科學館丨元素周期表是如何走入中國的?

2021-01-10 掌上蘭州

民國二十年出版的《高級中學教科書高中化學》周期表

在上一期《科學館》中,同學們知道了元素周期表是由俄國化學家門捷列夫發現並製成,但是門捷列夫制出的元素周期表上都是用拉丁字母表述的元素符號,而同學們現在的化學課本上是帶有漢字的(如鈉、鉀、鈣、鎳等)元素表述方式,它是怎麼來的呢?今天,我們繼續和甘肅科技館的輔導員老師一起「雲享」化學元素周期表。

元素周期表走入中國,從一份皇室家譜說起

主講人:甘肅科技館輔導員 瞿繼鑫 張琦

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在幾千年的華夏文明史上,古人很早便開始了對物質和元素的探索。早在新石器時代,人們便開始燒制陶器,並通過添加不同的著色元素來上釉。商周時代的青銅器則以銅、錫、鉛等為材料合金冶煉。大約3500年前,鐵器也出現了。不過,受制於科技水平,中國古代的先人們並不了解這些器物背後的元素奧秘,對物質世界的認識也長期停留在水、木、金、火、土的「五行說」上。

1869年,俄國化學家門捷列夫提出了元素周期表,第一次科學系統地揭示了元素內在的周期性規律。在西方化學科學飛速發展的時代,中國的有識之士開始著手將現代化學知識引入中國。

徐壽

徐壽(1818-1884)是清代著名科學家,他初習經史,後來轉而學習西方先進科學,在天文曆法、算學等領域頗有造詣。他是中國近代的科學先驅,也是最早將西方化學體系傳播到中國的科學家之一。

1868年,徐壽在江南機器製造總局內設立了翻譯館,開始翻譯、引入當時西方最先進的科技書籍。例如:與他人合譯的《化學鑑原》系統介紹了19世紀70-80年代的化學知識,是當時中國最早出現的西方化學著作。

《化學鑑原》

徐壽在近代化學上的最大貢獻是將元素周期表引入中國。門捷列夫的元素周期表誕生不久,便被徐壽關注,並力圖翻譯,然而,中西方的文化差異如鴻溝一般擺在他的面前。西方以拉丁字母表述的元素符號如此生僻,怎樣將它們準確地譯成中文成為一道棘手的難題。一次偶然的機會,徐壽在圖書館中發現了明代帝王的家譜,這份《明史·諸王世系表》中有20多首五言詩。朱明王室的後裔男丁在取名時名中第一字按詩中字排序論輩。第二個字則遵循「木火土金水」的五行順序。隨著朱明家族的子孫越來越多,帶有五行偏旁的常用字已不足用,所以許多生僻字(如鈉、鉀、鈣、鎳等)乃至造字(如汞、釙、鑭等)都出現在朱家子孫的名字中,並在清代《康熙字典》編纂時被收錄。

徐壽發現,這些字很適合用於化學元素的中文命名,他創造了獨特的「音譯命名法」將元素周期表中的固體金屬元素一律用「金」字偏旁,其中文發音則取自與該元素原音近似的漢字,原已湮滅在歷史塵埃中的朱明家譜在此派上了大用場。除此之外,徐壽還自創了「鋅」「錳」「鎂」等元素的中文名,元素周期表的中文化問題得以順利解決。這種方法沿用至今,時至今日,我們在學習元素周期表時見到「氯、溴、碘、鋅」等字樣,不僅讀音一望而知,其究竟是氣態、液態、還是固態,金屬或非金屬,更是一目了然。這種科學的譯名原則是徐壽對中國近代化學史的重大貢獻,他由此被公認為中國近代化學的啟蒙者。

「死亡元素」——氟

主講人:甘肅科技館輔導員 黃瑞珍

在化學研究領域之中,歷史上最危險的一個研究課題,就是氟的發現。它被稱為「死亡元素」。在化學研究史上,氟的發現可以說是參加人數最多、危險性最大、持續時間最長的研究課題,無數偉大的化學家在這個研究過程中,犧牲了自己的生命。

