古代的化學-《帝國的黎明》
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古人曾根據物質的某些性質對物質進行分類,并企圖追溯其本原及其變化規律。公元前4世紀或更早,中國提出了陰陽五行學說,認為萬物是由金、木、水、火、土五種基本物質組合而成的,而五行則是由陰陽二氣相互作用而成的。此說法是樸素的唯物主義自然觀,用“陰陽”這個概念來解釋自然界兩種對立和相互消長的物質勢力,認為二者的相互作用是一切自然現象變化的根源。此說為中國煉丹術的理論基礎之一。
公元前4世紀,希臘也提出了與五行學說類似的火、風、土、水四元素說和古代原子論。這些樸素的元素思想,即為物質結構及其變化理論的萌芽。后來在中國出現了煉丹術,到了公元前2世紀的秦漢時代,煉丹術以頗為盛行,大致在公元7世紀傳到阿拉伯國家,與古希臘哲學相融合而形成阿拉伯煉丹術,阿拉伯煉金術與中世紀傳入歐洲,形成歐洲煉金術,后逐步演進為近代的化學。
煉丹術的指導思想是深信物質能轉化,試圖在煉丹爐中人工合成金銀或修煉長生不老之藥。他們有目的的將各類物質搭配燒煉,進行實驗。為此涉及了研究物質變化用的各類器皿,如升華器、蒸餾器、研缽等,也創造了各種實驗方法,如研磨、混合、溶解、潔凈、灼燒、熔融、升華、密封等。
與此同時,進一步分類研究了各種物質的性質,特別是相互反應的性能。這些都為近代化學的產生奠定了基礎,許多器具和方法經過改進后,仍然在今天的化學實驗中沿用。煉丹家在實驗過程中明了火藥,現了若干元素,制成了某些合金,還制出和提純了許多化合物,這些成果我們至今仍在利用。
化學的中興
16世紀開始,歐洲工業生產蓬勃興起,推動了醫藥化學和冶金化學的創立和展,使煉金術轉向生活和實際應用,繼而更加注意物質化學變化本身的研究。在元素的科學概念建立后,通過對燃燒現象的精密實驗研究,建立了科學的氧化理論和質量守恒定律,隨后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律,為化學進一步科學的展奠定了基礎。
19世紀初,建立了近代原子論,突出地強調了各種元素的原子的質量為其最基本的特征,其中量的概念的引入,是與古代原子論的一個主要區別。近代原子論使當時的化學知識和理論得到了合理的解釋,成為說明化學現象的統一理論。分子假說提出了,建立了原子分子學說,為物質結構的研究奠定了基礎。門捷列夫現元素周期律后,不僅初步形成了無機化學的體系,并且與原子分子學說一起形成化學理論體系。
通過對礦物的分析,現了許多新元素,加上對原子分子學說的實驗驗證,經典性的化學分析方法也有了自己的體系。草酸和尿素的合成、原子價概念的產生、苯的六環結構和碳價鍵四面體等學說的創立、酒石酸拆分成旋光異構體,以及分子的不對稱性等等的現,導致有機化學結構理論的建立,使人們對分子本質的認識更加深入,并奠定了有機化學的基礎。
19世紀下半葉,熱力學等物理學理論以入化學之后,不僅澄清了化學平衡和反應率的概念,而且可以定量地判斷化學反應中物質轉化的方向和條件。相繼建立了溶液理論、電離理論、電化學和化學動力學的理論基礎。物理化學的誕生,把化學從理論上提高到一個新的水平。
到硫酸,不少人認為它是現代化工產品,其實古代就生產了。
我國唐朝人輯錄的煉丹術文集《黃帝九鼎神丹經訣》收錄了東漢(公元25~22o)末年煉丹術士狐剛子(又名胡剛子)的“出金礦法”,其中有“煉石膽取精華法”。所謂“石膽”是指硫酸銅的五水結晶體(),至今在我國還稱為“膽礬”,因為它是藍色,跟膽一樣。“煉石膽取精華法”就是蒸餾膽礬,制取硫酸。因為硫酸銅的五水結晶體在受熱分解后,生成氧化銅(cuo)、三氧化硫(so3)和水。三氧化硫溶于水就成硫酸,用現代的化學方程式表示:
→cuo+so3+5h2o
so3+h2o→h2so4
這段原文是這樣:“以土壘作兩個方頭爐,相去二尺,各表里精泥其間,旁開一孔,亦泥表里,使精薰,使干,開爐中著銅盤,使定,即密泥之;一爐中以炭燒石膽使作煙,以物扇之,其精華盡入銅盤。爐中卻火待冷,開取任用。入萬藥,藥皆神”。這里的“土”就是“土坯”;“精泥其間”是用致細的粘泥密封間隙;“精薰”是慢慢加熱;“煙”是指三氧化硫和水蒸氣化合生成的霧狀氣體;使用“銅盤”,顯然是防止稀硫酸對接受器的腐蝕。
這就是說,在公元2世紀左右,我國已創建“土室法”制造硫酸。但這種方法在我國未被推廣。
13世紀時歐洲德國天主教神父大阿爾伯特(a1bertusmagnus1193~128o)在他的著述中提到過蒸餾綠礬制取硫酸。綠礬是硫酸亞鐵的七水結晶體(),因色綠而得名。蒸餾綠礬制取硫酸的化學過程和蒸餾膽礬是一致的。因此歐洲人在中世紀稱硫酸為綠礬油。
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