书城科普读物站在巨人肩上-从门捷列夫谈化学起源
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第10章 我国的化学发展(4)

在酿酒的同时,人们还利用发酵原理,从谷物中酿造出醋,供作调料,醋古代称“醯”、“酢”或“苦酒”,在春秋、战国时的文献中已有所记载,如《周礼·天官》中的醯人,掌共五齐七菹,是管理酿醋的官员,比这成书更早的《论语》中有“或乞醯焉”之语,除酒、醋以外,酱及酱清(酱油)也是古代酿造工艺产品,供作食用,从前的史书中常把酿酒术的发明归之于某一个个人,如所谓“仪狄造酒”、“杜康作酒”等等,其实这项古老的化学工艺像其他古代工艺一样,从来就不是某一个人所能发明出来的,而是广大劳动人民在长期实践过程中发现的。

染色技术的渊源要远溯至人类远古的史迹。在类人猿时期,人类逐渐演变成人的阶段,感到严冬要抵御严寒,盛夏要遮阴避暑,逐渐的学会除了利用兽皮树叶之外,又采用了天然的织物纤维,用结编织等方法,于是有了布的雏形。同时可以想象得到,染色术亦是同一时代的产物。但这只是凭着臆测而已。因为纺织与染色是密不可分的。

传说我国在三黄五帝时代即有了服制,古代的玄衣、黄裳已证明了在当时已有初具规模的染色术。由此可知我国的染色术的起源至少在公元前三千年前。我国先人们为人类作出的不逊贡献在美化服饰方面显得尤为突出。在染色的基础上,予以加工技巧的改良以及巧夺天工的思维方式,变化出各种染色加工门类,有绞染、蜡染、型染、糊染、绘染、绢印等等。随着丝、麻纺织业的发展,种种纺织品的染色技术也相应发展起来,从考古发掘和甲骨文及其他古代文献中得知,在商代养蚕纺丝已相当发达,因此染丝技术也相应发展。在周代,染色已经明确分为煮、涑、暴、染几个步骤;“双五彩彰施于五色”(《书经·益稷》),用青、黄、赤、白、黑五色染丝帛制衣,以区分身份等级,而且有“染人”“掌染丝帛”。

染色所用的原料,根据古文献所载,是经过化学加工再提炼出来的植物性染料,如蓝靛染蓝、茜草染绛等,这时大概已知道使用金属媒染剂,广大的奴隶们“终朝采蓝,不盈一”(《诗经·小雅》)。至秦、汉时,染色技术进一步发展,成为一个单独手工业部门。司马迁的《史记·货殖列传》曾记载了当时“千亩茜,其人与千户侯等”,可见当时植物染料的种植的染色已相当发达。

中国古代提取蓝靛的技术在中世纪经中亚传入欧洲,直到人造染料合成以前,始终是欧洲染色与印花的主要染料之一,在亚洲除中国外,印度用植物染料染色的技术也有悠久的历史,印度染料一度经波斯人及阿拉伯人从海路贩运到欧洲。

在埃及、巴比伦、波斯等古国,除了会酿酒以外,染色术也从很早开始了。这些国家在古代通过陆路与海路同东方各国开展了活跃的贸易活动,从东方输入了一些香料、丝绢、染料和象牙等商品,促进了各国相互之间的物质文化交流。

(4)中国古代的制漆技术

漆的使用,远在新石器时代就开始了。大约在7000多年以前,中国古人就已经能制造漆器了。根据是1978年在浙江余姚河姆渡文化遗址中发现了朱漆木碗和朱漆筒,经过化学方法和光谱分析,其涂料为天然漆。七千岁的木碗,证实了我国是朱漆器艺术的发祥地,是中华民族灿烂文化艺苑中一朵奇葩。

我国在古代就已将桐油与漆合用。桐油是干性植物油,也能产生高聚物薄膜,将油与漆合用,是个技术创举。夏商周时期,漆器的应用有所发展。1973年在河北台西村商代遗址发现了漆器残片。《史记》中也有豫州贡漆之说。漆器手工业主要由官家经营,此后历代相袭,各朝均设官办作坊。