舍勒

最早關注氟的是瑞典化學家舍勒,他將螢石酸和硫酸放在一起加熱,盛裝的玻璃瓶被腐蝕掉了,在加熱的過程中,產生了一種極具腐蝕性的物質,他將這種物質命名為螢石酸。其實這種物質就是氫氟酸。後來法國科學家蓋·呂薩克與泰納,也試圖用電解法製得氟,但雙雙中毒。1836年,蘇格蘭的諾克斯兄弟,在提取氟的實驗中,嚴重中毒,弟弟幾乎喪命,哥哥休養了三年才恢復。之後,比利時化學家魯耶特,重複諾克斯兄弟實驗,最終獻出了32歲寶貴生命。後又有法國科學家弗雷米和英國化學家哥爾重整旗鼓,最終的結果是爆炸,實驗器材也被嚴重腐蝕。最後,弗雷米的學生莫瓦桑,在四次中毒的情況下,屢次更改實驗方案,最終成功獲取了淡黃色的氟單質,並獲得1906年諾貝爾化學獎。

氟是一種淡黃色氣體,具有強烈的氧化性和腐蝕性,進入人體會造成急性中毒,伴隨腹痛、噁心、抽筋甚至死亡。在現代生活中氟化工工業,今天已經成為重要的化工門類,從不粘鍋到汽車電池,從殺菌藥物氫氟沙星到電路板印刷,曾令人聞風喪膽的氟,如今已被人馴服,並貼心地為人們服務。

延伸連結

格致書院:中國近代第一所科技學校

1874年,徐壽同傅蘭雅等人在上海創建了格致書院,這也是我國近代第一所科技學校。

中國古代並無「科學」一詞,與科學最為接近的可謂「格致」。《禮記·大學》曰:「致知在于格物,格物而後致知。」格者,至也;物者,事物;致者,推極;知者,識也。格物致知,就是「至物推識」,亦即體察事物以求得對它的認識,此與科學的含義最為接近。故格致書院就是科技學校。格致書院的辦學宗旨是使「中國便於考究西國格致之學、工藝之法、製造之理」。由此可見,格致書院是地地道道研習科技的學校。

有記載:徐壽作為格致書院的董事,帶頭捐款1000銀圓,要知道,這些銀兩可在他的老家購置良田100畝。

格致書院學制為10年——預科1年、初級3年、高級6年,開設的課程有:礦物、電務、測繪、工程、汽機、製造等,要求掌握「格致機器、象緯輿圖、製造建築、電氣化學」,還要學以致用,「有益於時,有用於世」,達到「為國家預儲人才,以備將來驅策」。看來,10年制格致書院培養出來的學生應該具有今天工科專科甚至大學本科的水準。

徐壽66年的一生,是將全部心血傾注於西學東傳和科技教育上,不圖科舉功名,不求顯官厚祿的一生。

稀有氣體在日常生活中的作用

主講人:甘肅科技館輔導員 李蓉蓉

對於還沒有學化學的同學來說,元素周期表裡的符號可能比較陌生,但如果說起它們在日常生活中的作用,那大家都會很熟悉。稀有氣體元素就是如此,它們又稱惰性氣體,是元素周期表上的零族元素,在常溫常壓下它們都是無色無味的單原子氣體,很難進行化學反應。現在來看看它們都有哪些本領吧。

世界上第一盞霓虹燈就是填充氖氣製成的,為什麼要選擇氖氣來填充呢?是由於氖燈射出的紅光,在空氣中透射力很強,可以穿過濃霧,因此氖燈常用在機場、港口、水陸交通線上的指示燈上,而其它稀有氣體通電時也會發光,比如氬氣或氦氣,它們通電時分別會發出淡藍色或淡紅色的光,所以我們在燈管中注入不同含量的氣體時,就能得到五光十色的燈光效果。作為一門基礎的自然科學,化學在生活中的應用非常廣泛,比如氙氣可作為麻醉劑應用在醫療方面,氦氣可作為冷卻劑,應用在工業、科研、電子產品生產等方面。

文丨掌上蘭州·蘭州晨報首席記者夏苗 實習生肖義峰

圖丨甘肅科技館供

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