что из чего состоит.
В начале 19 в. англичанин Дж.Дальтон ввёл понятие атомного веса. Каждый химический элемент получил свою важнейшую характеристику.Атомно-молекулярное учение стало основой теоретической химии.Благодоря этому учению Д.И.Менделеев открыл периодический закон.названный его именем,и составил периодическую таблицу элементов.
В 19 в. чётко определились два основных раздела химии:органическая и неорганическая.В конце столетия в самостоятельную отрасль оформилась физическая химия.Результаты химических исследований всё шире стали использоваться в практике,а это повлекло за собой развитие химической технологии.
Химическое искусство возникло в глубокой древности,и его трудно отличить от производства,потому что,подобно сёстрам-близнецам,оно одновременно рождалось у горна металлурга,в мастерской красильщика и стекольщика.Корнни химии проросли в плодородной почве металлургической и фармацевтической практики.Письменных источников,по которым можно было судить об уровне древней ремесленной химии,сохранилось мало.Изучение археологических объектов с помощью современных физико-химических методов приоткрывает завесу в мир ремесла древнего человека.Установлено,что в Месопотамии в 14-11 вв. до н.э. применяли печи,в которых при сжигании угля можно было получить высокую температуру (1100-1200 С),что позволяло выплавлять и очищать металлы,варить стекло из поташа и соды,обжигать керамику.
Технохимия и металлургия достигли высокого уровня в Древней Индии.
Многочисленные рецепты изготовления мазей,лекарств,красок,изложенные в папирусах,показывают высокий уровень развития ремесленной химии,косметики и фармации уже в середине второго тысячелетия до н.э.По выражению А.Лукаса, “косметика так же стара,как человеческое тщеславие”.Широкое распространение в древности получили рецепты изготовления пищевых продуктов,обработки и окраски кож и мехов.В пятом тысячелетии до н. э. Были хорошо развиты практическая технология дубления,крашения,парфюмерное дело,изготовление моющих средств.
В одной из сохранившихся рукописей Древнего Египта,в так называемом “Папирусе Эбереса” (16 в. до н. э.),приведён ряд рецептов изготовления фармацевтических препаратов.Описаны способы извлечения из растений различных соков и масел путём выпаривания,настаивания,выжимания,сбраживания,прцеживания.Приёмы возгонки,перегонки,экстрагирования,фильтрации широко применялись в различных технологических операциях.
Древние специалисты химического искуства:плавильщики,стеклодувы,красильщики,мыловары-были “химиками-технологами”.Это были люди чистой практики,для которых “теория” значила мало или вообще ничего не значила.Они устно передавали свой богатый опыт каждому новому поколению.Никто в то время этот опыт не обобщал и не описывал,и если в папирусах сохранились отдельные рецепты,то это было далеко не то,что могли делать руки мастера.А могли они делать немало.Дастаточно напомнить о красивой глазури (обливные облицовочные плитки,для окраски которых применялись такие оксиоды,как СuО,СоО,FeO,PbO).
В Древнем Египте был разработан способ получения чистого золота.Обработку породы начинали с дробления кварца,содержащего золото,затем куски кварца сплавляли в герметически закрытых тиглях с поваренной солью,свинцом,оловом,при этом серебро переходило в хлорид серебра.Кроме золота,в древности были известны серебро,железо,олово,ртуть,медь,свинец.Согласно учению древних,семь металлов олицетворяло семь планет.
Усовершенствование процесса получения бронзы вызвало рождение технологии тепловой обработки сплавов
После появления ядерного топлива к химии стали относиться всё хуже и хуже.Первые электростанции,работавшие на ядерном топливе,появились 1950-х годах.Вслучае утечки такого топлива оно заражает всё вокруг даже воздух.Многие люди,обеспокоенные этим,устраивали демонстрации протеста против использования атомной энергии.До 1950-х годов большинство электростанций работало на нефти на угле.Такое топливо не столь опасно,как ядерное,но его запасы рано или поздно должны истощиться.К тому же выделяющейся дым растворяется в дождевой влаге.Когда такой дождь выпадает на землю,он наносит ущерб пастбищам и лесам.Эти дожди называются кислотными.В 1986 году на атомной электростанции в украинском городе Чернобыле произошла сильная утечка ядерного топлива.Вся местность на много километров была заражена.До сих пор людям небезопасно жить в районе Чернобыля,употреблять произведённые там продукты питания,пить воду из местных водоёмов.