春秋战国时期的漆器制作,经过了一个从低级向高级发展的阶段。在战国时期,漆器业独领风骚,形成长达五个世纪的空前繁荣。漆器生产被国家列入重要的经济收入,并设专人管理。漆器生产工序复杂,品种又特别繁多,这时的漆器很昂贵,使新兴的诸侯不再热衷于青铜器,而把兴趣转向光亮洁净、易洗、体轻、隔热、耐腐、嵌饰彩绘五光十色的漆器,于是,漆器在一定程度上取代了青铜器。

秦汉漆器的生产技术有了很大的发展,汉代达到鼎盛时期,史书多有记载,出土文物亦不少。汉代漆器的生产组织严谨,出土的漆器铭文上记录下来的分工名称就有:素工,做漆胎灰底;髹工,在漆胎上涂漆;画工,在漆器上作画;上工,在漆器上进一步涂漆;铜扣黄涂工,在漆器的铜耳上鎏金;铜耳黄涂工,在漆器的铜耳上鎏金;清工,相当于现今的检验工,做最后修饰;造工,作坊主;漆工,专门制漆;供工,供应材料。可见分工之细密。

汉代漆器的装饰工艺有几种方法:一种是漆绘,用生漆制成半透明的漆液,加上各种颜料,绘描于已经涂漆的器物上,色泽光滑,不易脱落。一种是油彩,用油料调颜色,所绘花纹往往因油脂老化而脱落。一种是针刻,用针尖在已经涂漆的器物上刺刻花纹,然后在刺刻出来的线条内填入金彩,是我国最早出现的“戗金”漆器。还有一种用金银箔制成各种图样,贴在器物的漆面上,呈现出类似“金银平脱”的效果。此外,还发现有堆漆的作品。

到了唐代,制漆技术有了进一步的发展。唐代漆器工艺品类繁多,技艺精湛,并有许多创新。器物多做瓶、盘、碗、琴等生活器皿,以及箱、床等家具。制作向华美的方向发展。其中金银平脱、剔红(即雕漆)和螺钿镶嵌,在漆艺上已达到很高的水平,具有鲜明的时代特征。

宋代漆艺呈现大发展趋向,不仅设有漆器生产的专门管理机构,民间作坊也很普遍。戗金在宋代又有新发展,已有戗金、戗银的填彩之别,犀皮是宋代漆器的新品种,俗称虎皮漆或菠萝漆。宋代螺钿漆器也很发达,多在黑漆底上镶嵌白螺钿片。宋代漆器多朴素无华,以造型取胜,充分表现出器物的韵律美。

北京是古都,历史上文人荟萃,工匠云集,漆器文化十分发达,是我国历史上重要的漆器产区。

元代设有油漆局,掌管髹漆之工。元代漆器的主要品种有雕漆、戗金、螺钿镶嵌等。元代螺钿漆器的特点是螺片由厚变薄,开创了“软螺钿”的新工艺,因而更加丰富多彩。

明代漆器生产出现了一个新的兴盛时期。永乐年间皇室在果园厂(今西什库东)专门设立了官局制造漆器。据清代高士其《金鳌退食笔记》记载:“果园厂,在棂星门之西,明永乐年制漆器,以金银锡木为胎,有剔红、填漆二种。所制盘、盒、文具不一。填漆刻成花鸟,彩填稠漆,磨平如画,久而愈新。其盒制贵小,深者五色灵芝边,浅者回文戗金边。古色苍莹,器传绝少,故价数倍于剔红。二种皆称厂制,世甚珍重之,而不可多得。

清代设有“清宫内务府造办处”,下设42作,其中设有“漆作”。漆器产品主要有车、船、轿、仪仗及皇室、贵族所用的日用家具和器具,也有各种装饰配件。

我国的漆器至迟在汉代就已流传到亚洲一些国家,十七、十八世纪又流传到欧洲。接着,制造漆器的技术也随之传到了国外。

(5)火药的发明与应用

火药是中国古代炼丹家在炼丹过程中发明的。人类最早使用的火药是黑火药,它是我国劳动人民在一千多年前发明的。它的发明,闻名于世,被称为我国古代科技的四大发明之一,在化学史上占有重要的地位。

