第一章化学的萌芽

第一章化学的萌芽早期的化学知识来源于人类的生产和生活实践，从火的发现和使用到冶金化学、医药化学的发展，经历了漫长的岁月，积累了大量零散的、经验性的化学知识。第一节古代的实用化学知识和物质观一、火的利用火本是大自然的一种现象，火山爆发、雷轰电击、陨石落地都会产生森林大火。人类在实践中认识到火对人类的作用，于是就把野火种引到家里，使火为人服务。火的使用使人类最后脱离动物界，人类最早有所认识并有意识控制和利用的就是火，对火的使用也可以算作最早的化学实验恩格斯在《反杜林论》中指出：“就世界性的解放作用而言，摩擦生火还是超过了蒸气机，因为摩擦生火第一次使人类支配了一种自然力，从而最终把人同动物界分开”。世界上各个民族都有拜火的活动，奥林匹克运动会，要进行圣火传递，圣火不能用火柴、打火机点燃的，要用聚光镜从太阳那里采集。在长期使用火的过程中，制作陶瓷、玻璃和冶金技术也陆续出现，并不断得到发展和完善。二、陶器、瓷器、玻璃1、制陶技术的出现和发展人类第一次从事的化学工艺就是制陶。是人类利用火制造出的第一种自然界不存在的新物质，是人类文明史上的一项伟大创举。在中国，陶器的制作已经有一万多年的历史，（人类早期生活的器皿有木制的，也有用枝条编制的，古人为了使其耐火和致密无缝，往往又在木制器皿外面抹上一层湿黏土。在使用中，有时器皿被火烧了，木制部分烧掉了，黏土部分却变得很硬，仍可以使用，进而人们便发现成形的黏土不需要内衬木制容器就可以烧制出器皿。于是人们将黏土捣碎，用水调和，揉捏成各种形状，在太阳底下晒干，然后放入火中烘烧，便得到了原始的陶器。）新石器时代陶器的特点:陶质比较疏松，烧成温度也较低。陶器的种类多样，有红陶、黑陶、彩纹硬陶和白陶等。两个因素导致陶其有颜色：1.原料中含有呈色金属元素，使得陶器本身有一定的颜色。2.人们掌握了在烧成后期控制各种火焰的技术所取得的结果。红陶:用氧化焰烧制(指燃烧时供氧充足，可完全燃烧，温度高，具有氧化作用)，陶土中的铁大部分转化为三价铁，成Fe2O3,陶器成为红色。灰陶或黑陶:烧窑后期用还原焰烧制(指燃烧时供氧不足，燃烧不完全，使金属氧化物还原为金属或低价氧化物)，陶土中的铁大部分转化为二价铁，成FeO，陶器成为灰色或黑色。彩陶:以铁、锰矿物质与泥土配成彩料，在红陶和灰陶上施以彩绘，经800－900℃高温烧成，其彩绘永不褪落，就成为彩陶。彩绘陶:如果是在烧成的陶器上画彩，彩绘颜色附着在陶器表面，一旦受潮或经水浸泡，颜色会变淡或褪落，这就是彩绘陶。在瓷器发明以前，陶器在人们生活中起着至关重要的作用，但陶器又存在许多缺点，如表面毛糙、不易清洗、气孔多、存储水酒一类液体时容易渗漏。为了克服这些缺点，在生活和生产实践中发明了陶衣、渗碳、泥陶釉各种不同的改进方法。高温窑炉的出现则为釉的发明提供了契机。商代已经有了1200℃的高温窑，这种窑在长期使用过程中出现了一些前所未见的新现象。其中之一是：古代烧窑是以柴草为燃料，烧后的草木灰在高温下偶尔与素胎相接触，在器物表面生成了一层透明的玻璃态物质。商代的陶工从这些现象中得到启发并加以利用，终于发明了高温釉。2、瓷器的出现和发展商代出现原始瓷，盛行于西周战国时期，标志着我国陶瓷生产已经进入了新时代。釉的发明:从陶过渡到瓷的必备条件，釉的发明是制陶工艺发展中的一次飞跃，也为瓷器的发明提供了必备的条件和经验。釉:附着在陶瓷表面的玻璃质薄层，有与玻璃相类似的某些物理、化学性质，其主要成分是Si02和Al203。提高前者的含量可增加釉层的透明度；而后者的作用是增加釉的高温黏度、防止流釉，含量越高，黏度也越高。釉使瓷器表面光洁，方便清洗，防止液体的渗漏，也起到了很好的装饰作用。草木灰釉的缺点：（1）工艺性能不好，釉浆缺乏粘性，施釉时不易操作。另外，草木灰中的K2CO3易溶于水，使釉浆的成分不能保持稳定；（2）草木灰来源有限，不能用于大量生产。为了克服这些缺点，商周时期的陶工通过长期探索，终于发现在草木灰釉的基础上再加些普通粘土、石灰质粘土或石灰石，可以克服这些缺点，这样就发明了石灰釉。