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文物中的化學(xué) 版權(quán)信息
- ISBN：9787559646491
- 條形碼：9787559646491 ; 978-7-5596-4649-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
文物中的化學(xué) 本書特色
◎中科院科學(xué)史家寫給大眾的科普讀物 本書作者周嘉華先生是中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所研究員，長期從事中國化學(xué)、化工史等研究，已出版著作四十余部，在其研究領(lǐng)域影響甚廣。作者剔除復(fù)雜化學(xué)方程式與繁雜的理論，將專業(yè)的知識通俗化，用化學(xué)知識看文物，呈現(xiàn)給大眾不一樣的文物世界。 ◎解鎖文物中的黑科技，真正看懂文物背后的奧秘 文物的價值遠(yuǎn)不止于歷史、藝術(shù)，還隱藏著當(dāng)時的高科技。當(dāng)古代文物遇見現(xiàn)代科學(xué)，就能真正理解緣何該文物能出現(xiàn)在這一時期，以及該文物蘊藏了怎樣的科技原理、承載了古人怎樣的智慧，從而知道它為何至今仍被人們贊嘆不已。 ◎一覽ling跑世界的古代科技，探索古人的發(fā)明創(chuàng)造與生活智慧 歷經(jīng)千年卻沒有生銹的越王勾踐青銅劍，飽經(jīng)滄桑卻依舊鮮艷如新的敦煌石窟壁畫，以色澤優(yōu)美、工藝精湛而聞名于世的宣德爐……領(lǐng)略影響世界文明的中國古代科技成就，探索古人的發(fā)明創(chuàng)造與生活智慧。
文物中的化學(xué) 內(nèi)容簡介
本書從燒制陶瓷、冶煉金屬、釀酒、造紙等人類的實踐活動入手, 分五章介紹了化學(xué)在古代生產(chǎn)生活中的應(yīng)用與記載, 展示了與之相關(guān)的部分文物, 探討這些文物所包含的化學(xué)知識。具體內(nèi)容包括: 硅酸鹽化學(xué) ; 金屬化學(xué) ; 釀造化學(xué) ; 日用化學(xué) ; 藥物化學(xué)。
文物中的化學(xué) 目錄
**章 硅酸鹽化學(xué)
第二章 金屬化學(xué)
第三章 釀造化學(xué)
第四章 日用化學(xué)
第五章 藥物化學(xué)
后 記
出版后記
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文物中的化學(xué) 節(jié)選
五、中國古代煉鋼工藝的明證 1930年在山東滕縣（現(xiàn)滕州市）宏道院出土了一塊漢代的描繪冶煉的畫像石（見圖2-10）。從畫面上可以看到人們運用皮囊鼓風(fēng)的炒鋼爐或鍛造加熱爐進行煉鋼的過程。隨著冶鐵技術(shù)的進步，中國先民前后掌握了多種方法來煉鋼，炒鋼僅是其中的一種。 概括而言，中國古代煉鋼方法主要可分兩類：一類是以塊煉鐵為原料，采用滲碳技術(shù)使其成鋼；另一類是以生鐵為原料，采取脫碳技術(shù)使其成鋼。 *早出現(xiàn)的大量鋼制品，大多是塊煉滲碳鋼。春秋戰(zhàn)國時期塊煉滲碳鋼的獲取方法有兩種。一種是把塊煉鐵直接放在熾熱的木炭上加熱，表面滲碳，再經(jīng)反復(fù)鍛打，就制得了滲碳鋼。河北易縣燕下都第44號墓曾出土鋼劍、鋼戟、鋼矛等，經(jīng)冶金史家鑒定，它們就是滲碳鋼產(chǎn)品。從金相檢驗中可以看到，碳是從表面向內(nèi)滲進去的，所以呈現(xiàn)表層碳多、內(nèi)層碳少的現(xiàn)象。鍛打后鋼片延伸為長條，工匠們又把它折疊起來繼續(xù)鍛打，并把若干片鍛接起來而成長劍，因此劍的橫截面就顯現(xiàn)出含碳量高低不同的分層現(xiàn)象。