化学名称的由来和涵义

周公度

教授，北京大学化学与分子工程学院，北京 100871

本文摘录自作者所著的《化学是什么》一书，该书由北京大学出版社出版。介绍中文“化学”一词是谁首先使用及其含义；介绍化学是从三个方面研究化学物质的科学：一是物质的组成和结构，二是物质的合成制备，三是阐明和控制化学反应的过程。介绍化学出现的许多分支学科。

1 化学名称的由来

“化学”一词何时出现？是谁首先使用？

从人类文明发展的历史可知，人类从用火开始，就知道自然界中出现的各种变化：将柴草燃烧，熊熊烈火，烟气腾腾，柴草化为灰烬；将黏土拌水，做成陶瓷坯件，经火燃烧，变化而成为可以盛水的陶瓷器皿；将矿石冶炼，化石成金，得到性质完全和矿石不同的金属。人们的生产和生活的实践已了解物质能互相作用、发生变化。“化”是变化和改变之意；“化”是造化，即自然界运动变化、造成万物。中国五代时（公元10世纪），道家谭峭更著有《化书》，但并无“化学”一词。“化学”是什么时候出现的呢？据史学家考证，中文“化学”一词于1856年（清朝咸丰六年）见之于书刊。由韦廉臣（英国人，A.Williamson）编写的《格物探原》一书用了“化学”一词，该书还介绍了西方近代科学中的一些化学知识。另外，1857年在上海出版的刊物《六合丛谈》发刊号的“小引”，是由伟烈亚力（英国人，A.Wylie）于1856年写就，文中写道：“今予著《六合丛谈》一书，亦欲通中外之情，载远近之事，尽古今之变，见闻所逮，命笔志之，月各一篇”。又说“比来西人之学此者，精益求精，超前轶古，启明哲未言之奥，辟造化未泄之奇。今略举其纲：一为化学，言物各有质，自有变化，精诚之上，条分缕析，知有六十四元，此物未成之质也”。两个外国人能写出这样的汉文，是由于有中国学者李善兰（1810—1882）等共事，他们在讨论为这门科学取名时，必是想到中国文化所积累的对事物变化的认知。“化”在汉语中指变化、转化和造化，因此把英文chemistry按含义译为“化学”，既古雅又恰当。“化学”此词一出，很快为知识界采用。例如，1862年京师设立的同文馆，就曾讲授近代天文学、数学和化学等科。1867年上海江南制造局附设译学馆，翻译格致、化学和制造等方面的书籍。

化学一词流传到日本，对日本学术界也产生影响。此前日本文献中翻译一些西方科学著作，名称多从音译。例如，1837年将《实验化学原理》（Elements of Experimental Chemistry）译成《舍密开宗》，在此，“舍密”是Chemie（德文）的音译。1862年东京西洋医学所附设“舍密局”，是日本学校设化学实验室之始。1868年又在大阪设立舍密局，讲授物理和化学。“舍密”虽然和原文发音相近，但意义费解，不如化学更为切意。所以当日本学者从中国著作中看到将Chemie或Chemistry译为化学时，便逐步舍“舍密”而就“化学”。中日两国文字中都共同使用汉字，但发音并不相同。

在1856年，中文“化学”名称出现的时候，距离道尔顿原子学说的建立已超过半个世纪，已知道有64种元素，知道由这些元素的原子互相作用化合而成各种化合物。化学这个名字从开始就已深入到原子和分子的层次来研究物质的变化规律。

2 化学的含义

化学的中心含义在“化”字。“化”指变化、转化、造成万物之造化等。在五彩缤纷的世界中，各种事物都在不停地变化着：日出日落、刮风下雨、人长大、树长高、烧火煮水、麦粒磨成面粉、生米煮成熟饭等等。自然科学各个学科分别研究各种变化的规律：天文学研究宇宙各星体运行变化规律，气象学研究各地的阴晴雨雪，生物学研究动植物的生长规律，物理学研究各种物质的物理性质和物理变化，化学研究各种物质的化学性质和化学变化。什么是化学变化？下面通过一些实例来讨论说明。

