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古代人們利用工藝化學創造了燦爛的文化成果

時間:2021/06/09

古人觀察、利用和研究化學變化首先是從對化學工藝的發展利用開始的。 陶瓷化學大約170萬年前,中國各地區的先民通過擊石取火、鉆木取火得到火種,慢慢學會了用火,并逐步了解了火的習性。由于偶然中發現火可使黏土發生燒結使之成為堅硬的陶塊,導致了制陶工藝的誕生。大約距今1萬年前的時候,他們摸索到燒陶的技術,制作出原始陶器。由低級到高級,從新石器時代的后期(距今約5000年前)到東漢時期先后發展出了彩繪紅陶、蛋殼(薄壁)黑陶、白陶、印紋硬陶、青釉硬陶和綠釉陶等多個品種。這是用化學手段制造出來的第一類自然界不存在的物質,為人們提供了新的生活用具和建筑材料;也為冶煉熔鑄金屬和釀造工藝的出現創造了條件。

中國瓷藝發展很快,歷朝各代都是名窯林立,瓷藝與花樣品種不斷推新,唐代、宋代不僅有了多種色釉瓷,還有兔毫油滴釉、窯變形成的絢麗彩釉、蔥翠如梅子的青釉、貌似冰裂紋的“開片”瓷釉,更成為瓷藝中的絕技。元代、明代又推出了釉上、釉下的彩繪瓷。到清代雍正、乾隆時期,璀璨的五彩瓷、粉彩瓷、琺瑯彩瓷的發明把中國古代瓷藝推到了頂峰,達到黃金時代。

冶金化學繼制陶工藝之后,冶金化學工藝出現。中國大約在距今4500多年前開始冶煉紅銅和錫青銅,用的是把綠色孔雀石或孔雀石與錫礦石混上木炭一起在陶質器皿中加熱燒煉的方法。到了商殷時代青銅(見銅合金)冶煉已達到鼎盛時期。已經冶煉出了金屬鉛和錫,可以用三種金屬按一定比例熔合煉制青銅。造型端莊、紋飾精美、重達875千克的“司母戊”大鼎是其代表作(含銅84.8%、錫11.6%、鉛2.8%)。及至戰國時期,青銅器已大量生產,從過去以生產禮器為主過渡到大量制造兵器、貨幣和一些農具,已初步了解到青銅中銅、錫的比例與青銅器性能之間的某些關系,所以《考工記》中有了“六齊規則”的記載。

釀酒中國先民大概在遠古時就已從發霉、發酵的野果和谷物中品嘗到酒香和酒味。在有了陶質器皿后,約在距今4000多年前開始有意識地通過糧食的自然變霉、發酵制作酒漿,以供祭祀和飲用。西周已有了系統的經驗,《禮記·月令篇》已記述了負責釀酒事宜的官員“大酋”在仲冬釀酒時必須監管好的6個環節,包括原料秫稻、曲糵麥芽、水泉、釀酒陶器、柴火等。及至漢代酒工已從利用麥糵糖化、發酵發展到培養、制作多種優良的釀酒曲種。北魏賈思勰所著《齊民要術》曾詳細總結了當時北方的12種造酒用曲的制作方法。宋代酵酒技藝又有了重大突破:有了優良菌種的延續和推廣的經驗;朱翼中所著《北山酒經》更系統地記載了南方的各種造曲法;發明了在高溫菌紅米霉作用下生成的紅曲;發明了酒蒸餾器和蒸餾技術,取得了味極濃烈的燒酒。其他的醇造工藝,如作醋、造醬、制酪等也已成熟。總之,在生物化學的早期利用上中國也曾有過重大貢獻。
制糖中國先民在掌握谷物釀酒的同時也逐步學會了以稻米、高粱為原料,煮后加入麥芽經過保溫糖化而制作飴糖,《詩經》中已有記載。唐代四川遂寧地區出現了從蔗糖制作結晶冰糖(糖霜)的技藝。明代福建的糖匠更發明了利用泥漿吸附作用的蔗糖脫色法,從此雪白的蔗糖問世。

洗染在中國古代的洗染行業中也不乏化學方法的利用。例如:①靛藍的制取是利用堿性石灰水、酶的作用和日光的氧比化從藍草中將藍苷浸取、沉淀而制成的;染藍過程又利用發酵作用將其先還原為可溶性的靛白。②在提取紅花中的紅色素時利用了堿水(石灰水、草灰水)浸取、酸水(醋、烏梅水)沉淀的交替處理,來分離紅花中的黃、紅兩種色素。③曾利用綠礬與五倍子殼、橡栗殼中的單寧質相反應,制作成黑色媒染染料。④在以茜草、紫草染紅時利用了明礬的媒染作用,而且顏色更深艷。礬類的廣泛應用也促進了綠礬、明礬、黃礬等的化學加工。與染色相關的還有絲麻及織物的漂洗。除了最早利用的藜灰(冬灰)外,魏晉時已利用皂莢粉作洗滌劑。唐代又將皂莢粉與米粉、香料混合制成“澡豆”。魏晉時還發明了用豬胰、面粉與皂莢粉混合制成的豬胰澡豆。唐代時它發展成為由面粉、豆粉與眾多中草藥白芷、白術等與豬胰合搗成的合膏。及至元代便正式成為豬胰與堿合煉成的中國傳統“胰子”(肥皂)了,它所含的多種消化酶,可分解脂肪、蛋白質造成的污漬。

煉丹術古代煉丹術可視為化學的原始形式。中國煉丹術自漢初肇興到清代基本消亡。那些虔誠的方士以制造令人長生不死的金丹神藥為主旨。這種虛妄的夢想雖以破滅告終,但他們曾涉水攀山,尋訪百藥;登臨深山高嶺修壇建爐,在煙塵毒氣中奮斗了1800余年,雖于長生羽化勞而無功,但卻豐富了中國的醫藥寶庫。他們切實地操作了原始的化學實驗,觀察了眾多的化學現象,合成了一系列重要而純凈的無機制劑,如靈砂(硫汞還丹,HgS)、朱粉(HgO)、粉霜(HgCl2)、輕粉(Hg2Cl2)、鉛丹(Pb3O4)、黃丹(PbO)、鉛霜(醋酸鉛)、玄黃(HgO–PbO)、砒霜(As2O3)、雄黃與雌黃(As4S4與As2S3)、各種礬等;并不斷改進了升煉水銀的方法。這些制劑在宋代就廣泛被本草學家臨床試驗,至明代很多成為瘍科圣藥的主要成分。丹爐升煉丹藥的化學方法也被繼承下來。至唐代,他們更從合煉硝黃的爆燃事故中總結了教訓,并進而導致了黑火藥的發明,成為中國古代四大發明之一。
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