帝国的黎明 - 古代的化学

    古人曾根据物质的某些性质对物质进行分类，并企图追溯其本原及其变化规律。公元前4世纪或更早，中国提出了阴阳五行学说，认为万物是由金、木、水、火、土五种基本物质组合而成的，而五行则是由阴阳二气相互作用而成的。此说法是朴素的唯物主义自然观，用“阴阳”这个概念来解释自然界两种对立和相互消长的物质势力，认为二者的相互作用是一切自然现象变化的根源。此说为中国炼丹术的理论基础之一。

    公元前4世纪，希腊也提出了与五行学说类似的火、风、土、水四元素说和古代原子论。这些朴素的元素思想，即为物质结构及其变化理论的萌芽。后来在中国出现了炼丹术，到了公元前2世纪的秦汉时代，炼丹术以颇为盛行，大致在公元7世纪传到阿拉伯国家，与古希腊哲学相融合而形成阿拉伯炼丹术，阿拉伯炼金术与中世纪传入欧洲，形成欧洲炼金术，后逐步演进为近代的化学。

    炼丹术的指导思想是深信物质能转化，试图在炼丹炉中人工合成金银或修炼长生不老之药。他们有目的的将各类物质搭配烧炼，进行实验。为此涉及了研究物质变化用的各类器皿，如升华器、蒸馏器、研钵等，也创造了各种实验方法，如研磨、混合、溶解、洁净、灼烧、熔融、升华、密封等。

    与此同时，进一步分类研究了各种物质的性质，特别是相互反应的性能。这些都为近代化学的产生奠定了基础，许多器具和方法经过改进后，仍然在今天的化学实验中沿用。炼丹家在实验过程中发明了火药，发现了若干元素，制成了某些合金，还制出和提纯了许多化合物，这些成果我们至今仍在利用。

    化学的中兴

    16世纪开始，欧洲工业生产蓬勃兴起，推动了医药化学和冶金化学的创立和发展，使炼金术转向生活和实际应用，继而更加注意物质化学变化本身的研究。在元素的科学概念建立后，通过对燃烧现象的精密实验研究，建立了科学的氧化理论和质量守恒定律，随后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律，为化学进一步科学的发展奠定了基础。

    19世纪初，建立了近代原子论，突出地强调了各种元素的原子的质量为其最基本的特征，其中量的概念的引入，是与古代原子论的一个主要区别。近代原子论使当时的化学知识和理论得到了合理的解释，成为说明化学现象的统一理论。分子假说提出了，建立了原子分子学说，为物质结构的研究奠定了基础。门捷列夫发现元素周期律后，不仅初步形成了无机化学的体系，并且与原子分子学说一起形成化学理论体系。

    通过对矿物的分析，发现了许多新元素，加上对原子分子学说的实验验证，经典性的化学分析方法也有了自己的体系。草酸和尿素的合成、原子价概念的产生、苯的六环结构和碳价键四面体等学说的创立、酒石酸拆分成旋光异构体，以及分子的不对称性等等的发现，导致有机化学结构理论的建立，使人们对分子本质的认识更加深入，并奠定了有机化学的基础。

    19世纪下半叶，热力学等物理学理论以入化学之后，不仅澄清了化学平衡和反应速率的概念，而且可以定量地判断化学反应中物质转化的方向和条件。相继建立了溶液理论、电离理论、电化学和化学动力学的理论基础。物理化学的诞生，把化学从理论上提高到一个新的水平。

    到硫酸，不少人认为它是现代化工产品，其实古代就生产了。

    我国唐朝人辑录的炼丹术文集《黄帝九鼎神丹经诀》收录了东汉（公元25～220）末年炼丹术士狐刚子（又名胡刚子）的“出金矿法”，其中有“炼石胆取精华法”。所谓“石胆”是指硫酸铜的五水结晶体（agn1193～1280）在他的著述中提到过蒸馏绿矾制取硫酸。绿矾是硫酸亚铁的七水结晶体（feso47h2o），因色绿而得名。蒸馏绿矾制取硫酸的化学过程和蒸馏胆矾是一致的。因此欧洲人在中世纪称硫酸为绿矾油。

