化学史 第一章中国古代化学.doc

一、教学目的：1掌握化学史的发端；2了解三大能源、陶瓷与玻璃、造纸、火药等发明及其与化学的发展关系；3了解了解炼金术与炼丹术的区别。 二、教学方法：以课堂讲授为主，结合课堂讨论。三、教学手段： 采用多媒体授课四、学时分配：2学时五、重点、难点： 重点：化学史的发端六、思考（作业）：1化学史的发端是( )，三大天然能源是( )，黑火药的主要成分是( )。2陶与瓷的区别是什么？玻璃是古代什么人发明的？3蔡伦、葛洪、李时珍的历史贡献分别是什么？为什么中国古代化学没有发展成为化学？4炼丹术与炼金术的区别是什么？为什么说炼金术是化学的原始形式？5从文字记录材料的发展历史，谈谈你对计算机、网络的看法。七、辅导安排 随堂辅导八、教学内容：第一篇 古代化学时期第一章 中国古代化学v 在古代,化学没有具体的研究对象.因而科学的化学也就不存在,化学在这一时期只是以知识的形态存在着、积累着.它是化学史的重要构成部分.这个时期的化学知识主要来源于四个方面.v 1.古代实用化学,是一些具体工艺中的化学知识,如陶瓷、冶金、酿造等.v 2.人类对自然界万物的本原、构成及其变因的认识,即古代的物质观.v 3 .炼金术.在中国炼金术出现最早,称其为炼丹术,后经阿拉伯传至欧洲,使之成为化学的原始形式.v 4.由于在炼金实践过程中屡遭失败,金丹之术从追求虚幻的”点金之石”或”长生不老之药”转移到实用方面.出现了医药化学和冶金化学.v 第一节 化学史的发端 -火的认识和利用1、火的认识 在自然界,火山爆发、雷打电击、陨石降落或树枝因大风摇动而起摩擦,都会引起森林失火.干枯植物的自然堆积也会导致着火等等.这些现象日复一日,年复一年.不断地刺激着人类的感官,一次又一次地印入人类的脑海,人类就是这样在长期的观察实践和思索中最早认识到火,并有意识地控制和利用火.2.火的利用 学会用火是人类最早也是最伟大的化学实践.它是人类第一次开发除自身的体力即生物能以外的一种强大的自然能源,获得了改造自然的有利手段.可以说人类学会用火标志着化学史的发端. 天然野火-引进火种-保存火种-火种熄灭-人工取火-摩擦取火-钻木取火,等等. 中国云南元谋人（180万年前）遗址、北京周口店北京人（50万年前）遗址发现有人类的用火遗迹. 人类学会用火是化学史的发端。v 第二节 三大能源 -煤、石油、天然气 人类最先使用的燃料主要是树枝、柴草,后来学会烧制木炭,并用来冶炼青铜.然而用木炭作燃料达不到很高的温度,因此后来人类又认识利用了煤、石油和天然气.煤、石油、天然气并称为三大重要的天然能源。在我国都很丰富,其认识利用历史悠久超过世界各国. 1.煤炭:中国古代有石炭、乌薪、黑金、燃石等异名.其中以石炭这一名称用得最广.最早记载煤的名称和产地的是战国时期所著山海经.书中云:女儿之山,其上多石涅.2.石油:古代又称石漆、水肥、石脂、猛火油、雄黄油、石脑油等.在我国古代典籍中,最早记载石油的文献是公元一世纪的汉书地理志. 3.天然气:在我国古代,天然气的开采和掘井技术及盐井开采紧密相联.最先记载我国用火井煮盐的是晋朝张华所著博物志反映了当时利用天然气的技术. 太阳能、风能、水能、潮汐能等绿色能源的开发势在必行（绿色化学）。v 第三节 陶瓷与玻璃 1.陶器与瓷器 陶器的制造是新石器时代开始的重要标志.