1、Learning materials 化 学 演 义Learning materials 第一回 说工艺道冶炼化学露端倪 论炼丹谈医药得失有说法原始人造火，奴隶社会提取铜，人类进化迈大步。欧洲、阿拉伯、华夏炼金术熠熠生辉光芒闪烁。帕拉塞斯是一位伟大的医生，又是一位招摇撞骗的人。有关化学发展的说法，沸沸扬扬充满神奇。人类从遥远的古代就开始了积累化学实用知识，但这一过程进行得很慢。进入原始社会后，人类在为生存而进行的残酷斗争中掌握了一些偶然的化学常识。在有文字记载以前知道了食盐，了解它有调味作用和防腐作用。对衣服的需求，使他们学会了用原始方法加工兽皮。早在人类学习使用火的时候，就开始了对化学进行实
2、践。他们用火的目的是取暖，而不是改变物质。他们是 “看火者”而不是 “造火者”。只有学会了造火，人类才真正成为火的驾驭者，继而有效地用火做饭、制陶、冶炼金属，所有这些都包括在早期的化学工艺 中。旧石器时代的人类已成了 “看火者”，他们掌握物质冷热并没有超出烤肉食的范围。而在新石器时期，他们的知识扩展到烧制陶器和冶炼 （熔化）一些不活泼的金属，如铜。另外还掌握了酿酒、编织品染色及制造玻璃等一些化学工序。他们还使用了各种药物，药物大部分是用植物制取的。掌握冶炼技术是向前迈进的重要一步，对人类文明有着深远的影响。铜可能是第一个被冶炼出来的金属，先是用蓝色碱式碳酸盐矿，以后又用硫化物矿。到了公元前 1
3、200 年，铅、锡、铁也被生产出来了。人类还认识了金、银和水银，它们应追溯到铜器以前，因为它们的低化学活性能使其以天然金属的状态存在。原始社会时期人类还知道了一些矿物颜料，如赭石、赭土等等，用来染制各种生活用品，织物、石壁绘画和纹身等。原始社会人类在实用化学方面最初成就是非常微小的，但是在这些成就基础上，才有以后各个时期化学的发展。进入奴隶社会后，产生了生产过程的专业化，在化学工艺的不同部门都出现了一批专业手工业工人。冶金方面也有显著成就。公元前几千年，在埃及、小亚细亚、外高加索等地已经开采黄金，并进行加工和提纯。人们已熟悉从矿石中提取铜、锡、铅的方法，后来又有提取银和汞的方法。远古的人类从使
4、用石器到开始掌握金属工具大约经过几十万年的岁月。原始社会后期，人们在不断改进石器和寻找、开采石料的劳动中偶然发现了红铜。由于当时制陶技术已经相当成熟，这就有可能对天然铜加热煅打以至熔铸，并逐步过渡到用矿石来冶炼钢及其他金属。在伊朗西部的阿里喀什和安纳脱利亚 （又称小亚细亚）发现公元前 7000年到 2000 年用的天然铜锤打成的小型铜器。在土耳其安哥拉附近的撒塔尔许遇克的一个古营地曾发掘出 9 千年前的天然铜小球。在土耳其东部的凡湖附近发现了最早的距今 7000 到 6000 年前的炼铜遗址。据说那里有许多含铜矿物裸露地表，在上面燃烧炭火，便会还原出铜来，并遗留在灰烬中。那里的居民可能就是这样
5、逐步总结出冶铜的方法。总之，到了公元前 3000 年时，很多地区普遍掌握了炼铜技术。值得一提的一项重大技术成就是那时已知用氧化性铁矿为助熔剂，来降Learning materials 低冶炼铜的温度。例如在小亚细亚的拉姆纳遗址中，发掘到建于公元前 4000年的一个冶铜工场，冶炼炉是一座用粗制石块砌成的碗式炉，其炉渣是硅酸铁类型。当地的铜矿是含硅而不含铁的，所以可判断用了氧化铁矿来降低炼渣的熔点。另外大量的铜不仅来自氧化铜矿，也可能来自硫化铜矿。例如土耳其埃尔加尼马登的铜矿就是典型的硫化矿。此类矿石要求先在不超过 800 的温度下长时间焙烧，使硫化矿转变为氧化矿，再用木炭还原。冶炼中还需加入砂石
6、造渣，使其中的氧化铁转变为硅酸铁成渣，以与铜分离。纯铜质地比较软，既不适合于制造工具，也不宜于制作兵器。青铜是铜与锡或铅的合金，硬度较纯铜大得多且坚韧，又具较好的铸造性，所以人类从使用红铜逐步地过渡到青铜器。中国最早的青铜大概是把铜矿石或金属铜与锡 （铅）矿石、木炭放在一起合炼出来的。比较有名的是 “司母戊鼎”和 “四羊尊”。“司母戊鼎”是殷代前期青铜器的代表作，是世界最大的出土青铜器，重达 875 公斤，其铜占 84.77 ，锡占 11.64 ，此外还有少量的铅。铜锡比例均按一定的成份，如此神奇，不愧为古代一绝。“四羊尊”是一种盛酒器，造型逼真，结构复杂，四只羊头上长出卷曲的羊角，还有突出的
