化学与中国文明

陶瓷粘土+水=（火）陶器粘土水合硅酸盐Al2O3碱金属氧化物碱土金属氧化物云母LiNaKMgAlZnFeV石英SiO2长石含CaNaK的铝硅酸盐类造岩矿物高岭土Al2O3-2SiO2-2H2O方解石CaCO3何为李约瑟难题？尽管中国古代对人类科技发展做出了很多重要贡献，但为什么科学和工业革命没有在近代的中国发生？红陶与彩陶红褐色条纹：赭石Fe2O3黑褐色：铁锰矿石粉白色：白土硅酸铝白陶灰陶与黑陶：Fe在还原环境中生成Fe3O4水煤气:C+H2O=H2+CO硬陶多SiO2Al2O3少CaOMgO釉陶草木灰：CaOK2O铅釉陶铜（孔雀石粉）绿铁（赭土）黄褐棕红氧化环境炼丹/玻璃工艺建筑琉璃铁塔褐色琉璃瓦黑釉：铁锰矿粉显色剂还原环境唐三彩绿色：孔雀石蓝铁矿黄釉和褐色釉赤铁矿蓝色釉含钴的软锰矿黑釉铁锰矿陶与瓷的区别胎体原料主要是石英和长石，Al2O3含量高，碱性氧化物含量低，Fe2O3含量低于2%，瓷土通常是洁白的；烧结温度高于陶，通常高于1200摄氏度；表面有玻璃釉质东汉真正的瓷器石灰釉还原环境青瓷高温釉青红黑蓝石灰+白色粘土石灰-碱釉：石灰+草木灰白釉是基础唐代成熟Fe2O3含量低于1%高温红釉初期：呈色剂孔雀石/胆矾强还原环境Cu2+Cu含蓝色元代初步烧成红釉器高温黑釉着色剂氧化铁高温还原环境Fe3O4高温蓝釉呈色CoO着色剂黑色钴土矿粉瓷器过釉：天工开物低温釉黄绿红紫铅釉黄：硝石绿：铜紫：氧化锰红：矾红青花瓷釉下彩1100-1300度元代青花料为着色剂还原环境釉上彩低温著作：天工开物（宋应星明代晚期）梦溪笔谈酿造化学酒乙醇乙醇是一些糖类化合物在酵母菌所分泌的酒化酵素（酶）的作用下酒化而成的糖类化合物（酒化酵素（酶））酒精淀粉不能直接被转化糖化酵素酒起源：山海经神农炎帝时代战国策距今5000年前晋酒诰距今4000年前杜康杜少康造酒夏第五代国君？杜康酒贡酒仙酒不知杜康何世人，而古今多言其始酒也酒起源时间争议曲蘖酿酒：我国酿酒早期阶段一项卓越发明酿酒的曲蘖曲蘖——发芽同时又发霉的作物发芽谷物+丝毛状霉菌丝状毛霉分泌糖化酵素发霉谷物滋生酵母菌发霉粮食：曲发芽粮食：蘖曲的发明重大突破性进步长流漂米：浸米制曲水不同季节分别处理酒曲的技术发展标准酒度：即体积分数乘2即是标准酒度的度数葡萄酒破碎/未破碎葡萄/葡萄汁经完全/部分酒精发酵酒度>=8.5°果子酒：葡萄以外水果单宁：红葡萄酒灵魂酸性物质蒸馏酒用蒸馏过程获得烈性浓酒酒度>=24°我国何时开始出现蒸馏酒：宋苏轼《物类相感应》宋慈《洗冤录》李时珍《本草纲目》明代晚期宋应星《天工开物》酒精人体中代谢：肝脏中乙醇+乙醇脱氢酶乙醛+乙醛脱氢酶乙酸检查酒驾：硫酸酸化的CrO3氧化乙醇，其颜色从红色变为蓝绿色工业乙醇：96%乙醇+1%甲醇碳水化合物：多羟基醛或多羟基酮及其缩合物，或水解后能产生多羟基醛、酮的一类有机化合物。