随着制陶技术的不断发展,商代在陶器制作中出现了一个重要成就,这就是发明了施釉技术,创制出敷釉的陶器. 釉的发明是人们长期反复实践的结果,是陶器过渡到瓷器的必备条件。由于这些敷釉器皿的外观或成分等方面兼有陶和瓷的某些特点,所以在商代晚期原始瓷器问世了,但又与后来真正的瓷器不同. 瓷器（china）在世界上以中国（China）的发明最早。 今日著名产地：江苏宜兴（陶都）、江西景德镇、河北唐山、广东佛山（石湾）什么是釉？ 釉：以石英、长石、硼砂、黏土等为 原料制成的物质，涂在瓷器、陶 器的表面，烧制成有玻璃光泽的 制品。施釉能增加制品的机械强度、热稳定 性和电介强度，还有美化器物、便于 拭洗、不被尘土腥秽侵蚀等特点。 现代日用陶瓷生产所用的釉分为石灰釉和长石釉。石灰釉是用釉果（类似瓷石的一种天然矿物原料）和二灰（主要成份氧化钙）配制而成，长石釉主要由石英、长石、大理石、高岭土等组成。在石灰釉和长石釉中加入金属氧化物，或渗进其它化学成份，就会成为各种各样的釉色。 v 唐三彩与青花 唐三彩:是唐代陶器中的精华，在初唐、盛唐时达到高峰。唐三彩是一种低温釉陶器，在色釉中加入不同的金属氧化物，经过焙烧，便形成浅黄、赭黄、浅绿、深绿、天蓝、褐红、茄紫等多种色彩，但多以黄、褐、绿三色为主。唐三彩的色釉有浓淡变化、互相浸润、斑驳淋漓的效果。在色彩的相互辉映中，显出堂皇富丽的艺术魅力。青花:釉下彩品种之一,以氧化钴为色剂,在坯胎上作画,罩以透明釉,经1280-1320高温烧成,蓝白相映,明清两代主打瓷器. v 2.玻璃 玻璃制造技术是古老文明的埃及人发明的.最初用玻璃制造珍贵的装饰品、酒杯、花瓶、香水瓶等,后来玻璃器皿才逐渐成为日用品.制造玻璃的技术也慢慢由埃及传到邻近西亚各国,在纪元前又传至希腊、罗马.罗马人对制造玻璃技术进行了改进,以玻璃熔炉代替了烧锅,提高熔炼温度,使其熔化成清稀的液态,进而又发明了吹管技术,生产出美丽明亮的各种用具.后来,他们还逐步掌握了借添加铁、铜、铅等金属的方法制成了彩色玻璃.玻璃制品的运用不仅丰富了人类的物质文化生活,还对中古时代欧洲炼金术、制药化学的发展起到了促进作用.玻璃仪器及器皿也为近代化学实验所必需,是化学科学发展的有力工具.v 第四节 造纸的发明1、文字记录材料简史夏商时期：兽骨、龟甲、青铜器（甲骨文、一言九鼎）秦汉时期：竹简、木简（留取丹心照汗青、罄竹难书、读书破万卷、学富五车）其它材料：帛（即丝织品，昂贵，不易保存）、羊皮（西方）2、蔡伦的历史贡献公元前1世纪的西汉已有用麻绳头、破布、旧鱼网制成的麻纤维纸。东汉尚方令蔡伦在历史上是造纸术的改良者和推广者（公元105年）v 蔡伦 蔡伦（？121）字敬仲，东汉桂阳郡人.汉和帝时，蔡伦入宫做皇帝的侍从，后来升任“尚方令”，负责管理皇室工场，监造各种器械。东汉和帝元兴元年(公元105年)，蔡伦在总结前人制造丝织晶的经验的基础上，在洛阳发明了用树皮、破渔网、破布、麻头等作原料，制造成了适合书写的植物纤维纸，才使纸成为普遍使用的书写材料。 3、造纸术的传播7世纪经过朝鲜东传日本中韩造纸术、印刷术之争8世纪中叶经中亚西传阿拉伯，12世纪欧洲最早在西班牙和法国建立造纸厂。v 蔡伦是我国造纸术的发明者，理由是“根据汉代许慎说文解字中有关纸的解释，在蔡伦之前古代文献中所提到的纸，都是丝质纤维所造的，实际上不是纸，只是漂丝的副产品，自古至今要造成一张中国式的植物纤维纸，一般都要经过剪切、沤煮、打浆、悬浮、抄造、定型、干燥等基本操作。