青铜器的发明

化学的前奏

化学的前奏

1．悠久的制陶工艺

陶器是什么时候产生的已很难考证，具体来说就是对陶器的由来说法不一。有人推测人类最原始的生活用容器是用树枝编成的，为了使它耐火和致密无缝，往往在容器的内外抹上一层黏土。这些容器在使用过程中，偶尔会被火烧着，其中的树枝都被烧掉了，但黏土不会着火，不但仍旧保留下来，而且变得更坚硬，比火烧前更好用。这一偶然事件给人们很大启发。后来，人们干脆不再用树枝做骨架，开始有意识地将黏土捣碎，用水调和，揉捏到很软的程度，再塑造成各种形状，放在太阳光底下晒干，最后架在篝火上烧制成最初的陶器。

大约距今1万年以前，中国开始出现烧制陶器的窑，成为最早生产陶器的国家。陶器的发明，在制造技术上是一个重大的突破。制陶过程改变了黏土的性质，使黏土的成分二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙、氧化镁等在烧制过程中发生一系列化学变化，使其具备防水耐用的优良性质。由此可见，陶器不但有新的技术意义，而且有新的经济意义。它使人们在处理食物时增添了蒸煮的办法，陶制的纺轮、陶刀、陶锉等工具也在生产中发挥了重要的作用，同时陶制储存器可以使谷物和水便于存放。因此，陶器很快成为人类生活和生产的必需品，特别是定居下来从事农业生产的人们更是离不开陶器。

2．冶金化学的兴起

在新石器时代后期，人类开始使用金属代替石器制造工具。使用得最多的是红铜，但这种天然资源毕竟有限，于是，产生了从矿石冶炼金属的冶金学。最先冶炼的是铜矿，约公元前3800年，伊朗就开始将铜矿石（孔雀石）和木炭混合在一起加热，得到了金属铜。纯铜的质地比较软，用它制造的工具和兵器的质量都不够好。在此基础上改进后，便出现了青铜器。

到公元前3000～前2500年，除了冶炼铜以外，又炼出了锡和铅两种金属。往纯铜中掺入锡，可使铜的熔点降低到800℃左右，这样一来，铸造起来就比较容易了。铜和锡的合金称为青铜（有时也含有铅），它的硬度高，适合制造生产工具，还出现了青铜铸造的铜币。青铜做的兵器，硬而锋利，青铜做的生产工具也远比红铜好。中国在铸造青铜器上有过很大的成就，如殷朝前期的“司母戊”鼎，它是一种礼器，是世界上最大的出土青铜器。又如战国时的编钟，称得上古代在音乐上的伟大创造。因此，青铜器的出现，推动了当时农业、兵器、金融、艺术等方面的发展，把社会文明向前推进了一步。

世界上最早炼铁和使用铁的国家是中国、埃及和印度，中国人在春秋时代晚期（公元前6世纪）就已经冶炼出可供浇铸的生铁。最早的时候是用木炭炼铁，木炭不完全燃烧产生的一氧化碳把铁矿石中的氧化铁还原为金属铁。铁被广泛用于制造犁铧、铁镈（一种锄草工具）、铁锛等农具以及铁鼎等器物，当然也用于制造兵器。到了公元前8～前7世纪，欧洲等才相继进入了铁器时代。由于铁比青铜更坚硬，炼铁的原料也远比铜矿丰富，在绝大部分地方，铁器逐渐代替了青铜器。

3．火药和造纸

黑火药是中国古代四大发明之一。为什么要把它叫做“黑火药”呢？这还要从它所用的原料谈起。火药的三种原料是硫磺、硝石和木炭。木炭是黑色的，因此，制成的火药也是黑色的，叫黑火药。火药的性质是容易着火，因此可以和火联系起来，但是这个“药”字又怎样理解呢？原来，硫磺和硝石在古代都是治病用的药，因此，黑火药便可理解为黑色的会着火的药。

火药的发明与中国西汉时期的炼丹术有关，炼丹的目的是寻求长生不老的药，在炼丹的原料中，就有硫磺和硝石。炼丹的方法是把硫磺和硝石放在炼丹炉中，长时间地用火炼制。在许多次炼丹过程中，曾出现过一次又一次地着火和爆炸现象，经过这样多次试验人们终于找到了配制火药的方法。

黑火药发明以后就与炼丹脱离了关系，一直被用在军事上。古代人打仗，近距离时用刀枪，远距离时用弓箭。有了黑火药以后，从宋朝开始，便出现了各种新式武器，例如用弓发射的火药包。火药包有火球和火蒺藜两种，用火将药线点着，把火药包抛出去，利用燃烧和爆炸杀伤对方。

大约在公元8世纪，中国的炼丹术传到阿拉伯，火药的配制方法也随之传了过去，后来又传到了欧洲。这样，中国的火药成了现代炸药的最早源头。世界公认这是中国的伟大发明之一。