7、羊头，镂空的扉边。充分反映出中国古代青铜器的高超熔铸技艺。在青铜时代中，人类只知道陨铁，还不会用铁矿石炼铁，虽然炼铁并不要求特别高的温度。只是到了公元前 7 世纪在埃及、小亚细亚、美索不达米亚等地出现了生铁制造工具。由此铁器时代开始了。铁的冶炼是一个化学过程。用铁做生产工具是古代生产力发展和提高的一个重要标志。铁器使人类有可能在广大面积上进行耕作，把广阔的森林地区开垦为荒地。其坚固和锐利程度是无论什么石头或当时任何金属都不能与之匹敌的。西方早期使用的人工铁都是固态铁 （或者叫块炼铁），大约在 1200 的温度下用木炭屑把矿石还原成固态铁，生成时铁与渣和未烧完的木炭搅混在一起，然后靠不断趁热锻打
8、，挤出其中杂物，并把小铁块锻接起来，然后再锻打成型，制成器物。它坚韧不易断裂，主要是制造匕首的刀体。尼罗河流域和印度河流域一些国家到了公元前 8 世纪时冶炼业到了兴旺时代。考古学家曾在亚述王国萨尔贡二世的王宫遗址中发现了 160 吨铁，其中大部分是铁棒，显然这些都是制造铁器的原料。大约公元前 6 世纪，埃及人掌握了铁炭合金快速冷却的方法，即把红热的金属插入水或盐中，而提高其硬度，这叫淬火。但 淬火易产生脆性的组织，因而还需进行低温处理，即退火，使失去的可锻性在一定程度上恢复。公元前 5 世纪左右，希腊人已经用铁器制造采矿工具和盔甲片。华夏冶铁技术大致可追溯到春秋时代中后期，在河北省藁城台西村出
9、土了一件铁刃铜钺 （一种兵器），据考证是距今 3000 年上下商代遗物，是中国目前为止发现的最早的铁器。刀口的铁是从陨铁取来的，铜是青铜。那时已知铁比铜锐利，故用它做刀口。中国古代的生铁先后发展形成了四个品种，即白口铁、灰口铁、麻口铁和韧性铸铁，而且逐步掌握了它们的性能，分别找到它们合适的用途。同其他地区、民族相比，中国不仅较早地生产了生铁，而且把冶铁技术Learning materials 传授出去。欧洲的铸金术，就是在 11 或 12 世纪由中国传去的。黄金是人类最早发现和利用的金属之一。它以游离单质状态存在于自然界，出现在一些河沙和山岩间，即所谓沙金和山金，在取得它的过程中并不需化学冶炼
10、。最初人们只可能偶然拾得一些较大的金块；其后才采用 “披沙淘金”的方法收集沙金； “平地掘井”开采山金则是较晚的事了。银在自然界存在的数量很少，它主要以硫化物状态与铅混在一起。在冶炼铅时，银与铅一起被还原出来，并成为合金，所以银自古以来就是炼铅业中的一项重要副产品。大约在公元前 2000 年时，人们就已采用吹灰法提取银 （往银矿石中加入铅共炼），并把银从铅中分离出来。用吹灰法提炼出银后，再经一道木炭还原的工序，就可从铅灰 （即黄丹）中再回收到金属铅。且说人类在长期使用火的过程中，发现泥土在火的作用下变得坚硬牢固，便逐渐发明了陶器。陶器是怎样发明的？说法不一。有人认为：最古老的生活所用容器是用枝
11、条编制的，为了使其耐火和致密无缝，往往会在容器内外抹上一层粘土。使用中，有时器皿被火烧着，木质部分被烧掉了，但人们发现粘土不仅保留下来，而且变得更坚硬，仍可使用；进而又发现成型的粘土，也可直接烧制成器皿。于是便有意识地将粘土捣碎，用水调和，揉捏到十分柔软的程度，再塑造成各种形状所需的器皿，放在太阳下晒干，最后架在火上烘烤、焙烧，这样就获得了最原始的陶器。还有的人则认为陶器的发明可能具有更大的偶然性。无论如何，取得完整的制陶经验，需要漫长的过程。陶器大致在新石器时代的中后期出现。最早是原始的红陶，继之是彩陶，进而发展到黑陶或灰陶，进一步便是釉陶的出现。陶器是人类利用火制造出的一种自然界不存在的新
12、物质。当人们把泥坯放入火中烧到一定温度后，泥土中的石英、云母等粘土矿物就会部分发生化学变化，由于烧制温度不高，因此只能生成少量玻璃相，这些玻璃相再同其他矿物成份粘结起来，于是就构成了一个烧结的新物质。最有名的要数中国的 “唐三彩”和称为 “世界第八奇迹”的秦代兵马俑。“唐三彩”是釉陶发展的高峰。釉陶是一 种含二氧化硅较多的粘土，烧制温度在 1100 以上，然后又掺加石灰石、草木灰、方解石等含氧化钙、氧化钾的碱性氧化物，以及氧化铜、氧化铁等颜料，烧制而成的陶器。“唐三彩”以白色粘土为胎，其釉彩有黄、褐、蓝、深绿、浅绿、 白、赭黑、紫等多色。但以白、绿、黄三色为基色。所以人们称其为 “三彩”。它不
13、仅细腻、坚硬，且美如翡翠，色彩鲜明，是陶器史上一朵奇葩。秦代兵马俑位于陕西省临潼县城东 5 公里处的秦始皇陵内。其规模巨大，各种造型栩栩如生，有陶马、陶俑、兵器等，一排排，一队队，声势浩大。凡见过的人，无不为之惊叹。这些泥土做的兵马俑埋在地下几千年了，至今保存完好。这与中国古代发达的制陶技术是分不开的。随着陶器制作的发展，瓷器也开始发展起来，尤以中国最盛，瓷器的故乡是中国。中国瓷器是在白陶、印纹硬陶及釉陶的制作经验基础上发展起来的。工艺过程基本上是相同的，但在原料选择和烧成技术上有质的飞跃和突破。一般公认瓷器有以下特点：Learning materials 原料应是白色瓷土，这种粘土主要含钾、
