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第5章 化学概览(1)

说到化学,我们从中学开始就已经知道:化学是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学。世界是由物质组成的,化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一,它是一门历史悠久而又富有活力的学科,它的成就是社会文明的重要标志。从开始学会用火的原始社会,到使用各种人造物质的现代社会,人类每时每刻都在享用着化学成果带给我们的一切。人类的生活能够不断提高和改善,化学的贡献在其中起了重要的作用。

化学作为一门重要的基础学科,在与物理学、生物学、天文学等学科的相互渗透中,得到了迅速的发展,同时,也推动了其他学科和技术的发展。例如,在生物学方面,核酸化学的研究成果使今天的生物学从细胞水平提高到了分子水平,建立了分子生物学;对地球、月球和其他星体的化学成分的分析,得出了元素分布的规律,发现了星际空间有简单化和物的存在,为天体演化和现代宇宙学提供了实验数据,还丰富了自然辩证法的内容。

化学的历史渊源可以追溯到原始社会,人类生活在这个不停运动、不断变化的物质世界中,大自然的许多化学现象,如森林失火、动植物腐烂、空气和水对许多东西的侵蚀等现象,不断地刺激着人类的感官,一次又一次地印入人类的脑海,渐渐的,人类不再局限于通过自己的本能活动来适应外界环境的变化,而开始依靠集体的力量来与自然界作斗争,人类就是在这种斗争的进程中,在赢得自己的生存和发展的基础上,孕育了包括化学在内的自然科学的萌芽,为世界文明奠定了最初的理论基础。

可以说火的发现对化学的发展具有奠基性的意义,它为进行化学操作打开了方便之门,原始人借助于火,学会了用泥土、铜、青铜或其他易于获取的物质来制作器具。虽然这一时期没有文字记载,但后人可以通过对原始人制造的武器、器皿进行分析,才能推测出他们所使用的制取方法和材料。

后来,文字的出现使一些化学制取方法留下了比较准确的记载。随着文明的发展以及各种工艺技术的发明和改进,许许多多化学物体已为人所利用,可是,大多数人总是只关心最后的成品及其用途。只有工匠本人才关心产品制作方法。这些工匠中的大多数,出于一种仿佛已成为人类天性的本能,为自己及其子孙后代的利益,将手艺绝不外传。他们只靠口头传授来培养后人,因而极少留下工艺过程的文字记载。所以后人也只能根据对各个古文明时期制造和使用的各种器具的分析,来了解他们使用的方法。在这方面,考古学家掌握的各种情况都说明,现在称为化学的这门学问是和人类历史一样悠久的,但也表明史前时期和古文明时期的化学纯粹是经验的产物,决不能算是一门科学。

火是使原始人能广泛进行化学反应的第一个发现。人类使用火的意义重大,它为人类自身的发展开辟了一个新的、广阔的前景,增强了人类征服自然的能力。火发现于远古时代,凡是能划为人类遗物的东西,大都与火有关。

千万年间,随着史前人类文明雏形的缓缓发展,火的应用逐渐使人拥有了日益增多的武器和工具,从而为人类社会发展带来了新的进步。考古学家在墓穴或城市废墟中发现过不少早期文明的遗物,当初留下的这些遗物都是些金属用具和陶器。根据这些器物,通常即可确定当时的制造者所达到的文明发展程度。由于在已发现的任何文献中几乎都找不到有关这些器物制作过程的描述,所以,只有通过检验和分析这些器物才能描绘出化学早期发展阶段的图景。

在火的使用和制陶技术中,包含一些化学知识的萌芽。但古代工匠甚至没有想到冶炼金属是一种化学工作,也不认为这种工作与他一生的其他活动有什么不同。然而,新的发现一旦出现,立即就会加入文明技术进程,最终成为古代科学。

陶器的发明并不是某一个地区或某一个部落古代先民的专利品,它是人类在长期的生活实践中,任何一个古代农业部落和人群,都能各自独立创造出来。古代埃及、西南亚、印度、波斯及希腊的劳动人民,也和中国古人一样,在辛勤的劳动中,创造了灿烂的古代文化。制陶工艺也都在新石器时代的一开始就出现了,后又随着生产的发展、社会的前进而发展。

在尼罗河两岸肥沃土地上生活的古埃及人民,很早就熟悉了陶器的制造,最初他们生产的也只是红陶和黑陶,质地较疏松,吸水率很高;后来又出现一种方法,即用某种物质,例如石墨等,在陶罐外面摩擦,把它涂上一层,使陶罐能呈现黑亮的光泽,随后人们慢慢学会在陶器上描绘各种图案。他们还曾采用过一种制造彩陶的工艺,即用某种含氧化铁的泥土掺入坯料,这样烧出来的陶器具有瑰丽的红砖色。这种红陶曾普遍地流传在近东一带,当埃及进入奴隶制国家时,制陶工艺有了很大进步,特别是古埃及人民很早就掌握了制造玻璃的技术。

