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南北朝:化学

2018-07-16 16:13:49来源:人学研究网 已浏览人数:
陶瓷、冶金、染色、造纸以及农业技术中,都包含了丰富的化学知识,都显示了魏晋南北朝时期在化学方面的进步,此外,此期化学在炼丹术以及制糖、酿酒等方面的成就也是相当出色的。

  我国古代的化工技术是相当发达的,在许多方面都取得了举世称著的成就;随着化工技术的发展,化学也在其中孕育和发展起来。前面谈到的多种手工业,陶瓷、冶金、染色、造纸以及农业技术中,都包含了丰富的化学知识,都显示了魏晋南北朝时期在化学方面的进步,此外,此期化学在炼丹术以及制糖、酿酒等方面的成就也是相当出色的。今仅就这三方面作一介绍。
 
  1、炼丹术这是炼制长生不老药的方术,细分起来,又包括炼丹炼金两项内容,仙丹可直接服食,亦可用来点化他物成金。炼出之金可制成饮食器,亦可化成 水 而服用,不管服丹还是服金,都是为了长生。我国古代炼丹术约兴起于秦,汉魏南北朝便有了较大发展,魏伯阳(东汉),葛洪(东晋),陶弘景(南朝梁)三位大炼丹家,都是这一时期出现的,他们都有长篇巨著流传于世。炼丹术的目的是荒诞的,方法多是盲目的,但因其 执著 追求,反复制炼,其中并不乏新的发现和很有价值的资料。我国古代许多重要的化学现象,重要的金属和非金属材料,都是炼丹家最先发现并记述下来的。魏晋南北朝炼丹术对化学的贡献主要表现在汞化学、铅化学、胆铜以及砷白铜、硝石等的制取上。其中砷白铜已在本书 冶金 部分提及,今不再琐言。
 
  我国古代对汞的利用可上溯到先秦时期,但有关炼汞法的记载却是汉代才出现的。东汉著作《说文解字》云: 澒,丹砂所化,为水银也.此述十分简单。魏晋南北朝时,有关记载更加明确起来,西晋张华(公元232- 300年)《博物志》卷四说: 烧丹朱成水银 ,东晋葛洪《抱朴子金丹篇》说: 丹砂烧之成水银.此丹朱、丹砂的化学式皆是Hgs,这实际上是一种低温蒸馏炼汞法,其化学反应式为:Hgs+O2=Hg+SO2——60千卡。在频繁接触和大量使用的过程中,此时人们已把人工炼制的粗水银与天然自生的纯水银区别开来。南朝梁陶弘景云: 今水银有生熟。此云生符陵(地点)平土者,是出朱砂腹中,亦有别出沙地者。青白色,最胜。出于丹砂者是今烧粗末朱砂所得。色小白浊,不及生者 (《本草纲目》卷九 水银条 引)。
 
  依纯度而把水银分为生、熟两种,是一种科学的分类法。 烧粗末朱砂 所得之汞不及自然汞纯净,应是混入了其他杂质之故。
 
  红色硫化汞原包括天然自生的和人工制炼的两种,前者俗谓之丹砂、辰砂(湖南辰州所产而得名);后者叫银朱或灵砂。银朱的出现,是炼丹术对化学的一项重大贡献。汉代的魏伯阳便曾用隐语记述了这一现象,葛洪《抱朴子金丹篇》则更用十分简洁的文字作了概括性说明: 丹砂烧之成水银,积变又还成丹砂 ,此第二句实际上可视为第一句的逆过程,即汞加硫黄又能生成黑色硫化汞,经升华即可变成红色硫化汞。
 
  我国古代对汞齐的接触和利用至迟可上推到春秋时期,但关于汞 能消化金、银的明确记载,却是始见于西晋南北朝文献的。葛洪《抱朴子神仙金汋经》卷上在谈到金液时说: 上黄金十二两,水银十二两。取金鑢作屑,投水银中令和合。恐鑢屑难煅,铁质煅金成薄如绢,铰刀翦之令如韭叶许,以投水银中。金得水银须臾皆化为泥.这是我国古代关于金汞齐作法的最早记载。稍后,陶弘景在《本草经集注》中也有过类似的简单说法,云水银 能消化金银,使成泥,人以镀物是也 。这里最早明确地提出了汞齐法外镀金银。汞齐法是我国古代金属外镀的基本操作,一直沿有至今。
 