14、钠、钙以及钡的硅铝酸盐和石英。它以 A1 2 O 3 含量高、碱性氧化物含量低、 Fe 2 O 3 含量格外低而区别于制陶粘土；必须耐受高温焙烧，一般烧成温度在 1200 以上，胎体基本烧结；瓷器烧成后吸水率要低；表面施有一层高温烧成的玻璃釉质。中国瓷器秀雅精致，历来享有盛誉，受到喜爱，成为中华古代灿烂文明的象征。玻璃的发明也是在远古时代，并无文字记载，有过一些传说和推测。如古代的古腓尼基 （地中海东岸古国，即今叙利亚与黎巴嫩的沿海一带）人的水手们在一次航海中停泊在埃及沿海岸边，在沙滩中用天然碱支撑烧饭的锅子，从灰烬中发现有光亮的珠子，从而发明了玻璃。还有一种说法：认为玻璃最早大概是埃及陶工发
15、明的，起初他们可能是把白云石粉与天然碱一起掺进 泥土做为陶衣浆，以求美观。结果这种陶器上便生成一层光滑发亮的釉层，这种釉层往往因过厚而滴落，于是炉底便会取到玻璃珠，从而发明了玻璃。中国玻璃可能发源于冶金，不是脱胎于青釉的制作，因为早期青铜是以孔雀石与铅、锡矿石一起合炼而成的。冶炼时，几种矿石溶解，必然要生成渣质。大多次排渣过程中会出现凝成珠的半透明玻璃状物质，这种物质被氧化铜着上绿色，于是引起人们的注意，被挑拣出来加工成装饰品，这可能便是中国原始的，从偶然中得到的玻璃。战国时代称玻璃为 “璆琳”。到了汉代又写作 “陆离”、 “流离” 、 “玻离”。及至唐代，开始用硼砂制作玻璃。唐代后期，以黄丹
16、、硝石和硼砂为原料。宋代以后，由于各种原因，玻璃制作发展缓慢，徘徊不前，多为仿制珠玉宝石类的装饰品，始终重形貌而不重质，不值多提。除陶器、玻璃、冶金外，古代在酿酒、植物染料、药物和化妆品等方面，均有辉煌成就。由于零零散散，从略。却说随着古代各国工艺化学的发展，以及与之有关的关于物质及变化的实践知识，使人们产生了关于各种不同物质及其组成要素的初步概念。这些概念大约产生于公元前 7 至公元前 5 世纪。著名人物有中国的孔子和老子，印度的释迦摩尼，波斯的琐罗亚斯德，希腊的泰勒斯亚里斯多德和其他哲学家等。中国古代学者，有的认为万物是由一种原始东西构成的。这种看法，可称为 “一元论的物质观”。所谓 “原
17、始东西”，中国古代有种种名称： 周易上叫做 “太极”， 老子 （即 道德经）上叫 “道”，汉初 淮南子上叫做 “太始”，等等，名称虽多，但都认为万 物是一个根源。由于没有直接的证据，只能是一种假说。关于物质的最小单位，有人提出：物质是否能无限地分割下去呢？还是分割到某一最小限度，就不能再分割了？如勉强再分割，即物质就失去它的本性了，等等。有一叫惠施的学者说： “一尺之棰，日取其半，万世不竭。”意思说一尺长的棍子，今天切取一半，明天切取它的一半的一半，如此，每天切下去，到一万世 （世是 30 年）还切不完，也就是无限可分之意。另一位稍早的学者墨翟，在他的著作 墨子中提到物质分割问题。他认为物质的
18、被分割是有极限的。也就是说，这种说法同现代的 “原子说” “分子说”有些相似了。早在战国以前，中国就有阴阳和五行的概念。认为世间一切事物，有既Learning materials 对立而又统一的阴阳两个方面。阴阳对立的相互作用和不断运动，就是万物以及它们变化的根源。五行指的是水、火、木、金、土。它们各有特性，交相应用。水的本性是 “润和下”；火的本性是 “炎和上”；木能够做弯曲的东西；金指的是金属和合金，就是可能任意熔铸，锤打成各种器具；土的重要性质是生产农作物。阴阳五行说在我国古代哲学史上有很大影响。在化学史上，同炼金、炼丹术的兴起和发展都有很大关系。对后世化学的发展影响最大、最深远的要数一
19、批希腊自然哲学家。名垂千古的第一位哲学家当推泰勒斯，他认为水是万物之源，把水蒸发，它就变成空气；而把水蒸干之后，剩下的是土。另一位哲学家赫拉克利特则把火当成一切事物的初始元素。世界上的一切像火一样，在变化着，流动着。整个世界是不 断变化的洪流。看起来难以置信，但没有借助神力去解释自然，而是从物质世界本身，去解释物质世界，可以说在当时是一个了不起的进步。在公元前 5 世纪时，西西里岛阿格里琴托城有一位医生，叫恩培多克勒，他首先提出物质的四元素学说，即火、空气、水和土。这四种元素都是物质的，它们或者化合在一起或者相互排斥。每个都是独立的元素，四个可以按不同的比例相混合以生成各种物质。与此同时，产生
