1.1早期实用化学
1.1.1 火
一般认为,人类学会用火是化学史的开端。人类生活在一个运动、变化的自然世界之中,其中有许多现象都属于化学现象。而在众多的化学现象中,物质燃烧所发出的火是最引人注目的。人类在长期的观察、实践以及思索之中认识到火,并有意识地控制火、利用火。
古代化学技艺可以说是以学会用火为中心的。火使人类可以实现许多有用物质的变化,在烈火中,可将黏土、砂土、瓷土烧制成可用的陶瓷和玻璃,也可以从矿石中炼出有用的金属,通过火还可使天然能源煤、石油、天然气得以利用。
人类用火的历史最早可以追溯到一百多万年前,大量考古工作发现了距今一百多万年前,生活在我国云南的元谋人和非洲肯尼亚的切苏瓦尼亚人用火的遗迹。
距今五十万年前,“北京人”用火已十分普遍。考古工作者在北京周口店龙骨山北坡猿人洞穴中发现了最厚近两米的灰烬层,说明篝火连续燃烧时间很长,而且灰烬是一堆堆分布,表明不是野火,而是有意识用火的结果。
人类经过漫长艰难的探索和经验总结,找到了人工取火的方法——摩擦取火。
不过究竟是什么时候发明的人工取火,这个问题无从考证,很可能与在工具和武器的制造过程中对木、石的加工有关。敲打石块时会溅出火星,钻木时木头会发热,甚至产生烟火等,有了这些启示,又经过长期的经验积累,人类终于发明了人工取火的方法。
(1)火
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(2)能源
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人物小史与趣事
沈括
沈括是北宋进士,杭州钱塘人,我国历史上一位卓越的科学家,晚年退居江苏镇江梦溪园。他写的《梦溪笔谈》是世界科技史上一本重要著作,反映了我国北宋时期自然科学达到的高度。为了纪念他,1979年,国际上曾以沈括的名字命名了一颗新星。沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了石油的用途,并预言:“此物后必大行于世。”
石油
“石油”一词的提出
沈括第一个提出了“石油”的命名,后来一直采用“石油”这一名称,沿用至今。
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石油
石油是一种黏稠的、深褐色液体,是各种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。石油主要被用作燃油,也是许多化学工业产品,如化肥、杀虫剂和塑料等的原料。石油是一种不可再生能源。
1.1.2 中国上古时代制陶工艺的产生和发展
人类继燃起启明之火以后,首先进行的化学实践活动是烧制陶器,并由此发展形成了传至今日的陶瓷工艺技术。掌握制陶技术标志着人类蒙昧时代的结束。制陶技术的产生是人类制造技术的一个重要突破,当然也是化学科学的一个光辉起点,因为它让人们感知到,物质性质的变化会带来物体性能的优化。
(1)陶瓷与早期实用化学
多种矿物和各种砂土——化学物质。
矿物在高温中的变化——化学变化。
实现物质化学变化的重要手段——高温技术。
(2)仰韶文化时期制陶
仰韶文化距今五六千年,这个时期的陶器以红陶为主,灰陶、黑陶次之。
红陶分细泥红陶与夹砂红陶两种。主要原料是黏土,原料中经常有意识地掺杂少量的砂粒,以便改变陶土的成形性能及成品的耐热急变性能。砂粒的这些作用,相当于现代陶瓷工业中应用的“熟料”,这说明当时对原料的性能已有一定程度的认识。
在仰韶文化的陶器中,以细泥彩陶最为著名,它具有独特的造型,表面呈红色,表里磨光,还有美丽的图案,它反映了当时高超的制陶工艺水平,具有一定的代表性。
