【摘要】 凡是上过高中的同学,都学过化学。可你知道在人类历史上最重要的化学里程碑有哪些吗?你知道最早的里程碑距今多少年吗?你知道有哪些来自中国吗?本文按照年代顺序列举人类历史上250个最引人注目的化学里程碑。

01

Crystals

(c. 500,000 BCE)

 

人类历史上最早的化学里程碑距今已50万年,他就是:晶体。

大量的化合物在适当的条件下会形成晶体。温度对许多我们在“普通”条件下认为是液体(甚至是气体)的东西至关重要。如果温度足够低,他们就会结晶。一般来说,一种化合物必须相当纯净和浓缩,才能结晶良好,而且它必须具有足够规则的结构,以使自身排列成重复的模式。由长无序链(如石蜡或脂肪酸)构成的化合物反而会变成蜡状固体。

结晶还取决于溶液冷却的速度和搅拌的方式。在墨西哥的一个采矿作业中发现了两个壮观的结晶现象。1910年,在海平面以下约400英尺的地方发现了Cueva de las Espadas(剑洞 见下图),有令人印象深刻的一米长的石膏(硫酸钙)晶体。直到2000年,矿工们才在1000英尺深的地方发现了雄伟的水晶洞。生成这些巨大构造(最大的约40英尺高,55吨重)的过程,只能用地质学中的时间维度来解释。这个洞穴形成于墨西哥中北部奇瓦瓦沙漠的奈卡断层线上,里面充满了地下水,岩浆使其保持了数十万年的高温。硫酸钙完全饱和的溶解在热水中,整个混合物又花了至少50万年的时间慢慢冷却下来。这些是生长巨大晶体的完美条件,我们很难再找到比这些更大的晶体了。

 

在一个看起来像科幻电影中的场景中,

一位洞穴探险家站在水晶洞穴中一些地球上最大的水晶中。

02

Bronze

(c. 3300 BCE)

 

青铜:青铜是第一种拥有自己时代的金属,大约始于公元前3300年的美索不达米亚。在此之前,其他金属当然也在使用,尤其是铜,但在现有的铜技术中添加少量锡改变了一切。青铜在硬度、耐用性和耐腐蚀性方面都有了提高。不幸的是,锡和铜矿石通常不是一起发现的,这意味着一个盛产铜或者锡的地区,必须通过贸易来获得另一种。

从公元前2000年左右开始,全世界对来自康沃尔(英国西南部)的锡需求量巨大,以至于它出现在数千英里外的许多东地中海考古遗址中。

我们对这些早期化学家和冶金学家了解不多,但很明显,他们用手头所有的东西做了实验。人们发现青铜合金中还含有各种其他金属——铅、砷、镍、锑,甚至还有银等贵金属。在混合材料中加入这些材料肯定需要很大的勇气,因为当时几乎可以肯定你再也无法获得它们了(提纯这些金属的技术要过好几个世纪才会出现)。

就这样,人类漫长的冶金探险开始了——而且远未结束。多年来,青铜本身也得到了改进——希腊人在青铜中加入了更多的铅,使合金更容易加工,而锌的加入则使黄铜的各种形式得以形成。现代青铜器中通常含有铝或硅,这是古人完全不知道的。数百年来,青铜一直是制作钟和钹的首选金属。锡越多,音色就越低,但没有记录表明加入砷或银会对声音产生什么影响。

 

这座古老的中国青铜钟可能是一套编钟的一只

经过调整和成形以产生不同的音阶

铸造青铜乐器以达到这样的特定公差是一项巨大的技术挑战

 

03

Soap

(c. 2800 BCE)

 

肥皂:制皂听起来像是一种简陋的工艺,但这是我们有记录以来的第一种化学制剂。公元前2800年的苏美尔药片提到了类似肥皂的材料,三百年后人们描述了肥皂在洗涤羊毛中的用途。公元前2200年的另一种苏美尔粘土药片提供了一种配方,这种配方仍然适用于人类。”白天:水、灰中的碱和油。

在埃及、罗马和中国的记录中可以找到很多记录,但它们背后都有相同的化学成分。无论来自植物还是动物,油脂都是甘油三酯——一种甘油分子,也被称为甘油,它以酯的形式与三种长链脂肪酸相连。在水中有强碱存在时,酯基可被破坏(水解)。

