书城教材教辅魔力无穷的化学世界
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第2章 铁器时代

南朝江淹《铜剑赞序》中说,从春秋战国到秦朝时期,战争频繁,铜不够供给;因此用铁来补足。于是铜兵器变少,铁兵器转多。

随着生产的发展,青铜逐渐被铁所代替,社会进人了铁器时代。这个铁器时代一直延续到了今天。

人类使用铁的历史,有5000多年了。最早出现的铁大概是从天降落的陨铁。铁陨石中有90%是铁。

埃及人以为铁是天赐给人间的神奇的石头,叫它“天石”,用做太阳神神像的宝座,对它膜拜。在古希腊语中,铁和星星是同一个词。

中国是世界上最早冶炼生铁的国家。铁要达到比铜更高的温度才会熔化,炼铁比炼铜难,所以铁器时代也来得迟。

炼铁的原料主要是铁矿石和炭。铁矿石是铁同氧、硫及其他元素的化合物。把铁矿石和炭放在炉子里一起烧,氧和炭合成二氧化碳散掉了,剩下来的就是铁,里面还含有硅、硫等杂质。最早的炼铁炉很小,让自然风吹进去,炉内温度不高,炼出的是半熔状态的铁块,还得用锤不断敲打,去掉杂质,才能锤打成熟铁用具。我国早在春秋时代,就出现了用生铁铸造的农具和兵器,比欧洲早一千几百年。

后来,炼铁炉修得更大,用几只皮囊从四面鼓风进炉内,用水力鼓风设备——“水排”不断鼓风,利用活塞风箱鼓风,提高了炉子温度。铁矿石炼成铁水,流了出来。这样,就可以用翻砂的办法,把铁水浇在模子里,铸成钟鼎这一类的铁器。这种翻砂生铁就叫冶铁。公元前513年,春秋时的晋国巳能铸刑鼎,就是把刑书的条文刻在鼎的模子上,浇进铁水铸成一只上面有刑书文字的铁鼎。从此,冶铁手工业又向前迈进了一一大步。

炼丹炉和点金术

远在战国时代,我国就有人把冶金技术运用到炼制矿物药方面,梦想能炼出可以长生不老的“仙丹”,或者能炼出更多的金银来。这就出现了炼丹术,搞炼丹的人在当时被称为“炼丹术士”或“方士”。

传说秦始皇为了使自己长生不老,听了方士的话,曾经派了童男童女到海外去寻找“仙药”。仙药无处可觅,于是就有人动手炼“仙丹”了。

西汉时,汉武帝刘彻,连年征战,开拓疆土,国势强盛。他想永远当皇帝,屡次下令招罗天下炼丹术士到宫里炼丹。方士李少君看见汉武帝一心想成仙,从旁游说道,只要祭了灶神,丹砂可以炼成黄金;把这黄金做成了器具盛东西吃,就会长寿,就会看到蓬莱仙岛的仙人,这样就可以长生不老了。但这只是一种空想,刘彻最后还是没法逃避死亡的命运。

从此以后,炼丹在我国盛行起来,到唐代达到了高潮。

公元3世纪,这种炼丹术,从我国传到阿拉伯,然后又传到欧洲,曾经风行了几百年。

德国皇帝路德福二世,热衷于炼金术,在宫殿中设起实验室,广集天下的炼金术士,把财政大部分消耗于这种研究上,想炼出所谓“哲人之石”。

炼丹、炼金术士寻找“仙丹”,企图“点石成金”,虽然没有达到目的,可是,他们的劳动却无意地开拓了后来的化学科学的路子。例如,炼丹用的蒸馏器的制作,炼金术士用的各种符号的创制,对汞、硫、锡、铅、金和化合物硫化汞、硝石等的性质的认识,铁和铜等的置换反应的发现等,这些方面都有术士的贡献。化学以炼金术的原始形态出现了,并由此发展了起来。