“瓷器”制作三个条件：①瓷器只能瓷土(即高岭土Al203·2Si02·2H20)作胎。②胎的表面必施有玻璃质釉；③瓷器烧成温度至少要在12000C左右，焙烧后胎体要达到烧结，器皿质地坚硬，敲之要能发出金石声，成品的吸水率很低。瓷器可分为青瓷、白瓷和彩瓷等。（釉，以石英、长石、硼砂、黏土等为原料制成的物质，涂在瓷器、陶器的表面，烧制成有玻璃光泽的涂层。在金属表面施加的釉层，则称为珐琅。）（瓷器质地光洁细腻，陶器比较粗糙区别就是原料和烧成温度不同，陶的烧结温度低，瓷的烧结温度高）3、玻璃制造技术制造玻璃的技术是古埃及人和美索不达米亚人在公元前3400—2500年发明的。玻璃制品的运用不仅丰富了人们的生活，还为炼金术和制药化学的发展提供了器皿和条件。普通玻璃又称钠玻璃，是硅酸钠和硅酸钙与过量二氧化硅的混合物。通常是由砂子、碳酸钠和碳酸钙共熔而制得；3000多年前，一艘欧洲腓尼基人的商船，满载着晶体矿物“天然苏打”，航行在地中海沿岸的贝鲁斯河上。由于海水落潮，商船搁浅了。于是船员们纷纷登上沙滩。有的船员还抬来大锅，搬来木柴，并用几块“天然苏打”作为大锅的支架，在沙滩上做起饭来。船员们吃完饭，潮水开始上涨了。他们正准备收拾一下登船继续航行时，突然有人高喊：“大家快来看啊，锅下面的沙地上有一些晶莹明亮、闪闪发光的东西！”船员们把这些闪烁光芒的东西，带到船上仔细研究起来。他们发现，这些亮晶晶的东西上粘有一些石英砂和融化的天然苏打。原来，这些闪光的东西，是他们做饭时用来做锅的支架的天然苏打，在火焰的作用下，与沙滩上的石英砂发生化学反应而产生的晶体，这就是最早的玻璃。后来腓尼基人把石英砂和天然苏打和在一起，然后用一种特制的炉子熔化，制成玻璃球，使腓尼基人发了一笔大财。三、古代的金属冶炼1、铜的冶炼与使用（红铜、青铜、黄铜）在人类使用的金属中，首先被利用的是天然红铜。在公元前一千多年前的商代，中国出现了青铜（铜与锡或者铜与铅相互配合熔铸而成的合金）。河南安阳出土的司母戊方鼎是已发现的世界上最大的青铜器。青铜器熔点低、硬度高所以逐渐代替了石器、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划时代的作用。黄铜是铜和锌的合金。这种合金外观类似黄金。在铜的冶炼史和化学史上，我们的祖先还有一项重大的发明，就是胆水浸铜法（金属铁和胆水即硫酸铜溶液相互作用），这项发明是水法冶金技术的起源。西汉的《淮南万毕术》已有记载指出：“白青得铁，即化为铜”白青就是碱式碳酸铜。2、铁、钢的冶炼和使用人类最早使用的铁都是陨铁。公元前两千年，小亚细亚（在土耳其）人首先掌握了冶炼铁的技术，并开始使用铁器工具，人类便进入了铁器时代。我国大约在战国时期（公元前475年-前221年）发明炼铁，用铁来制造工具。早期炼铁，大多采用“固体还原法”，把铁矿石和木炭一层一层地放入炼炉中，点火熔烧，在650oC~1000oC时，炭不完全燃烧，产生CO使铁矿中氧化铁还原成铁。（春秋时代越王勾践的宝剑是一件稀世珍宝，宝剑擦拭以后，锋利无比，表面毫无锈蚀，在底下埋藏了两千年的宝剑，至今如此完好，说明中国古代炼铁技术十分高超）中国也是最早生产钢的国家之一，到战国时期炼钢技术已广泛应用于制造兵器和工具。3、稀有金属的冶炼在公元前3000年，埃及人已经能采集金、银制成饰物。我国在春秋战国时期就出现了鎏金技术。在西汉墓中出土的金缕玉衣所用的金丝直径仅有0.14毫米，说明当时已具有高超的加工工艺。在先秦时代，人们就掌握了用硫化汞提取汞的技术。四、酿造·染色·造纸·火药五、古代物质观物质是由什么构成的？它是否可以无限地分割下去？万物是否由少数基本物质组成？1、中国的阴阳五行学说五行说：金、木、水、火、土（古代朴素唯物主义自然观）阴阳说：从大量的既相互对立又相互联系的自然想象和社会现象中抽取出阴阳这两个基本概念，用以说明世界上充满着矛盾，并在矛盾中发展。（我国古代朴素唯物主义的辩证法）。