  我国古代炼铅术至迟发明于商。商周时期,人们用铅配制铜合金,外镀、制作纯铅器等,同时还制作了一种名为 胡粉的碱性碳酸铅Pb(GH)2.2BbCO3,但关于铅的许多化学现象,却是多见于汉后文献,多见于炼丹家笔下的。《参同契》云: 胡粉投火中,色坏还为铅.这说的是一种分解还原现象,白色的碱性碳酸铅(胡粉)受热后先分解出二氧化碳和水蒸汽,所得氧化铅再被碳或一氧化碳还原而成为金属铅。葛洪《抱朴子?论仙篇》云:黄丹及胡粉是化铅所作.此 黄丹 即Pb3O4,呈红色。陶弘景云:黄丹即今熬铅所作 ,胡粉 即今化铅所作 。即是说,黄丹和胡粉都不是天然自生的,都是人工制作出来的。《抱朴子?黄白篇》说:铅性白也,而赤之以为丹,丹性赤也,而白之以为铅.即是说铅性原是白色的,其可化作白色的胡粉,但经熬炼便可化成赤色的黄丹,黄丹原是赤色的,经还原,去掉了白色后,便可成为铅。这说明人们对铅的氧化还原反应已有了较深认识。若把黄丹投入柴炭之火中,它也会与胡粉一样,色坏还为铅 的。
 
  至迟汉代,人们对铁与铜盐的置换作用就有了一定了解,《淮南万毕术》说: 曾青得铁则化铜.此 曾青 即天然硫酸铜,又称作空青、白青、石胆、胆矾等。两晋南北朝时人们的认识又有了扩展。葛洪《抱朴子》卷十六说: 以曾青涂铁,铁赤色如铜,……外变而内不化也.此 外变而内不化 ,主要是曾青数量太少,只涂于铁器外表之故。梁陶弘景云:鸡屎矾 不入药用,惟堪镀作,以合熟铜;投苦酒中,涂铁皆作铜色,外虽铜色,内质不变.此 鸡屎矾 应是碱性硫酸铜或碱性碳酸铜,甚难溶解于水,加苦酒(醋)是为了使其溶解,可见当时人们已了解到,与铁置换之物已非曾青一种,凡可溶性铜盐皆会与铁作用。唐宋时期,这些认识便发展成了一种胆水炼铜法。
 
  我国古代关于 硝 的记载如于汉,当时并有 消石 , 朴消 、 芒消 等名称。依照现代技术观点,其大体应包括硝酸钾和硫酸钠两种物质。
 
  因当时并无科学分析的方法,这两种物质的来源和形态都相似,故从一开始,人们就把它们混淆起来了。有关研究认为:淳于意所用的消石和《三十六水法》的消石 ,皆系硝酸钾,《神农本草经》中的消石则主要为硫酸钠, 朴消却为硝酸钾。张仲景《伤寒论》中的承气汤、陷胸汤所用芒消说是消石一名芒消 ,他巧妙地回避了消石与朴消的区别。在此,陶弘景是作出过重要贡献的,他使用火焰试验法很好地区别了消石。《重修政和经史证类备用本草》卷三消石条引陶弘景云:先时有人得一种物,其色理与朴消大同小异,胐胐如握盐雪不冰。强烧之,紫青烟起,仍成灰,不停沸,如朴消,云是真消石也.此强烧之,紫青烟起 两句至为重要,这是钾盐的特有性质;在同样的条件下,钠盐会产生黄色火焰。 灰 指反应后生成的亚硝酸钾,仍成灰 即说其与十水硫酸钠一样加热后生成了无水残渣,不停沸 指逸出气体言 .其反应式为:2KNO3→ 2KNO2+O2↑。陶弘景是我国也是全世界用试验法区别了钾盐和钠盐的第一人。在公元六世纪就作了如此细致的试验和观察,实在难能可贵。
 
  2、制糖我国古代的食糖主要是麦芽糖、蔗糖和蜂蜜三种。从现有文字资料看,早在先秦时期,人们就制作了麦芽糖,食用了蔗汁,汉代又生产了固态的蔗糖。马王堆一号汉墓出土的简牍中,简112号记有 唐(糖)一笥 字样;出土的竹笥中见有 糖笥 字样的木牌。魏晋南北朝时期,有关糖的资料增多,麦芽糖工艺有了较为详细的记载,蔗糖中制出了沙糖。
 
  《齐民要术》卷九分别介绍了 白饧 、 黑饧 、 琥珀饧 、 煮馎 、 作飴 等五种麦芽食糖的制作法,皆大同小异,从选料、配料、蒸煮、制作及各有关注意事项,皆一一作了介绍,颇为详明。这是我国古代食糖工艺的最早专门记载,基本操作与今制糖法是一致的。
 
  有关沙糖的明确记载始见于梁陶弘景《本草经集注》中。其云:甘蔗今出江东为胜,卢陵亦有好者。广州一种数年生,皆大如竹,长丈余,取汁为沙糖,甚益人 ,此沙糖的含义应与今之相当。此外还有资料说我国早在东汉便生产了沙糖,《证类本草》卷六 木香 条引《图经》曰:《续传信方》著张仲景青大香丸主阳衰诸不足,用昆嵛青木香、六路诃子皮各二十两,筛末,沙糖和之.张仲景约为公元150- 219年间人,若此说可信的话,沙糖的发明年代便可上推到东汉。
 