通式：Cn(H2O)m葡萄糖：C6H12O6，可表示为C6(H2O)6蔗糖：C12H22O11，可表示为C12(H2O)11单糖不能再水解葡萄糖果糖低聚糖2-10个单糖结构（二糖：蔗糖麦芽糖乳糖）多糖10个以上单糖结构淀粉纤维素存在和来源光合作用葡萄糖进一步淀粉&纤维素六元环单糖：吡喃型单糖五元环单糖：呋喃糖β-D-(+)-葡萄糖α-D-(+)-葡萄糖淀粉：由约1000个以上的α-D-(+)-葡萄糖以α-1,4-苷键结合而成的链状高聚物。直链/支链淀粉+I2蓝色/紫红色淀粉糊化：分子间氢键断开老化：糊化作用的逆转纤维素是构成植物细胞壁及骨架的主要成分纤维素是由D-葡萄糖以β-1,4-苷键互相连接而成的直链分子肝糖——糖元主要存在动物体的肝脏和肌肉中动物储备碳水化合物主要形式又称动物淀粉/肝淀粉醋醋（食醋，酿造醋）是一种有酸味的具有独特的色、香、味的调味品，是由粮食等淀粉质经微生物制曲、糖化、酒精发酵、醋酸发酵等阶段酿制而成。醋的主要成分为醋酸(3%～5%)，还含有各种氨基酸、有机酸、糖类、维生素、醇和酯等营养成分及风味成分。酿造醋：单独或混合使用各种含有淀粉、糖的物料或酒精，经微生物发酵酿制而成的液体调味品。固态液态勾兑醋：酿造食醋为主体，与冰乙酸、食品添加剂等混合配制而成的调味食醋。醋的传说杜康之子墨塔发明《周礼》《齐民要术》《说文解字》酿醋的过程就是使酒精进一步氧化成醋酸的过程早期酿醋特点：全凭经验，汉唐时将食醋称为“苦酒”北魏贾思勰在《齐民要术·作酢法》中总结了二十种酿醋法四大名醋：镇江香醋山西老陈醋四川保宁醋福建红区米醋炼丹公元前3世纪的秦始皇时代已有人炼丹，现在已有炼丹术的实物——镀金器为证炼丹原因：长生成仙点金（黄白术）道家重自然，养生，炼丹术是最受关注的葛洪号抱朴子东晋《神仙传》《抱朴子内篇》《抱朴子外篇》《肘后备急方》葛洪认为一切物质都是可以变化的“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂。”丹砂就是硫化汞，加热分解而得到汞。汞与硫磺化合，又生成黑色的硫化汞。再在密闭容器中调节温度，便升华成赤红的结晶硫化汞。“以曾青涂铁，铁赤色如铜。”曾青大概是硫酸铜的胆矾，用它涂铁则铁取代了硫酸铜里的铜，故表面附有一层红色的铜。“铅性白也，而赤之以为丹，丹性赤也，而白之以为铅。”这是铅可以变为白铅，即碱式碳酸铅；白铅又可以变为赤色的铅丹，即四氧化三铅；铅丹则可以变回原来来的白铅，最后回复为铅。抱朴子内篇火法五毒：丹砂HgS雄黄As2S2石胆CuSO4礜石/毒石FeAsS慈石Fe3O4周代、春秋战国：合药要阴阳相配相制，治病要以五毒攻之HgS可逆Hg+S（可用CuSO4作催化剂）魏晋南北朝名士服“寒食散”（五石散）：紫石英（含锰石英）白石英（SiO2硅）赤石赭（Fe2O3暗红色）钟乳石（CaCO3）硫黄（S）孙思邈——备急千金要方宁食野葛，不服五石！孙思邈唐《千金要方》《千金翼方》炼丹术黄白朮鼎盛于唐五色且有剧毒的矿物：红——丹砂铅丹赤石脂黄——雄黄雌黄硫黄青——石胆石青（曾青）中国炼丹术的理论：假求外物以自坚固史记·封禅书第一次提到炼丹家李少君利用汞金齐的镀金器炼丹术成就：Hg化学：从丹砂中升炼水银。 