中国化学史的细节

中国在公元前100年发明了造纸术。公元105年,东汉蔡伦总结推广了造纸技术,而欧洲人还在用羊皮抄书!

公元700-800年,孙思邈在《硫磺法》中记载了黑火药的三种成分(硝酸钾、硫磺和木炭)。火药在13世纪传入阿拉伯,在14世纪传入欧洲。

公元前200- 400年炼金术在中国兴起。魏伯阳的《周易参同契》和葛洪的《抱朴子》记载了汞、铅、金、硫等数十种药物的特性和配制。公元750年,中国炼金术士传入阿拉伯。唐朝的华茂是公元800年世界上第一个发现氧气的人。世界纪录协会最早发现氧气的世界纪录是唐代的华茂,比英国的普里斯特利(1774)和瑞典的舍勒(1773)早了约1000年。

中国是“纤维之王”……丝绸的故乡。公元前2000年,中国已经会养蚕了。公元200年,养蚕技术传入日本。

公元前600年,中国已经掌握了冶铁技术,比欧洲早1900多年。公元前200年,中国制造出了球墨铸铁,比英美早了2000年。

中国在1000多年前就能冶炼锌,比欧洲早400年。

公元前2000年,中国已经能够熔化和铸造铜。中国在公元前1700年开始冶炼和铸造青铜。900多年来,我国的胆汁浸铜法是世界上最早的湿法冶金技术(置换法)。

1700多年前,中国已能冶炼铅和铜铅合金。

公元前8000年至6000年,中国制造了陶器。公元200年,中国掌握了制瓷技术。

3000多年前,中国使用天然染料染色。

中国是世界上最早发现漆料并制作漆器的国家,约有7000年的历史。

中国从公元前4000-3000年就开始酿酒了。公元前1000年,中国已经掌握了制曲技术,比欧洲的“淀粉发酵法”早2000多年。

3000多年前,我们的祖先发现了石油。古书“河中有火”是指从地下流出的油溢出到水面燃烧。宋代沈括在《孟茜笔谈》中首次记载了石油的用途,并预言“此物将流行于世”。世界上最早开发利用天然气的是中国四川的琼和陕西的洪门。

我们的祖先很早就使用木炭和石炭纪(也叫黑炭,就是煤),但欧洲人在16世纪就开始使用煤了。

1939年,我国化学专家侯提出了“联合制碱法”,1939年,侯完成了世界上第一部纯碱工业专著《纯碱生产》。

1965年,中国在世界上率先用人工方法合成了活性蛋白…结晶牛胰岛素。(因为签名,诺贝尔化学奖与中国人擦肩而过。)

20世纪70年代,中国独创的无氰电镀工艺取代了有毒的氰化物电镀,这在世界电镀史上是一个创举。

1977年,中国发现了世界上最大的钻石…常林钻石。

世界海盐产量5000万吨,其中中国产量超过13万吨,居世界第一。早在3000多年前,中国就利用海水制盐,是世界上制盐最早的国家。

中国有世界上已知的140多种有用矿物。它是世界上最早冶炼矿物的国家。根据目前的考古资料,我国的陶器生产可以追溯到新石器时代早期,距今已有一万多年的历史。20世纪60年代以来,许多遗址发现了大量早期陶器,如江西万年县仙人洞、桂林竹皮岩、柳州大龙潭鲤鱼嘴、桂林妙言、湖南道县玉蟾岩、河北徐水南庄头、阳原余家沟等。这些陶器是由铁熔粘土混合石英砂和其他碎屑制成的。坯体为手工捏制,胎壁厚而不均匀,烧成温度低,质地柔软,呈褐色,深浅不一。【1】最早的陶器可能是将陶坯烘干后直接用篝火烧制而成,极其易碎,很难见到残存的完整陶器。直到很晚的历史时期,中国东北和北方的一些少数民族仍在使用这种露天烧制方法。

随着文明的发展,人们逐渐掌握了用陶窑烧制陶器的技术。早期的陶窑一般都是在坡地上开凿的。窑室位于火池上方,中间由火道和火孔连接。火室内的火焰通过火道和火眼进入,自下而上流动,最后从窑顶排出。由于对进入窑室的空气缺乏控制,氧气往往过量,因此陶器中的铁会被氧化成Fe2O3,制成的陶器呈红色。红陶是黄河中游新石器时代中期仰韶文化的代表。[3]彩陶是一种具有多彩花纹的陶器,最早发现于前仰韶文化的白家文化和北首岭早期文化(距今7800-7100年)。有两种类型的装饰图案:对称的几何图形和象形图案,其中鱼图案是半坡类型的标志。【4】制作彩陶的一般流程是:选取可塑性高的粘土,去除杂质,加水制成细泥。通过慢轮牵引修改形状,干燥并涂上天然颜料,最后在约950℃的温度下烧结。颜料有黑色、红色、白色等。其中黑色颜料主要由铁锰矿粉制成,应用广泛。长江中游屈家岭文化的薄壳彩陶,是用烟熏的方法上色的。[5]

