說工藝道冶煉化學(xué)露端倪

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中化學(xué) 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
原始人造火,奴隸社會(huì)提取銅,人類進(jìn)化邁大步。歐洲、阿拉伯、華夏煉金術(shù)熠熠生輝光芒閃爍。帕拉塞斯是一位偉大的醫(yī)生,又是一位招搖撞騙的人。有關(guān)化學(xué)發(fā)展的說法,沸沸揚(yáng)揚(yáng)充滿神奇。人類從遙遠(yuǎn)的古代就開始了積累化學(xué)實(shí)用知識(shí),但這一過程進(jìn)行得很慢。進(jìn)入原始社會(huì)后,人類在為生存而進(jìn)行的殘酷斗爭中掌握了一些偶然的化學(xué)常識(shí)。在有文字記載以前知道了食鹽,了解它有調(diào)味作用和防腐作用。對(duì)衣服的需求,使他們學(xué)會(huì)了用原始方法加工獸皮。早在人類學(xué)習(xí)使用火的時(shí)候,就開始了對(duì)化學(xué)進(jìn)行實(shí)踐。他們用火的目的是取暖,不是改變物質(zhì)。他們是“看火者”而不是“造火者”。只有學(xué)會(huì)了造火,人類才真正成為火的駕馭者,繼而有效地用火做飯、制陶、冶煉金屬,所有這些都包括在早期的化學(xué)工藝中。舊石器時(shí)代的人類已成了“看火者”,他們掌握物質(zhì)冷熱并沒有超出烤肉食的范圍。而在新石器時(shí)期,他們的知識(shí)擴(kuò)展到燒制陶器和冶煉(熔化)一些不活潑的金屬,如銅。另外還掌握了釀酒、編織品染色及制造玻璃等一些化學(xué)工序。他們還使用了各種藥物,藥物大部分是用植物制取的。掌握冶煉技術(shù)是向前邁進(jìn)的重要一步,對(duì)人類文明有著深遠(yuǎn)的影響。銅可能是第一個(gè)被冶煉出來的金屬,先是用藍(lán)色堿式碳酸鹽礦,以后又用硫化物礦。到了公元前 1200 年,鉛、錫、鐵也被生產(chǎn)出來了。人類還認(rèn)識(shí)了金、銀和水銀,它們應(yīng)追溯到銅器以前,因?yàn)樗鼈兊牡突瘜W(xué)活性能使其以天然金屬的狀態(tài)存在。原始社會(huì)時(shí)期人類還知道了一些礦物顏料,如赭石、赭土等等,用來染制各種生活用品,織物、石壁繪畫和紋身等。原始社會(huì)人類在實(shí)用化學(xué)方面最初成就是非常微小的,但是在這些成就基礎(chǔ)上,才有以后各個(gè)時(shí)期化學(xué)的發(fā)展。進(jìn)入奴隸社會(huì)后,產(chǎn)生了生產(chǎn)過程的專業(yè)化,在化學(xué)工藝的不同部門都出現(xiàn)了一批專業(yè)手工業(yè)工人。冶金方面也有顯著成就。公元前幾千年,在埃及、小亞細(xì)亞、外高加索等地已經(jīng)開采黃金,并進(jìn)行加工和提純。人們已熟悉從礦石中提取銅、錫、鉛的方法,后來又有提取銀和汞的方法。遠(yuǎn)古的人類從使用石器到開始掌握金屬工具大約經(jīng)過幾十萬年的歲月。原始社會(huì)后期,人們?cè)诓粩喔倪M(jìn)石器和尋找、開采石料的勞動(dòng)中偶然發(fā)現(xiàn)了銅。由于當(dāng)時(shí)制陶技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,這就有可能對(duì)天然銅加熱煅打以至熔鑄,并逐步過渡到用礦石來冶煉鋼及其他金屬。在伊朗西部的阿里喀什和安納脫利亞(又稱小亞細(xì)亞)發(fā)現(xiàn)公元前7000年到2000 年用的天然銅錘打成的小型銅器。在土耳其安哥拉附近的撒塔爾?許遇克的一個(gè)古營地曾發(fā)掘出9 千年前的天然銅小球。在土耳其東部的凡湖附近發(fā)現(xiàn)了最早的距今7000 到6000 年前的煉銅遺址。據(jù)說那里有許多含銅礦物裸露地表,在上面燃燒炭火,便會(huì)還原出銅來,并遺留在灰燼中。那里的居民可能就是這樣逐步總結(jié)出冶銅的方法?傊搅斯3000 年時(shí),很多地區(qū)普遍掌握了煉銅技術(shù)。值得一提的一項(xiàng)重大技術(shù)成就是那時(shí)已知用氧化性鐵礦為助熔劑,來降低冶煉銅的溫度。例如在小亞細(xì)亞的拉姆納遺址中,發(fā)掘到建于公元前4000年的一個(gè)冶銅工場(chǎng),冶煉爐是一座用粗制石塊砌成的碗式爐,其爐渣是硅酸鐵類型。當(dāng)?shù)氐你~礦是含硅而不含鐵的,所以可判斷用了氧化鐵礦來降低煉渣的熔點(diǎn)。

