《化学简史》读书笔记

~ 《化学简史》读书笔记

周邦涛

第一章    应用化学的起源

宇宙诞生之初，就无时不刻不在进行着化学反应。而人类最早应用的化学方法是金属的提炼和加工以及陶瓷的制造。这些工艺的实践并没有什么理论基础，但往往有相当的技巧。这反映出人们在长期的实践中对物质的性质有着颇为可靠的了解。

人类历史的初期，还不会使用金属，当时的用具都是石制、角制或骨制。在公元前3400年前，在埃及和美索不达米亚（现在的伊拉克），人们已经学会冶金了。古埃及人大概是从西奈半岛的矿石中制取铜的，这种矿石很容易还原成金属。青铜（铜锡合金）的出现比铜晚，其发明是冶金术的一大进步。埃及最古老的青铜，一般认为是彼特立在美杜姆的第四王朝到第六王朝的遗址上发现的，其年代大约是公元前3000年。

知道青铜和黄金之后，在前王朝时期，埃及人也知道了铁、银和铅等金属。早期的铁很罕见，可能是从外层空间落到地球上的陨石得到的（因为他含镍）。这种前王朝时期的铁，可以和青金石（碱性铝硅酸盐矿物）的念珠串在一起用来做珠宝装饰品上的珠子。

公元前2000年左右，埃及极少用铁，大约到公元前1500年以后才普遍使用铁。

埃及人和美索不达米亚人在加工金属的同时也使制造玻璃和有釉（釉是覆盖在陶瓷制品表面的无色或有色的玻璃质薄层，能增加制品的光泽、机械强度，防止腐蚀。）陶器的工艺达到完善。最早的陶器没有釉，只有淡黄色的彩饰。

在埃及，很早就已应用含有铜化合物的不透明的蓝色和绿色的釉。

公元前3400年以前就发现淡绿色的真玻璃珠。公元前1550年发现蓝色玻璃瓶和一些古埃及玻璃，现存于大英博物馆。公元前1370年，埃及已经开始大规模制造玻璃。方法是用钠碱（碳酸钠）和碎石英在坩埚中共熔。在埃及，很早就能制造几乎无色的玻璃了。

在埃及，曾把石英、孔雀石、石灰一起加热到830℃-900℃制成一种深蓝色、组成确定的化合物CaO·CuO·4SiO2（埃及蓝），它同钠碱一起可用来做彩陶的蓝釉。

第十八王朝的埃及人从靛蓝植物中制取蓝色染料靛蓝。他们用还原方法把染料制成溶液。价格昂贵的、有名的“太尔”紫在远古时期可能由克里特人首先制出，它是从海中软体动物制取的，实际上是二溴靛蓝。

埃及和美索不达米亚还应用许多其他的天然染料，可以在一个浴槽中把同样一块织物染成不同颜色，说明很早就已经使用媒染剂（是使染料固着在织物上的金属化合物，往往按照金属基的不同染上不同的颜色）了。

第二章    化学的初期

四元素学说

元素的观念，最早清楚地表述在希腊哲学家的学说中。泰勒斯认为万物由水生成；阿那克西米尼认为万物由空气生成；郝拉克里特认为万物由火生成。恩培多克勒引入事物的四“根”的观念：火、空气、水和土；他还引入使它们结合与分离的两种力量——吸引和排斥。

“元素”这个词首先为柏拉图所使用。他假定事物都是由无形式的原始物质取得“形式”后产生的。

亚里士多德总结了前辈思想家的理论，发展成这样的看法，万物都由叫hulé的原始物质生成，在它的上面可以印上种种不同的形式，形式多得像雕刻家可以从一块大理石刻出种种不同的雕像一样。他把形式成为eidos，这些形式可以去掉并换上新的形式，因而导致元素蜕变这一观念的出现。亚里士多德认为物质的基本性质是热、冷、湿、干，他把它们成对地组合，得出所谓四元素，即火、空气、土、水，如图所示：

亚里士多德把元素或“单体”定义为这样一种物体，其他物体可以分解成它，而它本身不能再分割成其他物体。

四物质元素学说一直到18世纪末都被认为是正确的；一直到19世纪末，以太还被当成是光传播的媒质。

第三章      化学炼金术的传布

阿拉伯的化学

阿拉伯化学家阿尔-拉起是一个熟练的化学家，他的论炼金术的书《秘密中的秘密》中把矿物体分成六类：

1. 物体：各种金属。

2. 精素：硫磺、砷、水银及硇砂（NH4Cl）。

3. 石类：白铁矿，镁氧等

4. 矾类：（普林尼已知）。

5. 硼砂类：硼砂、苛性钠（钠碱）、草木灰

6. 盐类：食盐、苛性钾（钾碱）、“蛋盐”（可能是硝石）。

印度的化学

在古印度，公元前1000年左右的梵文《吠陀》在提到五种元素：土、水、空气、以太（设想的物质，“空间”的代名词）和光。公元前4世纪，在《利论》中，有关采矿、冶金、医药、烟火制造术、毒物、由发酵制成的酒、糖等都有详细的叙述。妙闻提到过黄铜，查拉克及妙闻都谈到过锌。用蒸馏法制取锌见于公元1100-1150年的著作，在《味宝集论》中有详细叙述。印度生产优质铁，著名的德里铁柱，重6.5吨，由锻铁造成，建造于公元415年。钢出现于公元前7-6世纪的坟墓中。

归诸迦毗罗的数论派哲学认为有一种原始物质，五种精细的元素：声、触、色、味、香，由这五种生出五种粗糙的元素：以太、风、火、水、土，依上述顺序从一到五包含精细的元素。每种天然元素以不同的比例包含所有五种粗元素。佛教认为有六种元素：土、水、火、气、以太和意识。