随着陶窑的发展,人们发明了各种封闭窑顶的方法。其中一种是封住出风口后向内喷水,这样烧成后期窑内氧气减少,陶器中的部分氧化铁还原成四氧化三铁和氧化亚铁,陶器呈灰色。如果火室内的柴火太多,游离炭黑会均匀地渗入陶胎,制成的陶就会发黑。[3]黑陶最早出现在河姆渡文化晚期[6],但大量黑陶出自龙山文化时期。龙山黑陶含铁量高,体内有许多应时等碎片和大量气孔,强度较以前的陶器有质的提高。一般的制作工艺是:精选原料,快速车轮成型后打磨坯体外观,最后在温度约为1000℃的立孔窑中烧制。【7】龙山有一种黑陶,薄如蛋壳(最薄处只有0.1-0.2mm),重量极轻,黑亮,做工精致。称为蛋壳陶,常有鼻、耳、盖、足、扣等丰富的饰物。只有保证粘土极其细腻,渗碳工艺娴熟,这种陶器才能烧得好。[8]

晚期在罗家角文化遗址、大溪文化遗址、仰韶文化遗址出土了一种白色陶器,称为白陶。到了大汶口文化和龙山文化时期,烧制白陶变得更加普遍。白陶中Fe2O3含量低,而Al2O3含量高,所以烧制后呈白色。早期的白陶由辉石、闪石、绿泥石或滑石的风化产物组成,后来转为高岭土和高铝粘土。

新石器时代晚期,长江流域出现了印花硬陶。商代硬陶多见于今浙江、江西一带,器物内壁多有垫料痕迹。西周时期的硬陶多见于长江流域,但春秋时期,吴越地区仍流行硬陶。硬质陶瓷用的粘土有精制瓷土、紫砂土、滨海沉积土等。,质地纯净,氧化铁含量低。烧成温度在1100℃左右,有些陶瓷样品的烧成温度甚至高达1280℃。

1993年,马桥遗址出土了中国最早的高温釉陶瓷(距今约3900-3500年),其烧成温度为1150℃-1180℃。在商周时期,遗址和墓葬中出土了更多的原始瓷器。这些原始瓷体坚硬,胎质比硬陶更精细。胎色为灰色、蓝灰色、黄白色或灰褐色,釉层薄而不均匀。釉色浅绿、灰绿、黄绿或灰褐色。原瓷烧成温度约为1200℃,胚为南方瓷土,釉为石灰釉,烧成后基本不吸水。[10]但是,原始瓷器毕竟不能完全脱离陶器的范畴。原始瓷器的一些原料中掺有大量的石英砂颗粒,釉面均匀性差。瓷胎中含有莫来石晶体,以及一定量的玻璃相和气孔。

低温铅釉陶最早出现在汉代。它是在700-900℃下烧制的。铅被添加到釉料中以降低釉料的熔点。这种陶器燃烧不充分,容易渗水。当时人们已经意识到了铅的毒性,所以在饮食上避免使用低温釉器皿。【12】唐代出现了一种民间烧制的彩铅釉陶——唐三彩。它是以粘土为胎,先经1100℃左右高温烧制,再用铜、铁、钴、锰等矿物质和氧化铅制成的着色剂着色,再经900℃左右高温烧制而成。目前,规模较大的唐三彩窑址集中在陕西Xi和河南洛阳。由于含有CuO、CoO、Fe2O3、SiO2等成分,成品出现青、蓝、黄、白等釉色。

到了宋代,紫砂陶器开始崭露头角,它与普通陶器的区别在于Fe2O3的含量较高。其原料紫砂主要是粘土,还含有应时、铁矿物等成分。紫砂土中的铁经过破碎、细磨、陈化等几个初步过程,形成铁胶体或高塑性粘土。成型干燥后,在1100℃左右烧成,生成莫来石、尖晶石、堇青石、高温应时等物质,得到成品。原始瓷器的烧制技术有了很大的提高,发展出了真正的瓷器——青瓷。青瓷的釉面光泽。釉与胎结合牢固,烧成温度1260-1310℃。[15]最早的青瓷集中在南方地区,北朝时期才传到北方。北方青瓷Al2O3、SiO2、Fe2O3含量低,釉色均匀性差。[16]

随着制瓷水平的提高,胎釉中铁的含量逐渐被人们所控制,白瓷应运而生。早期白瓷有时会出现蓝釉现象,在北方发展很快。

本草和炼金术

从古代到汉代

“本草”一词最早出现在汉初,是中国古代中药的总称。在商朝之前,祖先们常常将疾病归咎于神或恶灵。到了周代,医学有了一定程度的发展,逐渐发现了一些具有医疗保健功能的食物。东周《山海经》记载中草药124种,其中动物药66种,植物药51种,矿物药2种,水土药2种,未知3种。但那时候还是巫医,药只是使用法术的附属品。魏晋时期,道教活动进一步发展,炼丹术逐渐成熟。东晋葛洪的《抱朴子内篇》评论了修身养性和服仙丹两种养生方法,其中《仙丹》、《仙药》、《黄白》三篇尤为世人所看重。其中提到一种“九转沈丹”,是以红盐(含氧化汞)、根雪(氯化汞、氯化亚汞)、白萱(醋酸铅)为原料,经过反复提炼后得到的“还丹”(成分可能是氧化汞)。[25]黄白还公布了他收集的一些黄柏主方,强调制造金银是延年益寿的手段,而不是致富的手段。[26]