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早期化学实验

来源:摘抄于因特网作者:李留记 点击:所属专题: 实验历史
从远古时代开始到17世纪,化学实验在向科学道路迈进的过程中,经历了一段漫长的发展时期。 一 化学实验的萌芽 人类最初对火的利用距今大概已有100多万年了。火是人类最早使用的化学实验手段。人类最早从事的制陶、冶金、酿酒等化学工艺,都与火有直接或间接的联系。在熊

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从远古时代开始到17世纪,化学实验在向科学道路迈进的过程中,经历了一段漫长的发展时期。

一 化学实验的萌芽

人类最初对火的利用距今大概已有100多万年了。火是人类最早使用的化学实验手段。人类最早从事的制陶、冶金、酿酒等化学工艺,都与火有直接或间接的联系。在熊熊烈火中,烧制成型的粘土可获得陶器;烧炼矿石可得到金属。陶器的发明使人类有了贮水器以及贮藏粮食和液体食物的器皿,从而为酿酒工艺的形成和发展创造了条件。

制陶、冶金和酿酒等化学工艺,已孕育了化学实验的萌芽。例如,在烧制灰、黑陶的化学工艺中,工匠们在焙烧后期便封闭窑顶和窑门,再从窑顶徐徐喷水,致使陶土中的铁质生成四氧化三铁,又使表面覆上一层炭黑,因此里外黑灰。这表明当时已初步懂得了焙烧气氛的控制和利用。

二 原始化学实验

古代的炼丹术,是早期化学实验的主要和典型的代表。炼丹的主要目的一是希望得到能使人长生不死的“仙药”;二是想把一些廉价的金属借助于“仙药”的点化,转变为贵重的黄金和白银。由于炼丹活动符合帝王、贵族长生不死、永世霸业的愿望,因而受到他们的大力推崇,于是从古代到中古时代,这种活动很快地得到开展并兴盛起来。

焙烧是炼丹术士经常采用的一种基本的化学实验操作方法。例如在空气中焙烧方铅矿(即硫化铅)等贱金属矿石,把铅放在灰皿或骨灰造的盘子中加热,铅烧掉之后,可以得到一点银;把黄铁矿(从外表看有点象黄金)与铅共熔,铅用灰皿烧掉之后,可以获得微量的黄金。

除焙烧之外,炼丹术士还经常使用一些液体“试药”来对各种金属进行加工。液体试药通常是一些能在金属表面涂上颜色的物质。例如,硫黄水(多硫化合物的溶液)能把金属黄化成黄金;汞能在其他金属表面留下银色。在制造液体试药的过程中,炼丹术士发明了蒸馏器、烧杯、冷凝器和过滤器等化学实验仪器,以及溶解、过滤、结晶、升华,特别是蒸馏等化学实验操作方法。蒸馏方法的广泛使用,促进了酒精、硝酸、硫酸和盐酸等溶剂和试剂的发现,从而扩大了化学实验的范围,为后来许多物质的制取创造了条件。

蒸馏是早期化学实验中最完整的一种重要实验操作方法。到了16世纪,出现了大批有关蒸馏方法方面的书籍,如希罗尼姆·布伦契威格(Hieronymus Brunschwygk,1450—1513年)1500年出版的《蒸馏术简明手段》及其增订版《蒸馏术大全》(1512年出版)等。这些著作对蒸馏方法作了较详细的叙述。蒸馏在早期化学实验发展史上占有重要地位,它至今还在基础化学实验中被经常运用。

三 向化学科学实验的过渡

到了十五六世纪,炼丹术由于缺乏科学基础,屡遭失败而变得声名狼藉。化学实验则开始在医学和冶金等一些实用工艺中发挥作用,并不断得到发展。

在医药化学时期,最具代表性的人物是瑞士的医生、医药化学家帕拉塞斯(P.A.Paracelsus,1493-1541)。他强调化学研究的目的不应在于点金,而应该把化学知识应用于医疗实践,制取药物。他和他的弟子们通过对矿物药剂的性质和疗效的研究,以及在制备新药剂的过程中,探讨了许多无机物的分离、提纯方法,进行了一些合成实验,并总结出这些物质的性质。因此,有人认为帕拉塞斯“从根本上改变了医疗和化学的发展道路”①。

安德雷·李巴乌(Andreas Libavius,约1540-1616)是德国的医生、医药化学家,他极力强调化学的实用意义,为推进化学成为一门独立科学做出了重要贡献。他编著的《工艺化学大全》(1611—1613年问世),总结了他多年的实验经验。书中叙述了硫酸和早期化学实验王水的制备方法;证明了焙烧硝石和硫黄所得到的硫酸与干馏胆矾所得到的完全是同一种物质;首次提出将食盐与胆矾一起在泥坩埚中焙烧制取盐酸的方法;讲解了用金属锡与氯化汞一起加热、蒸馏获得四氯化锡(后来被称为“李巴乌发烟液”)的方法;描述了含铜的溶液遇氨水变为翠蓝的现象,并建议用这种方法检验水中的氨。这部著作的问世,使化学终于有了真正的教科书。他还设计过一所实验室的建筑详图,但直到1683年,这所实验室才在阿尔特多夫(Altderf)修建起来。

继帕拉塞斯、李巴乌之后,对后世影响较大、对化学实验的发展贡献卓著的医药化学家还有赫尔蒙特(J.B.van Helmont,1597-1644)。他工作的最大特点是对化学进行定量研究,广泛使用了天平,并萌生了初始的物质不灭的思想。他所做的“柳树实验”和“沙子实验”,是早期化学实验发展史上著名的两个定量实验①。此外,他在无机物制备方面取得过空前的成果,曾对燃烧现象提出过颇有独到之处的见解。因此,他常被尊为从炼丹术到化学的过渡阶段的代表。

化学实验在冶金方面也曾发挥过重要作用。德国著名化验师埃尔克(L.Ercker,约1530—1594)在其编著的《主要矿石加工和采掘方法说明》(1574年出版)一书中较为系统地论述了当时对银、金、铜、锑、汞以及铋和铅的早期化学实验合金的检验技术;制取和精炼这些金属的技艺;以及制取酸、盐和其他化合物的技术。这部著作被认为是分析化学和冶金化学的第一部手册。

四 早期化学实验的特点

早期的化学实验还只能算做是化学“试验”,具有很大的盲目性;还没有从生产、生活实践中分化出来,成为独立的科学实践。最早的制陶、冶金和酿酒等活动,是低级的、缺乏理论指导的、不自觉的实践活动;作为化学实验原始形式的炼丹术,其实验目的也只是追求长生不老药或点金之术,变贱金属为贵金属。

尽管如此,还应该肯定从事早期化学实验的工匠和炼丹术士们是化学实验的先驱和开拓者。他们发明了焙烧、溶解、结晶、蒸馏、过滤和冷凝等化学实验操作方法;制造了风箱、坩埚、铁剪、烧杯、平底蒸发皿、沙浴、焙烧炉等化学实验仪器和装置;发现和制取了铜、金、银、汞、铅等金属,酒精、硝酸、硫酸、盐酸等化学溶剂和试剂,以及许多酸、碱、盐,甚至意识到了一些粗浅的化学反应规律。后人正是从他们的经验教训中,才找到了化学实验的真历史使命,建立了化学实验科学。

(责任编辑:化学自习室)
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