在前工业化时代,碱性化合物最可靠的来源是木灰的提取物(我们现在知道它含有碳酸钾)。用矿物熟石灰(氢氧化钙)处理这种化合物会得到碱性更强的氢氧化钾,也就是我们所熟知的“碱液”或“烧碱”,这是一种很好的制作肥皂的材料。

 

明亮的蓝色和黄色意味着肥皂泡的厚度

只有两百到三百纳米(十亿分之一米),

比可见光的波长短

04

Iron Smelting

(c. 1300 BCE)

 

炼铁:铁器时代最终取代了青铜时代,因此你会认为新获得的铁肯定是明显优越的。不太好的青铜更硬,更耐腐蚀。然而,大约公元前1300年左右地中海和近东地区的重大动乱和人口流动可能破坏了b朗泽的生产依赖于气候。铁矿石更容易获得,但冶炼铁矿石需要更高温度的熔炉,而这些熔炉通常依赖于强制通风。因此,铁矿生产有时是一个季节性事件,熔炉的建造是为了利用季风和其他可靠的风。公元前1300年以前的铁制品众所周知,但不寻常,而且其中许多甚至不是来自我们自己的星球,而是由固体镍铁陨石产生的,它们一定是非常有价值的物体。

如果有机会,铁会与氧气反应产生锈(氧化铁),而冶炼铁矿石基本上是逆向过程。早期的炼铁设备是一种带有进气管的粘土或石头熔炉,被称为bloomery。木炭和铁矿石被加热,在炉底产生一大块粗铁(bloom)。这是一个艰苦的过程,因为粗铁需要进一步加热,而且在它可以使用之前,必须先把杂质块打出来。

尽管如此,铁技术还是迅速传播开来,而且似乎已经在包括印度和撒哈拉以南非洲在内的几个地方独立发现了铁。

早在公元前一世纪或二世纪的中国,古代的风力驱动的铁炉就演变成了现代的鼓风炉——矿石从顶部连续不断地输入,通过与温度极高的一氧化碳气体接触,将氧气剥离。

 

现代高炉可以生产出古代工匠做梦也想不到的规模的铁水。

但无论如何,炼铁一直是一个能源密集型的过程

 

05

Purification

(c. 1200 BCE)

 

提纯:我们知道的第一位化学家的名字是谁?这一记录目前由塔普蒂保持着。

塔普蒂是一位宫殿监工和香水制造商,在公元前1200年巴比伦的一块石碑上被提到。楔形文字描述了她使用各种香味原料(没药、香脂等),过滤掉杂质,然后在水中加热结果以收集蒸汽。这也使得这块石碑成为当今每一位在职化学家仍然熟悉的蒸馏和过滤过程的最古老参考。

气味科学已经成为了非常多化学领域重大发现的引擎。人类文明关注有吸引力的气味已经有很长一段时间了,我们在这个过程中了解了很多自然产物的化学成分。早在人们知道如何利用化学生产有用的药物之前,古代化学家就生产了高价值的香水(通常也被认为是药用的)。人们发明了许多从花、树皮、种子和其他来源中提取和浓缩精华的技术。其中一些提取物可以经受高温(如蒸馏)并以这种方式浓缩,但精细的提取物必须在较低的温度下提纯。这导致了用不同种类的溶剂和分离的实验,如在油或酒精溶液中浸泡芳香植物。

 

早于塔普提时代,

第四王朝(约公元前2500年)的埃及陵墓装饰

展示了用巴比伦人熟知的方法制作百合花香香水

06

Gold Refining

(克罗伊苏斯 公元前595年-公元前547年)

 

黄金冶炼:几千年来,对金属的渴望一直是应用化学的一个强大动力。虽然武器和工具需要青铜和钢,但通常情况下,黄金可以买到大量锡、铜和铁来制造它们。从史前时代起,黄金就因其鲜艳的颜色、对所有物质的抗性、不可腐蚀性和延展性,让金属匠可以在任何厚度上塑造几乎任何形状。

公元前3000年以前,所有从高加索地区(今天的格鲁吉亚)开始开采的黄金,被储存在一个小而平淡无奇的仓库中。许多古代文明用水冲走岩石碎片以浓缩金尘。埃及人很早就开始了这一过程(正如他们宏伟的坟墓所证明的那样),后来罗马人以真正的工业规模开采黄金(和其他金属)。