火药的最主要成分是作为氧化剂的硝石。成书于秦汉之际的《神农本草经》中已把硝石列为上品药,即在此之前已经具备了发明火药的物质基础。秦汉之际也是炼丹术开始盛行之时,方士们为了炼制仙丹妙药,把各类药物彼此配合烧炼。五金、八石(各种矿物药)、三黄(硫磺、雄黄、雌黄)、汞和硝石都是炼丹的常用药物。其中汞与三黄合炼而得丹砂是炼丹家们的得意之作。但若用硝石与三黄共炼必将燃烧爆炸,因此导致火药的发明。就在火药发明之后,也曾被引入药类,《本草纲目》中,说火药能治疮癣、杀虫、避湿气、瘟疫。更重要的原因是火药的发明来自制丹配药的实践中。

火药触火即燃,在较密闭的容器中,还会发生爆炸,其化学反应式近于:2KNO3+3C+S=N2+3CO2+K2S+169千卡,还有少许CO、K2CO3、K2SO4,体积很小的火药,燃烧时产生大量的气体和热量,体积突然膨大,增至几千倍,因而在密闭的容器中,会爆炸,同时因产生K2S等固体产物,并夹杂着未完全燃烧的炭末,所以能看到冒黑烟。

火药燃烧爆炸的原理,现在的人们不难理解,但在古代,这却一直是个谜,现在人们制取火药也很容易,民间流传的“一硝二磺三木炭”,就是火药的简易配方。这方法也不知历经了多少年代,劳动人民付出多少血汗,才摸索总结出来。火药的发明是我国古代劳动人民辛勤劳动的成果,它又是随着生产的发展、社会的进步而逐渐完善的。

火药的发明与炼丹分不开。我国的炼丹家早就接触过火药的原料——硝石、硫磺及木炭等物质。这些物质在混合过程中,稍不小心就会燃烧。古人对组成火药的三种主要成分的性质有个认识过程。

认识炭、使用炭较早。在商、周,人们已广泛用木炭来冶炼金属,明瞭炭是较木柴更好的燃料。伐薪烧炭,遂成农民的一种副业,硫磺有天然存在,但人们接触它,较早的是冶炼中逸出的二氧化硫和温泉中的硫。因为它直接地刺激人们的感官,就在这种接触中,逐渐认识硫的一些性能,除了了解它对某些皮肤病有特别的疗效外,还认识到硫的一些化学性质。特别是认识到硫与汞化合生成硫化汞,与天然品接近。这种性质很受从事炼丹的方士的器重,在他们妄图用汞炼制“金液”、“还丹”的过程中,常使用硫,在这种活动中,进一步了解到硫含有猛毒,着火易飞,很难“擒制”。

怎样使其药性缓和呢?人们采取了所谓的“伏火法”,即将硫与其他易燃物质混合加热或燃烧,使药性发生变化的方法,火药发明与这种硫磺伏火的实验有密切关系。硝的引入是制取火药的关键,古人掌握最早的硝,大概是年久的墙脚房根下的土硝,随着生活实践,人们认识了硝石,将硝石在赤炭上一试,即现火焰,其化学反应式约为:4KNO3+5C=2K2CO3+3CO2↑+2N2↑在这个反应中,硝石是氧化剂,正因为硝石的化学性质很活泼,能与许多物质发生作用,所以在炼丹中,常用硝来改变其他药品的性质,就在使用硝石的过程中,人们还掌握了区别硝石与朴硝(Na2SO4)的方法,南北朝的陶弘景就指出:“以火烧之,紫青烟起,云是真硝石也。”这与近代用焰色反应来鉴别KNO3是相似的,人们的这点认识,为之后的大量采用硝石创造了条件。

对炭、硫、硝三种物质性能的认识,为火药的发明准备了条件。由于医药学和炼丹活动的发展,至迟在唐代,人们在使硫磺伏火的实验中,发现点燃硝石、硫磺、木炭的混合物,会发生异常剧烈的燃烧。在《朱家神品丹法》卷五中,转载有唐初医药兼炼丹家孙思邈的“伏硫磺法”。由此记载可见,那时孙思邈已掌握了硝、硫、炭混合点火会发生剧烈反应的特点,因而注意采取措施,将容器埋入地下,并控制反应速度,防范爆炸,这显然是经过反复实践的经验总结。