另外大量的銅不僅來自氧化銅礦,也可能來自硫化銅礦。例如土耳其埃爾加尼馬登的銅礦就是典型的硫化礦。此類礦石要求先在不超過800℃的溫度下長時(shí)間焙燒,使硫化礦轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸V,再用木炭還原。冶煉中還需加入砂石造渣,使其中的氧化鐵轉(zhuǎn)變?yōu)楣杷徼F成渣,以與銅分離。純銅質(zhì)地比較軟,既不適合于制造工具,也不宜于制作兵器。青銅是銅與錫或鉛的合金,硬度較純銅大得多且堅(jiān)韌,又具較好的鑄造性,所以人類從使用紅銅逐步地過渡到青銅器。中國最早的青銅大概是把銅礦石或金屬銅與錫(鉛)礦石、木炭放在一起合煉出來的。比較有名的是“司母戊鼎”和“四羊尊”!八灸肝於Α笔且蟠捌谇嚆~器的代表作,是世界最大的出土青銅器,

重達(dá)875 公斤,其銅占84.77%,錫占11.64%,此外還有少量的鉛。銅錫比例均按一定的成份,如此神奇,不愧為古代一絕!八难蜃稹笔且环N盛酒器,造型逼真,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,四只羊頭上長出卷曲的羊角,還有突出的羊頭,鏤空的扉邊。充分反映出中國古代青銅器的高超熔鑄技藝。在青銅時(shí)代中,人類只知道隕鐵,還不會(huì)用鐵礦石煉鐵,雖然煉鐵并不要求特別高的溫度。只是到了公元前7 世紀(jì)在埃及、小亞細(xì)亞、美索不達(dá)米亞等地出現(xiàn)了生鐵制造工具。由此鐵器時(shí)代開始了。鐵的冶煉是一個(gè)化學(xué)過程。用鐵做生產(chǎn)工具是古代生產(chǎn)力發(fā)展和提高的一個(gè)重要標(biāo)志。鐵器使人類有可能在廣大面積上進(jìn)行耕作,把廣闊的森林地區(qū)開墾為荒地。其堅(jiān)固和銳利程度是無論什么石頭或當(dāng)時(shí)任何金屬都不能與之匹敵的。

西方早期使用的人工鐵都是固態(tài)鐵(或者叫塊煉鐵),大約在1200℃的溫度下用木炭屑把礦石還原成固態(tài)鐵,生成時(shí)鐵與渣和未燒完的木炭攪混在一起,然后靠不斷趁熱鍛打,擠出其中雜物,并把小鐵塊鍛接起來,然后再鍛打成型,制成器物。它堅(jiān)韌不易斷裂,主要是制造匕首的刀體。尼羅河流域和印度河流域一些國家到了公元前8 世紀(jì)時(shí)冶煉業(yè)到了興旺時(shí)代?脊艑W(xué)家曾在亞述王國薩爾貢二世的王宮遺址中發(fā)現(xiàn)了160 噸鐵,其中大部分是鐵棒,顯然這些都是制造鐵器的原料。大約公元前6 世紀(jì),埃及人掌握了鐵炭合金快速冷卻的方法,即把紅熱的金屬插入水或鹽中,而提高其硬度,這叫淬火。但淬火易產(chǎn)生脆性的組織,因而還需進(jìn)行低溫處理,即退火,使失去的可鍛性在一定程度上恢復(fù)。公元前5 世紀(jì)左右,希臘人已經(jīng)用鐵器制造采礦工具和盔甲片。華夏冶鐵技術(shù)大致可追溯到春秋時(shí)代中后期,在河北省藁城臺(tái)西村出土了一件鐵刃銅鉞(一種兵器),據(jù)考證是距今3000 年上下商代遺物,是中國目前為止發(fā)現(xiàn)的最早的鐵器。刀口的鐵是從隕鐵取來的,銅是青銅。那時(shí)已