(3)龙山文化时期制陶
龙山文化时期出现了白陶,白陶的原料为高岭土,在制陶用料上是一次重要的突破。
最能反映龙山文化制陶工艺水平的为黑陶系的薄胎黑陶,又称蛋壳陶,这种艺术珍品是用细泥黏土经精细加工烧造的。
(4)商代制陶
印纹硬陶大量生产,它不同于普通的灰陶,在原料成分上,所含的酸性氧化物成分(SiO2)相对增多,而碱性氧化物(CaO、MgO、Na2O等)相对减少。
酸性氧化物的熔点较高,使得印纹硬陶的烧制温度高达1180℃,坯胎的烧结程度较好,吸水率明显下降,硬度增高,都表明陶器品质的提高。
釉陶问世。商代釉陶质地坚实,敲击时有铿锵之声。其坯胎在原料上和硬陶十分接近,即含有较多的SiO2之类的酸性氧化物,烧制温度约在1200℃。釉陶比硬陶在技术上更加进步,主要是釉陶外表那极薄的绿黄色或青灰色的一层釉。
商代使用的釉为石灰釉,它是由石灰石或方解石等碳酸盐加上一定量的黏土或其他物质配制成的,其中氧化钙是釉的助熔剂,含量约为20%,硅是釉的主体,铁与铜是釉料的着色剂,釉的发明是制陶工艺的一项重大成果,是发展成瓷器的重要一步。
商代已经出现原始瓷器,目前在中国国家博物馆收藏的1952年在郑州二里岗出土的商代中期的印纹瓷罐肩片和瓷尊就属于这类原始瓷器。湖北黄陂盘龙城、河北藁城、江西吴城等商代遗址中,也出土了大量的原始瓷器。
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人物小史与趣事
陶瓷——china
12世纪后期,埃及王国与大马色国一度失和,两国边境形势严峻。大马色国陈兵数万,虎视眈眈,眼看一场战争不可避免。埃及国王萨拉定立即召来谋士,商谈如何化解这场战争,其中一位谋士献出了一条锦囊妙计,获得埃及国王的赞许。国王立即派人带上一个神秘的箱子出使大马色国。大马色国王奴尔爱定看到埃及国王送的礼物极为高兴。面对埃及王国的和平诚意,奴尔爱定决定撤兵回城,一场战争就此平息了。究竟是什么礼物使大马色国偃旗息鼓,收兵回国的呢?原来,埃及国王萨拉定送上的是一箱中国陶瓷工艺品。一箱陶瓷使两国化干戈为玉帛,可见中国陶瓷的身价之高,乃至被视为无价之宝。所以,欧洲人把瓷器叫作“china”,久而久之,“China”成了中国的英文名称。
啤酒陶瓷
美国的化学家哈纳·克劳斯在研究一种用于宇航容器的材料配方时,无意中错把身旁的一杯啤酒当作蒸馏水倒入了一个盛有石膏粉、黏土以及几种其他化学药品的烧杯中,结果出现了意想不到的奇特现象,烧杯中的那些混合物立即产生了很多泡沫,体积突然膨胀了约2倍,不到30秒就变成了硬块,这使克劳斯大吃一惊。他在回忆当时的情况时说:“这一过程如此之快,以致我都想不起来我到底做了些什么。”这种后来被人称为“啤酒石”的陶瓷具有釉光、质量轻、无毒、防火性能好等特点。
小口尖底陶瓶
小口尖底陶瓶是新石器时代仰韶文化最重要的代表性器物,是一种汲水工具。
它通常为小口细颈、斜肩鼓腹、瘦长尖底、腹部有对称双耳,叫作小口尖底瓶。其分布范围西至甘青地区,东至河南腹地,南至鄂西北汉水中游,北至内蒙古中南部、晋北、冀西北地区。
在其腹部两侧的环耳处系绳,打水时手提绳子将瓶置于水中,由于瓶腹是空的,重心在瓶的中上部,瓶就倒置于水中;注满水后,重心移至瓶的中下部,瓶口就朝上直立起来。
蛋壳黑陶高柄杯
蛋壳黑陶高柄杯是新石器时代山东龙山文化的代表性器物之一,是一种高级饮酒器。
它通常为腹杯身,细管形高柄,圈足底座;杯腹中部装饰六道凹弦纹;细柄中部鼓出部位中空并且装饰细密的镂孔,貌似笼状,里面放置一粒陶丸,将杯子拿在手中晃动时,陶丸碰撞笼壁会发出清脆的响声,杯子不动时,陶丸落定能够起到稳定重心的作用。
