世界科技全景百卷书-化学大发现文库.doc

化学大发现 对汞的早期认识金属汞和汞的化合物具有特殊和奇妙的化学性质，曾经对化学知识的萌 芽产生过极大的影 响这种化学元素及其性质对于古代的人曾有过很强的魅 力，尤其是在炼金术方面，在他们那些建立在空想主义基础上的“点石成金” 的幻想中， 汞曾经扮演了一个非常重要的角色在古代，汞及其化合物也曾 被看作是带有神秘色彩的治百病的良药，甚至还被描绘成能够炼制长生不老 的仙丹然而 除了个别的例子（如我国商代曾经利用汞的化合物冶癫疾）以 外，很少有记载能用这种良药治好疾病的例证，相反，汞及其化合物含有剧 毒性却常有书 记载，用汞来当成药治死人的传说倒是时常有的 我国是最早使用汞及汞的化合物的国家之一，除了商代用汞的化合物治 癫疾以外，根据 《史记·秦始皇本记》记载，在秦始皇墓中就灌入了大量的 水银，以为“百川河” ，可见当时就已经掌握了水银的提炼方法我国著名 的炼丹家葛洪进 行过有关硫化汞的试验，而辰砂（天然硫化汞矿物，也称朱 砂）也在很早的时候就被我国民间用做红色颜料 埃及和希腊也是最早利用汞的国家之一，在发掘出来的公元前的埃及古 墓中，曾发现有水 银的存在，它是由考古学家希拉曼发现的。

在古希腊的文 字中，也已经有“液态的银”这个说法亚里士多德则称汞为水银 从现存的拉丁文著作中，发现对金属汞及其化合物研究和记载得最为详 细的古代科学家当 首推希腊的维特鲁维夫斯和普里尼，他们为我们提供了一 些最早的有价值的资料，他们描述了如何从矿物中提取金属汞的方法，这就 是： “铅丹（当时的人常常把辰砂误认为铅丹，因为辰砂 HgS 和铅丹 Pb3O4 都是红色的）是一 种矿物质，人们在采掘这种矿石时，贮存和聚集在矿石缝 隙间的水银便会一滴一滴地流下来另外，由于开采出来的矿石都比较潮湿， 需要先把它 们投入到炉子中用火烘干，如果将从矿石中蒸发出来的蒸汽冷 凝，这时就会发现有水银的液滴，而且当人们将烘干以后的矿石取走以后， 便会在炉子的 底部发现残剩的水银小液滴它们是如此的细小，甚至无法收 集起来，但是却可以将它们冲刷到一个盛水的容器中，这时，水银就能聚集 起来成为一体 ”这说明了水银的一个基本性质即水银比水要重很多 维特鲁维夫斯曾经特别记录了一些有趣的关于水银密度的实验： “首先将水银放在一个容器内，然后把一块重量为 50 千克的石头放在水 银的上面，这时， 石头只是漂浮在水银的液面上，而没有沉到水银液体的底 部，这充分说明了水银能够承受 50 千克石块的重量，而石块既不会把液体压 缩，也不能 将液体排开。

如果将石块从水银中取出，再放进很少量的黄金， 这时黄金却不会在水银的液面上漂浮，而是下沉到容器的底部这两个实验 充分地证明了， 放进盛有水银的容器中的各种物体之后所发生的现象并不取 决于物体的大小和重量，而是与物体的性质有关 ” 这个实验曾是物理学中的一个著名的实验，它使人能够深入地了解什么 是“密度”的科学 定义，这是有史以来，第一次记载的关于质量与重量之间 的区别 维特鲁维夫斯还是第一个描述汞能和金相互起化学反应以及汞可以用来 提取金子的科学家， 他对于汞齐作了十分生动有趣的描述，他写道：“水银可以有多种用途，没有它，就无法在银和黄铜的表面上镀金另 一方面，当金作为某些器皿的装饰外表已经变得陈旧和没法使用时，可以把 这层金箔剥下 来，然后放在泥钵中熔炼，再将熔炼后所得到的渣子倒入盛有 水和水银的容器中，并将渣子捣碎研磨这样做了以后，便能使渣子中的金 子全部与汞化 合，便于把金子都收集起来然后，把水倒掉，将水银和金的 化合物残渣装在一个布袋内，用水挤压使水和水银都通过布的细孔流出来， 布袋内便会留 下金渣 ” 在公元前就已经发现过金汞齐，在我国出土的战国时代的鎏金器物即已 说明当时人们已经 学会了汞齐的制作方法，而古希腊和古罗马时代也已经用 汞齐加工装饰性的包皮。

