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古代的化學(xué)-《帝國的黎明》


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    據(jù)歐洲人翻譯的1o世紀(jì)波斯煉金術(shù)士拉茲(a1-Rhazes845~93o)的著述中也提到蒸餾綠礬制取硫酸。

    中古后期,歐洲資本主義生產(chǎn)關(guān)系在封建制度內(nèi)部生產(chǎn)力展的基礎(chǔ)上逐漸成長起來,到18世紀(jì)歐洲的手工工場向大機(jī)器生產(chǎn)過渡,生產(chǎn)促進(jìn)社會各方面需要硫酸。

    1736年,英國人瓦德(ard,Joshuaenham)建立“大礬工場”(greatVitrio1orks),開始較大規(guī)模地制造硫酸。

    瓦德是一個(gè)江湖醫(yī)生,1717年曾企圖蒙混進(jìn)入英國國會而被判罪,逃往法國,1733年被赦免返回英國,在特維肯翰從事制造硝石和瓷器,并行醫(yī)。他認(rèn)為格勞伯鹽(g1auber‘ssa1ts)在醫(yī)藥中具有非凡的功效,就想制造它。格勞伯鹽是指硫酸鈉,是17世紀(jì)德國化學(xué)家格勞伯(g1auber,JohannRudo1ph16o4—167o)于1625年在奧地利維也納附近的礦泉水中現(xiàn)的。他蒸餾了礦泉水,獲得它的十水結(jié)晶體(),先用它作為瀉藥,并認(rèn)識到它可以利用食鹽和硫酸作用制取,是制取鹽酸的副產(chǎn)品。

    瓦德為了制取格勞伯鹽,于是制造硫酸。他采用燃燒硫黃和硝石的混合物制造硫酸,這種方法最早是荷蘭明家德萊貝爾(drebbe1,nete1ius1572~1633)創(chuàng)造的。法國藥劑師列邁里(Lemery,nico1as1645~1715)在1675~169o年表的著作中提到這一方法,是在反轉(zhuǎn)過來的大漏斗中燃燒硫黃和硝石的混合物。所以這種方法也叫鐘罩法。瓦德可能是在逃罪往法國期間生活在巴黎附近圣日耳曼(st.grermain)時(shí)學(xué)會了這一方法。

    瓦德制造硫酸的設(shè)備是具有4o—5o加侖(英國容量單位,1加侖=4.546L)容量的球形廣口玻璃瓶。操作時(shí)在瓶內(nèi)放置少量水,并放置一個(gè)小粗陶器罐,罐上放置一鐵盤,內(nèi)放硫黃和硝石的混合物,用赤熱的小鐵鏟點(diǎn)燃混合物后用木塞將瓶口塞緊,經(jīng)過一段時(shí)間后重復(fù)裝置,直到達(dá)到希望濃度的硫酸。

    由于生產(chǎn)中產(chǎn)生有害的煙霧,使環(huán)境污染,瓦德的硫酸制造作坊遭到當(dāng)?shù)鼐用竦姆磳Γ?74o年遷到英格蘭北部里士滿(Rinetd),并在1749年取得英國專利。瓦德為了保守他的制造秘密,雇用不會英格蘭語的威爾士工人。不過,他還是將秘密告訴了他的朋友帕奇(page,John),在1763年他死后被公開了。但是當(dāng)時(shí)玻璃吹制工是如何制成如此大容量的玻璃器皿還是個(gè)謎。

    瓦德的硫酸工場使用了大約1oo個(gè)球形廣口玻璃瓶,使當(dāng)時(shí)的硫酸價(jià)格降到每磅2先令6便士(英國貨幣單位)。這相當(dāng)于以前每盎斯的價(jià)格,1磅等于16盎斯,這就是說,使硫酸價(jià)格下降了為原價(jià)格的1/16。