纵观历史,金矿的发现总是意味着附近地区的巨大变化。

大约从公元前550年开始,吕底亚国王克罗伊斯(位于今天的土耳其)的命运发生了改变,他发明了一种新的提炼方法,从天然产生的金银合金中提炼出纯金。这很快成为了一项大生意。考古学家在古萨迪斯发现了一处广泛的黄金提炼地点,那里是小帕克托勒斯河(Pactolus River)流过特莫勒斯山(Mount Tmolus)时沉积“金沙”的地方,吕底亚化学家将一种涉及熔融铅和普通盐的技术产业化,生产金银铸币金属。这些冶金学家创造的巨大财富使“像克罗伊斯一样富有”这个词一直沿用至今。

 

利迪亚和其他希腊国家的银金矿铸币上

印有国王、英雄、神话和动物的图案。

请根据银币数量注意颜色的变化

 

07

The Four Elements

(恩佩多克利斯 约公元前490年至430年、柏拉图 约公元前428年至347年、亚里士多德 公元前384年至322年、伊本·艾扬 约721年至815年)

 

四元素:多亏了希腊哲学家恩佩多克利斯和他在公元前五世纪中叶写的一首关于自然的诗,近两千年来,人们一直认为只有四种基本元素——土壤、空气、火和水,而世界上万物的构成取决于它们的不同比例。

那么,为什么这是化学史上的一个里程碑呢?

恩佩多克利斯认为存在这样的基本物质(他称之为根)的观点与其他一些哲学体系相比是非常正确的,是一个很大的飞跃。

世界并不是由一种物质组成的,它以不同的方式向我们展示了自己,它也不是由无数不同的物质组成的。相反,世界包含了可数的基本积木从这个角度来看,四种经典元素和现代元素周期表之间的区别只是程度的问题。

柏拉图和他著名的学生亚里士多德提出了一个理论,用以解释四种元素:一切可以被理解为混合物,给每个元素两个明确的四象限属性(例如,空气:湿热,地球:干冷),并添加一个第五元素乙醚。后来,哲学家们引入了更多的元素和复杂性,试图解释更多的现象,整个思想体系一千多年后最终被波斯博学家Abū Mūsā Jābir ibn ayyān(又名“Geber”)的著作引入炼金术。

 

土壤、空气、火和水:两千年来世界的基石

 

08

Atomism

(德谟克利特 约公元前460-370年)

 

原子论:当你回看古希腊人时,有时好像他们和我们之间的时间突然变短到可以一眼看穿。你会发现一个理论似乎完全符合目标,你希望你能伸出手来与创始人握手。英国数学家G.H.Hardy在说在他看来,希腊数学家是“另一所学院的研究员。

五世纪的希腊哲学家勒基普斯似乎是原子论思想的创始人,他将还原论一直延续下去,提出一切都是由极小的、不可分割的粒子构成的。他更著名的学生德谟克利特进一步发展了这一理论:他认为原子有着巨大的多样性,材料的物理性质与原子本身的微观性质有关。其中一些非常光滑,很容易从彼此身边滚过去,而另一些则紧密地粘在一起,形成坚硬致密的材料。对原子为何以这种方式作用的解释并不正确并且非常复杂,但关键点绝对正确,该理论被正确地认为是希腊思想的伟大成就之一。

原子论同样值得注意的是它是彻底的唯物主义——也就是说,它不试图通过谈论目的和欲望来解释事物。相反,事物被机械地对待。我们看到某些事情正在发生,因此一定是某些“物质”发生得更早,从而导致了它。举个例子,一块岩石之所以坚硬,是因为一些可以研究的物理原因,而不仅仅是因为它在整体上是坚硬的。

现代科学思维的轮廓在这里清晰可见。

 

在这幅1628年由荷兰画家

亨德里克·特·布鲁亨(1588-1629)创作的作品中

德谟克利特本人看起来相当荷兰

09

Mercury

(秦始皇 公元前260-210年)

 

汞:自史前以来,汞就被认为是奇异而珍贵的元素。它不仅是自然界中纯金属形式的元素之一,无需任何精炼,而且是唯一在普通环境温度下保持液态的金属元素。这使它以持续数千年的神奇力量而闻名遐迩。问题是,这种奇怪的重而闪亮的液体也很有毒。