20、了物质微粒结构的学说，即古代的原子论。创始人是留基伯和他的学生德谟克利特。他们认为：一切物质都是由最小的，不可分的微粒原子组成的。物质的千变万化不过是原子间分离或重新组合的过程。宇宙的要素是原子和虚空。其他一切都只是想象的东西。原子不受任何能使之发生改变的外力影响德谟克利特是古代最有名的敏锐思想家，遗憾的是，他的著作除了一些残篇外，均荡然无存了。在古代和中世纪时期，在各种不同自然哲学体系中，亚里斯多德的元素一性质学说意义最重大。亚里斯多德是柏拉图的学生，他是一位知识渊博的哲学家。他有很多关于自然科学的著作。他承认四元素学说，但认为四元素不是物质的实体，只是某些性质的体现或某些性质之和。这些性质
21、是热和冷，干和湿等等。亚里斯多德的元素一性质学说，不久就成了金属能够互变，特别是贱金属变成黄金的理论基础。这一思想也成了炼金术的指导原则。综观古代各种自然观，虽博大精深，但只是用脑来冥想，缺 乏实验根据。赞叹之后，更多的是遗憾。到了公元前 332 年，亚里斯多德的学生亚里山大马其顿占领了埃及，他在尼罗河三角洲所建立的亚里山大城不久就成为希腊化时期埃及的最大中心。在公元前 323 年亚里山大死去，埃及由他的一位将军统治着。这位将军建立了亚里山大科学院，教育年轻人学习科学和艺术。科学院设立了博物馆，收藏大量藏书，还请来很多学者兼任老师，如数学家欧几里得、机械学家阿基米德。在亚里山大科学院中化学还不
22、是一门独立学科，只是古埃及教堂祭司们所掌握的 “神秘艺术”的组成部分。人们所了解知道的只是加工和仿制贵重金属的知识，充满了宗教迷信色彩。Learning materials 经过一个时期以后，埃及人的 “神秘艺术”的秘密便为一些学者所了解，到后来连希腊的手工业工人也知道了。这样古埃及所积累的实用化学知识就与希腊的哲学和手工工艺溶合在一起了。从当时自然观看，手工业者们把古埃及仿制黄金及贵重金属的技术，看成是一种金属 “变成”另一种金属的真正艺术。一般认为， “神秘艺术”的创立者是伟大的奥西里斯神或者最伟大赫尔麦斯神。在中世纪人们常把化学叫做赫尔麦斯的工艺，即秘密工艺。关于化学一词，英文为 che
23、mistry ，最初见于佐西摩斯的著作，也可能来源于圣经。研究表明，来源于古埃及可能性更大。“埃及”本义含有 “黑色的土地”的意思，主要得名于那里黑色肥沃的土壤。而实现物质衍变的第一个步骤是 “黑化” （炼金术语），因此化学又称黑化的工艺。随着 “神秘工艺”及有关手工业在化学方面的发展，许多化学工艺日趋完善，特别是冶金和金属加工，还有制药，染色工艺 等都呈现良好势头。古代另一巨大文化中心是罗马，古罗马帝国文化发达，人才云集，手工业繁荣兴旺。各种著作如雨后春笋，如 物性论、 自然史等，表明古罗马的自然哲学和化学工艺已达到很高水平。物性论的作者是卢克莱修，他是德谟克利特的学生。书中有多种论述，谈到
24、物质的永恒、物质的原子等。书中还特别论述了初始微粒的永恒运动。自然史作者是小普利尼。这是一本内容广泛的百科全书。书中叙述了有关金属、矿物、玻璃等许多有趣的化学知识。从今天化学进展观点来看，希腊化时期埃及和古罗马的实用化学成就不大。但是古代冶金、染色和制药方面是获得很大成就的。此三部分的手工艺化学成为后来化学发展的起点。却说到了公元 5 世纪，版图辽阔、物力雄厚的西罗马帝国受到野蛮人的进攻而分崩离析了。在意大利以至整个南欧开始了 “中世纪的黑夜”。自然科学也难逃厄运，很多科学家被迫逃往东方。一些科学中心因此转移到美索不达米亚和波斯。 7 世纪产生了新的宗教伊斯兰教，阿拉伯人开始了征服世界的活动，
25、缔造了历史上的阿拉伯大帝国。最初阿拉伯人对被征服国家的文化和科学成果并不感兴趣，但此后不久，统治者从自身利益出发，重视自然科学了。如设置医生、哲学家、炼金家等职务，鼓励科学的发展。到了公元 8 世纪阿拉伯炼金术开始兴起。它主要继承了希腊炼金术，但他们不用希腊拉丁语源的化学 （英文 chemistry ）一词，而用炼金术 （英文为 Alchemy ）这一名称。阿拉伯炼金术早期著名人物一般都认为是贾比尔伊本 海扬。他是一位学识渊博的学者，拥有多种著述。他认为物质基本就是冷、热、干、湿四要素，四种要素中的两两相配合便形成了世界上各种金属。他又提出两个特殊的金属元素硫和汞，认为硫是可燃性元素，汞是金属