而灞桥纸不是真正意义上的纸。”v 为什么?理由是从外观看，其纸腩松弛，纸面粗糙，厚薄相差悬殊。经过实体显微镜和扫描电子显微镜观察，发现绝大多数纤维和纤维束都较长，说明它的切断程度较差，是由纤维自然堆积而成，没有经过剪切、打浆等造纸的基本操作过程，不能算真正的纸。或许只是沤过的纺织品下脚料，如乱麻、线头等 纤维的堆积物，由于长年垫衬在古墓的铜镜之下，受镜身重量的压力而形成的片状。此外，其余几种所谓西汉古纸，也都是十分粗糙，充其量不过是纸的雏形。v 蔡伦及其工匠们在前人漂絮和制造雏形纸的基础上总结提高，从原料和工艺上把纸的生产抽调到一个独立行业的阶段，用于书写。诚然，“蔡伦纸”不会是蔡伦一手制作，但没有他的“造意”，单凭尚方工匠也制造不出这种植物纤维纸来。因此，即使在雏形纸出土的今天，把蔡伦评作为我国造纸术的发明者或代表人物仍然是正确的，是有充分历史根据的。 蔡伦首先使用树皮造纸，树皮是比麻类丰富得多的原料，这可以使纸的产量大幅度的提高。树皮中所含的木素、果胶、蛋白质远比麻类高，因此树皮的脱胶、制浆要比麻类难度大。这就促使蔡伦改进造纸的技术。元兴元年（公元105年）蔡伦把他在尚方制造出来的一批优质纸张献给汉和帝刘肇，汉和帝很称赞他的才能，马上通令天下采用。这样，蔡伦的造纸方法很快传遍各地。 造纸术首先传入与我国毗邻的朝鲜和越南,随后传到了日本。朝鲜半岛各国先后都学会了造纸的技术。纸浆主要由大麻、藤条、竹子、麦杆中的纤维提取。大约公元四世纪末，在中国人的帮助下，不久高丽、新罗也掌握了造纸技术。此后高丽造纸的技术不断提高，到了唐宋时，高丽的皮纸反向中国出口。西晋时，越南人也掌握了造纸技术。公元610年，朝鲜和尚昙征渡海到日本，把造纸术献给日本摄政王圣德太子，圣德太子下令推广全国，后来日本人民称他为纸神。 v 中国的造纸技术也传播到了中亚的一些国家，并从此通过贸易传播到达了印度。v 造纸术传入阿拉伯是在公元751年。那一年唐安西节度使高仙芝率部与阿拉伯帝国军队在怛罗斯交战，唐军大败，被俘唐军士兵中有从军的造纸工人。当时的阿拉伯人没有屠俘的习惯，因此被俘的唐军造纸工匠可以为阿拉伯人造纸，阿拉伯最早的造纸工场，是由中国人帮助建造起来的，造纸技术也是由中国工人亲自传授的。10世纪造纸技术传到了叙利亚的大马士革、埃及的开罗和摩洛哥。在造纸术的流传中，阿拉伯人的传播功劳不可忽视。v 欧洲人是通过阿拉伯人了解造纸技术的，最早接触纸和造纸技术的欧洲国家是一度为阿拉伯人、摩尔人统治的西班牙。公元1150年，阿拉伯人在西班牙的萨狄瓦建立了欧洲第一个造纸场。v 公元1276年意大利的第一家造纸场在蒙地法罗建成，生产麻纸。v 法国于公元1348年，在巴黎东南的特鲁瓦附近建立造纸场。此后又建立几家造纸场，这样法国不仅国内纸张供应充分，而且还向德国出口。v 德国是14世纪才有自己的造纸厂。 英国因为与欧洲大陆有一海之隔，造纸技术传入比较晚，15世纪才有了自己的造纸厂。v 瑞典1573年建立了最早的造纸厂，丹麦于1635年开始造纸，1690年建于奥斯陆的造纸厂是瑞典最早的纸厂。到了17世纪欧洲个主要国家都有了自己的造纸业。v 西班牙人移居墨西哥后，最先在美洲大陆建立了造纸厂，墨西哥造纸始于 1575年。美国在独立之前，于1690年在费城附近建立了第一家造纸厂。