有趣的是,其他金属没有它化合物那么危险,这些化合物更容易被人体吸收,暴露在汞缓慢释放的烟雾中是一个非常糟糕的主意,因为毒性效应基本上是不可逆转的:它会发生反应,许多蛋白质和生物分子上都含有重要的含硫基团,一旦发生这种情况,它就无法被清除。

嬴政是著名的“中国第一位皇帝”,他也是我们所知的第一位水银的主要“客户”。1974年,考古学家惊奇地发现了他那由数千名真人大小的兵马俑士兵组成的庞大的地下军队。根据《史记》(汉代官员司马迁于公元前109年完成的一部关于古代中国的不朽历史),陵墓的其余部分同样宏伟,景观和宫殿的缩小复制品与数十条流动的水银河交织在一起。对陵墓周围土壤的探测显示水银含量大大升高,这表明古代的描述没有被夸大。

事实上,皇帝可能用含汞的药物使自己不朽。汞化合物作为药物已经使用了几个世纪,通常效果也很差,尽管有时可以治愈梅毒。在现代,汞不仅用于温度计,还用于电子开关和医疗设备荧光灯。然而,这导致了一些可怕的工业污染。汞化合物集中在食物链中,在一些食用鱼中达到了潜在的危险水平。

 

一些著名的兵马俑

在附近未发掘的地区可能仍有足够的汞

使未来的考古学家能够谨慎行事

10

Natural Products

(佩达尼乌斯 公元前40-90年)

 

天然产物:迪奥斯科里季斯是一世纪的希腊医生,也是药用植物学的学生。他在罗马军团担任军医,这使他得以在古代世界进行广泛的旅行,他所到之处都收集标本和当地知识。他的多卷著作《本草》(约公元60年)将所有这些信息汇编成可能是迄今为止世界上最全面的药品指南。它的实用性(以及一定数量的好运)使它在接下来的1500年中保持流通,涵盖了罗马帝国的寿命、伊斯兰世界的崛起和文艺复兴的开始。

许多药物都起源于药用植物的活性。

自然界中充满了生物活性化合物,包括有益和有毒的天然产物。植物、动物、细菌和真菌都将一部分代谢能用于合成它们。一些被生物体自身的系统使用,而另一些则被认为是有害的。

追踪这些化合物,分离它们,并找出它们对身体的影响,几个世纪以来已经极大地推动了化学和医学的发展。即使在今天,天然产物化学仍然是一个不断发展的领域,从海洋生物、珍稀植物和其他来源中分离出奇怪而有效的分子。纯化和鉴定硒物质对分析化学家来说是一个挑战,他们现在使用核磁共振(NMR)和LC/MS(液相色谱/质谱)设备来帮助他们完成这一过程,并且在实验室合成硒物质大大促进了有机化学的发展。

 

由英国画家欧内斯特·鲍德(1877-1934)创作的

描述曼德拉草的狄奥斯科里季斯(1909)

从该属植物中分离出多种活性(相当有毒)天然产物

11

Roman Concrete

(普林尼 公元23-79年)

 

罗马混凝土:在我们的文明中,混凝土无处不在。没有它,现代建筑是不可能的。但它的化学成分异常复杂,取决于两种元素(铝和硅)这与氧原子形成了牢固的结合网络。这些在地壳中大量存在的物种构成了大量矿物和人造陶瓷的基础。混凝土还需要钙离子和与水的反应来帮助将所有物质结合在一起,技术名称:水合铝硅酸钙,尽管是对混凝土的化学成分一种精确的名称描述,但仍然很难读出来。

罗马人拥有古代世界最好的混凝土,其中一些至今仍能在宏伟的建筑中看到,例如著名的万神殿于126年左右建成,至今仍是世界上最大的无钢筋混凝土穹顶。然而,罗马文明实际上“缺乏科学”。对于他们的力量和寿命来说,令人惊讶的是,他们几乎没有进行过基础研究。他们对数学、无价值的实验(blue-sky experimentation)或抽象理论没有太多耐心,但土木和军事工程的实际改进总是受欢迎的。因此,罗马人开发了各种不同用途的混凝土混合物,这种防水混合物质量非常高,根据自然哲学家老普林尼的说法,砂浆中的一个关键成分是灰烬火山沉积物(现在称为火山灰)普林尼对维苏威火山地区了如指掌,因为他在摧毁庞贝城的著名的79次火山喷发中丧生。

