中国化学史

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17世纪以前,化学还未成为一门独立的学科,但是利用化学手段来发展生产生活的历史早已开始。在北京人的时代,火的使用已经十分普遍。中国人在古代发展出了一系列烧制陶瓷冶金酿造的工艺。鸦片战争之后,近代化学传入,1866年设立的算学馆就有教授化学课程。徐寿英国传教士傅兰雅翻译了大批西方人写的化学书籍。中華民國成立後,化学得以有较大发展,出现了李方训戴安邦徐光宪等一大批化学家。侯德榜发明的联合制减法是对近代化工的重大贡献。民國十七年(1928年)七月,中央研究院成立化學所,並於民國46年遷台復所。中华人民共和国成立后于1956年成立了中国科学院化学研究所

古代工艺化学[编辑]

陶瓷化学[编辑]

陶器和原始瓷器[编辑]

据目前的考古资料,中国的陶器制作可追溯至新石器时代早期,距今已有一万多年历史。自20世纪60年代以来,先后在江西省万年县仙人洞、广西桂林甑皮岩柳州大龙潭鲤鱼嘴、桂林庙岩湖南道县玉蟾岩、河北徐水南庄头、阳原余家沟等多处遗址中,发现了大量早期陶器。这些陶器以铁质易熔粘土为材料,多混有石英砂和其他碎末。坯体为手工捏制,胎壁较厚但不均匀,烧制温度低,质地松软,色泽多为褐色,深浅不匀。[1]最早的陶器可能是将陶坯晒干后直接用篝火烧制,极易破碎,故而很难见到遗存下来的完整陶器。这种露天烧制的方法,直到很晚的历史时期仍被中国东北北方的一些少数民族沿用。[2]

随着文明的发展,人们慢慢掌握了使用陶窑来烧制陶器的技术。早期的陶窑一般是选择坡地挖成,窑室位于火塘之上,中间以火道、火眼连接。火膛中的火焰经火道、火眼进入,由下向上流动,最后从窑顶排除。由于对进入窑室的空气缺乏控制,氧气往往过量,因而陶胎中的铁会被氧化为Fe2O3,制成的陶器呈红色。红陶是黄河中游地区新石器时代中期仰韶文化的代表。[3]彩陶是一种带彩色纹饰的陶器,最早在前仰韶文化的白家文化和北首岭早期文化(距今7800-7100年)中发现。纹饰的类别有对称的几何图形和象形图案两种,其中鱼纹是半坡类型的标志。[4]彩陶的大致制作过程为:挑选可塑性高的粘土,剔除杂质,加水制成较细的泥料。用慢轮拉坯方法修正外形,烘干后涂以天然颜料,最后以950℃左右的温度烧成。彩绘的颜料有黑色、红色、白色等等,其中黑色颜料主要以铁锰矿粉制成,使用较多。长江中游地区的屈家岭文化的薄壳彩陶则以烟熏的方式加上彩绘。[5]

随着陶窑的发展,人们发明了各种封闭窑顶的办法。其中一种是在封闭出气孔后向内喷水,因此烧制后期窑室内氧气减少,陶胎中的部分氧化铁被还原为四氧化三铁氧化亚铁,陶器呈现灰色。若火膛柴草过量,则游离的炭黑会均匀渗入陶胎,制成的陶器呈黑色。[3]黑陶最早出现于河姆渡文化晚期[6],但大量的黑陶出自龙山文化时期。龙山黑陶含铁量较高,坯体中存在很多石英等残片和大量气孔,强度较之前的陶器有质的提升。其大致的制作过程是:精心筛选原料、快轮成型后打磨坯体外表,最后采用温度1000℃左右的竖穴窑烧成。[7]龙山黑陶中有一种陶胎像蛋壳一样薄(最薄处仅0.1-0.2mm)、重量极轻、漆黑黝亮、做工精致的品种,称为蛋壳陶,常带有着鼻、耳、盖、流足、扣首等丰富饰物。只有保证泥料极细、渗碳工艺纯熟,才能烧制好这种陶器。[8]

