中國化學史

17世紀以前，化學還未成為一門獨立的學科，但是利用化學手段來發展生產生活的歷史早已開始。在北京人的時代，火的使用已經十分普遍。中國人在古代發展出了一系列燒製陶瓷、冶金和釀造的工藝。鴉片戰爭之後，近代化學傳入，1866年設立的算學館就有教授化學課程。徐壽和英國傳教士傅蘭雅翻譯了大批西方人寫的化學書籍。中華民國成立後，化學得以有較大發展，出現了李方訓、戴安邦、徐光憲等一大批化學家。侯德榜發明的聯合制鹼法是對近代化工的重大貢獻。民國十七年(1928年)七月，中央研究院成立化學所，並於民國46年遷臺復所。中華人民共和國成立後於1956年成立了中國科學院化學研究所。古代工藝化學.陶瓷化學.陶器和原始瓷器.據目前的考古資料，中國的陶器製作可追溯至新石器時代早期，距今已有一萬多年曆史。自20世紀60年代以來，先後在江西省萬年縣仙人洞、廣西桂林甑皮巖、柳州大龍潭鯉魚嘴、桂林廟巖、湖南道縣玉蟾巖、河北徐水南莊頭、陽原餘家溝等多處遺址中，發現了大量早期陶器。這些陶器以鐵質易熔粘土為材料，多混有石英砂和其他碎末。坯體為手工捏製，胎壁較厚但不均勻，燒製溫度低，質地鬆軟，色澤多為褐色，深淺不勻。最早的陶器可能是將陶坯曬乾後直接用篝火燒製，極易破碎，故而很難見到遺存下來的完整陶器。這種露天燒製的方法，直到很晚的歷史時期仍被中國東北和北方的一些少數民族沿用。隨著文明的發展，人們慢慢掌握了使用陶窯來燒製陶器的技術。早期的陶窯一般是選擇坡地挖成，窯室位於火塘之上，中間以火道、火眼連線。火膛中的火焰經火道、火眼進入，由下向上流動，最後從窯頂排除。由於對進入窯室的空氣缺乏控制，氧氣往往過量，因而陶胎中的鐵會被氧化為Fe2O3，製成的陶器呈紅色。紅陶是黃河中游地區新石器時代中期仰韶文化的代表。彩陶是一種帶彩色紋飾的陶器，最早在前仰韶文化的白家文化和北首嶺早期文化中發現。紋飾的類別有對稱的幾何圖形和象形圖案兩種，其中魚紋是半坡型別的標誌。彩陶的大致製作過程為：挑選可塑性高的粘土，剔除雜質，加水製成較細的泥料。用慢輪拉坯方法修正外形，烘乾後塗以天然顏料，最後以950℃左右的溫度燒成。彩繪的顏料有黑色、紅色、白色等等，其中黑色顏料主要以鐵錳礦粉製成，使用較多。長江中游地區的屈家嶺文化的薄殼彩陶則以煙燻的方式加上彩繪。隨著陶窯的發展，人們發明了各種封閉窯頂的辦法。其中一種是在封閉出氣孔後向內噴水，因此燒製後期窯室內氧氣減少，陶胎中的部分氧化鐵被還原為四氧化三鐵和氧化亞鐵，陶器呈現灰色。若火膛柴草過量，則遊離的炭黑會均勻滲入陶胎，製成的陶器呈黑色。黑陶最早出現於河姆渡文化晚期，但大量的黑陶出自龍山文化時期。龍山黑陶含鐵量較高，坯體中存在很多石英等殘片和大量氣孔，強度較之前的陶器有質的提升。其大致的製作過程是：精心篩選原料、快輪成型後打磨坯體外表，最後採用溫度1000℃左右的豎穴窯燒成。龍山黑陶中有一種陶胎像蛋殼一樣薄、重量極輕、漆黑黝亮、做工精緻的品種，稱為蛋殼陶，常帶有著鼻、耳、蓋、流足、扣首等豐富飾物。只有保證泥料極細、滲碳工藝純熟，才能燒製好這種陶器。羅家角文化遺址、大溪文化遺址、仰韶文化晚期遺址中出土過一種表裡、胎質均為白色的陶器，稱為白陶。到了大汶口文化和龍山文化時期，白陶的燒造已較為普遍。白陶的Fe2O3含量偏低，Al2O3含量則較高，故而燒製後呈白色。早期的白陶是以輝石、角閃石、綠泥石或滑石的風化產物構成，而後來則轉而使用高嶺土和高鋁黏土。新石器時代晚期，長江流域出現了印紋硬陶。商代的硬陶多見於今天的浙江、江西，器物內壁多有墊窩痕跡，西周的硬陶則多見於長江流域，而到了春秋時期，硬陶在吳越地區依然流行。硬陶所用的粘土有精製的瓷石類粘土、紫金土、海濱沉積土等，質地較純、氧化鐵含量較低，燒成溫度在ll00℃左右，有的陶片樣本燒成溫度甚至高達1280℃。