【基础化学实验装置图演变的初步考证】 化学实验室常用仪器
时间：2019-02-05 03:32:57 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：本文介绍了古代、近代和现代时期的化学实验装置图的演变过程及其在各时期的特点，从一个侧面反映了化学学科的历史进程，以及由此对化学教育产生一些启示。 关键词：化学实验装置图；演变；化学史料
文章编号：1005-6629(2011)11-0061-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
从人类学会使用火开始，化学作为人类认识自然、改造自然的重要武器就―直伴随着人类的发展。而化学实验装置图作为化学学习与传播化学的一种重要工具，数千年来，从最早的壁画到现代的计算机制图，其呈现形式与绘制方法繁杂多样。近代以来化学实验装置图的绘制日趋规范化、精细化，对化学学科的发展和化学教育起到了很大的推进作用。研究化学实验装置图的演变也可以从一个侧面体现化学发展和化学教育的历史进程。
1何谓化学实验装置图
化学实验装置图是表示化学实验中仪器之间相互连接并形成固定装置，以及药品盛放部位的图示。具体来说就是根据实验原理，以及反应物和生成物的性质和特点、反应条件和已选择的实验仪器和药品等因素，将化学反应在哪里发生、进行，物体又是怎样的流向，用简单明了的图示直观地表现出来。一般，可将化学实验装置图分为常用仪器组装的实验装置图，标准实验仪器装置图，生产流程图及反映实验基本操作的图形等；依据用途不同又可将化学实验装置图分成纸平面实验装置图，简易教学挂图和黑板实验装置图等类型。
2化学实验装置图的演变
根据化学发展的历史过程可将化学实验装置图的演变划分为古代时期、近代时期、现代时期3个时期。从化学萌芽至17世纪中叶为古代时期(有的化学史书以公元四世纪以前为古代，公元四世纪至17世纪为中古时期)；从17世纪后半叶至19世纪末为近代时期；从20世纪以来为现代时期。本文对这3个时期的化学实验装置图的演变过程进行介绍。
2.1古代时期的化学实验装置图
古代时期的化学最早可追溯到约50万年前，那时的北京猿人已经会使用火。该时期化学的特点是以实用为主，主要是围绕着社会生活和生产进行的。人们在长期的实践中，创造了许多化学工艺，如陶瓷、金属冶炼、酿酒、染色、造纸和火药等。这些化学工艺与炼丹术、炼金术构成了这一时期的化学知识体系。但该时期还没有明确的化学实验装置图的概念，早期(公元4世纪以前)多以壁画、器具上的图画等形式呈现，主要内容也是描绘与化学有关的生产、生活的场景。不过在埃及人、阿拉伯人等的手稿中也出现了一些较专业的装置图，但绘制得比较粗糙。
例如，图1描绘的是公元前1900年埃及人制造陶器的生产场景。准确来讲这类图并不能算作化学实验装置图，但它又与生产流程图相似，具备了化学实验装置图的一些特征，所以这类图可以说是化学实验装置图的雏形。
又如，图2是抄自巴黎国立图书馆中收藏的公元300年左右埃及的左世谋斯和其他人的希腊文手稿。这些仪器的希腊文名称在字典中查不着。A、B、C、F表示蒸馏装置，Ambix后来称为Alembic(蒸馏釜)，在手稿中把它的下部称为lopas，把上部称为phiale。它们有时用灯(phota)有时用沙浴(如图F)加热。D是一个Kerotakis或升华装置，E为沙浴上加热Phial的装置，c是个铜制蒸馏釜。图3是在我国宋代的《丹房须知》(1163年)中记载的炼丹设备图。图中(1)叫“既济炉”，中央鼎是反应室，上面是冷水器。(2)叫“未济炉”，上面圆筒器是药鼎，外围是火"下部是盛水桶，外围是灰土。水鼎有一管供冷水和引出蒸气。(3)是较完整的蒸馏器。这些装置图虽然绘制得较为粗糙，但已经是较接近真正意义上的化学实验装置图。