罗家角文化遗址、大溪文化遗址、仰韶文化晚期遗址中出土过一种表里、胎质均为白色的陶器,称为白陶。到了大汶口文化和龙山文化时期,白陶的烧造已较为普遍。白陶的Fe2O3含量偏低,Al2O3含量则较高,故而烧制后呈白色。早期的白陶是以辉石角闪石绿泥石滑石的风化产物构成,而后来则转而使用高岭土和高铝黏土。[9]

新石器时代晚期,长江流域出现了印纹硬陶。商代的硬陶多见于今天的浙江江西,器物内壁多有垫窝痕迹,西周的硬陶则多见于长江流域,而到了春秋时期,硬陶在吴越地区依然流行。硬陶所用的粘土有精制的瓷石类粘土、紫金土、海滨沉积土等,质地较纯、氧化铁含量较低,烧成温度在ll00℃左右,有的陶片样本烧成温度甚至高达1280℃。[10]

1993年,上海的马桥遗址(约距今3900年一距今3500年)中出土了中国最早的高温釉陶瓷,其烧制温度为1150℃-1180℃。商周时期遗址和墓葬更大量出土了原始瓷器。这些原始瓷胎体坚硬,胎质比硬陶细腻,胎色为灰白、青灰、黄白或灰褐色,釉层稀薄,薄厚不匀,釉色为淡绿色、灰绿色、黄绿色或灰褐色。原始瓷的烧制温度约1200℃,胎质取材于南方的瓷土,釉则采用石灰釉,烧成后基本不吸水。[10]不过,原始瓷毕竟没能完全脱离陶器范畴,有的原始瓷原料中混有大量石英砂颗粒,施釉的均匀程度较差。瓷胎中含有莫来石晶体,亦含有一定量的玻璃相和气孔。[11]

低温铅釉陶最初出现于汉代,它是在700-900℃的温度下烧成,釉中加入是为了降低釉的熔点。这种陶器胎质燃烧并不充分,比较容易渗水。当时人们已认识到铅的毒性,故避免将低温釉器皿用于饮食。[12]到了唐代,出现了一种民间烧制的彩色铅釉陶——唐三彩。它用粘土作胎,先经1100℃左右的高温素烧,然后用等元素的矿物和铅的氧化物所制成的着色剂上色,再经900℃左右的温度烧制而成。目前发现的大规模唐三彩窑址集中在陕西西安河南洛阳。由于有CuOCoO、Fe2O3、SiO2等成分,故而成品呈现绿、蓝、黄、白等釉色。[13]

宋代时,紫砂陶开始展露头角,它与普通陶器的区别是Fe2O3含量较高。其原料紫砂土主要是粘土,亦含有石英、铁质矿物等成分。经过破碎、细磨、陈腐几道前期工艺,紫砂土中的铁质形成含铁胶体或高塑性陶泥。成型、干燥之后,经1100℃左右的温度烧制,生成莫来石、尖晶石、堇青石、高温石英等物质,得到成品。[14]

瓷器[编辑]

到了东汉末期,原始瓷器的烧造技术有了极大的提高,发展处了真正的瓷器——青瓷。青瓷右釉面光泽。釉胎结合牢固,烧制温度为1260-1310℃。[15]最早的青瓷集中在南方地区,约在北朝时期才传至北方。北方的青瓷Al2O3SiO2、Fe2O3含量较低,釉色均匀程度较差。[16]

随着制瓷水平的提高,胎釉中的含铁量逐渐为人所控制,白瓷应运而生。早期的白瓷有时会出现釉色泛青的现象,在北方发展较快。

本草和炼丹术[编辑]

远古至汉代[编辑]

“本草”一词最早出现于汉初,是中国古代中药学的统称。商代以前,先民往往把疾病归于神谴或恶鬼附体。而到了周代,医药有了一定发展,逐渐发现了一些有医疗保健作用的食物。东周时期的《山海经》就记载了124中药材,包括动物药66种、植物药51种、矿物药2种、水土类2中,未详3种。但那时仍是巫医不分,医药只是运用法术的一种附属。[17]