到19世纪中国的造纸术已传遍五洲各国。v 造纸术的发明和推广，对于世界科学、文化的传播产生深刻的影响，对于社会的进步和发展起着重大的作用。v 针对企图否定蔡伦是造纸术发明人，否定中华人民共和国是造纸的发明国的歪风，1990年8月18日至22日在比利时马尔梅迪举行的国际造纸历史协会第20届代表大会一致认定，蔡伦是造纸术的伟大发明家，中华人民共和国是造纸术的发明国。v 总之，造纸术就是沿着唐朝阿拉伯欧洲这个路线传播的 .4、纸的闲话当今造纸工艺的漂白问题：Cl2、ClO2（绿色化学）当今造纸工艺的原料问题：一次性筷子与日本、再生纸（绿色化学）宣纸（安徽泾县）泄密事件：经济合作中的知识产权问题电脑、光盘、软盘成为新的文字记录材料的无纸化时代：纸还有用吗？ 随着社会的进步，使用宣纸的人越来越多，人们越来越多的了解到宣纸产于宣州的泾县和泾县小岭曹氏祖先是宣纸的发明者，才逐步了解到宣纸的大致生产过程。国外某些人也通过盗探，才了解到宣纸的产地、主要原料、大致工艺流程等。v 随着科学技术的进步，仿制宣纸已经是轻而易举的事情，人们只要买到宣纸，就可以化验出它的成份，其大致的工艺流程也能加以揣测，然后进行仿制，从这一点说，宣纸已经失去保密的必要，不仅不需要保密，而且还要大力宣传宣纸的正宗产地，宣纸特有的生产技艺，其目的是揭示宣纸真纸和仿制宣纸的区别，告诉广大消费者关于宣纸真纸的耐久性、抗虫性、润墨性和质地稳定性等独到的特性，关于宣纸生产的独特的生产环境、宣纸生产的主要以人工生产为特征的生产方式，从而打击假冒伪劣。真正的宣纸技艺没有泄密，也不可能泄密 某些外国仿制宣纸在形制上也能做到与宣纸真纸基本相似，但那只是“形似”，而不可能达到“神同”。用一句中国的古话来说：橘逾淮为枳。橘子和枳子本为一物，但因南北方的土壤、气候不同，生长出来的果实形同而神异，故淮河以南称橘，淮河以北称枳。贵州茅台酒，配方配料早已不是秘密，用同样配方配料在异地产出的酒，与在茅台镇当地所产之真茅台酒有很大的差异，何也？除了酿造技术因素外，还在于水质的不同，别的一切条件可以模拟满足，但那制酒所用的清冽甘饴的水的条件是无法替代的。 由此可知，宣纸尽可从形制上仿制，但真正的宣纸只能是产于安徽泾县，别且不论，仅水一项的不同就使仿制宣纸不能与宣纸真纸的质量、韵味等量齐观，更何况还有其它多种因素呢！外人尽管能够仿制宣纸，但永远也无法满足宣纸生产的“天时、地利、人和”三个条件。v “天时”，是指宣纸真纸需要在特定的自然条件中生产出来，才能使其质量达到最佳，外地无法具备与泾县相同的特定气候环境。v “地利”，是指宣纸的生产需要包括有特定微量物质元素含量的水资源条件和其它资源条件等，只有这些特定的各种资源条件的充分满足，才能使宣纸产品的质量达到最佳。v “人和”，是指宣纸的生产需要掌握特定技能的专门工人去操作。在宣纸生产中，大部分是手工操作，每一道工序都有只可意会不可言传的无穷奥妙之处。这说明，宣纸与景泰蓝不同，景泰蓝的生产纯粹是技术型的，技术一旦泄密就完全泄密，宣纸除了需要精湛的生产技术外，还依赖于特定的自然条件和在那种自然条件下产出的特定的原材料。v 所以，某些外国制出的“宣纸”，无论是手触感、润墨性，还是张力、光洁度与我国的宣纸都是无法相提并论的，在行家里手面前，一看便知谁真谁假，即便是泾县以外的国内其他地区生产的仿制宣纸也是一样。什么原因呢？