例一，水在电炉中通过加热变成水蒸气，这是物理变化；水在电解槽中通电电解，在两个电极上分别放出氢气（H2）和氧气（O2），这是化学变化。

例二，将石墨拌和些黏土及其他配料做成铅笔，在纸上写字，石墨粘在纸上，这是物理变化；将石墨放在加催化剂的炉中，加上高压、高温，石墨转变为金刚石，金刚石和石墨的化学成分，都是由碳原子组成，但原子间的排列方式和化学键都发生变化，性质也全变了，这是化学变化；将石墨作电极放电，有一部分变成球碳分子，如C60，这也是化学变化。

例三，将葡萄粒榨汁，加些蔗糖，变成一杯饮料，这是物理变化；将这带葡萄皮的加糖葡萄汁，密封在瓶中，过半个月，变成葡萄酒，这是化学变化。

例四，分别将氯化钠、三氧化硫、氯化氢气、蔗糖和乙醇等加入水中，变成盐水、硫酸、盐酸、糖水和酒精。通常前三者是化学变化，后两者有不同看法。因为NaCl在水中解离为Na＋和Cl－，并和H2O结合成水合离子。SO3和水作用生成硫酸（H2SO4）或解离成H＋（或H3O＋）和SO2－4。HCl和水作用生成盐酸、解离成H3O＋和Cl－。对于蔗糖和乙醇溶于水变成糖水和酒精（或酒水）过程，有人认为它们是物理变化，因为在溶解过程中这两种分子内原子的连接方式和化学键都没有变化，当溶液通过蒸发将水除去，依然得到蔗糖和乙醇两种物质。又有人认为这两种物质在溶解时，改变了分子间的氢键等作用力，在溶液中又和水分子有水合作用，应当是化学变化。实际上物质的溶解度、溶解热、溶液的性质和溶液的浓度等基本上是化学家在进行研究。至于气体的混合过程则是物理变化。

人们进行劳动操作，没有大量地引起原子间化学键变化者都属于物理变化。例如将木头锯断、将弯曲的弹簧拉直、将钢铁锉成粉末等都不是化学变化，而是物理变化。

化学变化又称化学反应或化学作用。由上面几个实例可见，化学变化是物质中原子间的排列方式和化学键发生改变的变化。将铁丝锉成粉末，粉末的粒径虽然小到0.1 mm，但是这个尺度相对于钢铁中原子间的距离仍然大上数万倍，在一小粒铁粉中，铁原子数仍超过万亿个，这些原子的排列方式和化学键依然和铁丝中的情况一样，它们的性质也相同。

化学变化的内容非常丰富多样。例如在同一个煤炉中烧煤，炉门开大一点，进到炉中的空气多一点，燃烧生成的气体中主要是二氧化碳，一氧化碳很少；若将炉门关小，进到炉中的空气少，燃烧生成的气体中一氧化碳含量会大增。冬天用煤炉烧煤取暖，一些人煤气中毒丧命，就是因为供给燃煤的氧气太少，产生一氧化碳所致。

在石油化工中，用同一种原料，改变反应器中供给其他辅料的成分、改变反应器中的催化剂、温度和压力等条件，一种原料可生产出多种不同的产品。例如用乙烯为原料，可得聚乙烯、环氧乙烷、氯乙醇、乙醇、乙酸、聚乙烯醇、聚氯乙烯等上千种产品。

化学反应的速度因不同的成分和条件而异，差别极大。将米煮成饭，即将淀粉和水作用生成糊精和葡萄糖，常压下要20min，在高压锅中，只要5 min。用天然气点火燃烧加热，若不谨慎小心，阀门没有关严，天然气漏到关闭门窗的厨房中，当达到一定的浓度，一个火星就会出现大爆炸，伤及房屋和人员。

从上面介绍的几个例子可见，化学是深入到物质内部原子和分子层次了解物质变化规律的科学。化学反应和化学知识关系到人们的衣食住行和日常生活的各个方面。

3 化学的内容

从上述讨论可知，化学是在深入到原子和分子水平上研究元素、化合物和材料等物质的组成、制备、性质、结构、应用、互相作用和变化规律的科学。化学涉及人们的衣食住行、工农业生产、环境的改造和治理等各个方面。在人类多姿多彩的生活中，化学无处不在。化学不仅是化学工作者的专业知识，也是广大人民群众普及科学知识的重要内容。化学起源于人类生活实践，随着火的利用，制陶、冶炼、酿酒、造纸和制药等的发展，化学得以产生和发展。现代化学的成就集中表现在已合成和分离了近3000万种化合物，并将此成果广泛地应用到粮食、能源、交通、材料、医药、防卫以及环境保护等各个方面。为创建高度的文明社会、为经济的可持续发展，化学得到持久不衰的发展动力。