在埃及，曾发现一本被称为“莱顿纸草”的古书， 这一点有力地 证明了古代已经制得过数量可观的各种类型的汞齐，有的制作 简单，有的却很复杂，在这些秘方里，其中记载金汞齐的制作方法是： “金子液体的制备方法：先将金叶和水银放在臼（研钵）内，然后把它 们捣碎，这样就制 得金液（即金汞齐） ” 在这些原始资料的秘方中并不曾记载过银汞齐的制法，而且从后来的记 载中也确知，古代 人并没有掌握银汞齐的制法但是铜与汞能够很好地化合 却是早已被古人所掌握的，这种秘方是这样的： “铜的覆盖法——假若你想要使铜器具有银子的颜色，则只要先将铜器 经过纯化（表面纯 化）后，放入汞和白铅溶液中，最后只有水银单独地完全 地将铜器的表面覆盖了起来 ” 当时，锡汞齐也是一种众所周知的化合物，关于它的制备古书中曾这样 记载过： “使铜制的物件具有银白色的外观——用 2drachmas（古希腊的一种重 量单位）的锡棒， 2drachmas 的汞和 2drachmasbo Chios 土，先将锡熔化后， 倒入压碎的土中，然后加入水银，用铁棒搅拌，最后就可将生 成的锡汞齐装 饰在器具的表面上 ” 在这本古书的许多秘方中，还记载着汞与两种或两种以上的金属化合所 生成的汞齐，它们 可以用来装饰各种物件，使之成为银或琥珀金（金与银的 合金）的仿制品，从种类繁多的制作汞齐的方法来看，说明在古代已经具有 了制备汞齐的 良好工艺。

普里尼关于汞和辰砂（硫化汞矿物）的描述也是很详细的： “在银的矿脉中人们发现有一种矿石，用它能够产生出一种液体，这种 液体被人们称为水 银水银对于我们来说，是一种剧毒药，它能够穿透我们 的脉管，并通过脉管对我们起着毒害作用 ” “除了金子以外，所有其他物质都只漂浮在水银的液面上，金子这种物 质能被水银所吸引， 因此水银是用于精制金子的一种最好的物质当我们将 水银和金子同放在一个陶罐中使劲摇动，水银便能够将混杂在金子中的所有 的杂质都除去 “当水银把金子中的这些多余的杂质都清除掉以后，剩下的事情就是如 何将水银和金子分 开为此，人们把汞和金子的混合物倾倒在一个经过很好 地鞣制过的皮囊中，然后使水银像一种分泌物那样通过皮囊的细孔渗透出 去，最后皮囊里 面便留下了纯净的金子 ” 很显然，在普里尼所处的时代，汞齐化作用已经是一种人们非常熟悉的 科学方法了从普 里尼的描述中，我们可以发现古代的人们已经掌握了用过 滤的方法作为分离物质的一种手段，像普里尼所描述的把水银放在皮革里面，施以很大的压力，迫使水银穿过皮革的细孔渗透出去 普里尼还介绍了从矿石中提取 水银的方法，一共有两种： “一种是从劣质的铅丹（即辰砂）中提取水银的方法，这方法便是将矿 石和醋放在臼中， 然后用黄铜做的杵捣碎并研磨，就会产生汞。

” 第二种方法是： “将矿石放在一个陶罐中，上面加盖上一个杯形的盖子，然后再在它的 上面放一个铁锅， 接着用陶土将这一套装置完整地密封起来准备完毕以后， 便在陶罐底下点火，为了能使火焰持久一些，还需要借助于风箱在操作过 程中产生出来 的蒸汽需要特别小心地清除掉（因为其中包含有有毒的水银蒸 汽） 待反应完毕以后，等陶罐冷却再把盖子打开，这时会发现颜色像银子 一样的，而且具 有流动性的物质沾附在盖子上，这些液体很容易聚集成小球 而被收集起来的 ” 据记载，这种方法最早可能是由达可赖斯发明的，而他所采用的这种最 原始的蒸馏方法恐 怕也是有关蒸馏操作的最早记载 在汞的化合物中，唯一为古人所熟悉的汞盐是辰砂（天然的硫化汞矿 物） 在古代，辰砂曾 广泛地被用作颜料（涂料）使用，同时也是制取金属 汞的原料辰砂以其鲜艳的颜色吸引着原始人类的注意力维特鲁维夫斯用 了大量的篇幅 介绍怎样利用辰砂来达到装饰（涂料）的目的，通常，人们把 这种颜料与蜡混合在一起，用于室内的墙壁装饰 对于现今的化学家来说，有些历史非常让人感兴趣，像其中记载的有关 鉴别辰砂这种颜料 是否掺假的方法（当时有些人将辰砂和白垩混合起来作颜 料，而白垩是一种白色的土，并不像辰砂那样稀有和珍贵）： “为了识破这种假的骗局，人们便将这种矿物放在一块灼热的铁片上， 如果铁片上的矿物 由原来的红色转变成黑色，并且当这种被加热了的黑色物 质冷却以后，它又重新恢复到原来的颜色（红色） ，那么我们就能够确信辰 砂内没有掺假 （即掺入白垩） 。