在普遍使用以植物纤维制造的纸以前，中国古代传播文字主要使用甲骨和竹简两种介质：在甲骨（乌龟的腹甲和牛骨）上刻字，即所谓的甲骨文；由于甲骨数量有限，后来改在竹简或木简上刻字。仅一部2万多字的记录孔子言行的《论语》，所用竹简之多、分量之重可想而知。用丝织成的帛也可以用来写字，但帛比较贵，大量生产帛又是很难做到的，所以“帛书”只有富人和有一定社会地位的人才可常用。

1957年5月，中国考古工作者在陕西省西安市灞桥一座古代墓葬中发现一些米黄色的古纸。经鉴定，这种纸主要用大麻纤维制造，其年代不会晚于汉武帝时代（前156～前87），这是现存的世界上最早的植物纤维纸。

一提起纸的发明，人们都会想起蔡伦（字敬仲，东汉桂阳郡人，63～121，见图1－3），他是汉和帝时的中常侍。造纸是一类极其复杂的化学工艺，它是中国古代人民智慧的产物。实际上，蔡伦之前已经有纸了，蔡伦只能算是造纸工艺的改良者。当时，蔡伦看到写字用的竹简太笨重，便总结前人的经验，形成一整套造纸技术。蔡伦造纸是用树皮、麻头、破布、破渔网等易得之物做原料，先把它们剪碎或切断，放在水里长时间浸泡，再捣烂成为浆状物，然后在席子上摊成薄片，放在太阳底下晒干，便制成了纸。具体步骤如图1－4所示，其中的“浸灰水”是用石灰水或草木灰水对纤维进行脱胶。这样造出来的纸质薄体轻，适合书写绘画，一出现便很受欢迎。

纸是人类记录文字图表、保存知识和传播文化的工具，是中华民族对人类文明的重大贡献。只有发明了用植物纤维制造纸的方法和技术，才使人类传播知识文化的方式发生了重大改观。流传至今天，纸的制造工艺已经有极大改进和提高，且可以大量生产。

图1－3　左起：蔡伦和葛洪

图1－4　手工造纸术

4．炼丹术与炼金术

当封建社会发展到一定阶段，生产力有了较大提高的时候，统治阶级对物质享受的要求也越来越高，皇帝和贵族自然而然地产生了两种奢望：一方面希望掌握更多的财富，以满足享乐的需要；另一方面当他们拥有巨大财富以后，又希望有更长久的享用机会，于是自然而然地会产生长生不老的愿望。例如，秦始皇统一中国以后，便迫不及待地寻求长生不老药，不但让徐福等人出海寻找，还广召天下方士（炼丹术士）日日夜夜为他炼制丹药——长生不老药。

炼金术士则想做到点石成金（即用人工方法制造金、银），他们认为可以通过某种手段把铜、铅、锡、铁等贱金属转变为金、银等贵金属。像希腊的炼金术士，就把铜、铅、锡、铁熔化成一种合金，然后再放入多硫化钙溶液中浸泡，于是在合金表面形成一层硫化锡，它的颜色酷似黄金（现在，金黄色的硫化锡被称为金粉，可用作修复古建筑等的金色涂料）。炼金术士们主观地认为“黄金”已经炼成，实际上，这种仅从表面颜色而不从本质来判断物质变化的方法是自欺欺人，事实上他们从未达到“点石成金”的目的。

虔诚的炼丹术士和炼金术士的目的虽然没有达到，但是他们辛勤的劳动并没有完全白费。他们长年累月置身在被毒气、烟尘笼罩的简陋的“化学实验室”中，应该说是第一批专心致志地探索化学科学奥秘的“化学家”。他们为化学学科的建立积累了相当丰富的经验和失败的教训，甚至总结出一些化学反应的规律。例如中国东晋道士、医药学家、炼丹术士葛洪（字稚川，自号抱朴子，284～364，见图1－3）从炼丹实践中指出：“丹砂（硫化汞）烧之成水银，积变（把硫和水银二者放在一起）又还成丹砂。”这正是对一种化学变化规律的总结，即“物质之间可以用人工的方法互相转变”。

炼丹术士和炼金术士夜以继日地做这些最原始的化学实验，必定需要大批实验器具，于是，他们发明了蒸馏器、熔化炉、加热锅、烧杯及过滤装置等。他们还根据当时的需要，制造出很多化学试剂、有用的合金或治病的药，其中很多都是今天常用的酸、碱和盐。为了把试验的方法和经过记录下来，他们还创造了许多技术名词，写下了许多著作。正是这些化学实验方法、化学仪器以及炼丹、炼金理论著作，开了化学这门科学的先河。

从这些史实可见，炼丹术士和炼金术士对化学的兴起和发展是有功绩的，后世决不能因为他们“追求长生不老和点石成金”而嘲弄他们，也应该把他们敬为开拓化学科学的先驱。在英语中，化学家（chemist）与炼金术士（alchemist）两个名词极为相近，其暗含的意义就是“化学源于炼金术”。