HgS+Fe=FeS+Hg↑ HgS+Pb=PbS+Hg↑ HgS+Cu=CuS+Hg↑还丹：Hg与铅黄（Pb3O4）、硫黄（S）加热生成红色HgO合成粉霜HgCl2、轻粉Hg2Cl2，是疡科之圣药Pb化学：铅霜（醋酸铅）（铅粉）碳酸铅古妇女化妆品彩陶、瓷器上彩釉黑铅焙烧黄丹（PbO）铅丹（Pb3O4）砷化学：四种含砷矿物：雄黄雌黄礜石砒石砒霜剧毒微量服用杀三虫治疟心痛牙痛冬衣单不寒合金：黄白合金：黄铜（锌铜）白铜（镍铜）砷白铜（砷铜）白锡金（砷锡）火药发明：主要原料硝石（KNO3）硫黄黑火药木炭硝石硫黄丰富了中医药内容阿拉伯人《七十书》《秘密书》化学理论九转还丹——守恒思想以毒攻毒思想火焰法鉴别钾盐（消石）焰色反应？火药发明追述到汉代汉炼丹基础晋雏形认为最迟在隋末唐初发明含硝、硫、炭火药学者一致看法：晚唐（10C初）《宋会要》第一次出现“火药”一词《武经总要》（军事百科全书）火药军用火药三种配方世界最早出现火药名词和军用火药配方火药要求：燃烧放出大量气体这过程在隔绝大气情况下（如水中）也能发生古代烧夷剂：纵火剂古代火药三组分：硝石硫磺炭质黑火药2KNO3+S+3C=K2S+N2+3CO2硝石提取：水沥滤蒸发结晶等古将硝石写为硝or消古硝石主用于治病、炼丹《神农本草经》硝（消）石：硫酸钠朴硝：硝酸钾鉴别硝石朴硝：《证类本草》“强烧之，紫青烟起……，云是真硝石也。”鉴定钾盐最早记载硫磺中品药位居雄黄雌黄后第三位古医药重要药材硫磺与铜铁等金属反应：《神农本草经》石硫黄……能化金、银、铜、铁，奇物。《参同契》河上姹女，灵而最神，见火则飞，不见埃尘。鬼隐龙匿，若知所存，将欲制之，黄芽为根。重要炼丹药物抱朴子矾石水：硫磺炭：木炭燃料还原剂冶炼铜、铁等金属炼丹与火药的发明用硝石三黄（硫磺雄黄雌黄）炭火松脂等烧炼则导致发现火药古炼丹分：火法水法汉代回避硝石硫磺火炼认为：这不是一种偶然巧合，是有意的回避回避：《周易参同契》物分阴阳同种不能化合若“药物非种、分剂参差、失其纪纲”则“飞亀舞蛇，愈见乖张”即爆炸《大英百科全书》15版：火药起源于中国，中国人在公元10C时把它用于烟火和发射信号火药应用：医药：火药中“药”意在此《本草纲目》军事火攻孙子兵法中火攻火药兵器：《武经总要》三种火药配方：毒药烟球蒺藜火球火药火炮青铜器青铜时代是人类文明史上重要发展阶段中国铜的冶炼：6600年前拥有青铜4000年前中国青铜时代：前21C-前5C夏商周，春秋时代中国奴隶制产生、发展、兴盛、衰亡铜石并用时期判断天然铜、原始技术冶炼铜：测定铜含量青铜：铜与锡、铅等金属的合金为什么是青铜自然界存在天然铜，没用天然铁铜矿颜色艳丽，易识别烧陶技术成熟与发展炼铜比炼铁容易铜的熔点1083°铁1535°青铜比较纯铜：熔点低含锡越高，熔点越低硬度高同上青铜冶炼工艺发展低级到高级《天工开物》青铜使用货币：春秋战国-明代中期生铁易碎易锈司母戊方鼎（商后期）是目前世界上发现最大青铜器青铜器制作工序：采矿冶炼合金配制制范浇铸后期处理含铜矿石：氧化矿物硫化矿物冶炼：木炭C为燃料，还原作用1.Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O2.2CuO+C2Cu+CO2↑3.CuO+COCu+CO24.CO2+C2CO配制《周礼·考工记》金：青铜/红铜白铜镍为主要添加元素的铜基合金砷白铜黄铜铜锌合金锌的冶炼最难冶炼的金属C还原ZnO温度904°锌沸点907°ZnCO3+C（1100°-1300°）Zn+CO+CO2锌倭铅宋应星：“似铅而性猛”“此物无铜收服，入火即成烟飞去”最迟在明中叶掌握锌的冶炼密封罐《天工开物》重要发明：胆水冶铜胆水：天然的含CuSO4（石胆、胆矾等矿石）的泉水汉代Fe置换Cu《神农本草经》：石胆能化铁为铜南北朝陶弘景发现所有可溶性铜盐都可与铁置换方法：将铁片打成薄皮放入胆水中，津渍几天便得铜泥约2.4斤Fe得1斤铜CuSO4+FeCu+FeSO4鎏金技术将黄金溶于水银中，制成泥稿状汞齐，涂布在金属器物上，加热烘烤，使水银挥发，即得到镀金层汞齐：又称汞合金，是汞与其他金属所形成的合金，汞有一种特殊的性质，它可以溶解多种金属形成汞齐。铜锈无害锈元素锈/非活性锈Cu的氧化物碱式碳酸铜等有害锈粉状锈/活性锈CuCl2氧化铅二氯化锡等青铜器中不断扩散导致其腐烂铜锈产生化学反应Cu+ClCuCl+e2CuCl+H2OCu2O+2HCl4Cu+HCl+O24CuCl+2H2OCu2O+1/2O2+H2O+CO2CuCO3∙Cu(OH)22Cu2O+O2+2H2O+2HClCuCl2∙3Cu(OH)2颜料兵马俑原料：兵马俑伊利石900°颜料红辰砂HgS铅丹Pb3O4赭石Fe2O3辰砂使用历史《周礼》《史记》魏晋铅丹非天然《淮南子》前2C《五金分图诀》东汉末九转铅丹制法白高岭土含氧化铁少的瓷土蜃灰（石灰）铅白（胡粉铅粉粉锡）碱式碳酸铅（发现可能与酒有关）黄色石黄铬酸铅绿孔雀石碱式碳酸铜Cu(OH)2∙CuCO3蓝蓝铜矿又称石青大青扁青碱式碳酸铜晶型与绿不同黑炭黑又称无定形炭褐褐铁矿Fe2O3·nH2O,主要成分为针铁矿或水针铁矿紫硅酸铜钡BaCuSi2O6（汉紫）人工合成敦煌壁画4C-14C颜料朱砂朱磦黄丹银朱赭石土石石黄雄黄青金石石青氯铜矿石绿铜绿滑石粉高岭土白垩方解石云母染料化学与颜料区别染料要溶于水染料通常是有机物用途染料要求：较大发色强度水中溶解度织物相互作用力染色牢度（化学稳定性结合力）染料发展天然：矿物植物动物来源有限，色谱不足，昂贵，工艺繁琐等不满足需要合成：有机芳香族化合物有机化学环保染料苯胺紫第一个人工合成紫色染料染料结构和颜色光与色可见光波长380-780nm有机物发色：不饱和基团发色–OH，-NH2等助色重氮类苏丹红IIIIIIIVN=N-苯环橙汁饮料柠檬黄日落黄胭脂红NaO