随着仙人传说的兴起,人们慢慢有了追求长生不死的欲望。到了春秋战国时期,提出了两种实现长生的方法——养生和服药,后一种方法得到了王公贵族的大力赞助。秦始皇扫灭六国后,先后派徐巿、韩终、侯公、石生等人寻觅不死药,遭到失败。后来,方士们将那些外观、性能特别的物质当做仙药,如认为丹砂“久服通神明、不老”、云母“久服轻身延年”、茯苓“久服安魂养神、不饥饿延年”、水银“久服轻身不死”等。靠这些自然药物并不能使人不死,于是方士们开始尝试自己炼制神丹。[18]汉文帝统治时期,炼制伪黄金的活动已经出现。汉武帝继位后,更加热衷于神仙方术。方士李少君得到宠幸,据说能将丹砂和其他药材转化为“黄金”,食之不死。淮南王刘安也亲自从事炼丹活动,他的《淮南万毕术》残篇中记载了少量论变化之道的文字,如“取曾经十斤、浇以水,灌其地,云起如山云矣”,“白青得铁,即化为铜”,不过大部分内容属于幻术及传说。[19]直到汉成帝时期,炼丹术依然不成熟,刘向《列仙传》所载“列仙”仍主要靠服食天然草木,只有“神砂飞雪”算得上炼丹的范畴。[20]

大约成书于西汉末或东汉初的《黄帝九鼎神丹经》是中国现存最早的炼丹书,讲述了九种“神丹大药”,是火法炼丹的代表著作。第一种“丹华”是升炼丹砂而成,成为主要是硫化汞。第二种“神符”由水银、黑铅升炼,成分为氧化汞氧化铅。第三种“神丹”以雄黄雌黄混合升炼而成,成分主要为升华的硫化砷。第四种“还丹”由水银、雄黄、禹余粮混合升炼,主要成分为、硫化汞、雄黄。第六种“炼丹”是由巴越丹砂、雄黄、雌黄、曾青、巩石石胆礬石磁石升炼而成,成分主要为丹砂与雌雄黄。第七种“柔丹”是水银升华所得,成分主要是氧化汞。第八种“铁丹”用玄黄涂布的丹釜升炼水银、曾青、磁石粉,主要成分为氧化汞。第九种“寒丹”是水银、雄黄、雌黄、曾青、礬石磁石混合炼成,主要成分为汞、硫化砷氧化砷、氧化汞。[21]《正统道藏》中提到一位东汉中期的炼丹家狐刚子。他提出了从不同金矿中冶炼黄金的方法:对水金矿,先分离石英砂浮起,再以黄巩、胡同律煅烧得到的含银金箔;对山金矿则用金精、石胆精(硫酸)、朱砂等药物熔炼。另外他还提出了一种炼锡灰坯炉法,将金银矿粉与铅共炼,分出渗有金银的铅坨,焙烧后吹掉氧化铅,从而提纯金银。[22]魏伯阳的《周易参同契》是中国最早的炼丹理论著作,强调“变化由其真,始终自相因”的观点,也简略的描述了丹鼎构造。书中说“汞白为流珠”、“太阳流珠,常欲去人”、“得火则飞,不见埃尘”,认识到汞具有流动性、不易控制,又接着说“卒的金华,转而相亲,化为白液,凝而至坚”,发现汞能和铅组成合金。[23]中国最早的本草著作《神农本草经》受炼丹术强烈影响,记载药物347种。其中将药品分为3种:“上品”无毒,“中品”服用需斟酌,“下品”毒性强,不可久服。其中将丹砂归为无毒,是错误的,但亦发现它“能化为汞”,已认识到硫化汞加热能分接出金属汞。[24]

魏晋南北朝[编辑]

