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上一篇回顧：第2章 化學(xué)是研究原子和分子的科學(xué)(2)

第3章

化學(xué)是社會發(fā)展的推動者

圖3.2.1　我國古人制作的陶器

（a）陶缽；（b）陶鼎；（c）陶缸

自然界的水果皮上含有能使糖類發(fā)酵成酒的酵母，可以用簡單的工藝促使果汁及糖類轉(zhuǎn)化為酒。

大約在公元前3000多年，世界上各個民族就已開始根據(jù)本地區(qū)的特殊環(huán)境和條件，利用不同的原料和不同的方法，獨立地發(fā)明了別具特色的釀酒工藝。從利用水果直接發(fā)酵制酒，到利用谷物發(fā)芽和谷物蒸煮糖化再進行發(fā)酵制酒，豐富了當時的食物品種，提高了對自然物質(zhì)世界變化規(guī)律的認識，探索出從一類物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪活愇镔|(zhì)的方法，積累了天然產(chǎn)生的有機物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的知識。

酒放久了會自動氧化變成醋，嘗起來是酸的。用水浸泡草木灰所得的水溶液，呈堿性。從而，人們逐漸地了解不同物質(zhì)的水溶液性質(zhì)。

第四，隨著社會的發(fā)展，陶器發(fā)展為瓷器，它對原料的篩選、加工、成分和性質(zhì)積累了豐富的化學(xué)知識。燒制瓷器為提高化學(xué)反應(yīng)溫度積累了經(jīng)驗，對瓷器表面的施釉技術(shù)進行開拓創(chuàng)新。陶瓷表面的彩繪圖畫和書法文字的內(nèi)容和形式，也反映了當年的文化和思想。這些瓷器經(jīng)歷了長期的風(fēng)雨，至今還保存得相當完整。圖3.2.3示出公元前2世紀燒制的秦始皇陵兵馬俑。

圖3.2.3　秦始皇陵兵馬俑

3.2.2　冶煉金屬

銅和鋅的合金呈現(xiàn)黃色金屬光澤，稱為黃銅。由于鋅的冶煉較難，公元前后幾十年間才在世界上開始出現(xiàn)。

鋼鐵的發(fā)展較青銅晚。早期人們用隕鐵加熱、鍛打、制造鐵器。隕鐵來自天外，數(shù)量有限。用火燒制陶器以及銅合金的冶煉，促進了用鐵礦石冶煉鋼鐵的技術(shù)發(fā)展，初期小規(guī)模的冶煉，用以制造農(nóng)具、刀斧和寶劍。根據(jù)歷史文獻記載，大約在公元前1000多年，西亞地區(qū)冶鐵業(yè)普遍興起。我國在春秋時代已發(fā)展了冶鐵技術(shù)，生產(chǎn)生鐵和鑄鐵，春秋晚期已開始制鋼，到戰(zhàn)國時期，煉鋼技術(shù)已廣泛應(yīng)用于制造兵器和工具。

黃金是人類最早發(fā)現(xiàn)和利用的金屬之一。金在自然界中以自然金的形式出現(xiàn)在河沙和山巖之中，數(shù)量較少。揀到金塊和金沙，無須化學(xué)冶煉，直接加熱熔化即可得到金光燦爛而又穩(wěn)定的金屬，用以制作裝飾品和工藝品，以后逐漸用它制造金幣。

銀在自然界中常以硫化銀（輝銀礦）的形式與鉛礦共生在一起。在冶煉時銀和鉛一起被還原出來，再從中分離金屬銀和金屬鉛。銀白色的金屬銀常用來制作工藝品和首飾，以后用以制作銀幣。鉛主要用于制作器皿。

冶金事業(yè)的開始和發(fā)展，使人們認識了銅、錫、鐵、金、銀和鉛等化學(xué)元素的性質(zhì)，積累了許多化學(xué)知識。

3.2.3　煉丹

從公元前4世紀到公元17世紀初的兩千年間，社會上生產(chǎn)的發(fā)展、人民生活的改善、醫(yī)藥的探索、戰(zhàn)爭對武器的需求等各個方面，推動著化學(xué)活動的進行。