有含碳量在0.5%~0.6%的高碳層，也有含碳量為0.15%~0.20%的低碳層，它們多層相間，各層有厚有薄，分界有時十分明顯，有時有較厚的過渡層。其中所含的夾雜物分布不均，大塊的夾雜物形狀不規(guī)則，這是因為原料鐵的基體沒有經(jīng)過溶化成液態(tài)的階段，即是塊煉鐵。而大塊夾雜物是條狀的氧化亞鐵（FeO）-鐵橄欖石型硅酸鐵（2FeO·SiO2）的共晶組織，表明在冶煉或鍛煉中溫度一度達(dá)到或略超過生成共晶組織所需的1175℃。易縣燕下都出土的戰(zhàn)國時期的鋼制品文物為我們了解當(dāng)時的煉鋼方法提供了很好的幫助。 生產(chǎn)塊煉滲碳鋼的另一種方法是將塊煉鐵與配入的滲碳劑和催化劑（例如干木材、植物莖葉等含碳物質(zhì)都可做滲碳劑）放在一起，密封加熱，使之滲碳成鋼。這種方法制得的鋼又稱為“燜鋼”。有人推測，《吳越春秋》所記載的干將莫邪在冶煉中斷發(fā)剪爪投入爐中所煉的鋼，可能就是“燜鋼”。 1968年在河北滿城西漢中山靖王劉勝及其妻竇綰兩座大型漢墓中，出土了大量的文物，其中有許多水平相當(dāng)高的鐵器。從種類上看，包括兵器、農(nóng)具、工具和生活用具；從材質(zhì)上看，包括生鐵、塊煉鐵和各種不同含碳量的鋼；從工藝上看，包括鑄、鍛、柔化、滲碳、淬火等技術(shù)，尤其是出現(xiàn)了經(jīng)過反復(fù)鍛打塊煉鋼改進鋼質(zhì)的新工藝，它使其組織比戰(zhàn)國時期一般的塊煉鋼均勻，含碳不均勻的分層現(xiàn)象明顯減少，鋼的質(zhì)量達(dá)到了較高的水平。墓中出土的劉勝佩劍（見圖2-11）、錯金書刀都是高質(zhì)量的滲碳鋼制品。通過檢測研究，有人認(rèn)為它們在制作中，由于反復(fù)加熱鍛打，減少了含碳不均勻的分層現(xiàn)象。夾雜物減少了，鋼的組織更加細(xì)密，成分均勻，這是滲碳鋼技術(shù)提高的結(jié)果。也有人認(rèn)為，這是燜鋼的精品。但有一點可以肯定，后來在河南、湖北、江蘇等地，燜爐煉鋼的技術(shù)長期在民間流傳，工匠們熟練地應(yīng)用燜鋼技術(shù)擴大了產(chǎn)品的種類。明代宋應(yīng)星在《天工開物·錘鍛》中繪制了密封滲碳煉制鋼針圖（見圖2-12），很形象地說明了這種燜爐滲碳煉鋼的方法。 塊煉鐵雖然冶煉容易，但質(zhì)量差，產(chǎn)量低，而且需毀爐取鐵后再進一步鍛制成器和鋼材，既費時又費力，顯然難以適應(yīng)日益增長的社會需求。這就促使人們?nèi)ヌ剿骼卯a(chǎn)量大、來源豐富的鑄鐵為原料來煉鋼。為此從戰(zhàn)國后期開始，工匠們又發(fā)明和掌握了多種鑄鐵脫碳鋼的生產(chǎn)方法。 在將生鐵柔化處理加工成展性鑄鐵的實踐中，工匠們發(fā)現(xiàn)將那些比較薄的鑄鐵板，在加熱脫碳退火中，只要溫度、時間控制得當(dāng)，在固態(tài)狀況下進行比較充分而適當(dāng)?shù)难趸撎迹饶苁拱卓诮M織消失，又能做到基本不析出或只析出少量的石墨，就能得到性能不同于韌性鑄鐵的“鑄鐵脫碳鋼”。1977年在河南登封告城戰(zhàn)國遺址中出土的一批鐵器文物，經(jīng)檢驗是目前所知的我國*早的鑄鐵脫碳鋼制品。到了西漢，這種鑄鐵脫碳鋼的技藝得到進一步推廣。北京市大葆臺西漢墓中就出土了由鑄鐵脫碳鋼制成的環(huán)首刀、箭鏃、扒釘?shù)取?976年在河南澠池縣漢魏窖藏發(fā)現(xiàn)的大批鐵器中有寬窄不一的長方形或方形鐵板范5種152件，以及用它鑄成的方鐵板和有銘鐵板—當(dāng)是準(zhǔn)備用來制作鑄鐵脫碳鋼的，厚度為3~6毫米—鑄得如此薄，顯然是為了使退火處理進行得更徹底。同時還出土了許多鑄鐵脫碳鋼的制品，包括斧、鐮等工具和兵器。從外形看它們似乎是鑄件，但從化學(xué)成分和金相組織看，則基本是鋼。在高倍顯微鏡下，可在其晶柱間界發(fā)現(xiàn)少量微細(xì)的石墨析出，與鑄鐵中的石墨截然不同，顯然是在白口鐵脫碳過程中生成的。 