化学在中国发展的历史

化学在中国的发展源远流长,然而其内容历久弥新,展现了其对中国科技发展和社会进步的重要作用。与此同时,中国的化学发展也推动的世界的科技进步。

化学在中国发展的历史

3000多年前,我国已利用天然染料染色。我国是世界上最早发现漆料和制作漆器的国家,约有7000年历史。

化学在中国发展的历史

公元前4000~公元前3000年中国已会酿造酒。公元前1000年我国已掌握制酒技术,比欧洲的“淀粉发酵法”制造酒精早2000多年。

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3000多年前,我们祖先发现石油。古书载“泽中有火”即指地下流出石油溢到水面而燃烧。宋朝沈括所著《梦溪笔谈》第一次记载石油的用途,并预言:“此物必大行于世”。世界上最早开发和利用天然气的是中国的四川省邛崃和陕西省鸿门两地。

我国是“纤维之王”──蚕丝的故乡。公元前2000年中国己经养蚕。公元200年养蚕技术传入日本。

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1000多年前中国就能炼锌,早于欧洲400年。公元前2000年中国已会熔铸红铜。公元前1700年中国已开始冶铸青铜。公元900多年我国的胆水浸铜法是世界上最早的湿法冶金技术(置换法)。1700多年前,中国已能炼铅及铜铅合金。

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公元前800~公元前600年中国已制造陶器。公元200年中国比较成熟地掌握了制瓷技术。

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公元前100年中国发明了造纸术。公元105年东汉蔡伦总结并推广了造纸技术,而欧洲人还在用羊皮抄书呢!蔡伦认真总结了前人的经验,他认为扩大造纸原料的来源,改进造纸技术,提高纸张质量,就可以使纸张为大家接受。蔡伦首先使用树皮造纸,树皮是比麻类丰富得多的原料,这可以使纸的产量大幅度的提高。树皮中所含的木素、果胶、蛋白质远比麻类高,因此树皮的脱胶、制浆要比麻类难度大。这就促使蔡伦改进造纸的技术。西汉时利用石灰水制浆,东汉时改用草木灰水制浆,草木灰水有较大的碱性,有利于提高纸浆的质量。元兴元年(公元105年)蔡伦把他在尚方制造出来的一批优质纸张献给汉和帝刘肇,汉和帝很称赞他的才能,马上通令天下采用。这样,蔡伦的造纸方法很快传遍各地。以竹纸为例,《天工开物》中指出:在芒种前后登山砍竹,截断五七尺长,在塘水中浸沤一百天,加工捶洗以后,脱去粗壳和青皮。再用上好石灰化汁涂浆,放在楻桶中蒸煮八昼夜,歇火一日,取出竹料用清水漂洗,更用柴灰(草木灰水)浆过,再入釜上蒸煮,用灰水淋下,这样十多天,自然臭烂。取出入臼,舂成泥面状,再制浆造 纸。这些记载,和后来的民间土法造竹纸过程大体相同。


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公元700~800年唐朝孙思邈在《伏硫磺法》中记载了黑火药的三组分(硝酸钾、硫磺和木炭)。火药于13 世纪传入阿拉伯,14世纪才传入欧洲。

