溯源化學發展(1 / 3)

溯源化學發展

原始人造火,奴隸社會提取銅,人類進化邁大步。歐洲、阿拉伯、華夏煉金術熠熠生輝光芒閃爍。帕拉塞斯是一位偉大的醫生,又是一位招搖撞騙的人。有關化學發展的說法,沸沸揚揚充滿神奇。

人類從遙遠的古代就開始了積累化學實用知識,但這一過程進行得很慢。進入原始社會後,人類在為生存而進行的殘酷鬥爭中掌握了一些偶然的化學常識。在有文字記載以前知道了食鹽,了解它有調味作用和防腐作用。對衣服的需求,使他們學會了用原始方法加工獸皮。

早在人類學習使用火的時候,就開始了對化學進行實踐。他們用火的目的是取暖,而不是改變物質。他們是“看火者”而不是“造火者”。

隻有學會了造火,人類才真正成為火的駕馭者,繼而有效地用火做飯、製陶、冶煉金屬,所有這些都包括在早期的化學工藝中。

舊石器時代的人類已成了“看火者”,他們掌握物質冷熱並沒有超出烤肉食的範圍。而在新石器時期,他們的知識擴展到燒製陶器和冶煉(熔化)一些不活潑的金屬,如銅。另外還掌握了釀酒、編織品染色及製造玻璃等一些化學工序。他們還使用了各種藥物,藥物大部分是用植物製取的。

掌握冶煉技術是向前邁進的重要一步,對人類文明有著深遠的影響。銅可能是第一個被冶煉出來的金屬,先是用藍色堿式碳酸鹽礦,以後又用硫化物礦。到了公元前1200年,鉛、錫、鐵也被生產出來了。

人類還認識了金、銀和水銀,它們應追溯到銅器以前,因為它們的低化學活性能使其以天然金屬的狀態存在。原始社會時期人類還知道了一些礦物顏料,如赭石、赭土等等,用來染製各種生活用品,織物、石壁繪畫和紋身等。

原始社會人類在實用化學方麵最初成就是非常微小的,但是在這些成就基礎上,才有以後各個時期化學的發展。

進入奴隸社會後,產生了生產過程的專業化,在化學工藝的不同部門都出現了一批專業手工業工人。

冶金方麵也有顯著成就。公元前幾千年,在埃及、小亞細亞、外高加索等地已經開采黃金,並進行加工和提純。人們已熟悉從礦石中提取銅、錫、鉛的方法,後來又有提取銀和汞的方法。

遠古的人類從使用石器到開始掌握金屬工具大約經過幾十萬年的歲月。原始社會後期,人們在不斷改進石器和尋找、開采石料的勞動中偶然發現了紅銅。由於當時製陶技術已經相當成熟,這就有可能對天然銅加熱煆打以至熔鑄,並逐步過渡到用礦石來冶煉鋼及其他金屬。

在伊朗西部的阿裏喀什和安納脫利亞(又稱小亞細亞)發現公元前7000年到2000年用的天然銅錘打成的小型銅器。在土耳其安哥拉附近的撒塔爾·許遇克的一個古營地曾發掘出9千年前的天然銅小球。

在土耳其東部的凡湖附近發現了最早的距今7000到6000年前的煉銅遺址。據說那裏有許多含銅礦物裸露地表,在上麵燃燒炭火,便會還原出銅來,並遺留在灰燼中。那裏的居民可能就是這樣逐步總結出冶銅的方法。

總之,到了公元前3000年時,很多地區普遍掌握了煉銅技術。

值得一提的一項重大技術成就是那時已知用氧化性鐵礦為助熔劑,來降低冶煉銅的溫度。例如在小亞細亞的拉姆納遺址中,發掘到建於公元前4000年的一個冶銅工場,冶煉爐是一座用粗製石塊砌成的碗式爐,其爐渣是矽酸鐵類型。當地的銅礦是含矽而不含鐵的,所以可判斷用了氧化鐵礦來降低煉渣的熔點。

另外大量的銅不僅來自氧化銅礦,也可能來自硫化銅礦。例如土耳其埃爾加尼馬登的銅礦就是典型的硫化礦。此類礦石要求先在不超過800℃的溫度下長時間焙燒,使硫化礦轉變為氧化礦,再用木炭還原。冶煉中還需加入砂石造渣,使其中的氧化鐵轉變為矽酸鐵成渣,以與銅分離。