鄭州博物館曾在東史馬發(fā)掘到6件東漢時的鋼剪（見圖2-13）。金相檢驗觀察到剪刀的整個斷面都是含碳量1%的碳鋼，組織均勻，碳素體成勻稱的球狀，幾乎看不到夾雜物，只能在斷面較厚的部位上見到微小的石墨，這都表明它們是先用白口鐵鑄造出成形的鐵條，再經(jīng)脫碳退火成鋼材后，磨礪刃部，而后加熱彎曲成交股式的“8”字形。這些文物充分說明東漢時鑄鐵脫碳鋼的工藝已趨成熟。這一工藝在六朝以前曾被廣泛采用，但是由于不易控制器件的含碳量，特別是難以加工器形較大或較厚的器件，在應(yīng)用中有一定的局限性。不過，目前已發(fā)現(xiàn)的鑄鐵脫碳鋼器件都比較薄，一般不超過1厘米。 滕縣宏道院那塊描繪冶煉的畫像石所展示的炒鋼爐，考古工作者在河南鞏縣鐵生溝漢代冶鐵遺址中發(fā)現(xiàn)了一座，在河南南陽市瓦房莊漢代鑄鐵遺址中也發(fā)現(xiàn)了幾座。可見由于炒鋼工藝操作較簡便，生產(chǎn)效率高，原料易得而在漢代得到推廣。 炒鋼工藝是先將鑄鐵錘成碎塊，和木炭一起放在炒爐內(nèi)，點火加熱，并從上往下鼓風(fēng)，把鑄鐵加熱到半熔融狀態(tài)，通過不斷攪拌（即炒），增加鐵和空氣的接觸面，可使鑄鐵中的碳逐漸氧化，隨著溫度升高，硅、錳、磷等雜質(zhì)氧化后，和氧化鐵生成硅酸鹽和磷酸鹽夾雜物。隨著碳分降低，鐵熔點增高，鑄鐵凝聚成疏松的團塊，再經(jīng)鍛打，排擠出夾雜物，便成鋼料。由于古代的知識和技術(shù)條件所限，工匠們在炒鋼過程中主要憑經(jīng)驗來控制其氧化脫碳的程度，即控制鐵中含碳量來獲得鋼料，而這一技術(shù)一般比較困難，在多數(shù)情況下，工匠們都是先將鑄鐵干脆炒成熟鐵，再用滲碳法來煉制成鋼。 炒鐵、炒鋼工藝的應(yīng)用能提供更多更好的熟鐵和鋼料，因而促進了鐵兵器取代青銅兵器，同時使優(yōu)質(zhì)的鋼鐵工具、農(nóng)具得到進一步推廣。炒鐵技術(shù)的發(fā)明打破了原先生鐵不能轉(zhuǎn)化為熟鐵的界限，連接了原先各行其是的兩個工藝系統(tǒng)，這對于社會從早期鐵器時代向完全鐵器時代的轉(zhuǎn)變具有關(guān)鍵的意義。從化學(xué)角度來看，人們初步了解了生鐵、熟鐵及鋼之間的變化和聯(lián)系。 炒鐵、炒鋼工藝一直沿用到近代，其間，在明代人們將煉鐵爐與炒鋼爐串聯(lián)起來，使鐵水直接炒煉成鋼或熟鐵，免去了生鐵再熔化的過程，降低了能耗，提高了生產(chǎn)率。宋應(yīng)星的《天工開物·五金》對此繪有一幅完整的炒鋼圖（見圖2-14）。 1974年在山東蒼山縣東漢墓中出土了一把環(huán)首鋼刀，全長111.5厘米，刀身寬3厘米，刀身上有錯金火焰紋和銘文“永初六年（112年）五月丙午造卅湅大刀吉羊（祥）宜子孫”。經(jīng)檢驗，其刃部含碳量為0.6%~0.7%，夾雜物呈細(xì)長形，細(xì)薄分散，變形大，分布均勻，以硅酸鹽為主，有明顯的分層現(xiàn)象。據(jù)此可以判斷它是用炒鐵（熟鐵）為原料經(jīng)反復(fù)疊打而成的。 1978年在徐州曹山漢墓出土一把鋼劍（見圖2-15），通長109厘米，劍身長88.5厘米，劍把正面有錯金銘文“建初二年（77年）蜀郡西工官王愔造五十湅□□□孫劍□”，內(nèi)側(cè)陰刻銘文“直（值）千五百”。 以上鋼刀和鋼劍銘文上的“卅湅”“五十湅”應(yīng)是有明確含義。所謂“卅湅”，大概是指經(jīng)過三十次左右的反復(fù)鍛煉，每加熱鍛打或折疊鍛打一次稱“一火”或“一煉”。那么這兩把鋼劍都是古代百煉鋼的產(chǎn)品。 在西漢前期，工匠們在紅熱的炭火上通過鍛打?qū)K煉鐵進行加工，使它成為滲碳鋼。這可能是百煉鋼的源起和初始狀態(tài)。反復(fù)加熱鍛打的次數(shù)增多，鋼件就變得更加堅韌，于是加熱鍛打成為加工某些鐵制品的正式工序。