26、 （光泽）元素。硫和汞是构成各种金属的两大成分。如何从物质实体中分离四要素？贾比尔主张采用蒸馏手段。这是他在炼金术中所直接涉及到的化学操作。总之贾比尔对金属的性质和化学操作方法有清楚的叙述。但由于当时条Learning materials 件所限，大部分都充满神秘感。更晚一些时候，另一位阿拉伯炼金家是拉译，他从事医学研究和炼金术实验。他是一位原子论者，赞同亚里斯多德的元素学说，他相信金属能够相互变化。拉译首次对当时已知各种物质进行了分析，他把自然界分为动、植、矿三界的分类系统。此外他还提到了其他各式各样的物质，描述了化学器皿、各种实验仪器和实验方法。在阿拉伯炼金史上还有一位著名医生，叫阿维森纳
27、。他熟悉化学手工艺的方法，他广泛使用化学物品治病，并坚决否定一种金属变成另外一种金属的说法。他著的 医典和 药剂书被后人广泛传播，是很多医生行医用药的重要指南。阿拉伯炼金术虽有一定的进展，但富有浓厚神秘色彩。因此，化学成为一门真正科学的希望变为泡影。幸而一些欧洲人这时能把阿拉伯人传播和发展的科学思想继承下来，使其未遭湮没。进入公元 11 到 13 世纪，欧洲出现了一大批学者，主要是西班牙和意大利人。他们注意到阿拉伯文的著作中蕴藏着很多有价值的自然科学知识，于是便陆续地翻译介绍。这其中包括有一 些神秘主义倾向较强的炼金术士的观点。欧洲炼金术一开始就被封建帝王和教会所利用和操纵。他们在宫廷和教堂中
28、升起炉火，驱使炼金匠日夜守候在炉旁，烟熏火烤，汗流浃背，为他们炼制 “黄金”他们通过炼制黄金一方面达到发财聚富的目的，另一方面在点化金银中，寻求延年不死的 “神丹药”。对那些炼不出黄金的以及被怀疑隐瞒炼金秘诀的人们，则被送到监狱或干苦工，甚至处以死刑。对那些曾有过失败的炼金家则被套上镀金的衣服，绞死在镀金架上。中世纪的欧洲，化学发展缓慢。炼金术士们对他们的方法严格保守机密。他们的秘方中充满着符号和隐喻，他们所用的原料，进行的化学反应和观察到的现象，令人如坠云雾。炼金术士中很多人不相信炼金术，而是一些十足的江湖骗子或者说是一些化学魔术师。尽管如此，仍有人虔诚地、孜孜不倦地研究炼金术。最有名、成就
29、最显著的要数大阿尔伯特，即 A 马格努斯。他是德国人，他曾在巴黎大学阅读从希腊文和阿拉伯文翻译来的亚里斯多德的全部著作，是中世纪唯一对亚里斯多德全部著作加以注释的学者。他著有 炼金术一书，其中记载了明矾、砒石、铅石、酒石等物质的变化。他曾经将雄黄与肥皂混合加热而制得单质砷。所以一些科学史家多认为他是元素砷的发现者。在其晚年对炼金术的虚妄有所醒悟，着力揭穿炼金术士的欺骗行径。这一时期著名炼金家还有英国人 R 培根，他对实验有浓厚的兴趣。他发现灯在密封容器中必灭，便证明空气为燃烧所必需。他认为汞硫是原始物质，求是金属之父，硫为金属之母，金丹 术应是制备某些灵丹妙药的 “科学”，当灵丹妙药注入到金属
30、或不完善的物体中时，就能变为完善物。从 15 世纪中叶开始，由于印刷术的输入，炼金术的著作便大量出版，吸引越来越多的信徒。但炼金术时期真正有用的东西是不多的。它只记载了实验室使用的一些最简单的化学器皿和仪器，描述了一些普通的化学操作。理论上没有给以后化学进展带来起进步作用的实质性东西。Learning materials 值得一提的是，在炼金术繁荣兴旺时期，欧洲各城市的手工业 （包括化学手工业）发展迅速，如火药和枪炮的作用，雕刻艺术等。中世纪化学的实际进步，更多归功于手工业生产，而不是炼金术。华夏炼金术始于秦汉之交。秦始皇统一六国之后，曾派人到海上求 “仙人不死之药”。汉司马迁的 史记生动记载
31、汉武帝刘彻亲自派遣人到蓬莱，“事化丹砂 ，诸药齐 （剂）为黄金矣”。到了东汉以后，炼金术进一步发展起来，且与道教结合披上了一层更神秘的色彩。炼金道士们炼神丹妙药多选名山幽谷，旷野无人的地方。他们修炼足迹遍及华山、泰山、峨嵋等 28 座名山。这些地方以后便都成了道教圣地。从隋代以后，华夏炼金术形成两个派别，一派强调修炼五金八石，炼制丹药，以外来药力捍人身体，坚人骨髓，称外丹派。另一派则继承了中国传统气功，认为 “气能生存”，叫内丹派。与化学有关的炼金术一般指外丹派而言。唐宋时期，炼金术发展到鼎盛期，用药品种大为扩展。实验操作更为复杂。炼丹设备从简陋的土釜、竹筒发展到铁质水火鼎、铜桶等。到明代，由
