《化学史》绪论及第一章(年)

化学史 绪言 化学史是科学史的一个分支 是自然科学与历史科学相互交叉的一门特殊的历史科学 该课程运用辩证唯物主义和历史唯物主义的观点 阐述从化学的萌芽开始 经过漫长的岁月 怎样发展为现代化学的历史过程 对各个时期化学研究状况给予历史分析 判明重大发明产生的原因和前提条件 介绍化学发展各个时期的重大成就及对世界文明的影响 总结成功的经验和失败的原因 渗透化学学科建立与发展过程中所蕴涵的哲学思想 与科学方法 评价过去科学家的理论与实践活动 探索化学科学的发展规律 揭示前辈化学家的科学精神 治学态度 思维方式和创新意识 通过该课程学习 能比较全面地了解化学发展的历史与脉络 更好地认识马克思主义哲学和自然科学的关系 实验与理论的关系 学习运用辩证唯物主义观点认识 分析自然科学问题 形成认识客观世界的正确观点和方法 学会从历史的观点理解化学的现状和发展远景 学习 化学史 的意义 P7 8 原始实用化学 陶瓷 冶金 酿造人类对自然界万物的本原 构成及其变因的认识 古代的物质观炼丹术和炼金术 古代化学发展的重要形式医药化学和冶金化学 在从炼金术到科学化学的转变中起着桥梁作用 在古代 化学没有具体的研究对象 因而科学的化学也不存在 化学在这一时期只以知识的形态存在着 积累着 第一篇古代时期 第一章原始实用化学 第一节化学史的发端 火的认识和利用 物质燃烧发出的火是最引人注目的现象 人类从怕火到能利用火 经历了100多万年 180万年以前的云南元谋人遗址中和山西芮 rui 城遗址中 都有最早用火的遗迹 自然界中 最早出现的化学现象是什么 取火方法的发明则是人类历史上一件划时代的大事 就世界性的解放作用而言 摩擦生火还是超过蒸汽机 因为摩擦生火第一次使人支配了一种自然力 从而最终把人同动物界分开 恩格斯 最早的取火方法大约出现于旧石器晚期 人类认识到了火 支配了火 就为实现一系列化学变化提供了条件 古代化学技艺可以说是以学会用火为中心的 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 在原子能出现之前 含碳物质的燃烧一直是人类获取能量的基本途径 是人为地使各种天然物质发生化学变化 制备新材料等以满足人类生活需要的有效办法 在用火的过程中 人类认识到 火能使粘土 砂土 瓷土等变成陶瓷和玻璃 使矿石变成金属 使煤 石油等燃烧而得以利用 因此说 人类学会用火标志着化学史的发端 第二节原始能源化学 煤 石油和天然气的认识与利用 利用历史悠久 超过世界各国 煤炭 中国古代有 石炭 乌薪 黑金 燃石 之称 最早记载煤的名称和产地的是战国时期 山海经 女儿之山 其上多石涅 汉代开始用于日常生活和冶炼铁 晋初已认识到煤燃烧不完全会伤人 未燃完的煤炭 扑灭后可以继续用 元明以后 使用煤炭已经相当普及 明朝科学家宋应星在 天工开物 中说 那时全国冶铁 用煤炭的约十分七 用木炭的约十分之三 元朝时意大利人马可 波罗看中国用煤的盛况 很感新鲜惊奇 回国后欣喜地写下 游记 而在欧洲 16世纪才开始用煤炼铁 比中国至少晚1千多年 18世纪才开始炼焦 比中国晚了500多年 南北朝时代 北方家庭已广泛用煤取暖 烧饭 宋朝对煤的形态和用煤方法有记述 已开始用焦炭冶炼铁 我国也是世界上发现 开采和使用石油最早的国家 石油古代又称 石漆 水肥 石脂 猛火油 雄黄油 石脑油 等 石油的名称则源于宋朝沈括的 梦溪笔谈 一书 梦溪笔谈 是中国第一部科技著作 英国科学家李约瑟称之为 中国科学史上的坐标 书中记述了当时一些重大科技成就 如指南针 活字印刷术 炼铜 炼钢 石油等 其中 石油 一词是在该书中首次提出的 并且沿用至今 最早记载石油的文献是公元1世纪的 汉书 地理志 高奴 有淆xiao水可燃 高奴 陕北延长县 元一统志 记载了该地区有钻油井 而且有对朝庭 岁纳 的任务 元代就出现了世界上第一批油井 古代石油的功用 燃料 蜡烛 石油烟做墨 火药 天然气的开采与掘井技术和盐井开采紧密相联 公元前1世纪 