История становления и развития терминологии уходит своими корнями в далекое прошлое. Выделение и развитие ряда областей знаний предполагает определенное развитие лексики уже к концу позднего палеолита (ок. 14 тыс. лет назад). Однако мифологическая система мышления того времени и конкретный характер языка древнего человека, а также незначительный уровень обобщения и систематизации денотатов* исключали какие-либо попытки упорядочения специальной лексики в этот период.
В развитии химии можно выделить пять значительных периодов.
• Уже на заре истории люди обладали способностью управлять химическими процессами: они разводили огонь, окрашивали одежду, плавили металл, смешивали яды, варили еду, готовили лекарства. Египтяне и вавилоняне обладали во втором тысячелетии до нашей эры химико-техническим знанием, которое привело позднее к возникновению алхимии.
• Арабские труды по алхимии были переведены на латинский язык. Уже в XIII в. европейские алхимики (Альбертус Магнус, Роджер Бэкон и др.) были убеждены, что залогом прогресса науки являются экспериментальная работа и приложение к ней математических методов. Западная алхимия умножила сведения о многих химических соединениях. Важнейшим достижением того времени явилось открытие сильных минеральных кислот. Используя их, европейские химики смогли осуществить многие новые реакции. Кислоты называли по способу их получения. Так, серную кислоту получали путем нагревания железного купороса и квасцов, поэтому она была названа spiritus vitrioli (купоросный спирт). Хлористоводородную кислоту назвали spiritus salis (соляный спирт), т.к. ее получали при нагревании морской (поваренной) соли и серной кислоты. Азотная кислота получалась при нагревании смеси нескольких веществ, она была названа aqua fortis (крепкая вода). Были изучены также соли, их различали по происхождению: хлористый натрий называли морской солью (sal maris), селитру – каменной солью (sal petrae) и т.д.
Труды средневековых алхимиков были очень объемны и непонятны, часто анонимны или под вымышленными именами. Кроме того, при переписывании тексты часто изменялись. В XIV–XV вв. появились новые знаки и символы для обозначения веществ, приборов и реакций. Многие из алхимических рукописей и книг были снабжены рисунками и чертежами аппаратов, печей или опытных установок, которые сегодня являются важными свидетельствами практической деятельности алхимиков. В алхимических текстах встречаются различные виды знаков, например: символы из заглавных букв, художественные изображения внешней формы (рисунок песочных часов как символическое изображение времени), числа в качестве символов металлов, знаки планет и животных, геометрические фигуры, так называемые магические знаки. Язык формул алхимии отличался небольшими выразительными возможностями, знаки не сообщали никакой информации о количественном или качественном составе веществ.
В первой половине XVI в. появилось новое направление – ятрохимия, т.е. врачебная химия, основателем которой был швейцарский немец Теофраст Парацельс. Книги по ятрохимии были предназначены для широкого круга лиц.
Почти все научные труды средневековья писались на латинском языке, который являлся универсальным языком науки. В ряде случаев период становления естествознания совпал с процессом формирования национальных языков.
На заре развития науки и техники общее состояние научного познания было таково, что главным фактором, определяющим терминотворчество, являлось не соответствие понятия и слова, а некоторые аналогии. Когда новое явление обнаруживало нечто общее с тем, что было известно из прежнего опыта, выделение этого общего осуществлялось посредством языка: новые понятия формируются на базе слов, имеющихся в конкретном языке.
Начиная с XVIII в. различные ученые предпринимали попытки построить химическую терминологию на научной основе, придать ей определенную структурную организацию. Стало очевидным, что выбор языковых средств для выражения химических понятий имеет решающее значение. Стремление химиков к взаимопониманию, их желание обмениваться опытом было невозможно без создания специального языка, без единых, понятных всем специалистам названий соединений, построенных по определенным правилам. Начался период сознательного, целенаправленного терминотворчества. Так, в 1770 г. известный шведский химик Торберн Бергман сделал попытку систематизировать имеющиеся химические термины, придать им определенную упорядоченность. Он создал бинарную химическую номенклатуру и выдвинул требование удалить из химической терминологии термины, не имеющие отношения к химической науке.
• C начала XIX в. химия выступает как самостоятельная наука.
В 1814 г. Йенс Якоб Берцелиус создал буквенно-цифровую систему химических формул. В основу были положены латинские названия элементов. Это способствовало быстрому развитию химии, т.к. научное общение в значительной степени упростилось.