純銅質地比較軟,既不適合於製造工具,也不宜於製作兵器。青銅是銅與錫或鉛的合金,硬度較純銅大得多且堅韌,又具較好的鑄造性,所以人類從使用紅銅逐步地過渡到青銅器。

中國最早的青銅大概是把銅礦石或金屬銅與錫(鉛)礦石、木炭放在一起合煉出來的。比較有名的是“司母戊鼎”和“四羊尊”。

“司母戊鼎”是殷代前期青銅器的代表作,是世界最大的出土青銅器,重達875公斤,其銅占84.77%,錫占11.64%,此外還有少量的鉛。銅錫比例均按一定的成份,如此神奇,不愧為古代一絕。

“四羊尊”是一種盛酒器,造型逼真,結構複雜,四隻羊頭上長出卷曲的羊角,還有突出的羊頭,鏤空的扉邊。充分反映出中國古代青銅器的高超熔鑄技藝。

在青銅時代中,人類隻知道隕鐵,還不會用鐵礦石煉鐵,雖然煉鐵並不要求特別高的溫度。隻是到了公元前7世紀在埃及、小亞細亞、美索不達米亞等地出現了生鐵製造工具。由此鐵器時代開始了。

鐵的冶煉是一個化學過程。用鐵做生產工具是古代生產力發展和提高的一個重要標誌。鐵器使人類有可能在廣大麵積上進行耕作,把廣闊的森林地區開墾為荒地。其堅固和銳利程度是無論什麼石頭或當時任何金屬都不能與之匹敵的。

西方早期使用的人工鐵都是固態鐵(或者叫塊煉鐵),大約在1200℃的溫度下用木炭屑把礦石還原成固態鐵,生成時鐵與渣和未燒完的木炭攪混在一起,然後靠不斷趁熱鍛打,擠出其中雜物,並把小鐵塊鍛接起來,然後再鍛打成型,製成器物。它堅韌不易斷裂,主要是製造匕首的刀體。

尼羅河流域和印度河流域一些國家到了公元前8世紀時冶煉業到了興旺時代。考古學家曾在亞述王國薩爾貢二世的王宮遺址中發現了160噸鐵,其中大部分是鐵棒,顯然這些都是製造鐵器的原料。

大約公元前6世紀,埃及人掌握了鐵炭合金快速冷卻的方法,即把紅熱的金屬插入水或鹽中,而提高其硬度,這叫淬火。但淬火易產生脆性的組織,因而還需進行低溫處理,即退火,使失去的可鍛性在一定程度上恢複。公元前5世紀左右,希臘人已經用鐵器製造采礦工具和盔甲片。

華夏冶鐵技術大致可追溯到春秋時代中後期,在河北省槁城台西村出土了一件鐵刃銅鉞(一種兵器),據考證是距今3000年上下商代遺物,是中國目前為止發現的最早的鐵器。刀口的鐵是從隕鐵取來的,銅是青銅。那時已知鐵比銅銳利,故用它做刀口。

中國古代的生鐵先後發展形成了四個品種,即白口鐵、灰口鐵、麻口鐵和韌性鑄鐵,而且逐步掌握了它們的性能,分別找到它們合適的用途。

同其他地區、民族相比,中國不僅較早地生產了生鐵,而且把冶鐵技術傳授出去。歐洲的鑄金術,就是在11或12世紀由中國傳去的。

黃金是人類最早發現和利用的金屬之一。它以遊離單質狀態存在於自然界,出現在一些河沙和山岩間,即所謂沙金和山金,在取得它的過程中並不需化學冶煉。最初人們隻可能偶然拾得一些較大的金塊;其後才采用“披沙淘金”的方法收集沙金;“平地掘井”開采山金則是較晚的事了。

銀在自然界存在的數量很少,它主要以硫化物狀態與鉛混在一起。在冶煉鉛時,銀與鉛一起被還原出來,並成為合金,所以銀自古以來就是煉鉛業中的一項重要副產品。

大約在公元前2000年時,人們就已采用吹灰法提取銀(往銀礦石中加入鉛共煉),並把銀從鉛中分離出來。用吹灰法提煉出銀後,再經一道木炭還原的工序,就可從鉛灰(即黃丹)中再回收到金屬鉛。