 

罗马有两千年历史的万神殿

仍然有世界上最大的无钢筋混凝土穹顶

这是罗马工程的有力证明

12

Porcelain

(埃伦弗里德·沃尔特·冯·茨奇恩豪斯 1651-1708,

约翰·弗里德里希·博特格 1682-1719)

 

瓷器:中国早在几千年前就已经生产出了瓷器,但真正的瓷器直到汉代晚期才出现在考古记录上,汉代晚期大约结束于公元220年。隋唐时期(581-907年),瓷器的制作规模要大得多。耐用、美观的陶瓷成为一种有价值的出口品,先是出口到伊斯兰世界,然后在1300年后出口到欧洲。值得注意的是,在这整个时期,世界上没有其他人能够生产它。

陶瓷在中国是一门非常古老的艺术,早期的例子可能要追溯到两万年前。瓷器可能是由工匠们逐渐发现的,他们进一步推动陶器制作技术,寻找新的瓷器出售。它的成分各不相同,但需要一种来自中国西南部一个村庄的高岭土。其他成分包括磨砂玻璃和矿物,如长石或雪花石膏、石英和骨灰。陶瓷生产中的两个关键因素是混合物中的水量(必须保持在很小的区间内)和高温(超过1200°C或2100°F),这两个条件让铝硅酸盐矿物细针混合成玻璃相,从而最终形成陶瓷。

无数人试图复制中国的技术,第一次成功发生在萨克森州(现在是德国的一部分)。1704年,一位自称为炼金术士的约翰·弗里德里希·博特格(Johann Friedrich Böttger)引起了极大的关注,以至于强者奥古斯都(波兰国王)将他囚禁在德累斯顿,希望迫使他生产黄金。德国物理学家、内科医生、哲学家埃伦弗里德·沃尔特·冯·茨奇恩豪斯(Ehrenfried Walther von Tschirnhaus)一直试图将瓷器作为奥古斯都的另一个收入来源,他被任命为博特格的负责人。1708年,他用船将高岭土和雪花石膏的运来后,这项突破性的工作就完成了。

但是,Von Tschirnhaus在那年突然去世。1710年,恢复自由的博特格被任命为迈森新瓷厂的负责人。仅仅两年后,一位耶稣会牧师透露了他所珍藏的中国方法,瓷器制造业迅速传遍了整个欧洲。

 

这尊18世纪的中国瓷器雕像是佛教观音菩萨

现藏于瑞典哈尔韦尔博物馆

13

Greek Fire

(忏悔者忒奥芬尼 约752-818年)

 

希腊火:可悲的是,化学也被用来发动战争。

东罗马(或拜占庭)帝国在西罗马帝国崩溃后持续了许多世纪,但拜占庭人没有幸存下来,因为他们周围都是盟友。事实上,拜占庭人在伊斯兰教最初扩张期间一直受到阿拉伯军队的非常大的压力,但作为回应,他们开发了一种秘密武器:希腊火。

希腊火最早是由忏悔者忒奥芬尼斯在他的计时表(约814年)中描述的,他将火的发明归功于大约在公元672年赫利奥波利斯的一位建筑师(今天的黎巴嫩 巴勒贝克)。

我们对希腊在战争中使用的火有几种描述,最可靠的武器形式描述它像喷火器和大炮的混合体一样发射。然而,没有一种普遍认可的配方。这种准备足以成为国家机密,最终它完全丢失了。这种混合物几乎肯定是以石油为基础的,可能来自黑海周围的天然原油渗漏点,也可能来自松脂。硫磺可能是一种成分。关于配方,学者们一直在进行争论。

我们所知道的是,燃烧的液体没有爆炸力,产生大量烟雾,会在水面上燃烧,而且很难扑灭。你不希望你的木质外壳入侵舰队遇到的那种东西。拜占庭有专门的船只,配备训练有素的船员,他们唯一的任务就是在接下来的五百年里部署希腊火,用它对付敌人(以及在内战中互相对抗)取得了巨大的成功。此后,希腊之火逐渐从所有报道中消失。

 