    不過,瓦德制造硫酸的設(shè)備和操作方法很快被另一位英國人羅布克(Roebunet1718—1794)創(chuàng)造的鉛室法取代。

    羅布克是一位醫(yī)學(xué)博士、醫(yī)生,1764年當(dāng)選為英國皇家學(xué)會會員。他在18世紀(jì)4o年代里居住在英國工業(yè)城市伯明翰(Birmingham),私人開業(yè)行醫(yī),并創(chuàng)建鐵工場,還經(jīng)營從珠寶飾件廢料中回收金、銀業(yè)務(wù)。1746年和他的合作人加貝特(garbett,samue11717~18o5)在回收金、銀中需要硫酸溶解雜質(zhì),從化學(xué)教科書中了解到鉛能抵抗硫酸的腐蝕,于是用木料做成框架,用鉛板作為墻壁,造成每邊6英尺(英國長度單位,1英尺=o.3o48m)的立方形鉛室。操作時(shí)將硫黃和硝石放置在一鐵勺中,點(diǎn)燃后放進(jìn)鉛室內(nèi)一鐵盤中,使產(chǎn)生的硫的氧化物氣體被預(yù)先噴灑在鉛室內(nèi)壁的水吸收,形成硫酸,并不斷添加硫黃和硝石,大約每隔4個(gè)星期取出一次酸,再放進(jìn)玻璃容器中加熱濃縮。

    到1749年,羅布克在蘇格蘭普雷斯頓潘(prestonpans)創(chuàng)建“普雷斯頓潘硫酸公司”(prestonpansVitrio1co.),建造了更大更多的鉛室,雇用了5o位工人,分日夜班操作,使硫酸的產(chǎn)量從成磅到成噸,不僅供英國使用,而且遠(yuǎn)銷到歐洲大6。

    羅布克也為了保守生產(chǎn)技術(shù)的秘密,在他的工場四周建造了高墻,要求每個(gè)工人宣誓保密。但是在金錢的誘惑下,沖垮了高墻,廢棄了宣誓。波德利(Bed1ey)的一位富有的化學(xué)品制造商人斯基()買通了一位工人,得知鉛室的構(gòu)造和操作過程,建造了每邊長1o英尺立方形的鉛室制造硫酸。接著,在倫敦或其它一些地方以及法國一些地方也相繼建造起鉛室。鉛室建造得越來越大,數(shù)量越來越多。18o5年,英國布恩特島(BurntIs1and)上一家硫酸制造場建有36o個(gè)鉛室,每個(gè)鉛室體積達(dá)192立方英尺。法國蒙特利埃(montpe11ier)大學(xué)化學(xué)教授、富有的工業(yè)家夏普塔爾(netec1aude1756~1832)提出最大的鉛室以每邊25英尺和高15英尺為宜,但是他曾建了一個(gè)8o英尺長、4o英尺寬和5o英尺高的大鉛室,在使用了18個(gè)月后倒塌了。

    為降低硫酸生產(chǎn)成本,一些制造廠家逐漸用黃鐵礦或黃銅礦和其它含硫礦物代替硫黃。一些廠家在生產(chǎn)設(shè)備方面也在不斷改進(jìn),例如采用噴水蒸氣進(jìn)入鉛室,代替向鉛室內(nèi)壁噴灑水,另置燃燒硫黃或其它含硫礦物的爐子,而不是在鉛室內(nèi)燃燒。這樣,使硫酸生產(chǎn)逐漸由間歇式轉(zhuǎn)向連續(xù)式,使硫酸產(chǎn)量大增。到1878年,歐洲硫酸的年產(chǎn)量已達(dá)數(shù)百萬噸。

    一段時(shí)期里硫酸制造者們認(rèn)為制造硫酸過程中燃燒硫黃時(shí)添加硝石的目的是產(chǎn)生氧氣,以氧化二氧化硫?yàn)槿趸颍蚨辉傧蜚U室供應(yīng)空氣。18o6年法國德索梅(desorard1777~1862)和克萊門(netico1as1779~1841)翁婿兩位化學(xué)家觀察到,將二氧化硫與二氧化氮的混合氣體通入鉛室中形成白色晶體,將此白色晶體用水處理,形成硫酸并重新放出一氧化氮?dú)怏w,因而確定二氧化硫在鉛室中并非直接被氧氣氧化,而是與氮的氧化物形成中間產(chǎn)物,形成硫酸的整個(gè)過程是一個(gè)循環(huán)過程。這引起不少化學(xué)家們的研究,經(jīng)過多人多次研究確定,鉛室中二氧化硫和一氧化氮、氧氣以及水形成亞硝基硫酸(onoso2h),亞硝基硫酸再與水反應(yīng),形成硫酸并釋放出氮的氧化物,可以用下列化學(xué)方程式表示:

    2no+o2→2no2

    2so2+3no2+h2o→2onoso2oh+no
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