这就是制造宣纸所需要的特殊的自然条件，用的原料、药料、水，还有那只可意会而不可言传的手工操作技艺的微妙，任何别国是无法满足这些条件或者加以效法的。v 宣纸就是以青檀树枝条的皮为主要原料的。枝条每两年采伐一次。v 第五节 火药的发明 人类最早使用的黑火药起源于中国的炼丹术。 黑火药的主要成分：一硫二硝三木炭（1S + 2KNO3 + 3C = K2S + N2 + 3CO2+169千卡）燃烧后其体积约增大至原来的两千倍,因而在密闭容器中会爆炸. 中国主要用于娱乐，13世纪后期传入欧洲后主要用于扩张.v 第六节、炼丹术和炼金术1、炼丹术与炼金术的主要区别与意义 炼金术通常指的是将贱金属转变成贵金属;炼丹术通常指的是炼制长生不老丹药. 炼金术在中国称其为炼丹术.中国是炼丹术的起源地.到八、九世纪,中国炼丹术传到了阿拉伯,形成了阿拉伯的炼金术.继后又经阿拉伯传播到欧洲,形成欧洲的炼金术.炼金术以乞求财富为目的，即点石成金（点金术）今天原子核技术可以实现. 炼丹术以乞求长生不老的金丹为目的当今美国冷冻死尸期待奇迹. 炼金术与炼丹术的意义：化学的原始形式,促进了化学的发展.v 2、中国炼丹术简史 历史渊源可以追溯到战国至秦汉.早期的长生药多为天然品.后来,炼丹术转向人工方法炼制仙丹. 秦始皇派人海上“求仙人不死之药”炼丹术的萌芽. 汉武帝时代,炼丹术有了发展.汉武帝刘彻热心于神仙、求长生不老之术炼丹术的兴起.刘彻听信炼丹家李少君的话,命人把丹砂(HgS)和别种药剂来试做黄金.但当时制成的黄金不是直接吃下,而是做成用来饮食器具,以达到长生不老的企图.v 东汉,炼丹术有了进一步发展.魏伯阳著当今世界保存下来的最早的炼丹术著作周易参同契,书中阐述了炼丹的指导思想,同时记载了许多有价值的古代化学知识和较多的药物. 晋南北朝直到唐朝,使炼丹术进入最昌盛时期. 新唐书薛颐传载,唐高宗曾召方士百余人“化黄金治丹”.3.代表性的炼丹家 西晋初年葛洪著抱朴子内篇炼丹术的经典名著.包含许多化学知识.他说:丹砂烧之成水银,积变,又还成丹砂.还记载了铅、铁、铜、硝石、硫黄、矾石、石胆等多种物质的性质. 南北朝陶弘景著养性延命录、名医别录等.已失传. 唐朝炼丹家孙思邈著丹房决要.v 葛洪（284364）为东晋道教学者、著名炼丹家、医药学家。字稚川，自号抱朴子。他曾受封为关内侯，后隐居罗浮山炼丹。著有抱朴子、肘后备急方、西京杂记等。其中丹书抱朴子内篇具体地描写了炼制金银丹药等多方面有关化学的知识，也介绍了许多物质性质和物质变化。例如“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂”，即指加热红色硫化汞（丹砂），分解出汞，而汞加硫黄又能生成黑色硫化汞，再变为红色硫化汞。描述了化学反应的可逆性。又如“以曾青涂铁，铁赤色如铜”，就描述了铁置换出铜的反应，等等。 v 4.炼丹术的衰落 世界上决不会有能够长生不老的“仙丹”. 远在西汉,诗人就有“服药求神仙,多为药所误”的咏叹. 东汉,唯物主义思想家王充认为“物无不死,人安能仙?”事实证明,因服丹而死的不乏其人. 唐朝（道教为国教）:唐太宗、宪宗、穆宗、武宗、宣宗等六个皇帝服丹而死炼丹术的鼎盛时期 明朝的皇帝服丹而死炼丹术的衰落时期 到清朝,只求长生不老的炼丹术销声匿迹.v 5.炼丹术在化学方面的成就 工欲善其事,必先利其器.