作者：人民教育出版社化學室北京100081 喬國才
摘要:介紹化合價概念的歷史演變、百年化學教科書中化合價概念的呈現方式及特點、化合價和氧化數的聯繫與區 別等。
關鍵詞:化合價；原子價；氧化數
化合價(也稱原子價)是中學化學中的重要概念，應 用十分廣泛。然而在教學過程中,一些教師對於化合價 的本質卻缺乏正確的理解。本文將從化合價概念的歷 史演變、百年化學教科書中化合價概念的呈現方式及特 點、化合價和氧化數的聯繫與區別三個方面加以闡述, 以供參考。
一、化合價概念的歷史演變
人類對化合價的認識經歷了曲折而漫長的過程。 從化學發展史來看，化合價概念的萌芽、形成和發展，與 化學家探索物質的組成和結構是緊密聯繫在一起的，涉 及原子之間相互作用的數量、原子之間相互作用的本質 兩個方面。
1. 化合價概念的萌芽
早在1799年，法國化學家普羅斯(J. L. Proust, 1754-1826)就提出了定組成定律:每種化合物都有固 定的組成，不管這種化合物是天然的還是人造的。他的 實驗依據之一是天然碳酸銅和人造碳酸銅的組成完全 相同。
1803年，英國化學家道爾頓(J. Dalton, 1766—1844) 提出的原子學說指岀，不同元素的原子以簡單的比例相 結合,形成了化學中的化合現象。
1804年，道爾頓在分析甲烷(CH,)和乙烯 (CH2=CH2)的組成時，發現它們均含碳氫兩種元素， 而且在甲烷和乙烯中，與相同質量的碳相化合的氫的質 量之比是2：1。類似的情況還出現在C。和C0?等其他 成對的化合物中。據此，道爾頓提出了倍比定律:如果 甲乙兩種元素能互相化合而生成幾種不同的化合物，則 在這些化合物中，與一定質量的甲元素相化合的乙元素 的質量互成簡單的整數比。倍比定律為原子學說提供 了有力的實驗依據。
隨著原子學說和倍比定律等定量定律的建立,人們 已經知道1個氯原子可以和1個氫原子化合形成氯化 氫,1個氧原子可以和2個氫原子化合形成水等。不同 元素的原子以簡單數目比相結合，形成化合物，這種對 物質組成的認識可以看作「化合價」概念的萌芽。
2. 化合價概念的形成
1852年,英國化學家弗蘭克蘭(E. Frankland,1825— 1899)在研究金屬有機化合物時發現,N、P、As等原子 總是傾向於與3個或5個其他原子相結合，當處於這種 比例關係時，原子的親合力得到最大地滿足。於是他提 出,每一個原子在化合時具有一種特殊的性質，叫作「化 合力」，即任何一個原子都傾向於和一定數目的其他原 子相結合。
1857年，德國化學家凱庫勒(F. A. Kekul6,1829— 1896)和英國化學家庫帕(A. S. Couper, 1831—1892 )發 展了弗蘭克蘭的見解，把各種元素的「化合力」以「原子 數」或「親合力單位」來表示,並指出，不同元素的原子相 化合時總是遵循親合力單位數是等價的原則。他們根 據氫元素在各種化合物(如HCI.H2O,NH3等)中1個氫 原子最多只能與另一種元素的1個原子相結合，確定H 的親合力單位為1,並以此為標準來確定其他元素的親 合力單位。例如，確定Cl、Br、I等的為1,0、S等的為2, N、P、As等的為3,C的為4。這是化合價概念的重要突 破,為化合價概念的形成奠定了基礎。
1864 年，德國化學家邁爾(J. L. Meyer, 1830—1895) 建議用「原子價」代替「原子數」或「原子親和力單位」 O 至此，化合價的概念基本形成。我國早期使用「原子 價」，1991年公布的《化學名詞》中稱為「化合價」，並在 注釋中說明又稱「原子價」。
3. 化合價概念的發展
從化合價概念的形成中可以看岀，化合價是在研究 化合物組成時提出來的，用來表示元素的一個原子與其他元素的原子相結合的數目，即用來揭示原子之間相互作用的數量關係。但是，化合價的本質是什麼？即原子之間相互作用的本質是什麼？這個問題的研究與化學家探索物質的結構密切相關。
1861年，俄國化學家布特列洛夫（A. M. Butlerov, 1828-1886）第一次使用「化學結構」這一術語,認為：「假定一個原子具有一定的和有限的化學親合力，藉助 於這種親合力，原子形成化合物，那麼，這種關係，或者 說在組成的化合物中各原子間的相互連接，就可以用化 學結構這一術語來表示。」在布特列洛夫看來，原子之間 相互作用形成化合物是在藉助於「化學親合力」（化合價 的早期含義）。那麼，「化學親合力」的本質是什麼？這 個問題直到20世紀初原子結構被揭示以後才逐漸得到 解答。1916年,德國物理學家柯塞爾（W. Kossel,1888— 1956）提出了「電價鍵」理論，認為：「原子在獲得（或失 去）電子以後,就達到了稀有氣體原子的電子構型，形成 了穩定的離子。