32、于一些皇帝、王公荒淫之外又追求长生益寿，于 是炼丹术一度又出现回光返照，炼丹炼汞的人又活跃起来。但多数人已经不是虔诚的炼丹，而是一批江湖骗子，后逐渐为世人所唾弃。华夏炼金术进行了几千年，成效甚微。在制造长生不老药和变贱金属为贵金属方面是落空了，然而在制药和某些实验技术方面却成效显著。这里略对炼金术做一概括总结。理论上，炼金家的基本信条是物质可变，贱金属或其他物质可用人工变为白银或黄金，也可能变为使人长生不老的丹。这是从阴阳五行说推衍而来的。这种想法有对的一面，请看：铅可变为铅丹，铅粉和水银可以变为丹砂，就是一种物质转变的化学过程。但是，要使一种元素变为另外一种元素，用炼丹家的方法是绝对办不到的
33、。炼金家从汉代开始就无数次以实践来检验这个信念，然而终不能实现元素的转变。使人长生不老的金丹也是永远不会有的。这是从几千年间用难以估计的人力、物力甚至生命才得出的结论。经过炼金家的努力，对物质和物质间的变化有了进一步的认识：有汞易挥发，但得到硫磺则化合而成硫化汞 （丹砂）就固定下来的记载；还有描述金的化学稳定性： “金入猛火，色不夺金光” 的结论。其次，中国炼金术有许多缺点，从东汉到明朝一千几百年间，炼金家所有的药品种类和使用方法局限性很大，只有汞、铅、硫等少数几样东西。例如加热硫酸盐、硫酸铁等可以产生三氧化硫，此物溶于水可得硫酸。有了硫酸就可以制得盐酸、硝酸和醋酸。可借他们不知收集三氧化硫气
34、体和量度气体的方法，做了无数次硫酸盐加热分解试验，也未得到硫酸。又如石灰是廉价易得的强碱，它和卤砂作用可得氨，和碱作用可得氢氧化钠。但中国 炼金家就是不肯用石灰。纵观炼金术，没有把古化学发展为科学化学，固然令人遗憾，但它却间接地促进了化学走上光明大道，为后人留下了宝贵的经验，多少又令人欣慰。真是熠熠生辉，光芒闪烁，影响久远。且说中世纪欧洲的炼金术，由于缺乏科学的基础，屡遭失败，逐渐使炼金术士感到绝望并成为人们嘲弄的对象，最后，即使在官方眼里也变得声名狼藉。及至 15 、 16 世纪以后，化学方法便逐渐在医药方面得到了卓有成效的Learning materials 发挥。这一时期，化学还只是医学
35、以及其他专业的附庸，但它已显示出在推动科学与技术发展的巨大的作用。并为 17 、 18 世纪出现的一些卓越的近代化学先驱者开辟了前进的道路。早在 14 世纪，有些医生已经使用炼金术士们炼出的药剂；很多炼金术士也认为炼丹术应该为制药作出贡献，而且认为金丹药不仅能医治不完善的金属，也能使人祛病延年。在 15 16 世纪的医药化学中最主要的代表是冯荷赫希姆，后他自称帕拉塞斯。帕拉塞斯生于瑞士，他是医生的儿子，自幼勤奋好学。他先在意大利获得医学博士，之后又被提升为大学教授，他有渊博的医学和化学两方面的知识，建议医学和化学合二为一，成立一门学科医药化学，医学占主导，化学只为医学服务。帕拉塞斯认为化学的真
36、正任务是寻找各种治病的药物。他在著作中写道： “化学的目的并不是为了制造金子和银子，而 是为了制造药剂。”他尖刻地攻击那些古代科学的信徒： “你们以为懂得了一切，实际上什么也不懂。你们开着药房，却不知道怎样制出这些药来没有化学，你们就会迷失在黑暗里。”帕拉塞斯还指出：物质是以盐 （肉体）、水银 （灵魂）和硫磺 （精神）三种 “元素”依不同的比例组成的。人类生病是因为体内缺乏这三种 “元素”中的任何一种。因此，为了治病就要在人体注入所缺少的 “元素”。他宣称，他的著作要用经验之功写成。为了纪念他在马塞尔城讲授医学的开始，他烧掉了古代著名医生的书籍。帕拉塞斯和他的弟子们还进行了多方面的研究。例如无
37、机物的分离、提纯等。同时，帕拉塞斯的一些研究也带来许多问题：用药过猛，断送许多生命；著术杂乱无章，充满奇谈怪论等。所以他的同代人对他有着不同的评价，有人说他是一位伟大的医生，有人说他是一个招摇撞骗的人。但帕拉塞斯最终成功地医疗了一系列疾病，赢得了病人和医生的赞赏，根本改变了医学和化学的发展道路。他的成就必须肯定。继帕拉塞斯之后，对化学发展贡献卓著的医药化学派知名人士中还有A 李巴维和范海耳蒙特。A 李巴维是德国化学家、医生和炼金术士。曾担任内科医生和中学学监，大半生从事化学药剂的研制。他最主要的著作是 炼金术一书，把制药学、炼金术、冶金学中的化学要点全包罗进去，并用 “炼金术”一词概括化学的全
38、部含义。他给 “炼金术”下了这样的定义： “炼金术是通过从混合物中离析出实体，采制特效药物和提炼纯净精华的一门技术。”炼金术一书内容丰富，是历史上第一本化学教科书。长期被医生和药剂师孜孜研究，影响颇大。范海尔蒙特是比利时化学家、生理学家和医学家。他最初习医，系统地阅读过古希腊的医学专著。他善于独立思考，很有 见解，他对因袭守旧的医学进行了严苛的批评，使他树敌很多，推迟了人们对他学术见解的接受。他非常热衷化学，人们称他为 “炉火术哲学家”， “炉火术”的含义就是化学。医药化学上，他提出酶存在于所有活体器官和体液中，胃、肝及其他器官均含酶素，能引起消化和其他生理变化。海带灰能治疗甲状腺肿等。尽管L