  3、酿酒我国古代造酒技术约发明于龙山文化时期,早期的酒应是由发酵能力较低的曲蘖发酵而成的,之后发展成了直接以曲造酒。酒曲不但含有富于糖化力的丝状菌毛霉,而且含有促成酒化的酵母。这一演变大约在汉代或稍早便已完成,魏晋南北朝时,有关造酒的记载明显增多,除张华《博物志》等著作的零星记述外,还出现了诸如曹操《奏上九酝酒法》,后魏贾思勰《齐民要术》第六四——六七等专论性篇章,此时多项造酒操作更趋成熟,并建立了一整套完整的工艺和酿酒发酵理论的雏型。
 
  后魏时期,制曲工艺有了很大发展,《齐民要术》记载的造曲法计有12种之多,其中包括发酵力较强的 神曲 5种,发酵力稍弱的 笨曲 3种,以及 黄衣 、 黄蒸 、 白醪曲 、 女曲 各一种。其中的 黄衣 、 黄蒸是酒化作用甚弱的碎块散曲,是作豆酱用的,其余皆呈大块饼状,砖状。这些造曲法一直沿用下来,与近代土法生产相差无几。尤其值得注意的是,早在晋代,我国就发明了向曲中加草药的技术。晋嵇含《南方草木状》说:草曲南海多矣。酒不用曲蘖,但杵米粉,杂以众草叶治葛汁,滫溲之大如卵,置蓬蒿中荫蔽之,经月而成。用以合糯为酒.说明广东一带当时用草曲造酒已较普遍。《齐民要术》的制曲法则使用了胡葈、苍耳、野蓼、桑叶和艾等草药,草药的使用,对营养酿酒菌类,抑制杂菌生长都有一定作用,从而较好地保证了酿酒发酵过程的进行,酿出的酒亦别有风味。
 
  此时人们对发酵工艺条件,如原料处理、温度控制、用水质量和配比等,都有了进一步认识,并提出了许多定性和定量的工艺规范。首先是对米要进行反复淘洗。《齐民要术》第六四 清曲法 说,米必细,净淘三十遍许,若淘米不净,则酒色浓重 ,同书第六七 黍米法酒 条说: 凡酒米皆欲极净,水清乃止 , 淘米不得净则酒黑.反复淘洗可去掉一些可溶性物质,而保留下糖化酶利用的淀粉。其次是分批投料发酵,分批数可达9- 10次。《齐民要术》第六六 作春酒法 条说: 十七石瓮,惟得酿十石 , 初下以炊米两石,已后,间一日辄更酘(音投),第二酘,用米一石七斗;第三酘,用米一石四斗;第四酘,用米一石一斗;第五酘,用米一石;第六酘第七酘,各用米九斗。计满九石,作三五日停,尝看之,气味足者乃罢,若犹少米者,更酘三四斗。数日复尝,仍未足者,更酘三二斗。
 
  数日复尝,曲势壮,酒仍苦者,亦可过十石米,但取味足而已,不必要止十石 ,这里详细地谈到了每次投米的数量和一些注意事项,这显然是长期实践经验的总结,这种分次投米,对于掌握发酵动态和调节发酵温度,都具有十分重要的意义。当时发酵过程的温度控制主要是通过调节投料时间和室温来实现的,若发酵热度较高,则可将原料 舒使极冷,然后纳之.第三是掌握好水的质量和配比。《齐民要术》第六四 神曲酒方 条说: 收水法,河水第一好;远河者,取极甘井水,小碱则不佳.收取河水应以清洁度较好的低温季节为佳,即 初冻后,尽年暮,水脉既定,收取则用。用水量与酒曲的品质等因素有关,神曲投水量一般较大,笨曲投水量一般较小。《齐民要术》第六四 造神曲黍米酒方 条说用 曲一斗,水九斗,米三石.同书第六六条作笨曲春酒,大率一斗曲杀米七斗,用水四斗。率以此加减之.第四是密切注意发酵过程。《齐民要术》把发酵过程分为三个阶段,皆须通过眼观,耳听,鼻闻来加以鉴别。初期是 浸曲发,如鱼眼汤中期是 酒薄霍霍 ,香沫起 ,曲势盛也.后期是 沸定 、沸止说明发酵到了终点。这些,与发酵原理都是基本相符的。
 
  由于酿酒技术的发展酒的质量随之提高。《齐民要术》第六六 穄米酎法 条说,醇厚的酎酒 色似麻油,甚酽,先能饮好酒一斗者,唯禁得升半。饮三升大醉。三升不浇必死.这种情况在秦汉时代是不曾多见的。―――史仲文、胡晓琳《中国通史魏晋南北朝卷》人民出版社1994年版

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