魏晋时期,道教活动进一步发展,炼丹术逐渐成熟。东晋葛洪所撰《抱朴子·内篇》对靠自我修炼和服食金丹的两种养生方法做了述评,其中《金丹》、《仙药》、《黄白》三篇尤其为世人所重。其中提到一种“九转神丹”,以赤盐(含氧化汞)、艮雪(氯化汞氯化亚汞)、玄白(醋酸铅)为原料,反复精炼之后得到“还丹”(成分可能为氧化汞)。[25]《黄白》还公开了一些他收集到的黄白术方,强调制作金银是延年而非致富的手段。[26]

近代化学的传入[编辑]

20世纪[编辑]

諾貝爾化學獎[编辑]

注释[编辑]

  1. ^ 赵朝洪, 吴小红. 中国早期陶器的发现、年代测定及早期制陶工艺的初步探讨[J]. 陶瓷学报,2000,21(4).
  2. ^ 叶姆民.中国陶瓷史纲要[M].北京:轻工业出版社,1989年:40.
  3. ^ 3.0 3.1 周嘉华, 赵匡华.中国化学史(古代卷)[M].南宁:广西教育出版社,2003年:71.ISBN 9787543535633
  4. ^ 张忠培. 仰韶文化早期的陶器[J]. 北方文物,1989,(2).
  5. ^ 周嘉华, 赵匡华.中国化学史(古代卷)[M].南宁:广西教育出版社,2003年:73.
  6. ^ 陈进海.世界陶瓷(第四卷)[M].沈阳:辽宁画报出版社,2006年:41.
  7. ^ 沈建兴, 翟纪伟, 李传山, 张雷. 龙山黑陶显微结构分析和渗碳工艺研究[J]. 中国陶瓷,2008,44(3).
  8. ^ 李伟. 论黑陶的艺术魅力[J]. 佛山陶瓷,2007,17(1).
  9. ^ 周嘉华, 赵匡华.中国化学史(古代卷)[M].南宁:广西教育出版社,2003年:75.
  10. ^ 10.0 10.1 刘毅. 商周印纹硬陶与原始瓷器研究[J]. 华夏考古,2003,(3).
  11. ^ 李家冶等.中国古代陶瓷科学技术成就[M].上海科学技术出版社,2003年:133.
  12. ^ 邢晓刚. 浅析低温铅釉、唐三彩、琉璃瓦、唐三彩陶板画的演变[J]. 齐齐哈尔大学学报(哲学社会科学版),2008,(4).
  13. ^ 董军领, 赵维娟, 刘国栋等. 黄冶窑唐三彩原料产地的研究[J]. 原子核物理评论,2008,25(4).
  14. ^ 王平. 紫砂陶中Fe2O3热变化规律与作用[J]. 中国陶瓷工业,2003,10(1).
  15. ^ 周嘉华, 赵匡华.中国化学史(古代卷)[M].南宁:广西教育出版社,2003年:208.
  16. ^ 周嘉华, 赵匡华.中国化学史(古代卷)[M].南宁:广西教育出版社,2003年:214.
  17. ^ 周嘉华, 赵匡华.中国化学史(古代卷)[M].广西教育出版社,2003年:232.
  18. ^ 周嘉华, 赵匡华.中国化学史(古代卷)[M].广西教育出版社,2003年:239.
  19. ^ 周嘉华, 赵匡华.中国化学史(古代卷)[M].广西教育出版社,2003年:243.
  20. ^ 周嘉华, 赵匡华.中国化学史(古代卷)[M].广西教育出版社,2003年:245.
  21. ^ 周嘉华, 赵匡华.中国化学史(古代卷)[M].广西教育出版社,2003年:248.
  22. ^ 周嘉华, 赵匡华.中国化学史(古代卷)[M].广西教育出版社,2003年:255-257.
  23. ^ 张子高编.中国化学史稿(古代之部)[M].科学出版社,1964年:71.
  24. ^ 周嘉华, 赵匡华.中国化学史(古代卷)[M].广西教育出版社,2003年:300.
  25. ^ 周嘉华, 赵匡华.中国化学史(古代卷)[M].南宁:广西教育出版社,2003年:281.
  26. ^ 周嘉华, 赵匡华.中国化学史(古代卷)[M].南宁:广西教育出版社,2003年:284.