1993年，上海的馬橋遺址中出土了中國最早的高溫釉陶瓷，其燒製溫度為1150℃-1180℃。商周時期遺址和墓葬更大量出土了原始瓷器。這些原始瓷胎體堅硬，胎質比硬陶細膩，胎色為灰白、青灰、黃白或灰褐色，釉層稀薄，薄厚不勻，釉色為淡綠色、灰綠色、黃綠色或灰褐色。原始瓷的燒製溫度約1200℃，胎質取材於南方的瓷土，釉則採用石灰釉，燒成後基本不吸水。不過，原始瓷畢竟沒能完全脫離陶器範疇，有的原始瓷原料中混有大量石英砂顆粒，施釉的均勻程度較差。瓷胎中含有莫來石晶體，亦含有一定量的玻璃相和氣孔。低溫鉛釉陶最初出現於漢代，它是在700-900℃的溫度下燒成，釉中加入鉛是為了降低釉的熔點。這種陶器胎質燃燒並不充分，比較容易滲水。當時人們已認識到鉛的毒性，故避免將低溫釉器皿用於飲食。到了唐代，出現了一種民間燒製的彩色鉛釉陶——唐三彩。它用粘土作胎，先經1100℃左右的高溫素燒，然後用銅、鐵、鈷、錳等元素的礦物和鉛的氧化物所製成的著色劑上色，再經900℃左右的溫度燒製而成。目前發現的大規模唐三彩窯址集中在陝西西安和河南洛陽。由於有CuO、CoO、Fe2O3、SiO2等成分，故而成品呈現綠、藍、黃、白等釉色。宋代時，紫砂陶開始展露頭角，它與普通陶器的區別是Fe2O3含量較高。其原料紫砂土主要是粘土，亦含有石英、鐵質礦物等成分。經過破碎、細磨、陳腐幾道前期工藝，紫砂土中的鐵質形成含鐵膠體或高塑性陶泥。成型、乾燥之後，經1100℃左右的溫度燒製，生成莫來石、尖晶石、堇青石、高溫石英等物質，得到成品。瓷器.到了東漢末期，原始瓷器的燒造技術有了極大的提高，發展處了真正的瓷器——青瓷。青瓷右釉面光澤。釉胎結合牢固，燒製溫度為1260-1310℃。最早的青瓷集中在南方地區，約在北朝時期才傳至北方。北方的青瓷Al2O3、SiO2、Fe2O3含量較低，釉色均勻程度較差。隨著制瓷水平的提高，胎釉中的含鐵量逐漸為人所控制，白瓷應運而生。早期的白瓷有時會出現釉色泛青的現象，在北方發展較快。本草和煉丹術.遠古至漢代.“本草”一詞最早出現於漢初，是中國古代中藥學的統稱。商代以前，先民往往把疾病歸於神譴或惡鬼附體。而到了周代，醫藥有了一定發展，逐漸發現了一些有醫療保健作用的食物。東周時期的《山海經》就記載了124中藥材，包括動物藥66種、植物藥51種、礦物藥2種、水土類2中，未詳3種。但那時仍是巫醫不分，醫藥只是運用法術的一種附屬。隨著仙人傳說的興起，人們慢慢有了追求長生不死的慾望。到了春秋戰國時期，提出了兩種實現長生的方法——養生和服藥，後一種方法得到了王公貴族的大力贊助。秦始皇掃滅六國後，先後派徐巿、韓終、侯公、石生等人尋覓不死藥，遭到失敗。後來，方士們將那些外觀、效能特別的物質當做仙藥，如認為丹砂“久服通神明、不老”、雲母“久服輕身延年”、茯苓“久服安魂養神、不飢餓延年”、水銀“久服輕身不死”等。靠這些自然藥物並不能使人不死，於是方士們開始嘗試自己煉製神丹。漢文帝統治時期，煉製偽黃金的活動已經出現。漢武帝繼位後，更加熱衷於神仙方術。方士李少君得到寵幸，據說能將丹砂和其他藥材轉化為“黃金”，食之不死。淮南王劉安也親自從事煉丹活動，他的《淮南萬畢術》殘篇中記載了少量論變化之道的文字，如“取曾經十斤、澆以水，灌其地，雲起如山雲矣”，“白青得鐵，即化為銅”，不過大部分內容屬於幻術及傳說。直到漢成帝時期，煉丹術依然不成熟，劉向《列仙傳》所載“列仙”仍主要靠服食天然草木，只有“神砂飛雪”算得上煉丹的範疇。大約成書於西漢末或東漢初的《黃帝九鼎神丹經》是中國現存最早的煉丹書，講述了九種“神丹大藥”，是火法煉丹的代表著作。第一種“丹華”是升煉丹砂而成，成為主要是硫化汞。第二種“神符”由水銀、黑鉛升煉，成分為氧化汞、氧化鉛。