印度炼金术从公元8世纪开始。在印度炼丹术中认为服用水银制剂是超于轮回转世系之外的一种方法，当他活着时，可使服用者解脱。

中国的化学

周文王所著《易经》引入了阴和阳，是由太极产生出来的。周朝把水、火、木、金、土称为“五行”，它们彼此可以在一个永不终止的循环圈上互变，它们产自阴和阳。

中国的青铜大约出现在公元前1300年，铁大约出现在公元前500年。中国人有效率很高的风箱，在汉朝（公元前202——公元221年）就已经大量加工铸铁了，这早于西方。公元前250年已能由混合矿石熔炼制成青铜和白铜。早在7世纪就已利用铜矿和锌矿炼出黄铜，在8世纪用把铜暴露于锌的蒸气中的方法来制取黄铜。《天工开物》中叙述炼锌的方法：把矿石和煤放在坩埚中一起加热，直到金属凝结在盖上。中国的锌在17世纪就输出到欧洲。公元前150年左右就知道水银，《本草纲目》中描述了水银化合物，还提到在元朝（1260——1368）就已经初次进行酒精的蒸馏了。公元100年左右开始造纸，公元600年开始生产瓷器。中国很早就知道硝石，在西方还不知道火药时，中国就已经用火药制造烟火了。

中国的炼丹术随着后来道教的发展而兴起。从汉武帝的皇子刘安开始，道教退化成秘密教派，聚集大批方士和炼丹家，相传得丹者可以不死，可以升天，可以变成另外的形状。早期中国炼丹术制取“长生不老药”的要比点石成金的多。

[if !supportLists]第四章 [endif]医药化学

虽然炼金术士没能成功地把贱金属炼成黄金或长生不老药，但为此目的所做的大量工作却在另一方面开花结果，导致许多新物质的发现，例如酒精、无机酸和许多金属盐类。16、17世纪，医药化学家兴起。

巴拉塞尔士是医学的改革者。他不留余地地批评古代及当代医学。他引导人们注意到化学对医学及药学的莫大用处。他相信四元素学说，但是他认为它们在身体内作为三种要素——盐、硫磺和水银出现。盐是不挥发性及不可燃性的要素，水银是可熔性及挥发性的要素，硫是可燃性的要素。炼金术士早已认识硫磺和水银，但巴拉塞尔士似乎还是头一个添上盐，组成三基，并把它们比作身体、灵魂和精神。

范·海尔盂1579年出生于贵族家庭。他是一位医学博士，潜心钻研医药化学，做出了巨大贡献，他代表从炼金术到化学的过渡阶段。定量法是范·海尔盂的化学研究中的一个重要特征。他广泛地使用天平，清楚地表述物质不灭定律，强调金属溶解于酸以后并没有被消灭，还可以用适当方法使其复原。如溶解的铜可以被铁沉淀出来，铁取代铜的地位。同样，铜可以把银沉淀出来。他熟知硫酸，曾用蒸馏矾和在钟罩内燃烧硫的方法制成过硫酸。他叙述过，用等重的硝石、矾、明矾首先干燥，再混合在一起，然后蒸馏制取硝酸。他提到过王水（从硝酸和硇砂NH4Cl制成），以及王水放出的气体（氯气和氯化亚硝酰，即亚硝酰氯NOCl）。

他认为火焰是点着的烟，烟也是气体。他做过一个实验：在水面上倒扣一个玻璃杯，在杯中空气里点燃蜡烛，水面上升，火焰就熄灭了，由于耗掉一部分空气水才吸上来。他说气体是由不可见的原子组成，剧冷后彼此靠近凝结成小液滴。他指出，燃烧木炭和其他可燃物生成的气体是二氧化碳，但有时是一氧化碳。他提到过硝酸和金属作用产生的有毒红色气体是二氧化氮等。

李巴威乌斯是德国的教师，精通化学，写过第一本化学教科书《炼金术》。他描述过锌、硝酸铅以及从锡和升汞（氯化汞）制备无水氯化锡。

格劳伯是一位实用化学家，他描述用绿矾和明矾或黏土同盐一起蒸馏制备“盐精”。1658年，他描述用盐及矾油（硫酸）来制备“盐精”。他认为盐是由酸和碱组成的。他提到过从金属盐类和熔化的玻璃（硅酸钠）能生成奇怪的沉淀，并且知道其中含有二氧化硅。他清楚地解释一些复分解的实例，例如从辉锑矿和升汞（氯化汞）制备“锑奶油”（三氯化锑），锑和汞交换酸根。他提出了亲和力的观念，例如硇砂（NH4Cl）同氧化锌加热，氧化锌同酸化合是因为它似有较大的亲和力，从而把氨放出来。

塔沈纽斯在他的著作《医用化学》给盐下了一个明确的定义：“所有盐由酸和碱两部分组成。”他知道二氧化硅是一种酸，因为它与碱化合，也认识到酸有强弱不同，强酸可从弱酸盐在把弱酸取代出来，还知道肥皂是油酸盐。

到现在，我们已经追溯化学从远古时代一直到开始形成为一门独立的学科的发展过程。有人说过：“化学的目的似乎一个时期一个时期变化很大，一段时期化学可称为生命的理论，另一时期称为冶金学的一个分支；有时研究燃烧，有时成为医学的帮手；某一段时期企图只给一个单字元素下定义，另一段时期就探求所有现象的不变的基础。仿佛化学有时是手艺，有时是哲学，有时是秘术，有时是科学。”

总结

下表表明最古老的几个文明中心在各个时期中，需要用到应用化学的技术来制备的金属和其他材料的出现情况。极罕见的材料括于括号中。

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