1.1.3 古代青铜冶铸技术时期的化学知识
冶炼金属是人类继烧制陶器以后,又一项应用火来征服和改造自然的伟大成就。
人类的冶金史开始于铜的冶炼,第一次炼铜的实践很可能是偶然将含铜的矿石掉入火中而获得了铜。此后人们便逐步认识到不仅可以利用天然铜,还可以从某些石块中获得铜。当时炼得的是纯态铜——红铜。后来人们把锡掺进铜里得到合金——青铜,青铜时代是人类生产工具发展史上的一个重要阶段。
(1)红铜时代
自然铜在自然界中可以存在,即纯净的铜。它呈紫红色,所以称为红铜。
人类最早加工成工具的金属即为红铜。
铜可以用锤敲打的方式加工,由于人们有了制陶的经验,可以用高温将铜熔化,然后倒入特制的容器中进行铸造。
我国于1957年、1959年两次在甘肃省武威市凉州区皇娘娘台至今4000多年的墓葬中,先后出土了铜器20多件,有铜刀、铜锥、铜环等,说明我们祖先不但认识了铜,还能加工铜、冶炼铜。
(2)青铜时代
青铜是劳动人民有意识地将铜与锡或者铜与铅相互配合铸就的合金。因为以铜为主,锡、铅为次,合金颜色呈青色,所以称为青铜。
青铜是合金,熔点比纯铜要低。纯铜熔点是1083℃,而含有15%锡的青铜熔点则是960℃;含25%锡的青铜熔点为800℃。熔点降低容易熔化铸造。
青铜的硬度比纯铜高,所以青铜铸造的工具比纯铜的工具坚硬、锋利。
青铜器渐渐代替了石器、木器、骨器、红铜器。
青铜生产工具的出现,对生产力的发展起到了巨大作用。
我国的青铜器时代起始于夏、商、周。到商代中期,我国铸造青铜器的技术水平已经非常高。1939年在河南安阳出土的商代后母戊鼎,重达875公斤,带耳,高133厘米,长110厘米,宽78厘米,是迄今为止世界上最大的青铜器。
1974年9月在郑州张寨南街出土的两件商代大铜鼎,其中一件重84.25公斤,另一件重62.25公斤,经过分析,其中含17%的铅与3.5%的锡。
青铜的冶炼需要经过采矿、冶炼、制范、熔铸四个主要工序。
当时用的矿石主要为孔雀石[Cu(OH)2CuCO3],制造方法主要是铸造。
我国青铜的冶炼与铸造技术世界领先,这是举世公认的。西安出土的秦始皇的铜车马及兵马俑并称为“世界奇迹”。
古埃及大约在公元前3000年进入青铜器时代。在古埃及第一王朝的墓中,曾经发现青铜制作的刀、锯、斧、锄、锥等工具。
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人物小史与趣事
《周礼·考工记》关于合金工艺调剂经验的记载
先秦古籍《周礼·考工记》里记载了世界上最早的合金工艺调剂经验:“金有六齐(jì)。六分其金而锡居一,谓之钟鼎之齐;五分其金而锡居一,谓之斧斤之齐;四分其金而锡居一,谓之戈戟之齐;三分其金而锡居一,谓之大刃之齐;五分其金而锡居二,谓之削杀矢之齐;金锡半,谓之鉴燧之齐。”虽然后人对其中一些关键概念的含义有争议,如对“金”的含义有“青铜”与“铜”之说、对“金锡半”的含义有“金锡各半”和“金一锡半”之说等,同时,对文物实物的分析发现,其锡量又大部分比“六齐”规定数低,但上述比例大体上正确地反映了青铜合金配比和性能的关系规律(表1-1)。这在当时的历史条件下是十分难能可贵的。
表1-1 《考工记》中“六齐”成分范围
合金名称 铜和锡的比例 合金含铜量/% 合金含锡量/%
钟鼎之齐 5:1~6:1 83.3~86
16.7~14
斧斤之齐 4:1~5:1 80~83
20~17
戈戟之齐 3:1~4:1 75~80
25~20
大刃之齐 2:1~3:1 66.7~75
33.3~25
削杀失之齐 3:2~5:2 60~71
40~29