為了求藥治病，尋找長生不老藥，煉丹術(shù)在這期間幾乎不間斷地進行著。這方面的工作主要是在煉丹爐中以各種礦物和金屬為原料煉制丹藥，使它們進行化學(xué)變化，希圖得到新的物質(zhì)。在煉制過程中對一些元素及其化合物的認識得到提升。汞（水銀）以及硫化汞（HgS，丹砂）、氧化汞（HgO，紅色，三仙丹）、氯化汞（HgCl2，升汞，粉霜）、氯化亞汞（Hg2Cl2，甘汞）等都曾被采集并煉制出來，用作藥物治病。金屬鉛、一氧化鉛（PbO，黃丹）、四氧化三鉛（Pb3O4，鉛丹）、醋酸鉛和碳酸鉛等化合物也先后煉制出來。將金屬鉛或鉛粉在空氣中加熱，容易生成一氧化鉛，因為色澤金黃，稱為黃丹或玄黃，夸張地說它有“概括天地，衍生萬物”的威力。將黃丹進一步以猛火焙燒，即成為紅色四氧化三鉛，稱為鉛丹，秦始皇兵馬俑身上用鉛丹作紅色顏料。鉛丹等作為藥物，被認為久服能通神明。砷及其氧化物和硫化物的冶煉和制備工作進行了很多。砒霜是三氧化二砷（As2O3），已深入普遍地了解到它是劇毒藥物。雄黃（四硫化四砷，As4S4）和雌黃（三硫化二砷，As2S3）都呈現(xiàn)黃色，稱為雌雄雙黃，用作藥品和顏料。用砒霜與草木灰等混合密閉燒煉，可制得銀白色的砷。

3.2.4　發(fā)明黑火藥

黑火藥是我國古代的四大發(fā)明之一，其他三大發(fā)明分別為造紙術(shù)、印刷術(shù)和指南針。黑火藥的發(fā)明是人類文明史上一項杰出成就，也是化學(xué)發(fā)展史上的大事。在火藥的發(fā)明過程中，煉丹家起了主要作用，因為在煉丹過程中對黑火藥的主要成分硝石和硫黃的性質(zhì)有較深入的了解。硝石的化學(xué)成分是硝酸鉀（KNO3）或硝酸鈉（NaNO3），是煉丹術(shù)士常用的藥物。

黑火藥是由硝石、硫黃和木炭按一定的比例配制而成的，它能在點火后快速進行化學(xué)反應(yīng)，燃燒爆炸。由于硝石和硫黃都是中藥，而木炭呈黑色，故稱黑火藥。雖然配制黑火藥的年代久遠，但技術(shù)很成熟，現(xiàn)在隔了幾千年，仍可傳承原來的配方。

黑火藥可用來制造煙花、爆竹，在節(jié)日給人們帶來熱鬧、興盛和快樂。黑火藥作火槍的炸藥，可驅(qū)趕猛獸、獵取野生動物，改善生活條件。黑火藥在建筑工程中，可用于爆破山體巖石，便利修路、蓋房、開山、造田等工程的進行，為社會的發(fā)展貢獻力量。任何事物都有兩重性，黑火藥用來制造槍炮，成為作戰(zhàn)的武器，取代長矛和弓箭等冷兵器，在戰(zhàn)爭中殺害對方，對增加人員傷亡起很大作用。

隨著歷史進程，黑火藥發(fā)展為多種化學(xué)炸藥，民用和軍用并重。在中國，偏重民用，制造煙花爆竹、修路蓋房。在歐洲，經(jīng)過工業(yè)革命，發(fā)展新的化學(xué)方法，制造火藥火器、堅槍利炮，用于戰(zhàn)場，對外擴張，改變整個世界格局。要使發(fā)明黑火藥的我們國家和平發(fā)展、繁榮富強，必須要有堅實的先進的化學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)，制造生產(chǎn)性能優(yōu)良的火藥和火器。