四川和陕北就出现了我国第一批天然气井 又称火井 最先记载用火井煮盐的是晋朝张华的 博物志 更详细的记载则见于 天工开物 而英国1668年才开始使用天然气 比中国晚了13个世纪 利用天然气煮盐 不但经济 而且煮盐的速度快 这在人类历史上是光辉的一页 第三节原始无机材料化学 陶瓷和玻璃的发明与发展 制陶技术大约发明于1万年以前的新石器时代早期 陶器的制造是新石器时代开始的重要标志 它的出现有其历史的必然 1 生活的提高 人口的繁衍 从而对烹饪器 饮食器和储存器的需求增多 2 对粘土的粘性和可塑性有了一定认识 对火力的控制也有了一定程度的认识 早期制陶技术 砂石大小颗粒不均 手捏而成 厚薄不等 胎色以红褐色为主 兼有红 灰 黑三色 说明火候低 受热不均匀 新石器时代的仰韶文化 距今五六千年以前 以细泥彩陶最有名 它代表了当时制陶工艺的水平 所以考古学家就把仰韶文化称为彩陶文化 由于陶器通常在氧化焰中烧成 陶质内的铁大部分被氧化为三价铁 而多呈红色或红褐色 所以仰韶文化中红陶居多 新石器时代晚期的龙山文化 制陶工艺明显进步 转动陶轮制坯 质地致密 品种有红陶 灰陶 黑陶和白陶 陶器在还原焰中烧制 商代陶器 发明了施釉技术 石灰釉是由石灰石或方解石等碳酸盐加上一定量的粘土和其他物质配制而成 其中氧化钙是助熔剂 硅是釉的主体 表述不恰当 铁和铜是着色剂 釉的发明是从陶过渡到瓷的必备条件 P6 瓷器应具备的三个条件 P6 1 瓷器只能用瓷土作胎 2 胎的表面必施有玻璃质釉 3 瓷器烧成温度至少要在1200 左右 质地坚硬 敲之要能发出金石声 成品吸水率低 以上表述不够准确 商周原始瓷器的出现 标志着我国陶瓷生产已经进入了一个新时代 东汉末 六朝时期 发明了瓷器 多属青瓷 即通体施有颜色浓绿的青釉 即石灰釉 已沿用几千年 低温釉又称铅釉 发明要比青釉略晚 该釉以氧化铅为助熔剂 呈色元素用铁 铜 锰 钴等 又有多色釉之名 白釉瓷器萌芽于南北朝 到了隋朝发展成熟 至唐朝白瓷已经发展成白 青两大瓷系的主流之一 宋代发现了窑变现象 火焰不同 温度不同 呈色元素烧出的颜色则不同 打破了以往青 白瓷的单纯色调 元代制瓷工艺的两大成就是 1 出现了 釉里红 2 釉中加钴 钴少为淡青 钴多为深蓝 明代烧瓷技术的重要成就是 烧制出精制白釉 彩瓷出现 清代的瓷器的制造技术达到了辉煌的境界 康熙年间素三彩 五彩 雍正 乾隆时的粉彩 珐琅彩都是闻名中外的 造瓷技术于公元11世纪传到波斯 后又传播到世界各地 瓷器是一种工艺化学品 在世界上以我国的发明为最早 但玻璃的制造技术则是古老文明的埃及人发明 源于埃及的湖岸上存在着天然碱 第四节原始冶金化学 金属冶炼的发明与发展 一 青铜的冶炼青铜是古人有意识地将铜与锡或铅配合而熔铸的合金 青铜的熔点比纯铜低 硬度却比纯铜高 若用铅代替锡 青铜在冷凝时体积略有胀大 所以填充性较好 气孔也少 有很好铸造性 青铜生产工具的出现 在生产力的发展上起了划时代的作用 石器时代终于被青铜器时代所代替 我国的青铜时代相当于历史上的夏 商 周和春秋时代 商代晚期青铜业进入鼎盛时期 最能反映这个时期青铜冶铸技术水平的是1939年在河南安阳出土的司母戊大方鼎 它是世界上最大的古青铜器 一九三九年 河南安阳武官村村民的一次偶然探宝 挖掘出了举世闻名的司母戊大方鼎 公元前十二世纪商王为祭祀他的母亲而铸造 因鼎内壁铸有铭文 司母戊 三字而得名 鼎重832 84公斤 结构复杂 耳 身 足分别铸成后 再合铸成一个整体 象这种古而重的青铜器在世界上是绝无仅有的 它显示出商代青铜冶铸业的生产能力和技术水平 青铜的冶铸包括采矿 冶炼 制范 熔铸 炼铜时 在器内放置孔雀石和木炭 让木炭在其中燃烧 用吹管送风产生高温 熔化矿石 同时产生CO还原铜 这种方法的原理与现代工艺非常相似 说明当时冶铸技术已达到了很高的水平 青铜的熔铸主要分两阶段 调剂 即配料 和精炼 铜 锡 铅的比例被记入先秦古籍 考工记 成为世界最早的合金工艺的总结 这就是闻明的 六齐 六分其金而锡居其一 谓之钟鼎之齐 五分其金而锡居其一 