鉴燧之齐 约1:1 约50
约50
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铜
铜(Cu)是一种金属化学元素,原子序数是29,是人体所必需的一种微量元素。
铜是人类最早发现的金属,是人类广泛使用的一种金属,属于重金属。
铜的氧化态有0、+1、+2、+3、+4,其中+1和+2是常见氧化态。
铜在自然界中存在形态:
(1)自然铜——铜含量99%以上,储量极少。
(2)氧化铜矿——为数不多。
(3)硫化铜矿——含铜量极低,一般在2%~3%,世界上80%以上的铜从硫化铜矿精炼出来。
主要合金成分分类:
(1)黄铜——铜锌合金。
(2)青铜——铜锡合金等(除锌镍之外,加入其他元素的合金均称为青铜)。
(3)白铜——铜镍合金。
《周礼·考工记》关于判定冶炼进程经验的记载
《周礼·考工记》中记载了根据对冶铜火焰情况的观察判定冶炼进程的经验:“凡铸金之状,金与锡黑浊之气竭,黄白次之。黄白之气竭,青白次之。青白之气竭,青气次之。然后可铸也。”这段文字用今天的化学观点解释是:开始时,因为金属中夹杂木炭(当时用木炭冶炼),所以先有黑烟(碳燃烧不充分),然后有黄烟,随着温度的升高,铜开始熔化,形成青色气焰,与锡相混故呈青白色;温度再升高,铜完全熔化,因为铜量大于锡量,所以只呈现青色,这表明两种金属已完全熔化混合,于是便可以浇铸了。
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铜的化合物
常见铜化合物的名称、化学式、俗称及主要物理性质:
名称 化学式 俗称 主要物理性质
硫酸铜 CuSO4 — 白色粉末状固体,溶于水,其水溶液为蓝色
硫酸铜晶体 CuSO4·5H2O 蓝矾、胆矾 蓝色晶体
碱式碳酸铜 Cu2(OH)2CO3 铜绿、孔雀石 绿色粉末状固体,不溶于水
氢氧化铜 Cu(OH)2 — 新制得的为蓝色沉淀
后母戊鼎
在河南安阳出土了商代晚期的后母戊鼎。
由于鼎腹内壁铸有“司母戊”三字而一直被称为司母戊鼎,2011年被正式改名为“后母戊鼎”。
其造型庄严雄伟;长方形腹,每面四边以及足上部饰兽面纹;双耳,外侧饰双虎噬人首纹,是迄今已发现的中国古代形体最大、最重的青铜器,世界上也只此一件。现代技术对其成分分析的结果是:含铜84.77%、锡11.64%、铅2.79%,与战国时期成书的《考工记·筑氏》所记鼎的铜、锡比例大致相符,从中可见中国古代青铜文明的内在传承。
1.1.4 钢铁冶炼技术时期的化学知识
(1)铁的认知
铁是人类继金、银、铜、锡、铅之后认识的第六种金属。
伴随着冶铜工艺的逐渐完善,人们逐渐认识了铁。不过,最初发现的铁是来源于天空落下的陨铁。河北藁城区台西村商代遗址出土的一件镶有陨铁锻成铁刃的铜钺证明,那时人们已经认识并且利用了天然铁。
人工冶铁技术在我国始于何时尚无法确定,但在春秋时期已经开始,江苏六合程桥春秋晚期吴国墓出土的铁条、铁丸是极好的佐证。
1978年,洛阳战国早期灰坑中出土的铁锛是至今为止发现的最早的生铁铸件。
(2)生铁冶铸技术
在冶铁初期,因为鼓风设备落后,炉温不高,铁无法熔化,只能得到海绵体状的熟铁。其性质柔软,可锻不可铸,称为块炼铁。
块炼铁虽然生产效率低,但工艺与设备简单,又具有优良的锻造性能,在炭火中进行渗碳即可成钢,所以在炒钢发明以前是唯一的炼钢原料。
我国只用较短的时间就完成了由块炼铁向生铁冶炼技术的转变过程。
(3)块炼渗碳钢技术
在春秋后期开始出现了低温炼钢法,其过程是将块炼铁放在炭炉中加热到900℃以上,使碳渗于铁的表面,取出锻打使部分碳渗到铁质中,杂质则成为火星飞溅出去。如此反复加热锻打,铁中含碳量就逐渐增加,杂质不断被排除,最后铸成钢。