    据欧洲人翻译的10世纪波斯炼金术士拉兹（al－rhazes845～930）的著述中也提到蒸馏绿矾制取硫酸。

    中古后期，欧洲资本主义生产关系在封建制度内部生产力发展的基础上逐渐成长起来，到18世纪欧洲的手工工场向大机器生产过渡，生产促进社会各方面需要硫酸。

    1736年，英国人瓦德（orks），开始较大规模地制造硫酸。

    瓦德是一个江湖医生，1717年曾企图蒙混进入英国国会而被判罪，逃往法国，1733年被赦免返回英国，在特维肯翰从事制造硝石和瓷器，并行医。他认为格劳伯盐（guber‘ssalts）在医药中具有非凡的功效，就想制造它。格劳伯盐是指硫酸钠，是17世纪德国化学家格劳伯（guber，johannrudolph1604—1670）于1625年在奥地利维也纳附近的矿泉水中发现的。他蒸馏了矿泉水，获得它的十水结晶体（na2so410h2o），首先用它作为泻药，并认识到它可以利用食盐和硫酸作用制取，是制取盐酸的副产品。

    瓦德为了制取格劳伯盐，于是制造硫酸。他采用燃烧硫黄和硝石的混合物制造硫酸，这种方法最早是荷兰发明家德莱贝尔（drebbel，rneli1572～1633）创造的。法国药剂师列迈里（lery，nis1645～1715）在1675～1690年发表的著作中提到这一方法，是在反转过来的大漏斗中燃烧硫黄和硝石的混合物。所以这种方法也叫钟罩法。瓦德可能是在逃罪往法国期间生活在巴黎附近圣日耳曼（stgrer）时学会了这一方法。

    瓦德制造硫酸的设备是具有40—50加仑（英国容量单位，1加仑=4546l）容量的球形广口玻璃瓶。操作时在瓶内放置少量水，并放置一个小粗陶器罐，罐上放置一铁盘，内放硫黄和硝石的混合物，用赤热的小铁铲点燃混合物后用木塞将瓶口塞紧，经过一段时间后重复装置，直到达到希望浓度的硫酸。

    由于生产中产生有害的烟雾，使环境污染，瓦德的硫酸制造作坊遭到当地居民的反对，在1740年迁到英格兰北部里士满（righa，私人开业行医，并创建铁工场，还经营从珠宝饰件废料中回收金、银业务。1746年和他的合作人加贝特（garbett，sael1717～1805）在回收金、银中需要硫酸溶解杂质，从化学教科书中了解到铅能抵抗硫酸的腐蚀，于是用木料做成框架，用铅板作为墙壁，造成每边6英尺（英国长度单位，1英尺=03048的立方形铅室。操作时将硫黄和硝石放置在一铁勺中，点燃后放进铅室内一铁盘中，使产生的硫的氧化物气体被预先喷洒在铅室内壁的水吸收，形成硫酸，并不断添加硫黄和硝石，大约每隔4个星期取出一次酸，再放进玻璃容器中加热浓缩。

    到1749年，罗布克在苏格兰普雷斯顿潘（prestonpans）创建“普雷斯顿潘硫酸公司”（prestonpansvitriol），建造了更大更多的铅室，雇用了50位工人，分日夜班操作，使硫酸的产量从成磅到成吨，不仅供英国使用，而且远销到欧洲大陆。

    罗布克也为了保守生产技术的秘密，在他的工场四周建造了高墙，要求每个工人宣誓保密。但是在金钱的诱惑下，冲垮了高墙，废弃了宣誓。波德利（bekler，clensalexander1838～1904）在1875年间也曾进行过so2在铂存在下和氧气化合成so3的实验。

    但是铂的价值昂贵和易中毒，促使硫酸制造者们和化学家们寻找更便宜的催化剂。到本世纪20年代，出现了钒的氧化物、氧化铁等催化剂。现代接触法硫酸制造中几乎都使用钒催化剂了。