欧洲从15、16世纪的文艺复兴时期开始，在思想文化和科学技术上发生了重大的变革，出现了许多有关化学的著作，如意大利人毕林古乔的《烟火术》(1540年)、德国医生乔治・阿格利柯拉的《论金属》(1556年)、约翰・鲁多夫・格劳伯的《新哲学的炉》(1646~1649年)等，同时期我国也有许多有关化学的著作，其中的代表为李时珍的《本草纲目》(1578年)和宋应星的《天工开物》(1637年)。这些著作都不是系统的化学著作，更多的是对生产技术的介绍，其中的插图多是对生产场景的描绘(如图4)，但也包括一些较专业的实验装置图(如图5)，而且绘制得更为精细。
(图右方是一个蒸馏用炉，附有接收器G、H、I。图左方是一个接收器，在水盆中冷却，左下方图表示把两个接收器连接在一起的方法。)
总的来说，古代时期的化学实验装置图的特点为：(1)该时期是化学实验装置图的萌芽时期，化学实验装置图还未完全从对生产生活场景的记录图和绘画艺术中完全脱离。(2)该时期的化学实验装置图绘制方式多样，包括壁画、雕刻、器具上的图画、手稿中的手绘插图等等。(3)该时期的装置图大多以对生产场景的描述为主，绘制得较为粗糙，不能很好地反映仪器的形象与组合方式，以及药品的状态。
2.2近代时期的化学实验装置图
近代化学开始的标志是英国化学家波义耳坚决批判了炼金术士对物质组成的原性说，为化学元素指明了科学的概念。这一时期逐渐建立了独立的化学学科体系，化学实验装置图也逐渐摆脱了描绘生产场景的形式，其学术性增强，也逐渐规范化。
图6来自于卡文迪许的第一个化学著作《论人工空气》(1766年)。装置图中展现了他对空气的操作方法：把气体收集到装满水的瓶中(瓶倒置在没有架子的集气槽中，用绳把瓶支住)；使气体通过水下面的漏斗向上流，从而把一个瓶中的气体转移到另一瓶中；利用虹吸管和静液压力把气453),瓶中转移到动物的膀胱中。图6装置图的绘制采用了剖面图与立体图相结合的方法，绘制得比较精细，写实性较强。
舍勒在近代空气的研究上作出了大量杰出的工作，燃烧方面的发现发表在他的《论空气与火的化学》(1777年)上面。图7呈现的是舍勒的氢气在空气中燃烧的实验：氢气在瓶A中生成，A是浸在热水槽B中；在倒置的烧瓶D中点着氢焰C，水上升到烧瓶中。图8是拉瓦锡在界定空气中加热水银的著名实验，来自于他著的《=化学概论》(1789年)。在这个实验中，拉瓦锡在一曲颈甑中加热4盎司的水银，曲颈甄与钟罩内水银面上的空气连通，空气的体积已被测定。罩内及甄中的空气总体积是50立方英寸。加热12天后，停止实验，空气体积缩减到42立方英寸，最初拉瓦锡叫剩余的气体为“大气的碳气”，后来叫它azote，1791年夏比塔称它为“氮”。图7与图8这两幅实验装置图在绘制时采用了绘画的技巧，写实性很强。但这种绘制方法也有一些缺陷：由于绘制者出于对视角和透视等方面的考虑，对仪器内部的一些装置和药品描绘得不够清晰。
贝采里乌斯是近代最著名的分析化学家之一。从他的著作《化学教程》(1841年)中，可以清楚地了解到 那个时期分析化学实验室的面貌，图9就是贝采里乌斯所使用的一些分析仪器。图9中装置图的绘制采用的是简单的线条，已不再刻意地追求写实，更趋向于示意图。这样的装置图对仪器的结构和药品的状态表现得更清晰。
由前面的例子可以总结出近代时期化学实验装置图的特点：(1)这一时期，随着化学学科体系的逐步建立化学实验装置图也逐渐摆脱了描绘生产场景的形式，其专业性、规范化逐渐增强，但还未形成明确的标准。(2)该时期化学实验装置图的绘制方法多为手绘。(3)该时期的化学实验装置图多为立体图，并在绘制时采用了绘画的技巧，写实性很强，但由于绘制者出于对视角和透视等方面的考虑，对仪器内部的一些装置和药品状态的描绘的不够清晰。
2.3现代时期的化学实验装置图
现代化学是在近代化学基础上发展起来的，又在各个方面大大超过了近代化学。20世纪以来，化学学科体系已趋于完善，无论是在实验方面、理论方面、还是应用方面，新成果都频频呈现。化学实验装置图的绘制也更加规范化，并形成了自己的标准，而且随着计算机的普及，计算机制图也逐渐成为化学实验装置图的常用绘制工具。正是这些因素促成了现代化学实验装置图的独特风格。
图10是实验室常用的制取和收集氧气的方法，即：加热混有二氧化锰的氯酸钾制取氧气，并利用氧气不易溶于水的性质采用排水法收集氧气。图11是二氧化氮的制取和喷泉的组合实验。实验通过铜与浓硝酸反应制取二氧化氮，由于二氧化氮极易溶于水，故可通过图11中的装置将二氧化氮的制取和喷泉实验组合起来。图10和图11都是实验装置的平面示意图，均是以简单的线条表现出实验仪器的形象与组合方式，以及药品的状态和位置，整个装置图规范、简洁，形象。
图12是实验室常用的过滤方式。该装置图不仅简洁、清晰的表现了实验仪器的形象和组合方式，而且通过立体图生动地展现了该实验的操作方式。
现代时期的化学实验装置图有以下的特点：(1)该时期的化学实验装置图更加规范化、专业化、多样化，并已形成了自己的绘制标准，如：仪器规范，图形正确；示意合理，线条清晰；布局合理，图形完整；比例适当，画法统一；画面整洁、没有污痕等。(2)该时期绘制化学实验装置图除了使用铅笔、粉笔、油画笔、三角尺、圆规等工具手绘外，计算机绘图已逐渐成为绘制的常用手法，这也进一步促进了化学实验装置图的标准化。(3)该时期的化学实验装置图多为简单线条组成的平面图或立体图，能简洁形象地突出实验仪器的形象与组合方式，以及药品的状态和位置等。
3启示
从前面的介绍可以看出，从古代、近代，一直到现代的各个历史时期，化学实验装置图从最初的产生于生产生活，到逐渐的专业化、标准化，最终成为化学领域中一种不可缺少的表达形式，它从一个侧面反应了化学学科的历史进程，是化学史的重要组成部分，对于化学教育也具有重要的意义：(1)化学实验装置图作为化学教育的一种重要工具，可以促进学生思维的有序性、完整性，唤起学生的再现性思维，拉近与实物的距离，进而以形象化的方法提高学生的判断能力和学习效率。(2)化学实验装置图作为化学知识的一种呈现方式，有助于加深对化学知识的理解，促进化学知识的传播。(3)绘制一个比例合理、结构科学、连接正确、标注规范、线条清晰的实验装置图，不仅能让实验设计者得到绘制(制作)实验装置图技能的训练，而且能为实验操作者正确快速地安装仪器、理解实验步骤提供帮助，还能让实验操作者获得实验装置图美的熏陶和享受Ⅲ。(4)研究化学实验装置图的演变不仅有助于学生掌握学习化学知识的科学方法，而且能激发学生学习化学的兴趣，调动学生学习化学的积极性。
参考文献：
[1]熊言林.化学实验设计的内容与思考[J].化学教学，2008，(2)：3～4.
[2]王勇.化学实验装置图绘制的技能技巧L玎.阜阳师范学院学报(自然科学版)，1998，(2)：51
[3]j.R.柏廷顿著，胡作玄译.化学简史[M].桂林：广西师范大学出版社.2003.
[4]《化学发展简史》编写组.化学发展简史[M].北京：北京科学出版社，1980.
[5]熊言林.二氧化氮的制取和喷泉组合实验新设计[J].中学化学教学参考，2005，(1-2)：69.
[6]梁永锋.化学实验仪器和装置图的画法[J].化学教育，1997.(5)：35.