阴阳五行说：五行说和阴阳说结合早在公元前2000年左右，大约在夏代（夏朝前21世纪-前16世纪），人们总结了在生产斗争和生活实践中积累起来的大量的感性知识，对金、木、水、火、土等物质形态的重要性及其相互联系，取得了较多的知识，随着认识的深化，大约至商周之交时期，（夏朝公元前2100-前1600商朝前1600-前1100西周前1100-前771年东周前770年-前256年）形成了最早的朴素唯物主义自然观，产生了五行说。人们把五行看成是构成万物的基本原料。“天生五材，民并用之，废一不可”五行学说后来又与阴阳学说结合，形成了“阴阳五行”学说，阴阳学说产生于战国时代（春秋前770年-前476年战国前475年-前221年）老子《道德经》中有“万物负阴抱阳”一语，阴阳是玄学理论的开始。当时人们在生产斗争和生活实践中遇到大量的既相互对立又相互联系的自然现象和社会现象，例如“男女，湿干，冷热，软硬，从这些常见的现象中，抽取出阴阳这两个基本的概念，用以说明世界上充满矛盾，并在矛盾中发展。阴阳是既对立又统一的两个方面，正是这两种性质支配着千变万化的物质世界，这就是我国古代朴素唯物主义的辩证法。古代物质观的另一部分是关于物质结构的问题。人们在认识物质的过程中，很自然地提出这样的问题：物质是无限可分的还是分割到一定程度就不能再分了？名家公孙龙（善于辩论，提出过白马非马的论点），他认为：“一尺之棰，日取其半，万世不竭。”。墨家提出了“端”的概念，认为端，体之无序而最前者也，端，是无间也，端是物质不能再分的最小单位，端无法间断，物质到了没有一半的时候，就不能再进一步斫开它了。墨家的端具有原子论的雏形。2、印度的五元素说古代印度有一种唯物主义哲学，认为万物是由地、水、火、风与以太5种元素构成的，构成这5种元素的单位是极其微小的，大小相等，永恒存在的“原子”，这些原子可以形成单体、复体、三体以及万物。3、德漠克利特的原子学说德漠克利特的原子学说是欧洲最早的朴素唯物主义原子论。他认为：宇宙万物是由最微小、坚硬、不可入的物质粒子构成，这种粒子叫“原子”。原子在性质上相同，但在形状大小上却是多种多样的，万物之所以不同，就是由于万物本身的原子在数目、形状和排列上有所不同。他还认为：原子总在不断的运动，互相碰撞而形成世界及其中的事物，日月星辰也是由原子构成的。他甚至认为人的灵魂也是由原子构成的，只不过构成灵魂的原子比较光滑精细。他的原子论破坏了对神的敬仰，动摇了古希腊奴隶主的精神支柱，引起了统治者的恐惧和仇恨，便力图禁止、消灭原子学说。但德漠克利特的原子学说是建立在主观的猜测、推理、想象之上的，无法用实验证明。但却被当时的人们接受。4、亚里斯多德的四元素说亚里斯多德认为物体的原始物性是冷、热、干、湿，这4种物性两两结合形成4种元素，即土、水、气、火4种元素按不同比例，就可以形成各式各样的物质。火气土水第二节化学原始形式——金丹术的盛行（公元前15年到公元1650年）一、“化学”名词的起源一般都认为，“化学”这一名称起源于古埃及的亚力山大里亚城，这个城在尼罗河口，是亚力山大大帝在公元前331年建立的。这个城的文化本质上是希腊文化。这个城里，一方面存在着古埃及的冶炼、染色、玻璃制造的工艺技术，另一方面有古希腊的哲学思想，这两个方面的结合导致了“化学”概念的产生。“化学”这个词最早见于罗马皇帝戴可里先在公元296年发布的一张告示，告示中命令焚毁埃及关于Chemeia的书。（意思是下令焚毁亚力山大里亚关于制造金银的书，这是世界上第一次“化学”这一名词。）我国最早使用“化学”名词：我国的近代化学知识是从西方传来的，我国最早介绍西方化学知识的书，是英国传教士合信所写的《博物新编》，这本书1855年出版，但书中没有“化学”这两个字。英国传教士韦廉臣在1856年出版的《格物探源》中，用到了“化学”这两个字，其文曰：读化学一书，可悉其事。这是中文中最早出现的“化学”名词。chemistry”(英语)来源于拉丁语“alchemy”，后者来源于阿拉