39、earning materials 某些地方欠妥，但方向正确，后来由他的继承者加以发展，成为生物催化学说的起点。在化学发展中，整个 17 世纪都是医药化学派的思想占统治地位。研究医药化学派的医疗方法，以及与之相联系的寻找矿物性药品，编写医药化学派的药方汇编和词典都是这一时期医生和药剂师努力的主要方面。他们大多数人的工作只限于利用帕拉塞斯、李巴维和海耳蒙特的遗产。医药化学派的代表人物对化学发展做出了一定贡献，但他们把化学的任务只局限于满足医学需要，因此不仅没有促进，反而阻碍了化学的发展。中国医药化学的发展，同欧洲炼金术转变为医药化学大致相似。我国现存的医药学典籍 素问、 本草经是中国最早的医书，
40、基本上是周、秦、西汉医药知识的总结。 本草是中国医药学的传统名称，起源于西汉。此后每个朝代都有固定 本草。中国医药学的发展和炼丹术是分不开的。由于本草学中对一些药物的来源、性质、制法及配伍的叙述，牵涉到广泛的化学知识，因而本草学成了中国古代化学的一个重要源泉。介绍几种有代表性的本草学书籍，从中可窥见一斑。本草经，载有 365 种药物，包括植物药物、动物药物、矿物 药物，较常见植物药有五味子、紫草 （含紫染料）；动物药有麝香、牛黄等；矿物药有汞、石灰、云母等。对一些元素及化合物性质和化学变化描述较为正确，例如汞能和一些金属生成汞齐，将汞加热后缓慢氧化生成氧化汞；水银治疗疥疮较为有效等等。明代李时
41、珍的巨著 本草纲目对我国古代本草学作了一次历史性总结，系统地阐述了我国劳动人民的医用化学知识。书中列有矿物药材 357 种，包括许多氧化物、硫化物、氯化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐等的性质和制造方法，至今不失为世界上的珍品。中国炼丹术为后世遗留下了相当丰富的矿物性医药制剂的丹方，这是它的一大贡献。值得指出的是，许多大名鼎鼎的炼金家几乎都兼为医学家。如东晋的葛洪、南北朝时的陶弘景、唐初的孙思邈都是著名医药兼炼丹家。中国炼丹术以丹砂、铅丹以及雄黄为大药，因此它的医药化学成就比较集中在汞化学、铅化学与砷化学方面。在汞化学中，首先应该提到水银的 “升炼”。最初用很简单的低温焙烧法，反应式如下：HgS O
42、 2 Hg SO 2到了宋代又有很大改进， HgS 分解反应变为：HgS Pb （ Cu ， Fe ） PbS （ CuS ， FeS ） Hg 明代又有改进，改为廉价木炭， HgS 分解反应式为：2HgS C CS 2 2Hg 汞被医药学家广泛用来作为疡科药，前文有所简述，从略。在汞化学中成就很大的还有氯化汞：氯化汞有两种，一种是 Hg-CL 2 叫升汞。另一种是Hg 2 CL 2 ，叫甘汞。这两种丹药后来都成为重要的医药，清代升汞是广泛应用的疡科药；甘汞用作下利尿及 疡科的药物。在铅化学中，由于铅变化多端，所以对它的研究较广泛和深入。中国最早的人工铅制剂大概是铅粉，后来叫胡粉，即碱式碳酸铅
43、。铅粉或金属铅在Learning materials 空气中加热，很容易生成黄色 PbO ，古代称黄丹。将黄丹进一步以猛火焙烧，即成为红色铅丹 Pb 3 O 4 。中国古代的 “黄丹”与 “铅丹”两名称往往混用。但它们的医疗效用基本相同。有关砷化学，中国古代医药和金丹术很早就广泛地利用含砷矿物，其中有雄黄 （ AS 4 S 4 ），雌黄 （ AS 2 S 3 ）等。值得一提的是砒霜 AS 2 O 3 ，孙思邈的 千金要方中说它 “以甘草煎，以粳米饭和研为丸，服之能治疟、心痛、牙痛”。事实上砒霜是剧毒药。此外中国古代砷化学中的最大成就还有单质砷的取得，具体过程略去。中国是文明古国，历史悠久，文化
44、灿烂，医药化学只是百花园中的一朵奇葩，胜利地完成了自己的使命。欲知后事如何，且听下回分解。Learning materials 第二回 燃素说东鳞西爪不可抹杀 拉瓦锡废旧立新独放异彩波义耳指明化学方向，贝歇尔研究燃烧现象。普里斯特利发现一种神奇的气体，尽情地呼吸一下，顿时如醉如痴，这是什么东西？拉瓦锡抓住实质，氧学说应运而生。一时众说纷纭，一团糟中理头绪。却说在中世纪的欧洲，天主教会占据着封建统治的宝座，无论文学、艺术和哲学都处于神学婢女的可悲境地。人们只能以 圣经的教义和教会所许诺的几种学说解释一切事物。自然科学被禁锢着，发展极为缓慢。17 世纪下半叶，资本主义生产形式在欧洲有了很大发展，繁