知鐵比銅銳利,故用它做刀口。中國古代的生鐵先后發(fā)展形成了四個(gè)品種,即白口鐵、灰口鐵、麻口鐵和韌性鑄鐵,而且逐步掌握了它們的性能,分別找到它們合適的用途。同其他地區(qū)、民族相比,中國不僅較早地生產(chǎn)了生鐵,而且把冶鐵技術(shù)傳授出去。歐洲的鑄金術(shù),就是在11 或12 世紀(jì)由中國傳去的。黃金是人類最早發(fā)現(xiàn)和利用的金屬之一。它以游離單質(zhì)狀態(tài)存在于自然界,出現(xiàn)在一些河沙和山巖間,即所謂沙金和山金,在取得它的過程中并不需化學(xué)冶煉。最初人們只可能偶然拾得一些較大的金塊;其后才采用“披沙淘金”的方法收集沙金;“平地掘井”開采山金則是較晚的事了。銀在自然界存在的數(shù)量很少,它主要以硫化物狀態(tài)與鉛混在一起。在冶煉鉛時(shí),銀與鉛一起被還原出來,并成為合金,所以銀自古以來就是煉鉛業(yè)中的一項(xiàng)重要副產(chǎn)品。大約在公元前2000 年時(shí),人們就已采用吹灰法提取銀(往銀礦石中加入鉛共煉),并把銀從鉛中分離出來。用吹灰法提煉出銀后,再經(jīng)一道木炭還原的工序,就可從鉛灰(即黃丹)中再回收到金屬鉛。且說人類在長期使用火的過程中,發(fā)現(xiàn)泥土在火的作用下變得堅(jiān)硬牢固,便逐漸發(fā)明了陶器。陶器是怎樣發(fā)明的?說法不一。有人認(rèn)為:最古老的生活所用容器是用枝條編制的,為了使其耐火和致密無縫,往往會(huì)在容器內(nèi)外抹上一層粘土。使用中,有時(shí)器皿被火燒著,木質(zhì)部分被燒掉了,但人們發(fā)現(xiàn)粘土不僅保留下來,而且變得更堅(jiān)硬,仍可使用;進(jìn)而又發(fā)現(xiàn)成型的粘土,也可直接燒制成器皿。于是便有意識(shí)地將粘土搗碎,用水調(diào)和,揉捏到十分柔軟的程度,再塑造成各種形狀所需的器皿,放在太陽下曬干,最后架在火上烘烤、焙燒,這樣就獲得了最原始的陶器。還有的人則認(rèn)為陶器的發(fā)明可能具有更大的偶然性。無論如何,取得完整的制陶經(jīng)驗(yàn),需要漫長的過程。陶器大致在新石器時(shí)代的中后期出現(xiàn)。最早是原始的紅陶,繼之是彩陶,進(jìn)而發(fā)展到黑陶或灰陶,進(jìn)一步便是釉陶的出現(xiàn)。陶器是人類利用火制造出的一種自然界不存在的新物質(zhì)。當(dāng)人們把泥坯放入火中燒到一定溫度后,泥土中的石英、云母等粘土礦物就會(huì)部分發(fā)生化學(xué)變化,由于燒制溫度不高,因此只能生成少量玻璃相,這些玻璃相再同其