3.2.5　化學(xué)變化的樸素觀點

隨著制陶、冶金、煉丹和釀造等化學(xué)活動的發(fā)展，人們對周圍世界的變化規(guī)律的認識逐步提高。中外先哲們對周圍客觀世界的本原和演變進行思考，發(fā)表見解。它們涉及自然界的很多根本問題，包括宇宙萬物的起源、物質(zhì)的基本組成、物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、物質(zhì)間的相互關(guān)系、物質(zhì)的運動和轉(zhuǎn)化規(guī)律，它們對后世化學(xué)的發(fā)展影響極大。下面簡單地介紹兩種物質(zhì)觀。

1．四原性說

希臘哲學(xué)家亞里士多德（Aristotle，公元前384—前322）認為萬物的基礎(chǔ)是單一的、潛在的原初物質(zhì)，它們可以被賦予若干不同的物性，這些物性便使得各種物體具有了某種個性和特定的形式。物性有相互對立的熱、冷、干和濕這四種。這四種物性兩兩組合，成為六對。由于對立面無法成雙共存，即同一物體不可能既是熱的又是冷的，或者說既是干的又是濕的，由此推出基本的物性只能結(jié)合成四對：熱和干，干和冷，冷和濕，濕和熱，它們分別與四種原初物質(zhì)火、土、水、氣相對應(yīng)，如圖3.2.5所示。后世稱這種學(xué)說為“四原性說”。

四原性說認為原初物質(zhì)是物性的組成。物質(zhì)包含物性的程度可以任意變化，而使一種物質(zhì)嬗變?yōu)榱硪环N物質(zhì)，可在自然界中發(fā)生，也可人為地促進。例如氣和水都含有濕，只要以冷克服熱，氣就可以變成水。

2．五行說

五行說在我國殷商時期（公元前1000多年）就已在民間傳播。這個學(xué)說認為構(gòu)成宇宙的五種基本元素是金、木、水、火、土。將它們稱為“五行”。這里“行”的含義是“行為”“性能”，五行即五種不同性能的物質(zhì)，它們相克相生，相互結(jié)合起來而生成萬物。

五行相克相生的具體規(guī)律是：水能滅火，故謂之水克火；火能熔化金屬，即火克金；金屬做成的刀斧可以砍伐木材，稱為金克木；木材制成農(nóng)具，可用來耕地翻土，即木克土；土筑堤壘坡可以擋水，即土克水。五行相生的次序為：木生火（木燃燒生火），火生土（火燃燒后的遺燼為土），土生金（土即礦石，它經(jīng)過冶煉而得金屬），金生水（金屬能凝聚水汽而成水），水生木（用水灌溉，樹木生長）。

將五行按圖3.2.6所示的木、火、土、金、水的次序排在五邊形面的五個頂角上，相鄰的實線箭頭的次序是相生，隔一個的虛線箭頭的次序是相克，次序井然，終而復(fù)始。五行說是按樸素的辯證唯物主義的觀點，將物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化演變的物理化學(xué)性質(zhì)用生動優(yōu)美的多邊形面的幾何圖形加以歸納總結(jié)而得。

我國古典文獻中，“五行”最初稱為“五才”，指的是金、木、水、火、土五種具體物質(zhì)。古代先民在長期的生活和生產(chǎn)實踐中認識到：金、木、水、火、土是五種不可缺少的基本物質(zhì)，故將它們稱為“五才”?！蹲髠鳌分姓撌龅溃骸疤焐宀?，民并用之，廢一不可?！币馑际钦f，人類依靠自然界的金、木、水、火、土這五種物質(zhì)而生存，缺一不可?！渡袝穼Α拔宀拧钡淖饔米髁烁鼮榫唧w明了的闡釋：“水、火者，百姓之所飲食也；金、木者，百姓之所興作也；土者，萬物之所資生，是為人用?！币馑际钦f：人們靠水和火來烹飪飲食，靠金和木來制作工具、建設(shè)房屋；靠土地來生長莊稼和萬物。以后將“五才”改為“五行”，是因各類物質(zhì)有其特征相克相生的規(guī)律，反映出各類物質(zhì)所具有的特性，具有能動的相互作用的力量，世界上的一切事物都是金、木、水、火、土五種物質(zhì)之間的運動變化而生成的。所以五行說反映了古代先民樸素唯物辯證觀對自然的認識。

未完待續(xù)......

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