希腊火,如西西里岛十二世纪法典《天际矩阵》所述

是唯一幸存下来的有插图的拜占庭编年史

 

14

The Philosopher’s Stone

(AbūMūsāJābir ibn ayyān约721年−约815)

 

哲人之石:到800年左右,科学的进步几乎完全发生在伊斯兰和中国文化中。AbūMūsāJābir ibn ayyān(西方称为“Geber”)生活在现在的伊拉克,从事医学、炼金术、占星术和命理学,这些在当时被认为是同样有价值的话题(而且根本不是单独的调查领域)他的作品吸引了大量追随者,其中许多人似乎都写了自己的手稿,并将伊本·艾扬的名字附在手稿上,为即将到来的无可救药的炼金术文学奠定了基础。这些作品往往是以一种无法解读的复杂象征性风格写成的,这无济于事。例如,用炼金术混合物制造活蝎子的详细配方,肯定不仅仅是他表面上的价值,肯定不是表面上看的,但它真正的意义是不可能说出来的。

然而,伊本·艾扬(ibn ayyān)名下更容易理解的作品表明,他是一位专注的实验主义者。有一次,他警告读者,获得任何能力的唯一途径是在实验室进行实际工作,大多数现代化学家都会同意。他认为金属与非金属有本质上的不同,它们是由汞和各种形式的硫组成的,如果能找出这些混合物的秘密,那么金属可以相互转化。他相信,某种强大的试剂或长生不老药(后来被称为魔法石)可以解开这个过程,这是一个足够令人信服的想法,足以在接下来的几个世纪里建立一个炼金术研究项目。13世纪,一份以Geber为名的拉丁文手稿在这里出现了更多的理论。不管这本书的真正作者是谁,他一定认为即使在四百年之后,伊本·艾扬的声誉仍然足够强大,值得借鉴。

 

一份十六世纪炼金术手稿用一系列典故、谜语

和密码说明了哲人之石的产生

尽管这可能令人印象深刻

但它在实验室环境中不太可能有多大用处

 

15

Viking Steel

(约公元800年)

 

维京钢:在九世纪,维京人的剑比其他任何东西都要重要。事实上,直到工业革命之前,欧洲都没有发现更好的钢铁。维京人可能在与亚洲的贸易中遇到了高超的炼铁技术,基于印度和斯里兰卡的伍兹钢(乌兹钢),他们的熔炉利用了季风。这些剑刃含碳量高,比通常的工艺产生的杂质少得多。其结果是,一种金属合金同时具有了坚韧、锋利和柔韧。如果你想把自己的剑从敌人的盾牌或是敌人的身体里拔出来,这是一个巨大的优势。

这些高级剑的刀刃下方都有Ulfberht的名字,表明某种作坊、商号或维京金属匠人。最早的刀片是连接在手柄上的,这些手柄的碳年代可追溯至约800年,制造时间约为200年,在1000年之后就没有类似的例子了。就像许多我们没有书面记录的其他技术进步一样,制造它们的精确技术已经丢失了,尽管一些有根据的猜测在实验中产生了类似的合金。与现代技术一样,注重细节和质量控制至关重要。金属在锻造过程中可以形成各种晶体结构,而控制这些因素从来都不是一件容易的事。

Ulfberht剑很明显是稀有且珍贵的,制作它们的作坊得到了许多其他用劣质钢材制作剑的作坊的高度赞扬,但它们的名字拼写不同。不可避免的结论是,这些都是仿制品,利用了原作的名气。显然,仿冒品长期以来一直是个问题。

 

一把来自海德比的维京剑

这是当前德丹麦边境附近的一个重要贸易定居点

 

16

Gunpowder

(约公元850年)

 

火药:火药可能是由试图改变金属或延长寿命的炼金术士发现的,而不是由寻找炸药的武器工程师发现的。1044年的一份中国军方纲要列出了许多不同的火药配方,到了宋代,它已经成为许多研究和开发的主题。但已知的第一个记录是来自九世纪中叶的道教经文,该经文强调了硫的危险易燃性。硫在炼金术中非常重要,当时的任何实验室都会有木炭作为燃料。第三个关键成分是氧化剂硝酸钾,它是一种天然矿物硝石(也称硝石)或以洞穴中蝙蝠粪便沉积物周围的晶体形式存在。谁先把这些粉末混合在一起,然后把混合物暴露在火焰中,谁就会立刻意识到他们在做一件大事。不过,延长人类寿命并不是火药的强项。