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公元前200~后400年中国炼丹术兴起。魏伯阳的《周易参同契》和葛洪的《抱朴子》记录了汞、铅、金、硫等元素和数十种药物的性状与配制。火药据传由晋朝葛洪发明,火药的研究开始于古代道家炼丹术,古人为求长生不老而炼制丹药,炼丹术的目的和动机都是荒谬和可笑的,但它的实验方法还是有可取之处,最后导致了火药的发明。恩格斯高度评价了中国在火药发明中的首创作用:“现在已经毫无疑义地证实了,火药是从中国经过印度传给阿拉伯人,又由阿拉伯人和火药武器一道经过西班牙传入欧洲。”火药的发明大大的推进了历史发展的进程,是欧洲文艺复兴的重要支柱之一。火药的发明 炼丹家虽然掌握了一定的化学方法,但是他们的方向是求长生不老之药,因此火药的发明具有一定的偶然性。炼丹家对于硫磺、砒霜等具有猛毒的金石药,在使用之前,常用烧灼的办法“伏”一下,“伏”是降伏的意思。使毒性失去或减低,这种手续称为“伏火”。唐初的名医兼炼丹家孙思邈在“丹经内伏硫磺法”中记有:硫磺、硝石各二两,研成粉末,放在销银锅或砂罐子里。掘一地坑,放锅子在坑里和地平,四面都用土填实。把没有被虫蛀过的三个皂角逐一点着,然后夹入锅里,把硫磺和硝石起烧焰火。等到烧不起焰火了,再拿木炭来炒,炒到木碳消去三分之一,就退火,趁还没冷却,取入混合物,这就伏火了。唐朝中期有个名叫清虚子的,在“伏火矾法”中提出了一个伏火的方子:“硫二两,硝二两,马兜铃三钱半。右为末,拌匀。掘坑,入药于罐内与地平。将熟火一块,弹子大,下放里内,烟渐起。”他用马兜铃代替了孙思邈方子中的皂角,这两种物质代替碳起燃烧作用的。伏火的方子都含有碳素,而且伏硫磺要加硝石,伏硝石要加硫磺。这说明炼丹家有意要使药物引起燃烧,以去掉它们的猛毒。虽然炼丹家知道硫、硝、碳混合点火会发生激烈的反应,并采取措施控制反应速度,但是因药物伏火而引起丹房失火的事故时有发生。《太平广记》中有一个故事,说的是隋朝初年,有一个叫杜春子的人去拜访一位炼丹老人。当晚住在那里。半夜杜春子梦中惊醒,看见炼丹炉内有“紫烟穿屋上”,顿时屋子燃烧起来。这可能是炼丹家配置易燃药物时疏忽而引起火灾。还有一本名叫《真元妙道要略》的炼丹书也谈到用硫磺、硝石、雄黄和蜜一起炼丹失火的事,火把人的脸和手烧坏了,还直冲屋顶,把房子也烧了。书中告戒炼丹者要防止这类事故发生。这说明唐代的炼丹者已经掌握了一个很重要的经验,就是硫、硝、碳三种物质可以构成一种极易燃烧的药,这种药被称为“着火的药”,即火药。由于火药的发明来自制丹配药的过程中,在火药发明之后,曾被当做药类。《明熹宗实录》:“天启二年十二月二十日辛巳,援辽总兵毛文龙以登抚(袁可立)所遣管运参将黄胤恩、推官孟养志等发到粮饷并布疋、军器、火药等物,复蒙颁给敕印、旗牌,授以援辽总兵便宜行事,具谢恩。”《本草纲目》中就提到火药能治疮癣、杀虫,辟湿气、瘟疫。火药不能解决长生不老的问题,又容易着火,炼丹家对他并不感兴趣。火药的配方由炼丹家转到军事家手里,就成为中国古代四大发明之一的黑色火药。公元750年中国炼丹术传入阿拉伯。


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公元800年唐朝茅华是世界上第一位发现氧气的人。他比英国的普利斯特里(1774年)和瑞典的舍勒(1773年)约早1000年。

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公元前600年中国已掌握冶铁技术,比欧洲早1900年公元前200年,中国炼出了球墨铸铁,比英、美领先2000年。

我国祖先很早便开始使用木炭和石炭(又叫黑炭,即煤),而欧洲人16世纪才开始利用煤。

第一次世界大战期间,欧亚交通梗塞。由于我国所需纯碱都是从英国进口的,一时间,纯碱非常缺乏,一些以纯碱为原料的民族工业难以生存。1917年,爱国实业家范旭东在天津塘沽创办了永利碱业公司,决心打破洋人的垄断,生产出中国的纯碱。他聘请正在美国留学的侯德榜先生出任总工程师。

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1920年,侯德榜先生毅然回国任职。他全身心地投入制碱工艺和设备的改进上,终于摸索出了索尔维法的各项生产技术。1924年8月,塘沽碱厂正式投产。1926年,中国生产的“红三角”牌纯碱在美国费城的万国博览会上获得金质奖章。产品不但畅销国内,而且远销日本和东南亚。