炒鐵工藝的出現(xiàn)，為熟鐵的來源提供了更好的途徑，工匠們一方面改用炒鐵為原料，另一方面不斷增加鍛打的次數(shù)，從而促使百煉鋼的技術(shù)發(fā)展到成熟階段。在三國時期工匠們普遍采用百煉鋼工藝來生產(chǎn)刀劍。曹操曾令工匠為他制作“百辟利器”，據(jù)說花了三年才造成五把寶刀。近代冶金史家?guī)缀跗毡檎J(rèn)為：在古代的鋼鐵材料中，百煉鋼可以說是質(zhì)量*好的產(chǎn)品。1961年從日本奈良櫟本東大寺山出土的鋼刀刀身細(xì)長而平直，稍稍內(nèi)曲，全長103厘米，背厚1厘米，青銅環(huán)首，背部有金錯銘文，筆法工整，刀身雖銹，卻形跡可辨。銘文清楚表明，這是東漢中平年間（184—189年）的百煉鋼產(chǎn)品，應(yīng)是從中國傳去的。 在炒鐵、炒鋼的實踐中，工匠們至遲在南北朝又掌握了一種煉鋼的新工藝——灌鋼。生鐵含碳高，熔點較低，質(zhì)地硬而脆，熟鐵含碳量低，熔點較高，質(zhì)地柔軟。這是工匠們在冶鐵實踐中已掌握的基本經(jīng)驗。針對這一狀況，工匠們將熔融的生鐵與熟鐵（一般采用炒鐵）一起加熱，保溫合煉，使碳分由生鐵向熟鐵滲透、擴散，趨于均勻，成為含碳適中的鋼材，再經(jīng)反復(fù)加熱鍛打，使其組織進一步純化、均勻，就能獲得優(yōu)質(zhì)的高碳或中碳鋼，這種鋼就是灌鋼。 北魏、北齊時期，有一位名叫綦母懷文的人，曾煉制過一種“宿鐵刀”，這“宿鐵”即灌鋼。《北史·藝術(shù)列傳》里說：“懷文造宿鐵刀，其法：燒生鐵精以重柔鋌，數(shù)宿則成剛（鋼）。以柔鐵為刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斬甲過三十扎也。”這里的柔鋌當(dāng)是熟鐵，其意是生鐵在加熱下泄出精液，灌注到熟鐵中，經(jīng)過幾宿交配就成鋼了。宿鐵由此而得名。在南朝也流行這種煉鋼法。陶弘景（約452—536年）在《本草經(jīng)集注》中說：“鋼鐵，是雜煉生鐮作刀者。”可見在當(dāng)時江南一帶已利用宿鐵來制造農(nóng)具。 灌鋼法較之以前各種煉鋼法，操作簡便，勞動強度小，生產(chǎn)率高，火候、配料的掌握也較容易，所以很快被推廣開來。到了宋代它便成為全國普遍流行的一種煉鋼法。到了明代，這種灌鋼法所形成的生鐵→炒成熟鐵→灌鋼→錘鍛的工藝路線似乎成為*通行的煉鋼法。對此宋應(yīng)星在《天工開物·五金》中做了較詳細(xì)的介紹。 后?? 記 考古學(xué)、文物的研究一般歸屬于歷史學(xué)的范疇，歷史學(xué)則是人文科學(xué)中的主要學(xué)科。因而在過去很長一段時間里，對文物的研究比較側(cè)重其出土、保藏或修復(fù)、斷代及其所具有的文史價值和意義。而對文物本身所包含的科學(xué)技術(shù)背景，即它們具有的科學(xué)技術(shù)方面的價值和意義，相對來說就重視不夠。這也和過去講歷史一樣，主要講階級斗爭史、經(jīng)濟史、軍事史及哲學(xué)史、文學(xué)史等，而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展往往被放置在很次要的地位，說得非常簡要，甚至有時一帶而過。 事實上，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是一些具有劃時代意義的科技成果，對于人類社會的文明和進步有著重要的影響。特別是在完成**次產(chǎn)業(yè)革命后，科學(xué)技術(shù)作為生產(chǎn)力的一種要素，日益明顯地呈現(xiàn)出先導(dǎo)的特征。所以講歷史而忽視歷史上的科學(xué)技術(shù)，至少是很不全面的。當(dāng)今，許多歷史學(xué)家已認(rèn)識到這一點，他們加強了與科技工作者的聯(lián)系合作，共同探討歷史上的科學(xué)技術(shù)及科學(xué)技術(shù)在社會發(fā)展中的地位和作用，從而把歷史學(xué)的研究引向深入。