有记载,托名西晋郑思远所撰名为《真元妙道要略》的一本炼丹书里,就曾谈到:有人将硫磺、硝石、雄黄(As2S3)和蜜合起来一起烧,结果火焰升起,把脸和手烧坏,而且直冲屋顶,把房子也烧了。这类实验的多次进行,经验的不断积累,认识的逐步提高,使人们终于掌握了火药的配制。同类的实验在唐代中期的《铅汞甲辰至宝集成》卷二中也有记载,并且记载有关于失败的教训,也从而学会利用这种混合物的燃烧爆炸性能。

人们发明了火药,很快发挥了它的积极作用,特别是在军事上的运用和发展,对于促进社会的进步有着深远的意义。

在火药发明之前,古代军事家们常用火攻这一战术,在当时的火攻中,常使用一种武器叫做火箭,它是由箭头上附着易燃的油脂、松香、硫磺之类物质,烧着后射出,以延烧敌方。但这种火箭燃烧慢,火力小,容易扑灭,所以火药出现后,人们就用火药代替上述易燃物,制成的火箭,燃烧就猛烈多了,杀伤力也就大多了,这就是火药在军事上最初应用的形式。

唐朝末年,火药已开始用于军事目的,火药的配制也更趋科学化。用硝石(硝酸钾)75%、硫磺15%、炭粉10%就可制成威力强大的火药。据记载,唐末军阀李希烈采纳炼丹家意见,用火药加桐油为武器,击败了对方。由此看来,最晚在10世纪初火药已在军事上得到应用。

到了两宋时期(公元960—1279年),人民群众制造的各种火药武器发展很快,北宋初年开封设有“广备城作”(兵工厂),其中有专门生产火药的车间(火药窑子作)。它以火药为原料生产作战用的“烟球”、蒺藜火球和火炮等。火药配料除硝石、硫磺、炭粉外,还有油蜡、沥青、干漆、松香、黄丹、铅粉等。北宋政府为了对外作战的需要,曾派人到湖北的硝石产地,日夜开采,兼程运输。

明水底龙王炮(早期水雷)

火药应用于火药武器的最初形式,主要是利用火药的燃烧性能,随着火药武器的发展,逐步过渡到利用火药的爆炸性能。到了北宋末年,人们创造了“霹雳炮”、“震天雷”等爆炸性较强的武器。霹雳炮一炸,声如霹雳,杀伤力较大,公元1126年李纲就是霹雳炮击退金兵对开封的围攻。

震天雷是种铁火炮,它的外壳已不再上纸或布壳、皮壳,而是铁壳。铁壳的强度远较纸、皮为高,点燃火药后,蓄积在炮内的气体压力增大,爆炸时威力增强。《金史》中描述说:“火药发作,声如雷震,热力达半亩之上。人与牛皮皆碎迸无迹,甲铁皆透”,火药性能利用的转化,标志着火药的成熟阶段已经到来。

在宋代,民族矛盾、阶级矛盾都十分尖锐,战争连绵不断。在这种形势下,火药和火药武器都有很快的发展,宋神宗熙宁年间,改革了军制,设置了军器监,总管京州诸师军器制造,据史料记载,当时军器监规模宏大,分工很细,雇用工人曾达四万人之多,监下分火药作、青窑作、猛火油作、火作(生产火箭、火炮、火蒺藜等)等十个大作坊,生产火药居首位。由此可见火药、火药武器在当时军器中的地位。同时史书上还记载:“同日出弩火药箭七千支,弓火药箭一万支,蒺藜炮三千支、皮火炮二万支”。可见那时火药武器的生产规模就已相当宏大。

宋代多次爆发的大规模农民起义,也直接推动了火药武器的发展。许多起义军自行制造火药武器,并有很多创造。例如公元1132年出现的火枪,公元1259年创造的“突火枪”,都是劳动人民在斗争中发明的。火枪、突火枪都是管形火器,它们较前述的火箭、火炮之类火器又有很大进步。火枪是由长竹竿做成,先把火药装在竹竿内,作战时把点燃的火药喷射出去。突火枪是用粗竹筒做的,筒内除装火药外,还装有“子”,火药点燃后,产生了强大的气体压力,把“子”射出去。“子”就是原始的子弹,近代的枪炮就是由这种管性火器一步步发展起来的。所以管形火器的发明是武器史上又一大飞跃。