黑陶(左)、红陶(右)

考古学者曾从公元前千余年的墓葬中和干尸上发现过许多玻璃器皿。古代的玻璃几乎全都带色,也不很透明,因为那时制造玻璃的技术还处于初级阶段。为什么埃及能这么早地发明制造玻璃的技术呢?这是因为在埃及的一些湖岸上,存在着天然碱(碳酸钠),就在制陶的实践中,人们发现,将天然碱与砂石混合,在高温中熔化后,得到一种美丽透明的物块,这就是玻璃,最初用玻璃制造珍贵的装饰品、酒杯、花瓶、香水瓶等,后来玻璃器皿才逐渐成为日用品。制造玻璃的技术也慢慢地由埃及传到邻近的西南亚各国,在纪元前又传到希腊、罗马。

后来,罗马人自己对制玻璃技术进行改革,以玻璃炉代替烧锅,提高熔烧温度,使其熔化成清稀的液态。进而又发明了吹管,生产出美观明亮的各种用具,在实践中他们还逐步掌握了借添加铁、铜、铅等金属的方法,制成彩色玻璃。这种夹层玻璃制品充分反映了当时玻璃制品的工艺水平。玻璃制品的运用不仅丰富了人类的物质文化生活,还对中古时代欧洲炼金术、制药化学的发展起了促进作用。玻璃仪器及器皿也为近代化学实验所必需,是个有力的工具。

古代的西南亚,主要指底格里斯河和幼发拉底河流域,以及叙利亚、巴勒斯坦地区。这里也是人类文明最早的发源地之一。在公元前8000年左右,这地区就已处于新石器时代,到了公元前4000年左右也进入金石并用的奴隶社会。在这段时间里,人们从事农业生产,制陶业是主要的手工业之一。他们生产的陶器有黄色、红色和褐色,大多数具有单柄或双柄,这是该地区陶器的特色之一。在该地区公元前3000多年的古代遗址中,曾发掘出红色和灰色的陶器,另外还有一种黄色雕花的陶器,最引人注目。同时人们还发掘出了有轴的陶轮。这说明制陶术又有了很大进步。后来陶轮传到了埃及、印度及古希腊。在埃及古城底比斯,从一个古墓中曾出土一张公元前1800年的壁画,上面绘着一个陶工跪在地上,在一个回旋着的陶轮上塑造一件器皿。这壁画形象地描述了当时陶轮使用的情况,反映了当时制陶工艺的一个侧面,公元前四千年,这地区的几座大都城,像古代世界有名的巴比伦,都采用了大量的砖来筑城,砖瓦是制陶业在建筑上的运用,普遍地烧造砖瓦反映了当时制陶工艺的进步和繁荣。

印度作为世界的四大文明古国之一,近年来,在印度河流域逐渐发现了很多古代城市文化遗址,这些城市文化遗址通称为哈拉帕文化。哈拉帕文化约产生在公元前2500年左右,通过遗址的材料人们可以看到,当时社会的生产力已发展到相当高的水平。制陶工艺也是这样,当时已普遍采用陶轮了。陶器上常饰有优美的图案和动植物的花纹,烧造得相当好,同时还发现一些坚硬的陶管和陶质的玩具,这表明陶器的应用已很广泛。

陶器的出现是应该算是化学知识萌芽的一个开端。但古代文明至今保存得最好的器物还要算是金属制品。以致于石器时代之后的人类发展时代,都用铜、青铜或铁器等名称表示。甚至连古代人也有类似的观念,只不过他们通常认为文明在逐渐衰退,是从原始的黄金时代退化到了铜器和铁器的时代。在巴比伦人那里,神祇和行星都分别和各种金属联系在一起。

我们通过考古学的发现可以看到,人类最早使用的,都是一些天然金属。从埃及和美索不达米亚最古老的墓葬中,人们就发现了铜和金。尽管这些金属可能是在许多不同地区各自被人发现和得到使用的,但由于各个民族甚至在有文字记载之前就已开辟了贸易通道,所以,各种金属在文明国家间的辗转运送,对古代世界的文明交流无疑起了颇为重要的作用。

继天然金属使用之后,接踵而来的巨大进步是人类发明了从矿石中提炼金属的方法。史前时代定居于伊朗南部的苏美尔人,大约很早以前就在这里发现了用木柴加热来熔炼铜的方法。由于没有设法将所有的矿石进行精选,所以在把铜矿石和锡矿石混合熔炼时,自然很快发现了青铜。青铜与铜相比,硬度高,熔点低,这使它一经发现,就得到广泛的应用。

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