《吴越春秋·阖闾内传》中有吴王阖闾请铸剑高手干将炼制钢剑的记载。
(4)铸铁柔化术
这种工艺是指通过一定的热处理,使生铁脱碳,克服其性脆、易断裂等弱点,增加其强度和韧性的工艺过程。这一过程又称为退火。
当时人们已经较熟练地掌握了比较完善的热处理脱碳技术。正是这一技术的出现,产生了高强度和韧性的韧性铸铁,使得生铁可以广泛地用于生产工具的制造,延长了生铁的使用寿命,进而加速了铁器时代的到来。
(5)百炼钢技术
百炼钢是在战国晚期块炼渗碳钢的基础上直接发展得来的。
块炼渗碳钢中有较多的大块氧化铁-碳酸铁共晶夹杂物,使获得的钢品质较差。百炼钢工艺就是通过对块炼渗碳钢增加热锻次数,使其夹杂物减少、细化及均匀化的过程。所谓“百炼”是反复热锻多次的意思。
百炼钢中晶粒的细化明显提高了钢的品质。
(6)炒钢技术
这项工艺是将生铁加热到半液半固态,进行搅拌,利用铁矿粉或空气中的氧达到脱碳的目的,然后反复热锻成钢制品。
炒钢工艺既省略了烦琐的渗碳工序,又能使钢的结构更均匀,从而使钢的产量明显提高,品质也更进一步提升。
(7)灌钢技术
随着钢铁冶炼不断发展,到了西晋、南北朝时期,形成了灌钢技术,又称团钢。这种工艺效率较高。
灌钢技术是将熟铁和生铁一起加热,由于生铁熔点低,先熔化,灌入熟铁中,进而使熟铁增碳而得到钢。
灌钢技术易于掌握,只要配好生、熟铁的比例就可以较准确地控制钢中含碳量,经过反复锻打就能得到质地均匀的钢材。
南北朝后灌钢技术成为主要炼钢方法。
大约在16世纪欧洲才出现灌钢技术。
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铁
铁(Fe)是一种化学元素,原子序数是26,是铁族元素的代表。铁是最常用的金属,生铁一般分为三种:白口铁、灰口铁、球墨铸铁。铁属于比较活泼的金属,在金属活动顺序表里排在氢的前面。
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铁的化合物
铁的氧化物有三种,其化学式为FeO、Fe2O3、Fe3O4。
常用于炼铁的铁矿石有三种:赤铁矿(主要成分为Fe2O3);磁铁矿(Fe3O4);菱铁矿(FeCO3)。
1.1.5 有色金属冶炼工艺时期的化学知识
古代的金属冶炼是随着工农业生产和生活中工具及材料的需求不断发展的。自进入铁器时代以来,在钢铁冶炼技术不断发展完善的同时,人们对其他金属的认识及冶炼工艺的探究也先后在不同程度上得到了发展。
(1)其他铜合金的认识及冶炼
黄铜是铜与锌的合金。锌在自然界中主要是以闪锌矿(ZnS)和菱锌矿(ZnCO3)存在的,我国古代叫炉甘石。黄铜是将红铜与炉甘石、木炭一起烧炼时,还原出的锌铜合金。
黄铜之后,又出现了白铜即铜镍合金,我国白铜冶炼最迟出现于宋代。
北宋末的文献中已有用铜和砒石炼白铜的记载,这里的砒石是指镍砒(砷)矿(NiAs)或辉砒(砷)镍矿(NiAsS)。所以,白铜可能在宋代以前就有了。
砷白铜炼制困难(砷含量要求严格),本身有毒,又没有镍白铜稳定,放置日久会因砷逐渐挥发而变黄,因此至今还没有找到物证。现今发现的古白铜器具都是镍白铜。
我国化学家、化学史学家王琎(1888—1966)曾分析过一个古白铜器具,其成分是含铜62.5%、锌22.1%、镍6.14%,不含砷。
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(2)胆水浸铜法
我国古代有色金属冶炼的另一项重大发明是胆水浸铜法。它是湿法冶金技术的原型,是对世界化学史的一项重大贡献。这种方法是在炼丹过程中发现的。