随着生产和科学的发展，化学所涵盖的内容广泛而丰富，它主要是从三个方面研究物质的科学：一是利用各种分析方法测定物质由哪些原子以什么比例组成，原子间以什么作用力结合在一起，它们具有什么样的空间排布。二是用化学合成手段制造出各种组成和结构的化合物和材料。三是阐明并控制化学反应的全过程。

化学出现许多分支。例如，无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学和生物化学等早已形成，较新出现的材料化学、能源化学、环境化学、药物化学、食品化学等内容也已十分丰富。许多学科相互交叉渗透、融合在一起，难解难分，如物理化学和化学物理、生物化学和化学生物学。有的学科按物质存在的状态来分，如胶体化学、纳米化学和表面化学等；有的按研究对象的组成来分，如硅酸盐化学、维生素化学、石油化学、煤化学、一碳化学等。

在自然科学中，常常在所研究内容的名词前冠上“化学”，表明该学科所从事的研究内容。例如，在物质、物种和物品前加上化学，就成为化学物质、化学物种和化学品。

化学物质（chemical substance）是指原子或原子通过化学键结合而成的各种物质，它包括中性的单个原子、多个原子组成的分子、原子基团、带电的正负离子，它们可以是人工合成或天然存在的物质，可处在气态、液态和固态，以及基态、激发态、吸附态等形式存在的纯化合物或混合物。将物质冠上化学两个字以后，对于其他一些物质，例如光子、电子、中子、夸克等亚原子微粒及其聚集体，宇宙中的中子星、黑洞、核聚集体以及电磁场和引力场等物质形态，由于它们不是以原子为结构单元所组成，应排除在化学物质之外，称它们为非化学物质。

由于化学物质可以以多种形态存在，进行化学反应时，可能是中性的原子或分子、或带电的离子、或吸附在某个基体表面上的基团，不好确定地称它为原子、分子或离子，这时可用化学物种（chemical species）这个名称。化学物种是泛指由原子组成、能相对稳定地存在的原子、分子、离子、自由基、簇合物、化合物、超分子等化学实体。

化学品（chemicals，chemical）是化学药品和化学物品的简称。通常是指整体地或部分地经过化学反应工艺处理所得的产品，将它用在化学工业生产和科学研究中，作为它的原料或成为它的产品。包括单质和化合物以及日常生活中用到的化学药品。

又如，化学工业是生产化学品的工业，它是根据社会的需求和原料等实际情况，研究化学生产过程的规律，寻求技术先进、经济合理的原理、方法、流程、单元操作和设备，生产出质优价廉的产品。由于化学科学有别于其他自然科学，它是研究通过化学变化制造新物质的科学，可将化学工业理解为工业化学，成为化学的分支学科。

从“化学”名称出现至今的一个半世纪，特别是后半个世纪，中国化学科学和化工生产起了巨大的发展和变化，进入世界化学大国的行列。现在，化学正以可持续发展的理念，追求资源利用最大化、环境影响最小化，创造大量新物质，为社会各方面的发展提供物质基础。化学和材料、信息、能源、环境、生命、地学、空间和核科学等密切联系，互相渗透，在人类认识自然和改造自然，提高人类的生活质量和健康水平中发挥巨大的作用，推动社会不停地发展进步。

（2011年5月3日收到）

［1］赵区华.化学通史［M］.北京：高等教育出版社，1990.

［2］潘吉星.谈“化学”一词在中国和日本的由来［M］／／赵匡华.中国古代化学史研究.北京：北京大学出版社，1985.

［3］北京大学化学与分子工程学院编（马玉国，王峰主编）.分子共和国［M］.北京：知识出版社，2009.

［4］周公度.化学辞典：第2版［M］.北京：化学工业出版社，2011.