且說人類在長期使用火的過程中,發現泥土在火的作用下變得堅硬牢固,便逐漸發明了陶器。

陶器是怎樣發明的?說法不一。有人認為:最古老的生活所用容器是用枝條編製的,為了使其耐火和致密無縫,往往會在容器內外抹上一層粘土。使用中,有時器皿被火燒著,木質部分被燒掉了,但人們發現粘土不僅保留下來,而且變得更堅硬,仍可使用;進而又發現成型的粘土,也可直接燒製成器皿。於是便有意識地將粘土搗碎,用水調和,揉捏到十分柔軟的程度,再塑造成各種形狀所需的器皿,放在太陽下曬幹,最後架在火上烘烤、焙燒,這樣就獲得了最原始的陶器。還有的人則認為陶器的發明可能具有更大的偶然性。無論如何,取得完整的製陶經驗,需要漫長的過程。

陶器大致在新石器時代的中後期出現。最早是原始的紅陶,繼之是彩陶,進而發展到黑陶或灰陶,進一步便是釉陶的出現。

陶器是人類利用火製造出的一種自然界不存在的新物質。當人們把泥坯放入火中燒到一定溫度後,泥土中的石英、雲母等粘土礦物就會部分發生化學變化,由於燒製溫度不高,因此隻能生成少量玻璃相,這些玻璃相再同其他礦物成份粘結起來,於是就構成了一個燒結的新物質。

最有名的要數中國的“唐三彩”和稱為“世界第八奇跡”的秦代兵馬俑。

“唐三彩”是釉陶發展的高峰。釉陶是一種含二氧化矽較多的粘土,燒製溫度在1100℃以上,然後又摻加石灰石、草木灰、方解石等含氧化鈣、氧化鉀的堿性氧化物,以及氧化銅、氧化鐵等顏料,燒製而成的陶器。

“唐三彩”以白色粘土為胎,其釉彩有黃、褐、藍、深綠、淺綠、白、赭黑、紫等多色。但以白、綠、黃三色為基色。所以人們稱其為“三彩”。它不僅細膩、堅硬,且美如翡翠,色彩鮮明,是陶器史上一朵奇葩。

秦代兵馬俑位於陝西省臨潼縣城東5公裏處的秦始皇陵內。其規模巨大,各種造型栩栩如生,有陶馬、陶俑、兵器等,一排排,一隊隊,聲勢浩大。凡見過的人,無不為之驚歎。

這些泥土做的兵馬俑埋在地下幾千年了,至今保存完好。這與中國古代發達的製陶技術是分不開的。

隨著陶器製作的發展,瓷器也開始發展起來,尤以中國最盛,瓷器的故鄉是中國。

中國瓷器是在白陶、印紋硬陶及釉陶的製作經驗基礎上發展起來的。工藝過程基本上是相同的,但在原料選擇和燒成技術上有質的飛躍和突破。一般公認瓷器有以下特點:

原料應是白色瓷土,這種粘土主要含鉀、鈉、鈣以及鋇的矽鋁酸鹽和石英。它以A12O3含量高、堿性氧化物含量低、Fe2O3含量格外低而區別於製陶粘土;必須耐受高溫焙燒,一般燒成溫度在1200℃以上,胎體基本燒結;瓷器燒成後吸水率要低;表麵施有一層高溫燒成的玻璃釉質。

中國瓷器秀雅精致,曆來享有盛譽,受到喜愛,成為中華古代燦爛文明的象征。

玻璃的發明也是在遠古時代,並無文字記載,有過一些傳說和推測。如古代的古腓尼基(地中海東岸古國,即今敘利亞與黎巴嫩的沿海一帶)人的水手們在一次航海中停泊在埃及沿海岸邊,在沙灘中用天然堿支撐燒飯的鍋子,從灰燼中發現有光亮的珠子,從而發明了玻璃。還有一種說法:認為玻璃最早大概是埃及陶工發明的,起初他們可能是把白雲石粉與天然堿一起摻進泥土做為陶衣漿,以求美觀。結果這種陶器上便生成一層光滑發亮的釉層,這種釉層往往因過厚而滴落,於是爐底便會取到玻璃珠,從而發明了玻璃。

中國玻璃可能發源於冶金,不是脫胎於青釉的製作,因為早期青銅是以孔雀石與鉛、錫礦石一起合煉而成的。冶煉時,幾種礦石溶解,必然要生成渣質。大多次排渣過程中會出現凝成珠的半透明玻璃狀物質,這種物質被氧化銅著上綠色,於是引起人們的注意,被挑揀出來加工成裝飾品,這可能便是中國原始的,從偶然中得到的玻璃。