胆水浸铜法在宋代生产规模已非常宏大。北宋时期,每年产胆铜达一百七八十万斤,约为铜总产量的15%~20%。
胆水浸铜法经千余年延续到今天,现在在我国湖北黄石等地仍用这种方法生产铜。
(3)其他常见有色金属的发现及冶炼
继金、银、铜、锡、铅、铁之后,人类最早认识的另外一种金属就是汞。
铋和锑可能是欧洲人最早发现并且制得的两种有色金属。
人物小史与趣事
我国史上关于炼汞的记载
据司马迁所著《史记·秦始皇本纪第六》记载,秦始皇墓内“以水银为百川江河大海,机相灌输,上具天文,下具地理”。1982年经过有关部门对秦始皇墓详细测试,在封土中间部位125000平方米的范围内圈出12000平方米的强汞异常区,因此证实了司马迁的记载,也反映了我国当时汞的生产规模。
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汞
汞(Hg)俗称水银,元素周期表第80位元素,位于第6周期、第ⅡB族,是常温常压下唯一以液态存在的金属。
汞是银白色闪亮的重质液体,化学性质稳定,不溶于酸也不溶于碱。汞常温下即可蒸发,汞蒸气和汞的化合物多有剧毒(慢性)。使用汞的历史很悠久,用途很广泛。在中世纪炼金术中与硫黄、盐共称炼金术神圣三元素。
关于炼锌最早的记载
英国化学史家柏廷顿根据现存6世纪出版的古印度梵文著作中提到似乎是锌的物质,认为对金属锌的认识以及炼锌技术可能最早起源于古印度。但目前世界科学史界普遍认为,《天工开物》(1637年,明崇祯十年初刻本,刊行)是现存最早的关于炼锌工艺的文献。宋应星在《天工开物·五金》中详细记载了炼锌过程,并将其命名为倭铅。他写道:“凡倭铅,古书本无之,乃近世所立名色。其质用炉甘石熬炼而成……此物无铜收伏,入火即成烟飞去。以其似铅而性猛,故名之曰倭云”。
这不过是有关炼锌的最早记录,而锌实际制得的年代肯定是在此之前。根据考证,我国在汉初(公元前1世纪)已知道用锌,最早的有关锌的文献记载出现于明宣德三年(公元1428年)工部尚书吕震所编《宣德鼎彝谱》一书中。欧洲虽然在16世纪已经认识到锌是一种金属,但一直没能解决锌的冶炼问题,长期从我国进口。直至18世纪30年代,英国人才到中国学会了炼锌方法,1743年在布里斯托尔建立了第一座炼锌厂。
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锌
锌(Zn),原子序数是30,是一种浅灰色的过渡金属。锌是第四常见的金属,仅次于铁、铝及铜,不过不是地壳中含量最丰富的元素。其密度比铁略小,呈六边形晶体结构。
在常温下锌是硬而易碎的,但在100~150℃下会变得有韧性,当温度超过210℃时,锌又重新变脆,可以用敲打的方法来粉碎它。锌能够在空气中燃烧,产生氧化锌。
1.1.6 酿造与染色
酿造和染色是中国古老的化学工艺。因为这两种工艺跟人们日常生活中的衣食有密切的关系,所以在4000多年前就发展起来了。
(1)酿造
原始社会末期,社会逐渐出现贫富差距,一部分上层的富有者就利用谷物酿酒作为享乐之用,或者作为祭品向天地和祖先求福。
中国古代酿酒技术不断发展,酒曲的品种逐渐增多。
蒸馏酒始自宋代,到明代已很普遍,同时积累了专门的酿酒化学知识。
酿酒的过程是一项古老而又复杂的微生物化学过程,实际上是利用微生物在某种特定条件下,将含淀粉或糖分的物质转化为含酒精等多种化学成分的物质。
酒的起源由水果发酵开始,它比粮谷发酵容易得多。
利用发酵作用不仅可以酿酒,还可以酿造醋、酱油等。
汉代时我国已有食醋,最初制法是用麦曲使小麦发酵,生成酒精,再利用醋酸菌的作用将酒精氧化成醋酸。