漫话水银

金属的定义是可延展的、有光泽的固体。可是恰恰有一例外—就是汞,它在常温下呈液体状态即水银。

明代李时珍的《本草纲目》中说:“其状如水,似银,故名水银。”中文金属名的部首一般都有“金”旁,而只有汞字的部首是“水”。拉丁文名的意思是“银水”、“活银”。希腊文的意思是“柔软的物体”。

炼丹家早就同汞打交道了。汞被誉为“金属的溶剂”,因为它容易同金属结合成合金汞齐。“齐”是古代对合金的称号。

汞和黄金生成金汞齐,它既能在金属等物质表面“飞金”,也可解决“沙里淘金”的难题。古代人利用金汞齐在铜器上涂抹,再加热除了汞,器皿就镀上了金。古建筑上的鎏金琉璃瓦和古寺庙宇里的泥塑金身菩萨,也是用金汞齐“镀”的金。

水银有着广泛的用途:压力计、气压计、真空栗、日光灯、汞整流器等,都要用到水银。应用最广泛的要数水银温度计。

在日常生活中,人们常常碰到汞的化合物。例如,硫化汞是红色颜料,红色印泥中就含有它。它还是中药“安神稳心药丸”的原料。氯化汞(升汞)水溶液具有消毒功能。氯化亚汞(甘汞),曾广泛用做泻药。红汞(红药水)是汞和溴的有机化合物,杀灭细菌效果好。汞撒利是一种利尿剂。某些汞软膏可治疗皮肤病。雷汞是著名的起爆药,子弹或炮弹的雷管里都装着它。当射击的时候,撞针撞击雷管中的雷汞,引起炸药爆炸,产生大量气体,把弹头推出去。

但是汞的化合物大多有毒,往往造成严重的环境污染。所以必须重视汞的使用。一旦发现汞流失,应马上把汞滴收集起来,或者洒硫黄粉,使汞变成不挥发的、毒性较低的硫化汞。对付汞蒸气可用碘,使之生成碘化汞,清除汞害。

镍和“中国石”

镍是银白色的金属,又硬、又难熔,熔点高达1455°C,界比黄金还高。自然界里的镍主要是镍和硫、砷的化合物,如砷化镍、硫神化镍、硫铁化镍和硫化镍等。许多书籍上都说,镍是瑞典矿物学家、化学家克龙斯泰特于1751年最早发现的。

中世纪时曾流传着一个“铜魔”的故事。那时候,欧洲撒克逊的矿工们常常碰到一种带红颜色的矿石一红砷镍矿,以为它是铜矿。在很长一段时间里,矿工们反复进行冶炼。可是,一切尝试都失败了。撒克逊人费尽心机,始终找不出失败的原因,于是就臆造出一个神话来:这是尼克一撒克逊的山神在作怪,它用石头垒成堑壕来保护自己,不让一丝一毫的铜从自己的魔爪中逃脱。科学家也无可奈何,只能叫它“铜魔”,以杜绝后人对这种矿石产生幻想。

可是,克龙斯泰特不信什么“铜魔”,继续对矿石进行研究、试验,终于在1751年炼出了一种金属。它不是铜,而是一种新的元素;过了50年,德国化学家里克特从红砷镍矿中提炼出比较纯净的镍。

其实,人类对镍的认识,应该追溯到很久远的年代。

中国在战国时期就有白铜了。白铜是铜和镍的合金。当时人们叫白铜为“鋈”。中国古代制造的白铜器皿,通过丝绸之路,同中国的丝绸、瓷器、茶叶等,远销到波斯和阿拉伯一带,然后经过不断转运,到达了欧洲的德国和瑞典等国家。秦汉时,新疆西部的大夏国,当时就有白铜铸造的货币了,含镍达20%。巴克特里安(今中亚细亚地区)人的白铜钱币(是中有些是公元前235年制造的,至今还保存在伦敦。