” 维特鲁维夫斯解释了这种变化： “因为将纯的辰砂加热得不是很厉害的话，它就会转变成黑色的物质， 然而当它冷却以后， 它又会恢复原来的颜色即由黑色转变成红色，尤其是将 它磨成粉末以后，红色便更为明显 ” 而掺了假的颜料在加热后发生的变化便是这样的： “在辰砂中如果掺进了白垩，加热以后同样也会变成黑色，然而在冷却 后，虽然颜料大部 分能恢复原来的红色，但其中的白垩却留下了永远不会变 化的黑色的痕迹 ” 用现代的化学知识来说明其中发生的反应，乃是因为掺在辰砂里的白垩 （氧化钙）受热后与硫化汞发生反应，于是生成了氧化汞，它再受热后又分 解产生单质的 汞，而在这种条件下生成的单质汞却是黑色的颗粒，而并不像 一般的水银那样是银白色的液体虽然，古代的化学知识很缺乏，人们无法 剖析其中的化 学原理，但是从现代化学的角度看来，他们判断辰砂颜料是否 掺假的方法是完全合乎科学道理的，并且是十分有效的，从这点也可以看到 古代人们的智 慧非常了不起 普里尼对于辰砂矿的来源进行了研究，并有过不少记载： “人们在银矿中可以发现辰砂矿，它是一种当时在人们心目中评价很高 的颜料早期，罗 马人就曾经使用辰砂作为寺庙等建筑物的涂料，大多用于 满足宗教上的需要。

在埃塞俄比亚这个古国里，辰砂矿曾受到了更高的崇拜， 因此人们养成了一种习惯，即用辰砂来为人体染色 “按照美洲土著的说法，辰砂是卡尔马尼亚的矿产，另一个产地是埃塞 俄比亚，这两个地 区出产的辰砂曾经输出到罗马和西班牙 ” 普里尼详细地描述了汞的毒性，并介绍说古代人早已认识到这一点： “辰砂矿是有毒的，这个事实早已被人们普遍接受，我认为介绍汞的化 合物用作药物的所 有秘方都具有非常大的危险性 ” 普里尼还详尽的叙述了在生产辰砂颜料的工场里，工人们是怎样防止尘 土的毒性的： “在制备辰砂颜料的工场里，雇工们为了保护自己的脸部，使用宽大的 膀胱做成皮囊，以 作为防护面罩，它要求透明得足以能够看到周围的东西便 可以了 ”当时工人们就是利用这种既简单却是很有效的方法，使他们避免 吸入这种非常有 害的尘土而普里尼所描绘的面罩可能是一种最古老的防毒 面具，是近代的防尘防毒气工具的先驱 今天，人类已经进入到 20 世纪科学的时代，化学这门科学已经相当发达 了，然而当我们 回顾古代关于汞的知识时，便能够发现，古代人们所积累的 化学知识，仍然是我们今天的知识宝库里不可缺少的部分，现代化学是建立 在古代化学知 识基础上的，是总结前人的宝贵经验，吸取前人血的教训，才 建立起来的一个日趋完善的学科。

发现氧气中学生学习化学，课堂上第一个看到的大型实验，就是各种物质在氧气 中的燃烧他们在 课堂上，从未见过如此精彩、光辉夺目的现象老师在实 验时，那一瓶瓶的氧气是用什么方法收集到的呢？世界上又是谁最先发现了 氧气？ 大约在 3 亿年前，在地球表面的空气中，就含有跟现在浓度相似的氧气 了虽然地球上有 很多的动物呼吸，及人为的和自发的燃烧都在直不停地消 耗氧气，但是又有更多的植物在进行光合作用，往空气中补充新鲜的氧气， 因此空气中所 含氧气的总量及其相对浓度，并没有减少 氧气是无色、无臭、无味的气体，它在空气中的含量估计约有 1.5×1015 吨，它还取不尽， 用不完的总在我们身边存在着，只要你随手拿起个空瓶， 其瓶中就含有占体积 21％的氧气，但要收集到老师在实验时瓶中氧气的浓 度，那就不是一 件简单的事了在很久以前曾经是一件很不容易办到的事 空气不像水、火那样有形有力，常常不容易引起人们的注意，它又是那 样的看不见、摸不 着，很长一段时间人们都没去研究它的。