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(2)染色
早在六七千年前的新石器时代,我们的祖先就能用赤铁矿粉末将麻布染成红色。
居住在青海柴达木盆地诺木洪地区的原始部落,能把毛线染成黄、红、褐、蓝等色,织出带有彩色条纹的毛布。
商代养蚕造丝已相当发达,染丝技术也相应发展。
周代,已把青、黄、红、白、黑五种颜色作为主要颜色,并用其染丝制衣,同时把染色工序概括为煮、暴、染几个步骤,并设有“染人”掌染丝帛。
秦汉时期,染色技术进一步发展,成为一种单独的手工业,当时的染色已达到较高水平。
唐代的印染相当发达,除数量和品质都有提高之外,还出现了一些新的印染工艺,特别是在甘肃敦煌出土的唐代用凸版拓印的对禽纹绢,这是自东汉以后隐没了的凸版印花技术的再现。
宋代时期,我国的印染技术已经比较全面,色谱较齐备。
明清时期,我国的染料应用技术达到相当高的水平,染坊有很大发展,比较复杂的印花技术也有了发展。
至1834年法国的佩罗印花机发明以前,我国一直拥有世界上最发达的手工印染技术。
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人物小史与趣事
酒的起源——猿猴造酒说
山林中的野果是猿猴的重要食物,猿猴在水果成熟的季节,收储大量水果在石洼中,堆积的水果受到自然界中酵母菌的作用而发酵,在石洼中将一种被后人称为酒的液体析出,所以,猿猴在不自觉中造出酒来。依据不同时代人的记载,都证明在猿猴的聚居处,通常会发现有类似酒的东西。
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酒
酒的化学成分是乙醇,通常含有微量的杂醇和酯类物质,食用白酒的浓度通常在60度(即60%)以下(少数有60度以上),白酒经分馏提纯至75%以上称为医用酒精,提纯到99.5%以上称为无水乙醇。医用酒精用于伤口消毒,食用酒精用于配制内服药物,无水乙醇用作化学试剂,用于化学分析及科学试验。工业酒精用作燃料及化工行业生产各种化工产品的原料。酒是以粮食为原料经过发酵酿造而成的。
人类捕捉猿猴趣闻
猿猴是非常机敏的动物,它们深居于深山野林中,出没无常,极难捉到,经过细致观察,人们发现猿猴嗜酒。于是,人们就在猿猴出没的地方,摆上香甜浓郁的美酒,猿猴闻香而至,先是在酒缸前流连不前,接着便小心翼翼地蘸酒吮尝。时间一久,就会因为经受不住美酒的诱惑,而畅饮起来,直到酩酊大醉而被人捉住。这种捕捉猿猴的方法并不是中国独有,东南亚一带的人和非洲的土著人捕捉猿猴或大猩猩,也采用类似的方法。
1.1.7 我国本草医药学中的化学知识
本草医药学中的化学知识很丰富,是古代化学的一个重要分支。遗憾的是,由于历史文化传统、政治经济发展状况等复杂因素,我国的本草医药学最终没有发展成为近代化学。
(1)一些无机物及其化学性质
最开始的本草医药学中所涉及的化学知识主要是认识一些无机物。例如,《神农本草经》中已记载的无机药物有46种。除了铁石、硫黄、汞等单质外,还有许多矿石。
到了唐代《新修本草》中,不但无机药物增至109种,而且对一些物质性质的认识也更加深入。当时已经认识到硇砂(NH4Cl)不但可以入药,还可以作为“焊药”用于金属焊接。
《本草纲目》对无机物的认识已达到非常高的水平。李时珍按当时的化学知识,开创性地将无机药由玉石部一类分为火、水、土、金石四部七类。
清代《本草纲目拾遗》将无机药物增加到335种,所涉及的已有相当数量是人工合成的无机物,比较突出的是对硝酸和氨水的记载。