礦物成份粘結(jié)起來,于是就構(gòu)成了一個(gè)燒結(jié)的新物質(zhì)。最有名的要數(shù)中國的“唐三彩”和稱為“世界第八奇跡”的秦代兵馬俑!疤迫省笔怯蕴瞻l(fā)展的高峰。釉陶是一種含二氧化硅較多的粘土,燒制溫度在1100℃以上,然后又摻加石灰石、草木灰、方解石等含氧化鈣、氧化鉀的堿性氧化物,以及氧化銅、氧化鐵等顏料,燒制而成的陶器.凡見過的人,無不為之驚嘆。這些泥土做的兵馬俑埋在地下幾千年了,至今保存完好。這與中國古代發(fā)達(dá)的制陶技術(shù)是分不開的。隨著陶器制作的發(fā)展,瓷器也開始發(fā)展起來,尤以中國最盛,瓷器的故鄉(xiāng)是中國。中國瓷器秀雅精致,歷來享有盛譽(yù),受到喜愛,成為中華古代燦爛文明的象征。玻璃的發(fā)明也是在遠(yuǎn)古時(shí)代,并無文字記載,有過一些傳說和推測(cè)。如古代的古腓尼基(地中海東岸古國,即今敘利亞與黎巴嫩的沿海一帶)人的

水手們?cè)谝淮魏胶V型2丛诎<把睾0哆,在沙灘中用天然堿支撐燒飯的鍋?zhàn)樱瑥幕覡a中發(fā)現(xiàn)有光亮的珠子,從而發(fā)明了玻璃。還有一種說法:認(rèn)為玻璃最早大概是埃及陶工發(fā)明的,起初他們可能是把白云石粉與天然堿一起摻進(jìn)泥土做為陶衣漿,以求美觀。結(jié)果這種陶器上便生成一層光滑發(fā)亮的釉層,這種釉層往往因過厚而滴落,于是爐底便會(huì)取到玻璃珠,從而發(fā)明了玻璃。中國玻璃可能發(fā)源于冶金,不是脫胎于青釉的制作,因?yàn)樵缙谇嚆~是以孔雀石與鉛、錫礦石一起合煉而成的。冶煉時(shí),幾種礦石溶解,必然要生成渣質(zhì)。大多次排渣過程中會(huì)出現(xiàn)凝成珠的半透明玻璃狀物質(zhì),這種物質(zhì)被氧化銅著上綠色,于是引起人們的注意,被挑揀出來加工成裝飾品,這可能便是中國原始的,從偶然中得到的玻璃。戰(zhàn)國時(shí)代稱玻璃為“?琳”。到了漢代又寫作“陸離”、“流離”、“玻離”。及至唐代,開始用硼砂制作玻璃。唐代后期,以黃丹、硝石和硼砂為原料。宋代以后,由于各種原因,玻璃制作發(fā)展緩慢,徘徊不前,多為仿制玉寶石類的裝飾品,始終重形貌而不重質(zhì),不值多提。除陶器、玻璃、冶金外,古代在釀酒、植物染料、藥物和化妝品等方面,均有輝煌成就。由于零零散散,從略。說隨著古代各國工藝化學(xué)的發(fā)展,以及與之有關(guān)的關(guān)于物質(zhì)及變化的實(shí)踐知識(shí),使人們產(chǎn)生了關(guān)于各種不同物質(zhì)及其組成要素的初步概念。這些概念大約產(chǎn)生于公元前7 至公元前5 世紀(jì)。著名人物有中國的孔子和老子,印度的釋迦摩尼,波斯的瑣羅亞斯德,希臘的泰勒斯?亞里斯多德等。有關(guān)砷化學(xué),中國古代醫(yī)藥和金丹術(shù)很早就廣泛地利用含砷礦物,其中有雄黃(AS4S4),雌黃(AS2S3)等。值得一提的是砒霜AS2O3,孫思邈的《千金要方》中說它“以甘草煎,以粳米飯和研為丸,服之能治瘧、心痛、牙痛”。事實(shí)上砒霜是劇毒藥。此外中國古代砷化學(xué)中的最大成就還有單質(zhì)砷的取得,具體過程略去。中國是文明古國,歷史悠久,文化燦爛,醫(yī)藥化學(xué)只是百花園中的一朵奇葩,勝利地完成了自己的使命。
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