关于这种新型武器的知识在中国传播开来,越过了国界。13世纪蒙古的入侵将这一消息传播到了更远的地方,从印度传到了欧洲。随着时间的推移,中国人不断提高火药中的硝酸钾含量,不断制造更大的爆炸。

早期的炮弹,爆炸箭,和各种警示炸弹设计出现在一些中国军事手稿中。叙利亚化学家哈桑·拉马(Hasan al-Rammah)在其关于马术和战争战略的论文(约1280年)中详细描述了107种不同的爆炸混合物,包括并将硝酸钾称为“中国雪”。

欧洲军队很快就采用了火药:英国学者沃尔特·德·米勒梅特(Walter de Milemete)1326年的手稿中出现了第一幅关于火器的插图——一种被称为“铁罐”(法语中的“铁罐”)的原始金属大炮,其枪管中射出一支巨大的箭。不管是好是坏,从那以后它就一直伴随着我们。

 

1274年蒙古入侵日本期间火药弹的爆炸

在战争后约20年委托制作的卷轴上有插图

 

17

Alchemy

(阿布·巴克尔·穆罕默德·伊本·扎卡里亚·拉齐 865−925)

 

炼金术:波斯博学家阿尔·拉齐是最著名的炼金术士之一,他的著作表明,他那个时代的信仰中融入了不少现代化学。不出所料,他孜孜不倦地研究金属与非金属之间的区别。尽管他从未声称自己从贱金属中提炼出黄金,但他描述了如何使金属看起来像黄金。然后,他继续将其他物质分类,如硫酸、盐、石头、酒精等,并对它们的性质进行分类(例如,它们如何容易融化或着火)。在这一过程中,他摒弃了古典的四要素,选择了更复杂的安排。密切关注这些相似性和差异对于化学来说绝对是至关重要的。

拉齐还以拒绝魔法解释和通过符号而不是物理原因操纵物理世界的想法而闻名。他在化学史上最大的贡献来自他的书《基塔布·阿斯拉尔》(书中的秘密)这本书对他的仪器进行了详尽的描述,解释了坩埚、钳子、风箱、烧瓶、漏斗、迫击炮、加热浴等的用途,让他的同时代人看到了他最先进的设备,也让现代化学家们有了一个全新的认识从一千多年前就可以看到一个正在工作的实验室。

拉齐还也因反对魔法解释和通过符号而不是物理原因来操纵物质世界的想法而闻名。他在化学史上最大的贡献来自他的书《基塔布·阿斯拉尔》(书的秘密),这本书对他的仪器进行了详尽的描述,解释了坩埚、钳子、风箱、烧瓶、漏斗、迫击炮、加热浴等的用途,揭示了他是如何致力于用真实物质进行实验。让他的同时代人看到了他最先进的设备,也让现代化学家看到一千多年前的正在工作的实验室。在拉齐之后的一些实验者采用了他的分类方案,而另一些人则不同意,或者自己制定了分类方案。但在接下来的几个世纪里,基塔布·阿斯拉是炼金术最接近标准实验室设备手册的东西。

 

当背景中的建筑物和矿井起火时

一位女神向炼金术士警告元素的危险

 

18

Aqua Regia

(史密森·坦南特 1761-1815,乔治·查尔斯·德·海维斯 1885−1966,马克斯·冯·劳厄 1879-1960,詹姆斯·弗兰克 1882−1964)

 

王水:在中世纪,没有那么多的混合物被普遍用同样的属于相称,但王水(拉丁语为“royal water”)是其中之一,并令人难忘。他的腐蚀性是为数不多的能溶解黄金的试剂之一,它是由一个名叫Pseudo-Geber的匿名欧洲炼金术士(一些学者认为他是位于塔兰托的方济各会的修士保罗)在13世纪末讨论元素的演变和相关主题时首次提到的。