化学是一门实践性很强的科学,化学实验是化学发展的生命线.古代的炼丹术所用药物和器具,都为以后的化学实验打下基础.(1)药品:炼丹家约用了六十余种药物.有元素Hg、S、C、Sn、Cu、Pb、Au、Ag 等;氧化物-HgO(三仙丹) 、铅丹(Pb3O4)等;氯化物-盐(NaCl) 、卤砂(NH4Cl) 、卤咸(MgCl2)等;硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐等.v (2)仪器:丹房里加热的设备有-“丹炉” 、“丹灶”或“丹鼎”. 操作有:研磨、蒸馏、升华等. (3)方法:加热法、升华法、蒸馏法、沐浴法、密封法、溶液法等. (4)化学物质变化的认识:分解反应、化合反应、金属置换反应. (5)控制原料种类和分量比例v 尽管如此,但中国的炼丹术没有发展成为化学,其原因有社会的一面,但炼丹术及炼丹家本身的原因也是不容忽视的. 1.炼丹术谨守秘密,不事交流; 2.用具不知采用玻璃的,妨碍观察; 3.不知收集气体和度量气体的方法.如硫酸盐加热分解产生三氧化硫气体,溶解于水得硫酸,有硫酸就有发现硝酸和盐酸的机会. 4.缺乏数学素养,没有量的概念.v 第七节、医药化学 炼丹术和炼金术在实践中屡遭失败,炼丹术在中国逐渐让位于本草学;炼金术在欧洲转移到冶金化学和医用化学方面.这种转移是化学史上一次大转折.1.本草的意义 我国古代医药学的著作,多半称“本草”.本草是植物性能为主的药物,但本草书中也有动物性和矿物性的药物,实际上“本草”包括有动、植、矿三类物质.经典著作有汉神农本草经、唐新修本草、宋证类本草、明本草纲目.李时珍 字东璧，号濒湖，湖北蕲州（今湖北省黄冈市蕲春县蕲州镇）人，汉族，生于明武宗正德十三年（公元1518年），卒于神宗万历二十二年（公元1593年）。李时珍曾参考历代有关医药及其学术书籍八百余种，结合自身经验和调查研究，历时二十七年编成本草纲目一书，是我国明以前药物学的总结性巨著。 生平：身怀“不为名相，即为名医”之志，遂成“药圣”。本草纲目东方医学巨典v 2.本草学对化学的贡献 由于本草学尊重客观实际,总结劳动人民经验,为社会服务,因此本草学具有强大的生命力而历久不衰.而本草学的发展与化学分不开,在本草学中蕴藏着丰富的化学知识.(1) 本草学已对无机药物进行了分类. 本草纲目中把无机药物按照当时化学知识将其分为六类:水、土、金、玉、石、卤六类.(2)本草学著作里记载着许多矿物化学知识,是古代劳动人民采矿、冶炼方面的宝贵经验的间接记录.v (3) 本草学著作里还对金属与非金属单质也有一定的认识(金的化学稳定性等);对硫碳等非金属也有记载.石硫黄就是元素状硫.硫能和许多金属作用而成硫化物. 神农本草经记载它能“化金、银、铜、铁,奇物.”李时珍在本草纲目中还认识到金刚石的物理性质,说它是“其砂可以钻玉补瓷.” (4) 本草著作中也认识到一些化合物的性质和制法. 本草经集注载有用火焰法鉴别钾盐和钠盐等. v 通过对本草学的研究,可知古人是如何逐步地掌握到一些化学知识的.由此可见,医药学的著作也是研究我国化学史的重要资料来源之一.3、中药现代化 中国的中草药基本上是廉价以原料出口。 中医理论、方法西方不易接受（凭经验、缺乏量的概念） v 第八节 金属冶炼1.青铜 青铜是将铜与锡或铅配合而熔铸的合金,以铜为主,颜色呈青,故名青铜. 青铜作为合金,熔点较