第三種“神丹”以雄黃、雌黃混合升煉而成，成分主要為昇華的硫化砷。第四種“還丹”由水銀、雄黃、禹餘糧混合升煉，主要成分為汞、硫化汞、雄黃。第六種“煉丹”是由巴越丹砂、雄黃、雌黃、曾青、鞏石、石膽、礬石、磁石升煉而成，成分主要為丹砂與雌雄黃。第七種“柔丹”是水銀昇華所得，成分主要是氧化汞。第八種“鐵丹”用玄黃塗布的丹釜升煉水銀、曾青、磁石粉，主要成分為氧化汞。第九種“寒丹”是水銀、雄黃、雌黃、曾青、礬石、磁石混合煉成，主要成分為汞、硫化砷、氧化砷、氧化汞。《正統道藏》中提到一位東漢中期的煉丹家狐剛子。他提出了從不同金礦中冶煉黃金的方法：對水金礦，先分離石英砂浮起，再以黃鞏、衚衕律煅燒得到的含銀金箔；對山金礦則用金精、石膽精、硃砂等藥物熔鍊。另外他還提出了一種煉錫灰坯爐法，將金銀礦粉與鉛共煉，分出滲有金銀的鉛坨，焙燒後吹掉氧化鉛，從而提純金銀。魏伯陽的《周易參同契》是中國最早的煉丹理論著作，強調“變化由其真，始終自相因”的觀點，也簡略的描述了丹鼎構造。書中說“汞白為流珠”、“太陽流珠，常欲去人”、“得火則飛，不見埃塵”，認識到汞具有流動性、不易控制，又接著說“卒的金華，轉而相親，化為白液，凝而至堅”，發現汞能和鉛組成合金。中國最早的本草著作《神農本草經》受煉丹術強烈影響，記載藥物347種。其中將藥品分為3種：“上品”無毒，“中品”服用需斟酌，“下品”毒性強，不可久服。其中將丹砂歸為無毒，是錯誤的，但亦發現它“能化為汞”，已認識到硫化汞加熱能分接出金屬汞。魏晉南北朝.魏晉時期，道教活動進一步發展，煉丹術逐漸成熟。東晉葛洪所撰《抱朴子·內篇》對靠自我修煉和服食金丹的兩種養生方法做了述評，其中《金丹》、《仙藥》、《黃白》三篇尤其為世人所重。其中提到一種“九轉神丹”，以赤鹽。《黃白》還公開了一些他收集到的黃白朮方，強調製作金銀是延年而非致富的手段。近代化學的傳入.清朝書籍翻譯工作.在清朝的鴉片戰爭之後，西方的化學知識陸續傳入中國。1866年設立的算學館就有教授化學課程。清朝學者對中國現代化學發展的貢獻在於出版大量化學書籍和翻譯化學名詞。1855年的《Well's Principles and Applications of Chemistry》作為基礎寫成《化學初階》，由博濟醫局印行，此書再一次翻譯元素的名稱。同年傅蘭雅和徐壽將《Well's Principles and Applications of Chemistry》翻譯為《化學鑒原》，裡面介紹到不同元素和化合物的性質和化學反應，例如把一塊鈉金屬切開時，可看到裡面的金屬光澤。徐壽把以往元素冗長的名字簡化成一個字，亦定下化合物命名的規則。1872年，美國醫生兼傳教士瑪高溫和華蘅芳譯了詹姆斯·德懷特·達納的礦物學檔案《Manual of Mineralogy》，名為《金石識別》，書裡面有一個原子量列表，稱為「重率全表」。其後清朝學者翻譯出《化學考質》、《化學求數》、《化學分原》、《化學指南》等書籍。元素的命名.下表是不同化學書對1-35元素的名稱翻譯的對比，可以見到隨時間的推移元素命名的變化：化合物的命名.《化學鑒原》時期.當年徐壽翻譯了《化學鑒原》一書，初步提出了化合物的命名方法。某些化合物的名詞一直沿用至今，如臭氧等。某些化合物名字很特殊，現今一般不會使用，如硝鏹水等。當時的命名只是初步的方法，跟現今的方法很不一樣。清朝時，離子化合物的名字是由元素的名稱合併而得，而下標表示了該粒子的數量。例如KI,當時命名為鉀碘，今天我們命名它為碘化鉀。而硫酸鈣，當時名為鈣養硫養三。又如鉀養淡養等。可見當時離子化合物的命名是先讀陽離子再讀陰離子，跟今天的命名法相反。清朝著名化學家.清朝最為著名的化學家是徐壽和他的兩個兒子徐建寅、徐華封。清末的科學教育培育了後來中國王璡、任鴻雋、陳裕光、陳可忠等化學家。