С первой половины XIX в. начала развиваться химическая индустрия, были основаны первые химические журналы. В течение всего XIX в. многие ученые способствовали развитию химии, переписываясь друг с другом и публикуя свои исследования в журналах. С этого периода интернациональность становится характерной чертой химической терминологии, являясь выражением настоятельной потребности в международном научном общении.
Потребность в непосредственном научном общении проявилась также в проведении регулярных международных конгрессов, конференций и выставок. Первый интернациональный конгресс химиков состоялся в 1860 г. в Карлсруэ. 140 химиков обсуждали там важнейшие проблемы химии и химической номенклатуры. В 1889 г. на Международном конгрессе в Париже было принято решение о создании специального комитета для разработки проекта международной химической терминологии. В 1892 г. на Женевском конгрессе были приняты обязательные правила, которыми определяется морфологическая структура наименований органических и неорганических соединений.
В результате многолетней подготовительной работы и нового обсуждения Женевской номенклатуры в 1938 г. были опубликованы правила именования неорганических соединений, а в 1957 г. были приняты правила именования номенклатурных единиц органической химии. Все они регулярно подвергаются доработке.
Не менее таинственной кажется незнакомому с химией человеку химическая символика — латинские буквы разной величины, цифры, стрелки, плюсы, точки, запятые, сложные фигуры и сочетания из букв и черточек. А знающему химию хорошо известно, какие возможности, какие удобства и какую экономию времени дает умелое пользование современным химическим языком, одинаково понятным химику любой национальности.
Не нужно, однако, думать, что этот в высшей степени удобный язык появился сразу в своей современной совершенной форме. Нет, он, как и все на свете, имеет свою историю, и историю длинную, которая тянется уже свыше двух тысячелетий.
Перенесемся мысленно на солнечные берега Средиземного моря — в египетский порт Александрию. Это один из древнейших городов мира, он был основан еще Александром Македонским за триста с лишним лет до нашей эры. Вскоре после своего основания этот город сделался важнейшим культурным центром Средиземного моря. Достаточно сказать, что знаменитая александрийская библиотека, сожженная религиозными изуверами-христианами в 47 году н. э., содержала 700 тыс. томов сочинений по различным отраслям знания, в том числе и по химии.
И вот, в сочинениях александрийских авторов мы встречаем уже химическую символику. Взглянув на рис. 1, читатель увидит, насколько проще для запоминания наши современные химические знаки, чем эта символика. Однако здесь уже применяется иногда тот же прием, которым пользуемся и мы: символы уксуса, соли, мышьяка получились путем сокращения соответствующих греческих слов.
Преемниками химиков древнего мира сделались алхимики, которые переняли и сопоставление металлов с планетами. Интересно отметить, что следы этого остались даже в некоторых современных химических названиях: так, ртуть на английском, французском и испанском языках называется меркурием (mercurg, mercure, mercurio). Однако накопление химических фактов и открытие многих новых веществ вызвало развитие особой алхимической символики (рис. 2). Эта символика, державшаяся много веков, была не более удобной для запоминания, чем александрийская; кроме того, она не отличалась ни выдержанностью ни единообразием.
Берцелиус предложил обозначать химические элементы первой латинской буквой их названий, взятых обычно из латинского или греческого языка. Если с одной и той же буквы начинаются названия нескольких элементов, то один из них обозначается одной буквой (например углерод С), а остальные двумя (кальций Са, кадмий Cd, церий Се, цезий Cs, кобальт Со и т. д.). При этом, как и у Дальтона, символ элемента имеет строго количественное значение: он обозначает один атом данного элемента и в то же время столько весовых единиц этого элемента, сколько единиц содержит его атомный вес. Например, знак О обозначает один атом кислорода и 16 вес. ед. кислорода, знак N— один атом азота и 14,008 вес. ед. азота и т. д.
Нет ничего проще, чем написать формулу химического соединения по системе Берцелиуса. Для этого не нужно громоздить один возле другого большое число кружков, как у Дальтона, а следует лишь написать рядом символы элементов, входящих в состав данного соединения, справа же внизу, около каждого символа маленькой цифрой отметить число атомов этого элемента в молекуле (единица опускается): вода — Н2О, серная кислота — H2SO4, бертолетовая соль — КСIO3 и т. п. Такая формула сразу показывает, из каких элементов состоит молекула данного соединения, сколько атомов каждого элемента входит в ее состав и каковы весовые соотношения элементов в молекуле.