本草医药学涉及金属单质、氧化物、硫化物、氯化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐等多种化学物质。
(2)一些元素及其化合物相互转化规律及制备方法
唐代《新修本草》中对化合物的制备方法介绍得比较详细。其中制银粉的方法是:将银片和汞制成汞齐,再合硝石及盐,研为粉,烧去汞,洗去盐粉,就成了极细的银粉。
《本草纲目》中关于人造无机药物的制备更加丰富和翔实,充分表明了当时对复杂的无机化学反应的认识已达到非常高的水平。
(3)一些化学物质的鉴别方法
陶弘景在《神农本草经集注》中已掌握了依据煅烧时的火焰颜色来鉴别硝石(KNO3)的方法,指出“强烧之紫青烟起……,如朴硝,云是真硝石”。这是世界化学史上钾盐鉴定的最早记载,亦为焰色反应的先声。
宋代《大观本草》介绍了加热使绿矾石(FeSO4·7H2O)分解成为赤色氧化铁(Fe2O3)以达到鉴别绿矾石目的的方法。这极有可能是最早的定性分析方法。
李时珍还在《本草纲目》中记录了使用“试金石”鉴定合金中含金量的划痕试验法:“金有山金、沙金二种。其色七青八黄九紫十赤,以赤为足色。和银青性柔,试石则色青,和铜者性硬,试石则有声”。
(4)一些有机化合物的制取
本草医药学中除了含有大量的无机化学知识外,还通过对一些有机药物的制备、配伍、炮炙等长期实践过程总结了许多关于生物碱、甾、有机酸、脂肪、维生素、激素、芳香油、醇类及蛋白质等有机化合物的性质和制备方法等方面的知识。
《本草纲目拾遗》中转引一部17世纪的作品《百猿经》中有关“射罔膏”即乌头碱的制法,比19世纪初欧洲出现的吗啡碱大约早了两百年。
明代万历三年的《医学入门》中有关从五倍子中提取较纯的没食子酸的方法比瑞典化学家舍勒的同类工作早二百多年。
人物小史与趣事
李时珍解开“仙果”之谜
明朝嘉靖年间,均州的太和山上有一座道观叫作五龙宫,五龙宫的后院有一种奇特的果树,每年长出像梅子大小的“仙果”,道士们说,果树乃真武大帝所种,人吃了这“仙果”能够长生不老。皇帝闻信,降旨下令五龙宫道士每年在“仙果”成熟之际采摘,作为贡品送到京城,供皇家享用,并且不许百姓进五龙宫后院,谁要是偷看、偷采“仙果”,就是“欺君罔上”,有杀身之罪。
当时,医药学家李时珍为了编写中药学巨著——《本草纲目》,正带着弟子庞宪在各地名山大川采集中药。一天,他们来到太和山下,听说山上有“仙果”,就想弄明白“仙果”究竟是何物及其药用功效,于是就在山下找客栈住下。
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次日,李时珍来到五龙宫,对道长说:“我是从蕲州来的大夫,专门采集药材,研究药效的,听说这里有仙果,能否给我看一看?”白发苍髯的老道长将李时珍认真打量一番后说:“念你是个大夫,不懂这里的规矩,我不想找你什么麻烦,但我要告诉你,这里是皇家禁地,仙果是皇家的御用之品,你还是快快离去为好,不然当心遭受皮肉之苦。”李时珍只好无奈地下山了。
怎么办?难道让这“仙果”永远成为一个谜?为了编写《本草纲目》,李时珍苦思冥想,茶饭不思,突然展颜而笑,弟子庞宪问他怎么了,李时珍只是笑而不答。夜深人静,李时珍从一条小道摸上山,这时五龙宫里一片寂静,道士们早已酣然入睡,他轻步绕到后院外,翻墙进入院内,捷步来到果树下,迅速采摘了几枚“仙果”与几片树叶,然后翻墙出观,连夜赶下山去。
回到客栈,李时珍与弟子亲口尝了尝“仙果”,之后又仔细对其进行研究,终于解开了太和山“仙果”之谜。原来它只不过是一种榆树果子的变种,叫作榔梅,其药用功效与梅子差不多。李时珍后来在《本草纲目》第二十九卷五果类记载:“榔梅出均州太和山,杏形桃核。气味甘、酸、平,无毒,主治生津止渴,清神下气,消酒。”