谓之斧斤之齐 四分其金而锡居其一 谓之戈戟之齐 三分其金而锡居其一 谓之大刃之齐 五分其金而锡居其二 谓之削杀矢之齐 金锡半谓之鉴 二 黄铜和白铜的冶炼秦 汉之后黄铜 铜 锌合金 古称 鍮石 冶炼方法 铜与炉甘石 碳酸锌矿石 在还原炉中冶炼 铜与锌直接冶炼 宋朝崔昉的 外丹本草 记载 用铜一斤 炉甘石一斤 炼之即成鍮石一斤半 天工开物 记载 每红铜六斤 入倭铅 锌 四斤 先后入罐熔化 冷定取出 即成黄铜 白铜 铜 镍合金北宋 春渚记闻 元朝 格物粗谈 砒石炼为白铜 杂锡炼为响铜 明朝 本草纲目 白铜出云南 赤铜以砒石炼为白铜 砒石 砷镍矿石 三 水法炼铜我国古人早就认识了铜盐溶液里的铜能被铁置换 从而发明了水法炼铜的方法 这是水法冶金技术的起源 在世界化学史上是一项重大贡献 西汉 淮南万毕术 有 曾青得铁则化为铜 东汉的 神农本草经 也有 石胆 能化为铜 曾青 又称白青 空青 2CuCO3Cu OH 2石胆 胆矾 水合硫酸铜唐末 五代已将认识应用于生产中 宋代成为大量生产铜的重要方法之一 梦溪笔谈 等书都记载了 胆铜法 冶炼铜的生产方法 四 钢铁的冶炼人类最早发现和使用的铁 是天空落下的陨铁 古代埃及人称之为神物 在埃及 西亚和南亚的一些文明古国发现的最早铁器 都是用陨铁加工的 由于陨铁数量少 对生产没有产生大的影响 但对陨铁的利用 使人们初步认识了铁 冶铁技术的发明是社会生产力发展的需要 也是冶炼技术发展的必然 冶铁技术发明于原始社会末期 标志着冶金史上新阶段的来临 铁的性质优于青铜 人类一但掌握了冶铁技术 制造铁器工具 社会生产力便获得了很大发展 早期的冶铁技术 大多采用 固体还原法 矿石 木炭 焙烧温度低 铁块表面杂夹渣滓 粗糙 海绵状 不如青铜坚韧 古人曾称之 恶金 后来逐渐发现 将铁块反复加热锤打 便可将夹杂的氧化物挤出去 机械性能就改善了 淬火后铁的坚韧性比青铜更好 韧性高 锋利 于是青铜工具逐渐被铁器取代 一个新的时代又开始了 世界上最早制造铁器的 是小亚细亚的赫梯人 时间在公元前 年左右 约在公元前 年代 古希腊和古罗马开始普遍使用铁制的工具和兵器 约在公元前 年左右 欧洲大陆普遍使用铁器 中国最早的关于使用铁制工具的文字记载 是 左传 中的晋国铸铁鼎 在春秋时期 中国已经在农业 手工业生产上广泛使用铁器 铁器的使用 亦促进了社会经济的发展 加速了奴隶制社会的瓦解 1972年 在我国河北藁城台西村出土了一把商代铁刃铜钺 其年代约在公元前14世纪 在青铜钺上嵌有铁刃 我国在春秋战国时期开始出现了块炼渗碳成钢的低温炼钢法 P10我国在东周已出现生铁冶铸工艺 比欧洲早非常多 P10齐国是最早发明冶铁术的地方 国语 齐语 载 美金 青铜 以铸剑戟 试诸狗马 恶金以铸鉏夷斤 试诸壤土 西汉时 百炼钢 技术兴起 西汉中期又出现了炒钢 两晋南北朝兴起了灌钢技术 宋元以来得到不断的发展 第五节原始化工技术 纸和火药的发明与发展 一 造纸术早在公元前2世纪 西汉就已发明了麻纸 但粗糙不便书写 到了公元2世纪 在蔡伦的监制下 生产出了第一批良纸 于公元105年献给朝廷 从此造纸术在国内推广起来 公元三四世纪纸已基本上取代了早期的帛 简 成为我国惟一的书写材料 蔡伦在历史上是良纸的监制者和推广者 当时的造纸原料有麻 楮 桑皮 藤皮 稻麦杆等 碱法制浆 造纸术7世纪经朝鲜传入日本 8世纪中叶经中亚传到阿拉伯 后来经阿拉伯传入欧洲 12世纪西班牙和法国建造纸厂 13世纪意大利和德国建厂 16世纪纸张流行于欧洲 终于取代了传统的羊皮和埃及莎草 二 火药术火药的发明源于长期炼丹制药的实践故而得名 硝石 硫磺曾一度作为重要的药材 因此火药发明之后 它仍被引入药类 本草纲目 曰 火药能治疮 癣 杀虫 避湿和瘟疫 火药的发明经历了长时间的实践和认识 首先 需要对组成火药的三种物质的性质有一定的认识 木炭比木柴更易燃 硫磺着火易飞升 要用 伏火法 调控药性 硝很活泼 撒在赤热的炭上一下子就产生焰火 能和许多物质发生性质作用 南北朝时期医药家陶弘景就提出了区分