С помощью таких формул просто и наглядно изображаются особыми уравнениями химические реакции. Принцип составления таких уравнений установил еще знаменитый Лавуазье, который писал:
«Если я дестиллирую неизвестную соль с серной кислотой и нахожу азотную кислоту в приемнике и в остатке купоросный камень, я заключаю, что первоначальная соль была селитра. Я прихожу к этому выводу путем мысленного записывания следующего уравнения, основанного на том предположении, что общий вес всего остается одинаковым до и после операции.
Если х — кислота неизвестной соли и у — неизвестное основание, я записываю: х [+] у [+] серная кислота = азотная кислота [+] купоросный камень = азотная кислота [+] серная кислота [+] едкий поташ.
Теперь мы запишем эту химическую реакцию по системе Берцелиуса просто:
И как много говорит эта маленькая строчка знаков и: цифр химику любой национальности. Он сразу видит, какие вещества являются исходными в реакции, какие вещества представляют ее продукты, каков качественный и количественный состав этих веществ; с помощью таблички атомных весов и несложных вычислений он быстро определит, сколько исходных веществ необходимо взять, чтобы получить определенное количество нужного ему вещества, и т. д.
Система химической символики, разработанная Берцелиусом, сказалась настолько целесообразной, что она сохраняется вплоть до настоящего времени. Однако химия не стоит на месте, она бурно развивается, в ней постоянно появляются новые факты и понятия, которые, естественно, находят свое отражение к в химической символике.
Расцвет органической химии вызвал появление формул строения химических соединений, формул, часто сложных по виду, но в то же время удивительно стройных и наглядных, говорящих умеющему в них разобраться человеку гораздо больше, чем многие строки и даже страницы текста. Например, символ бензола , кажущийся на первый взгляд искусственным и как будто напоминающим алхимического дракона, пожирающего собственный хвост, оказался настолько верно отражающим основные свойства этого соединения и его производных, что новейшие кристаллографические исследования блестяще подтвердили фактическое существование представленной этим символом комбинации атомов.
Еще во времена Берцелиуса в химии появились было знаки вроде Са, Fe" и т. п., но они вскоре исчезли и воскресли снова лишь после утверждения в химии теории Аррениуса об электролитической диссоциации. Берцелиус первоначально обозначал точками количество кислородных атомов, связанных с данным элементом, а запятыми — количество атомов серы; таким образом символ Са обозначал окись кальция (CaO), а символ Fe" — двусернистое железо (FeS2). Дольше всего эти знаки держалась в минералогии, но в конце концов и там точки и запятые были заменены современными символами кислорода и серы. Теперь точки и запятые около символа атомов (или трупп атомов) имеют совсем другое значение: они обозначают положительно или отрицательно заряженные ионы, т. е, потерявшие шли присоединившие один или несколько электронов атомы (или группы атомов). Ионные уравнения еще более упрощают изображение сущности ряда химических реакций; например, любая реакция образования из растворов различных солей осадка хлористого серебра изобразится простым: и наглядным ионным уравнением:
На наших глазах появился и завоевал себе права гражданства новый вид химической символики, отражающий удивительные достижения последних лет в области раскрытия тайн структуры атомов и превращения элементов. Еще совсем недавно любого химика привели бы в полнейшее недоумение формулы вроде следующих:
Теперь мы знаем, что здесь маленькие цифры внизу у символа элемента попрежнему обозначают число атомов данного элемента в молекуле, а маленькие цифры вверху — атомный вес соответствующего изотопа (изотопами называются элементы, одинаковые по химическим свойствам, т. е. по заряду ядра, но обладающие различными атомными весами). А уравнение
говорит нам, что при бомбардировке азота альфа-частицами (ядрами атомов гелия) некоторые его атомы превращаются в изотоп кислорода с атомным весом 17; цифры внизу здесь уже обозначают порядковые числа или, другими словами, величину положительного заряда ядра атома соответствующего элемента.
В некоторых из этих уравнений встречаются символы, которых не было ни в одной книге по химии всего несколько лет тому назад:
Первый из них обозначает протон [+] (положительно заряженное ядро атома протия, т. е. водорода с атомным весом 1), второй — нейтрон (нейтральная частица с массой протона), третий — позитрон (частица, сходная по массе с электроном, но имеющая положительный заряд).
Приведенные в последних примерах значки и цифры символизируют удивительнейшие достижения современной науки, о которых едва ли мог и мечтать талантливый создатель основ принятого теперь интернационального химического языка.
Читайте также: