古代化学起源发展
一、古代炼丹实验
炼丹家依据观察实验而得出的某些化学变化的总论,可用现代化学方程式加以表述,如《抱朴子. 金丹》中指出:「丹砂烧之成水银,积变又成丹砂」两句中:
「丹砂烧之成水银」,就是将硫化汞〈丹砂〉加热,变成二氧化硫, 而游离出金属汞〈水银〉,其化学式为: HgS + O2 ─>Hg + SO2。
「积变又成丹砂」,就是水银同硫黄化合,生成硫化汞,起初是黑色, 放在密封器中,升华为晶体硫化汞,成为红色之丹砂。
其化学式为:Hg + S ─> HgS 〈黑色〉─> HgS 〈赤红色〉。
古代炼丹家们在千百次实验中,发现的这些物质变化的现象,可说是对古代化学的重大贡献,因此中国炼丹术的发展,不仅没有阻碍古代科学技术的进步,反而起著促进其发展的作用。宗教和科学之间,存在如此密切的关系,是中国道教难能可贵的优点。了解古代道教所提倡的炼丹术及其与古代科学技术的关系后,就能了解为何鲁迅所说:"中国的根底全在道教" 这句话的道理了。
二、冶金起源
中国冶金是从新石器时代晚期的采石和烧陶发展起来的。由于人们已经能利用近千度高温的陶窑烧制陶器,同时也对木炭的性能逐渐熟悉,因此具备了镕铸、锻打和冶金的基本条件。采石时不断发现各种金属矿石﹐烧陶窑(凡是用陶土和瓷土这两种不同性质的粘土为原料,经过配料、成型、干燥、焙烧等工艺流程制成的器物都可以叫陶瓷)为金属的冶铸准备了高温炉和在炉内还原条件下冶炼矿石的技术。
1、青铜具有一定的硬度和坚韧性,既可作工具,又可制兵器,加上锡、铅的引入降低了冶铜的熔点,使冶炼青铜技术得到迅速发展。商周时期,中国的青铜冶铸业进入一个鼎盛期。大量出土的此间青铜器充分展示了中国古代青铜文化的灿烂光辉。
目前,出土的商周青铜器十分丰富,从工具到农具,从兵器到礼器,从生活用具到装饰品,均反映了青铜材料在当时社会生产力发展的主导作用。而在青铜冶铸的过程中,人们已认识到在青铜中,铜与锡铅的适当配比是非常重要的。
2、冶铁技术的发明是冶金史上继青铜之后的又一里程碑。这一发明无疑借助了人们在炼铜中所积累起来的炼炉设计和高温技术。一般来说,赤铁矿(Fe2O3 )、磁铁矿
(Fe3O4)、褐铁矿(含结晶水的Fe2O3) 、菱铁矿(FeCO3)等铁矿石在木炭燃烧所产生一氧化碳(CO)的作用下,大约在摄氏六百至七百度之间〈600~700℃〉便开始还原反应,到摄氏一千度〈1000℃〉左右就有固态铁金属析出。但要想得铁水,温度至少要达到摄氏一千二百度〈1200℃〉。中国在春秋时期创造的高温液态法冶铸生铁,是世界冶金史上一个划时代的进步。
炼铁、生铁和钢实质上都是铁碳合金。从化学角度来看,它们之间的主要区别在于含碳量的差别。含碳量在百分之零点五〈0.5%〉以下的是块炼铁; 含碳量在百分之二至五之间〈2~5%〉的是生铁; 含碳量介于中间的是钢。目前出土的古代铁器,包括春秋晚期的铁柄铜剑、楚国时期的铁鼎、南宋以生铁铸造炮身以及各种农具。
五、造纸:
到东汉和帝时期,经过了蔡伦的改进,形成了一套较为定型的造纸工艺流程,其过程大致可归纳为四个步骤:第一是原料的分离,就是用沤浸或蒸煮的方法让原料在碱液中脱胶,并分散成纤维状;第二是打浆,就是用切割和捶捣的方法切断纤维,并使纤维帚化,而成为纸浆;第三是抄造,即把纸浆渗水制成浆液,然后用捞纸器(篾席)捞浆,使纸浆在捞纸器上交织成薄片状的湿纸;第四是干燥,即把湿纸晒赶或晾干,揭下就成为纸张。
六、火药:
中国古代以硝石(KNO3钾硝石又称印度硝石、火硝。产于干燥地区的土壤、岩石表面或洞穴中。用作农业上的钾肥和氮肥。主治五脏积热,胃胀闭,涤去蓄结饮食,推陈致新,除邪气。) 、硫黄、木炭或其他可燃物为主要组分,点火后能速燃或爆炸的混合物。因为硝石、硫黄等在中国古代都是药物,混合后易点火并猛烈燃烧,故称为 火药 。用硝石与硫黄、雄黄和雌黄在竹筒中以水法共炼(雄黄,α-As4S4又称作石黄、黄金石、鸡冠石,是一种含硫和砷的矿石,质软,性脆,通常为粒状,紧密状块,或者粉末,条痕呈浅桔红色。雄黄主要产于低温热液矿床中,常与雌黄(As2S3)、辉锑矿、辰砂共生;产于温泉沉积物和硫质火山喷气孔内沉积物的雄黄,则常与雌黄共生。不溶于水和盐酸,可溶于硝酸,溶液呈黄色。置于阳光下曝晒,会变为黄色的雌黄和砷华,所以保存应避光以免受风化。加热到一定温度后在空气中可以被氧化为剧毒成分三氧化二砷,即砒霜。), 当硝石量小时,三物炼雄黄能得砒霜及单质砷;而当硝石量大时,猛火加热,能发生爆炸。
七、染料:
没有发明合成染料以前,古代人是用天然的染料染色的小比如,我国在三千年前已经学会从蓝靛草、茵草根和紫草里得到蓝色、绦红和赤紫的染料; 古代腓尼基人从一种海螺里提取“骨螺紫”——名贵的紫色染料,因为来之不易,只供王公贵族享用,叫做“帝王紫”。还有一种仙人掌上长的胭脂虫,从好几万只这种小昆虫里才得到一两胭脂红染料。这些来自动物或植物的天然染料,实在难得。在合成染料出现后,很快就被淘汰了。 丝、毛的纤维是蛋白质高分子,它由几百个氨基酸“手拉手”地连接起来,氨基酸既有酸基,又有氨基。酸基显酸性,氨基显碱性,容易和碱性或者酸性染料分子结合成盐。因此,丝、毛织品染色不难。棉、麻纤维却是中性的聚葡萄糖高分子。要染上色,就需要“媒染剂”将染料和纤维“撮合”在一起。
你染过红指甲吗? 可以摘几朵红色的凤仙花,捏一点明矾,和凤仙花瓣揉合在一起,敷在指甲上,用布裹上。第二天,指甲就染红了,洗都洗不掉。明矾使凤仙花的红色染料牢牢地挂在指甲的蛋白质高分子上。明矾就是这样一个促进纤维和染料结合的“媒人”。染棉布时,先用明矾浸湿,然后在热蒸汽房里通过。明矾的化学成分是硫酸铝钾,它遇热迅速水解成粘粘糊糊的氢氧化铝胶体,紧紧地粘在棉纤维的表面上。当棉布浸到染缸里的时候,染料很容易挂在氢氧化铝胶体上。布就染上颜色了。除了直接染料、媒染料外,还有一种活性染料。它是染料中发明较晚的一种,染出的颜色特别坚牢,不怕水洗,永不褪色。原来,它的分子上有活泼的反应基团,好象一把强劲有力的“化学钳”,遇上纤维的某些基
团就狠狠咬住不放,和纤维紧密结合成一个整体,洗不掉,拆不散,是比较理想的染料。 hw 曾表演过这样的实验:在玻璃钟罩下扣一束红玫瑰花,在里面送进一块燃着的硫黄。不多会儿,玫瑰花的颜色就褪了。这是硫燃烧后生成的二氧化硫和玫瑰花里的水分作用生成了亚硫酸,它具有还原性,破坏了玫瑰花的色素。白布、纸张和草帽都常用亚硫酸来漂白。但是,空气里的氧会慢慢地使还原了的色素又氧化回来,所以用久了的白布、白纸和草帽常常泛黄。还原能够破坏色素,实现漂白; 氧化也能破坏色素,实现漂白。
八、酿酒:
中国的黄酒,也称为米酒(ricewine ),属于酿造酒,在世界三大酿造酒(黄酒、葡萄酒和啤酒)中占有重要的一席。黄酒是用谷物作原料,用麦曲或小曲(酒曲,是在经过强烈蒸煮的白米中,移入曲霉的分生孢子,然后保温,米粒上即茂盛地生长出菌丝。在曲霉的淀粉酶的强力作用而糖化米的淀粉,因此,自古以来就把它和麦芽同时作为糖的原料,用来制造酒、甜酒和豆酱等。大米(糯米或粳米)或黄米原料经蒸煮,摊凉后,加入曲子,浸米水,或加入酵母搅拌后,在缸内糖化与发酵,发酵完成后进行压榨,压榨出的液体即为黄酒。用麦类代替米者称麦曲。酒曲酿酒是中国酿酒的精华所在。酒曲中所生长的微生物主要是霉菌。对霉菌的利用是中国人的一大发明创造。) 在历史上,黄酒的生产原料在北方以梁(现在也称为谷子,去除壳后的叫小米)。在南方,普遍用稻米(尤其是糯米为最佳原料)为原料酿造黄酒。
蒸馏酒的原料一般是富含天然糖分或容易转化为糖的淀粉等物质。如蜂蜜、甘蔗、甜菜、水果和玉米、高粱、稻米、麦类马铃薯等。糖和淀粉经酵母发酵后产生酒精,利用酒精的沸点(78.5。C )和水的沸点(100。C )不同,将原发酵液加热至两者沸点之间,就可从中蒸出和收集到酒精成分和香味物质。得到的酒液虽然无色,气味却辛辣浓烈。其酒度比原酒液的酒度要高得多,一般的酿造酒,酒度低于20%。 蒸馏酒则可高达 60%以上。 白兰地是葡萄酒蒸馏而成的,威士忌是大麦等谷物发酵酿制后经蒸馏而成的。兰姆酒则是甘蔗酒经蒸馏而成的。
九、古代蜡烛:
有一种虫,寄生在一种树的树干和粗枝上,这种虫叫“白蜡虫”,这种树也因此得名“白蜡树”,这是中国的特产。 白蜡虫在这种树上,寄生在表面上,连成一片,吃的是树汁,分泌的就是白蜡。到了该收获的时候,连片割下,稍微加热,白蜡就分离出来。 中国古代就是用的这样的白蜡,这种白蜡是天然产品,石蜡在很多方面是替代不了虫蜡的。