金屬元素容易失去電子成為帶正電的 陽離子，非金屬元素則容易獲得電子成為帶負電的陰離 子。帶正電的陽離子與帶負電的陰離子以庫侖引力結 合成化合物，正負離子間的靜電吸引力（庫侖引力）使離 子間形成電價鍵。」「電價鍵」就是今天所說的「離子 鍵」。而美國化學家路易斯（G.N. Lewis, 1875-1946） 1916年提岀的「共價鍵」理論則認為:「兩個（或多個）原 子可以共有一對或多對電子，以便達到稀有氣體原子的 電子層結構，從而形成穩定的分子。」「電價鍵」理論和 「共價鍵」理論實際上表明了形成化合物時原子之間的 兩種相互作用方式——靜電引力和共用電子對,二者構 成了經典的化學鍵理論。在此基礎上，形成了原子價的 電子理論，認為:①原子價可分為電價和共價兩種，電價 是由正負離子間的靜電引力形成的，共價是由兩個原子 共用一對電子形成的;②原子在化合時失去、獲得或共 用電子，以使它的外層電子結構與周期表中最接近的稀 有氣體原子的電子層結構相同（即著名的「八隅律」）。原子價的電子理論將化合價與原子最外層電子的 得失或共用聯繫起來，將化合價與離子鍵、共價鍵的形 成聯繫起來,使化合價這一抽象的概念變得具體，對認 識化合價的本質、解釋化學鍵的形成起到了重要作用。當然,這個理論還存在缺陷，如無法解釋共價鍵的方向 性問題，無法解釋單個電子和3個電子所形成的價鍵問 題等。隨著現代化學鍵理論（如價鍵理論、分子軌道理論） 的建立，化學家對於原子之間相互作用本質的認識進一 步深化，化合價的概念不斷深化。教科書是傳承學習內容的重要載體。不同時期的 中學化學教科書中，化合價概念的呈現方式有很大差 異。附表列出了 1906年至2001年7本有代表性的教科 書中化合價概念的呈現方式。分析附表,可以發現以下 特點。1. 教科書中化合價概念含義的變遷與化合價概念 的歷史演變相一致可以發現,1906-1978年教科書中化合價的概念含 義的變遷經歷了以下幾個階段:原子的化合力一 1個原 子所能結合或置換H原子的數目一不同元素的原子之 間以一定數目化合的性質-離子化合物和共價化合物 中化合價的含義。這個含義變遷順序與化合價概念的 歷史演變順序是一致的，反映了人類對化合價認識不斷 深化的過程。2. 教科書中化合價概念的呈現方式與最初化學家 對化合價概念的認識過程相一致可以發現，教科書中化合價的概念基本上釆用了舉 例一歸納的呈現方式。即先分析HChH2O.NH3.CH4等 物質的組成（或先介紹定組成定律，再分析幾種物質的 組成），引導學生認識到:一定數目的一種元素的原子只 能跟一定數目的其他元素的原子化合，然後在此基礎上 定義化合價（或對化合價進行說明）O前已提及，化合價概念的含義是隨著化學學科的發 展，特別是物質結構理論的發展而發展的。這種舉例一 歸納的呈現方式與最初化學家對化合價概念的認識過 程是一致的。當時的化學家對於化學的認知程度和水 平與中學生具有相似性，因此，這種呈現方式既符合中 學生的知識基礎和接受能力，也符合中學生的認知規 律，便於學生理解和接受。3. 教科書中化合價概念的呈現方式與化學學科的 發展具有相關性可以發現,1906-1963年教科書中對化合價概念的 要求基本上是一致的，即從物質組成的角度認識化合 價。而1978年教科書中介紹化合價時，因為學生已經 有了核外電子排布、離子化合物和共價化合物形成的初 步知識，所以教科書不僅增加了從微觀的、原子結構的 角度說明元素之間相互化合時原子個數比有確定數值 的原因——如果不是這個數目比，就不能使分子中的原 子的最外層形成穩定結構，也就不能形成穩定的化合 物，而且介紹了如何確定離子化合物和共價化合物中化 合價的數值。可以看出,1978年教科書中對化合價概念的要求與之前相比有大幅度提高，即引導學生從物質的組成和結 構兩個角度認識化合價。原因是什麼呢？這與這一時 期化學學科的發展密切相關。當時化學學科發展的主 要特點是:從宏觀向微觀過渡，從描述向推理過渡，從定 性向定量過渡。與此相對應，化學教育也發生了急劇的 變革。例如,1978年《全日制十年制學校中學化學教學 大綱（試行草案）》特別強調教學內容現代化，尤其是大 幅度提高化學理論知識的水平，例如提岀「努力從微觀 的、定量的角度來研究物質的結構和變化規律」「在教材 中要適當反映現代化學及其應用的新成就和發展趨勢」 等。1978年教科書中化合價概念呈現方式的變化正是 這種要求的反映。1. 教科書中化合價概念的呈現方式與課程改革具 有相關性
初中化學老師：請添加我的微信號18633177917加我好友，就能加入全國初中化學老師群（微信）。