文物則是他們之間聯(lián)系的一個媒介。 過去研究科技史，側(cè)重從古文獻(xiàn)入手，而對于考古的新發(fā)現(xiàn)和一些重要文物，科技史工作者所給予的關(guān)注還不夠，這一方面是由于自身學(xué)識、素質(zhì)的局限，更多的是因為缺乏與考古、文物工作者之間的溝通。這種狀況勢必影響科技史研究的深度。中國具有悠久而燦爛的歷史，在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域有眾多的光輝成就。在浩如煙海的史籍中，雖有一些關(guān)于科技史的文獻(xiàn)，但是這些文獻(xiàn)絕大部分出自文人學(xué)士之手，他們脫離生產(chǎn)實踐，古代科學(xué)技術(shù)的實際情況，在他們的筆下，往往不是被忽略，就是被簡單化，而且時常有錯。因此依靠古文獻(xiàn)的搜集和研究，對于科技史的闡述時常有滯后或遺漏。因此對科技史準(zhǔn)確、全面的敘述必須借助于考古學(xué)和文物的研究成果。 化學(xué)在自然科學(xué)中是一門研究物質(zhì)的組成及其相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的科學(xué)，是一門涉及一切物質(zhì)的化學(xué)變化的基礎(chǔ)學(xué)科。化學(xué)研究的領(lǐng)域非常廣闊，因而文物與化學(xué)所涉及的面也是很廣的，內(nèi)容是很豐富的。可以說，多數(shù)古代實用的器物，都可以從化學(xué)的角度去論長道短一番。然而由于多種原因，這一領(lǐng)域的研究起步較晚，考古與文物研究中，許多與化學(xué)相關(guān)的課題還缺乏深入的研究。加上本人的學(xué)識有限，這些課題的一些內(nèi)容無法在本書中得以展現(xiàn)。本書的許多內(nèi)容是吸取了我眾多同行在近幾十年的辛勤勞動的成果，所以當(dāng)這本書奉獻(xiàn)給讀者時，我要申明兩點：一是書中涉及的研究成果是眾多同行，包括一些考古、文物專家的勞動的結(jié)晶；二是這領(lǐng)域的研究涉及的知識面廣，文中錯謬之處在所難免，敬希同行和廣大讀者給予批評指正。 文物都是有形象的實體，既然寫文物就應(yīng)有圖片。否則，讀者會失望，書的質(zhì)量也受影響。為此揀選了一些與文字密切相關(guān)的，具有代表性的幾十張文物圖片隨文刊印。這些圖片，多數(shù)是一些博物館的藏品或一些考古文物工作者的勞動結(jié)晶，在此向他們致以真摯的謝意，他們的工作成就恰是我們科學(xué)史研究的基礎(chǔ)之一。另外，在翻制圖片中，我的同事金秋鵬、戴念祖、王揚宗、李安平等給予了很大的幫助，在此一并致謝。
文物中的化學(xué) 作者簡介
周嘉華，1942年出生，浙江瑞安人。畢業(yè)于廣西大學(xué)化學(xué)系，中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所研究員，曾任中國科學(xué)技術(shù)史學(xué)會秘書長。長期從事中國化學(xué)、化工史、中國傳統(tǒng)工藝以及世界化學(xué)史研究。已出版的專著、合著有《化學(xué)思想史》《二十世紀(jì)科技簡史》《黃酒釀造》《世界化學(xué)史》《中國科學(xué)技術(shù)史·化學(xué)卷》《中國化學(xué)史》《中國傳統(tǒng)工藝全集·釀造卷》《中國傳統(tǒng)工藝全集·農(nóng)畜礦產(chǎn)品加工》《中國傳統(tǒng)釀造·酒醋醬》《酒鑄史鉤》等四十余本。
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