3S-苯环-N=N-蒽醌类酸性绿25还原黄3分散红60苯环六元环对位氧原子苯环靛族两边两个苯环色泽不鲜艳，不溶于水，可还原为隐形体溶于碱性溶液，染色后再氧化为原来结构天然植物染料红花红色素溶于碱性溶液，中性和弱酸性溶液中生成鲜红色↓茜素茜草提取红色针状晶体铝染媒剂得鲜艳红色铬…红光棕色铁…紫色锡…黄光红色染媒剂染料通过某种媒介物上染于织物而达到染色目的所用物质苏木素藏红花素靛蓝茶叶化学营养成份药效成份多酚类茶多酚TP淡黄色至茶褐色粉末或晶体易溶于水/有机溶剂味苦PH4-8稳定手性互为镜像无法重合对映异构体非对映体一个碳原子上连了四个不同基团/原子，手性碳手性分子生物分子都具有手性手性药物对映体具有完全相同/类型相同活性不同/只有一个对映体/不同或完全相反药理活性（都可为药互补）毒理对映体之一有毒性对映体的生物转化增加毒性最典型：沙利度胺反应停事件R中枢镇静作用S致畸性海豹胎畸形《科尔夫—哈里斯修正案》沙利度胺重新上市治疗麻风病相关皮肤节结红斑艾滋病抗肿瘤沙利度胺抗炎作用免疫调节抗肿瘤中枢镇静作用沙利度胺处方安全教育系统茶多糖茶叶复合多糖糖类果胶蛋白质降血糖血脂增加免疫力降血压……茶色素绿茶中提取的一类水溶性酚类色素茶黄素茶红素（主体）茶褐素药物中的绿色黄金生物碱茶树体内一类含氮杂环分子结构的有机化合物嘌呤类生物碱（主）嘧啶类（少）最重要：咖啡碱可可碱茶叶碱茶生物碱氨基酸与蛋白质含氮物质氨基酸溶解性好对茶叶质量影响很大茶叶中氨基酸大部份是制茶过程中蛋白质水解而来的茶叶中几乎含有人体全部必须氨基酸维生素类与矿物质元素维生素C大量B族维生素比较丰富缺B1脚气病多发性神经炎胃肠功能障碍B2角膜炎结膜炎口角炎舌炎口腔溃疡阴囊皮炎等维生素E抗氧化剂无机物质最多KCaP有害元素《本草纲目》抗氧化抗衰老防癌抗菌降血脂兴奋强心解痉抑制动脉硬化利尿减肥改善消化不良造纸术纤维素氢键浆液纤维素天然有机高分子物质葡萄糖脱水缩合长链葡萄糖六元环状结构CHO-CHOH-CHOH-CHOH–CHOH-CH2OH成环-CHOH-O-葡萄糖的二聚a-糖苷键-O-葡萄糖的多聚淀粉纤维素纤维素聚合度越大，植物纤维韧性越大，分子越长，纸拉力强度越大古代常用造纸原料纤维长宽比：大麻1000苎麻3000纸的加工原理脱胶果胶木素半纤维素蒸煮碱性溶液中草木灰水石灰苛化增强碱性K2CO3+Ca(OH)22KOH+CaCO3↓漂白蒸煮过程的延续排除非纤维素杂质制浆中国古代以人力的杵臼、踏碓，畜力的石碾和水力的水碓为打浆工具抄纸分子间借氢键缔合形成纸钢铁铁器时代中国进入铁器时代时间？与其他文化先后？中国开始人工冶铁相对时间稍晚人类最早使用的金属铁陨铁含有5-7%镍和少量钴原始人工冶铁含相当多硅酸盐杂物陨铁使用到人工冶铁近600年中国至迟到春秋战国时期已经掌握块炼铁和生铁的冶铸技术古新疆比中原早许多西周铜芯玉柄铁剑Fe26号银白色55.874Fe在氧气中燃烧/炽热铁与水蒸气反应Fe3O4Fe易溶于稀的无机酸和浓盐酸二