针对索尔维法生产纯碱时食盐利用率低,制碱成本高,废液、废渣污染环境和难以处理等不足,侯德榜先生经过上千次试验,在1943年研究成功了联合制碱法。这种方法把合成氨和纯碱两种产品联合生产,提高了食盐利用率,缩短了生产流程,减少了对环境的污染,降低了纯碱的成本。联合制碱法很快为世界所采用。

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侯氏制碱法的原理是依据离子反应发生的原理进行的,离子反应会向着离子浓度减小的方向进行。也就是很多初中高中教材所说的复分解反应应有沉淀,气体和难电离的物质生成。他要制纯碱(Na2CO3),就利用NaHCO3在溶液中溶液中溶解度较小,所以先制得NaHCO3。再利用碳酸氢钠不稳定性分解得到纯碱。要制得碳酸氢钠就要有大量钠离子和碳酸氢根离子,所以就在饱和食盐水中通入氨气,形成饱和氨盐水,再向其中通入二氧化碳,在溶液中就有了大量的钠离子,铵根离子,氯离子和碳酸氢根离子,这其中NaHCO3溶解度最小,所以析出,其余产品处理后可作肥料或循环使用。

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1965年,我国在世界上第一个用人工的方法合成活性蛋白质──结晶牛胰岛素。(由于署名原因,诺贝尔化学奖与国人擦肩而过)

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七十年代,中国独创无氰电镀新工艺取代有毒的氰法电镀,是世界电镀史上的创举。

1977年我国在山东发现了迄今为止的世界上最大的金刚石──常林钻石。全世界海盐产量5000万吨,其中我国生产1300多万吨,居世界第一。早在3000多年前,我国就采用海水煮盐了,是世界上制盐最早的国家。

世界上已知的140多种有用矿,我国都有。我国是世界上冶炼矿产最早的国家。

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我国最早的化学研究机构在20世纪初,我国所需要的纯碱全靠进口,为改变这一状况,我国著名的爱国实业家范旭东(1884-1945]先生,在兴办精盐公司的基础上,于1917年在塘沽创办了永利制碱公司。范旭东以以久大精盐公司化验室为基础,决定成立一个名为“黄海”的化学工业研究社。1922年8月,黄海化学工业研究社方面塘沽正式成立。被称为“西圣”的孙颖川博士毅然辞去英办开滦矿务局总化验师的高职,来到“黄海”任社长,张子丰先生任副社长。后来,留美归来的张克思、卞伯年、卞松年、区嘉伟、江道江等博士,留法归来的徐应达博士,留德归来的聂汤谷、肖乃镇博士,以及国内的大学毕业生方心芳、金培松等助理研究员,也先后来到“黄海”。著名的侯德榜博士当时也在“黄海”。经过7年的艰苦努力,终于生产出第一批“永利纯碱”在美国费城举办的万国博览会上,该产品获得金质奖章。1932年,“黄海”接受了中华教育资金董事会的资助,决定用海州磷肥石矿作磷肥试验,为硫酸铵的生产奠定了基础。1937年,集中了中国炼丹的有关文章和文献,准确探索古代中国化学的渊源。这时的“黄海”正处于黄金时代,拥有博士10人,留学生、大学生60多人,不但开展广泛的研究工作,而且还代为海关检查食品。1937年日寇入侵,“黄海”被迫迁至四川五通桥。由于五通桥没有海盐,制碱遇到困难。在这关键的时候,侯德榜博士挺身而出。经过500多次实验,历时一年多,震惊世界的侯氏制碱法诞生了,“黄海”又东山再 4 起。1944年7月,范旭东继“黄海”之后,又在研究社里创立了“海洋化工研究所”。1952年,中国科学院接收了黄海化学研究社,改名为中国科学院工业化学研究所。从此“黄海”的作用越来越大,“黄海”的学者、科学家、技术人员,成了新中国化学工业的栋粱。



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