你不能从化学品供应公司订购王水,它必须是现场制备的,因为它会在静置时分解。经典的配方是一份浓硝酸和三份浓盐酸。这两种酸会发生反应,形成一种有害的混合物,其毒性最小的成分可能是大量溶解的氯气,如果你不明智地在通风柜外面准备这种溶液,氯气会立即被注意到。黄金很容易被他溶解,而铂金则比较慢,但一些金属根本就不会被溶解。事实上,铱和锇元素(与铂存在于同一矿石中)最初是由英国化学家史密森·坦南特于1803年发现的,当时他发现王水腐蚀铂后,烧瓶底部有深色残留物(铱和锇)。

 

一块金在王水中溶解的样品

很少有化学家亲眼目睹过这一幕

 

19

Fractional Distillation

(塔迪欧·阿尔德罗蒂 约1210-1295)

 

蒸馏:蒸馏最初是用来从固体中分离出一些液体馏分,但这个过程的下一步是分离出不同沸点的液体。为了达到这一目的,混合物必须被缓慢加热,并通过一个较长的蒸馏装置或蒸馏柱,以确保挥发性较强的部分首先被分离。然而,如果对物质加热得太剧烈,低沸点的分子最终会在蒸馏过程中与高沸点的分子混合,试验就必须重新进行。越接近沸点,越需要耐心。

十三世纪的佛罗伦萨炼金术士塔代奥·阿尔德罗蒂似乎是第一个详细描述分馏的人,他在他的《药典》(Consilia medicinalia,约1280年)的最后一部分阐述了这种技术。他以自己的医学知识而闻名,曾使用一个三英尺长的仪器将酒精蒸馏到90%的纯度,用于医疗。他的工作让他发明了大量不同的蒸馏器类型,并对其他物质进行了大量的实验,看看可以从它们中纯化出什么。

随着时间的推移,随着酒精生产的进步,蒸馏理论得到了更好的理解。所谓的蒸馏头的设计表现出了极大的改进,因为分馏塔为蒸汽和凝析液混合提供了更大的表面积,导致更好的分离。蒸馏在工业上和实验室中仍然是极其重要的。它是水和工业溶剂的基本净化技术之一,它是炼油厂中石油馏分的基础技术,它仍然是制造高纯度酒精饮料的关键。有些事永远不会改变。

 

1512年,德国外科医生和炼金术士

希罗姆·布伦施维格对“葡萄酒烈酒”的分馏进行了装饰

在中间,“一管冷水”凝结成蒸汽

 

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Toxicology

(帕拉塞尔苏斯 1493 - 1541)

 

毒理学:瑞士炼金术士和自然哲学家巴拉塞尔苏斯一生都在从事医学、冶金学、占星术以及市场所能销售一空的一切。在他生活的时代,炼金术正在从世界上消失,没有人确切知道会有什么东西来取代它。几个世纪以来,从贱金属中提炼黄金和白银的探索,在当时是一长串冰冷的线索和死胡同。巴拉塞尔士指出了前进的方向,他说:“很多人都说炼金术是用来制造金银的。但对我来说,这不是目的,而炼金术只是用来思考药品的优点和影响的。”

大家都说,他不是一个容易相处的人,而且他也没有随着年龄的增长而变得成熟(这可能有助于解释为什么他在48年里去过很多地方)。不过,他性格中的一部分非常适合他:他因为他的反权威性格而闻名于世。不幸的是,他通过公开焚烧古代医学文献证明了这一点,同时他还宣称自己蔑视这些文献。”

巴拉塞尔苏斯今天最为人所铭记的是他断言疾病通常是由外部因素引起的。他对矿工疾病(数量太多了)的研究为他提供了大量有先见之明的观察,比如认为慢性肺部疾病是由有毒气体引起的(而不是由邪恶的山神一心复仇引起的,这是当时更流行的理论)。这也印证了他的不朽格言“剂量成毒”,这句话出现在他1538年的《Septem防御论》中。任何东西在足够大的剂量下都是有毒的,但有些东西永远都是有毒的,即使是很小的剂量。

 

这幅巴拉塞尔苏斯47岁时的水彩画

大致是根据这位毒理学家15世纪的一幅版画创作的

 

至此,化学史上最引人注目的250个里程碑中前20个就介绍完了。之后还有很多著名的里程碑诸如:胆固醇(1815年)、官能团(1832年)、元素周期表(1869年)、阿司匹林(1897年)、色谱分析(1901年)及荧光素、同位素分布、金属催化偶联反应等等。

 

本文译自Derek B.Lowe[化学之书]

翻译工具:有道&百度

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