45、重的手工劳动逐步被各种机械装置代替。这种变化引起了欧洲各国旧的封建农奴制的生产关系的解体。与此同时在意识形态领域也发生了巨大变化，占有统治地位的宗教经院哲学宇宙观崩溃了，带有机械唯物主义特点的资产阶级宇宙观产生了。力学、数学、天文学和物理学都取得了重大成就。伽利略 （ Galileo ）创立了力学，他的学生托里拆利发现了大气压力，帕斯卡 （ Pascal ）继承了托里拆利的研究工作，惠更斯创立了光的波动学说，牛顿对力学和天文学做出了极重大的贡献。所有这些的发现和发明，宣告了第一次科学革命的来临。各学会及科学院的成立促进了化学的迅速发展。如 17 世纪时，英国牛津大学和剑桥大学开始了教育改革，逐
46、渐开设了自然科学课程。 1702 年剑桥大学第一个设置了化学教授席。17 世纪时还出版了许多重要的哲学著作，对自然科学的发展产生了影响。例如英国哲学家 F 培根在著作中提出了实验科学胜过各种论证的科学。他宣称，进行有组织有计划的实验研究是科学研究的基本方法。培根的哲学观点首先在英国，接着在欧洲其他各国被普遍接受了。在 17 世纪，古代的原子论学说也开始复活了。但这种原子论学说，像当时的其他科一样，带有机械论的性质。法国科学家伽桑狄用机械论哲学来解释自然界的尝试，引起了人们极大的兴趣。伽桑狄力图用原子的形状和大小来说明物质的各种性质，例如热是微小的圆形原子引起的；冷是带有锋利棱角的椎形原子产生的
47、，所以严寒能使人产生刺痛感；固体是靠彼此交错的钩子连结起来的。伽桑狄同时承认原子和真空的存在，他把形成化合物的一群原子叫做分子。他的微粒学说在以后很多年中引起化学家们的重视，但没有得到进一步发展。探讨和确定自然界中各种物质的基本组成和结构是化学的根本任务，如果占统治地位的仍然是医药化学派的传统和陈旧观念，那么化学就难以向前发展。17 世纪下半期科学中的新思想反映在英国人 R 波义耳的科学工作和观念中。他是一位著名的物理学家兼化学家，出身贵族，是一个富翁，自幼受到良好的教育。虽然经济生活优裕，但他并不追求享乐，而是把钱财用于科学研究。 1646 年起波义耳在伦敦自己家里修建了实验室并进行科学研究
48、。对于 “化学是什么”这样一个大问题，他认为化学实验不单是为了制造贵重金属和医药，而应有更广泛的用途。化学是一门实验科学，没有实验，任何新东西都不能被进一步了解。Learning materials 在化学研究中，他对物质的组成和结构进行了探索。用加氯化钡生成白色沉淀来鉴定硫酸，加硝酸银生成沉淀来鉴定盐酸，与氨作用生成蓝色溶液来鉴定铜盐以及其他等等，波义耳还使用了一些指示剂如石蕊液紫罗兰花等。波义耳在科学实验中接触到许多同物质内部结构有关的现象。如液体蒸发和固体升华，它们可以弥散于整个空间；盐块溶解后可以通过滤布的微小空隙等。从而他相信物质是由数目众多的微粒所构成。粒子结合成各种粒子团，粒子团
49、聚合而成各种物体。粒子团的大小形状以及运动决定物质的各种物理和化学特性。粒子团作为基本单位参加各种化学反应。波义耳的很多观点得不到大多数化学家的赞同。当时的伟大科学家中，只有英国的牛顿全盘接受波义耳的化学思想。牛顿对化学也很感兴趣，研究了很多化学问题。他发挥了波义耳的微粒学说，并以物质微粒间相互吸引和发生碰撞的假说来解释观察到的各类化学反应。波义耳的观念为新化学的发展指明了方向。到了波义耳时期，科学已指明物质不是由 “性质”组 成，而是由化学元素组成 的。为此，恩格斯曾对波义耳作了高度评价： “波义耳把化学确立为科学。”在评价波义耳的贡献时，顺便提一下磷的发现。 1669 年德国一位炼金家因搞
50、炼金而破产，他异想天开地把人尿来蒸馏，他把液体蒸干后的残渣烤干，发现一种发光的粉末，他认为是火素。很长一段时间他保守秘密，但他需要钱，于是卖给一位医生，这位医生利用此发明来做生意，赚得了大量的钱。1690 年波义耳也知道了制磷的秘密，他在好几篇文章中描述磷的性质，只是在波义耳死后，大约 1694 年制造磷的秘密才被公布出来。在古代，产生过许多火的学说。中国的 “五行说”中，就提到了火；古希腊的 “四元素说”的 “水、土、火、气”中有 “火”；古印度 “四大说”的 “地、水、火、风”中也有 “火”等等。在古人看来，火是一切事物中最容易变化，最积极、活跃的东西。 “火”是构成万物的本原物质之一。1
