中国化学

001 中国化学

人类最初的化学活动，主要表现在对火和水的广泛利用，如用陶土烧制器皿、锻制和烧炼金属以及对某些天然物质的直接利用等。这些活动的本质虽属化学过程，但行为者并不了解这种本质，纯属经验性的实践活动。出土文物表明，约公元前5000年左右的仰韶文化时期，我先民即能制作陶器和漆器，能制取天然染料和对天然纤维进行染色，会酿酒等。这是我国史前的化学技艺。在世界文明古国中，我国的化学活动起步较早。约公元前2000年左右，我国已能炼制青铜。合金的冶炼是一个较为复杂的化学过程，这表明夏商时期，其生产活动开始较为深入地接触物质变化的化学层次。可以推断，在这种实践活动不断深入的同时，人们的思考也必将不断地深化。《易经》的问世正是这种深化的集中表现。《易经》是一部高度抽象的哲学著作，但其主题却是明确而具体的，它试图从“终极”的角度以“阴”、“阳”概念解释事物发展变化的动力；复以所谓“八卦”的模式揭示其变化的规律。显然，它的立意和对事物追究的深度，以及阴阳对偶的观点，都是值得肯定的。这部世界最早的哲学著作，直到近代化学理论传入以前，一直是我国古代化学发展的哲学基础。周朝(前1066—前221)前后，我国的化学技艺发展较快，众多成就在《周礼》、《山海经》、《管子》等著述中多有记载。其中以炼铁技术的出现最为重要；周末或春秋初期已开始用煤炼铁。银和汞的炼制，瓷器的制作和制取饴糖的技术也出现在这一时期； 对各种天然物质的直接利用则愈益广泛，如用莽草、牡菊、硫磺、白砒等治病、杀虫和灭鼠；用银朱(硫化汞)作颜料等。可以认为，正是这些成就促成了《尚书·洪范》的问世(约前5世纪—前3世纪)。书中提出万物由金、木、水、火、土构成的“五行说”；并认为构成客观世界的五元素是无休止互变的，其动力仍是《易经》的阴阳原理。但又具体的提出，物质的变化与其味道、气味、颜色、状态、生物的品系以及冷、热、干、湿及地区、季节等因素相关。“五行说”的核心是变，物质不但是可变的，而且随时都在变。显然，这一观点从理论上的进一步明确，对后世化学的发展至关重要；尤为重要的是，“五行说”明确具体地指出，物质变化的基础是物质的属性及其外部条件，这就为人们的化学实践指明了正确的行动方向。“五元素”的提法是狭隘和粗糙的，但却饱含唯物的思想。从 《易经》到“五行说”，是事物发展周期中从抽象到具体的一次重大进步。这次进步极大地推动了我国古代化学的进一步发展。我国炼丹术的兴起(约前3世纪)并迅速大盛(约前1世纪——2世纪)就是这一推动的结果。炼丹术的本质是实验化学，前后持续近2000年之久，创造了丰硕的化学成果；尽管近代化学科学没有诞生在我国，但毫无疑问，正是炼丹术蕴育了它。毕竟受限于时代，炼丹术的立意从一开始就摆错了方向，它把物质的可变性极端化和绝对化，错误地求索金石、生死之间可易的途径。但它也毕竟把大批的方士一批又一批地带进了实验室，并使他们百折不挠地进行极为广泛地探索和尝试。炼丹术所带来的化学成就是空前的，其中以汞化学、铅化学、砷化学、矾化学和锡化学等最为突出。汞化学的成就包括各种汞齐(如银汞齐、铜汞齐、铜锌汞齐、铅汞齐和银汞齐等)、单质汞、硫化汞、氧化汞和高氯化汞等的制备和应用；铅化学的成就包括单质铅、乙酸铅、氧化铅和四氧化三铅的制备和应用； 砷化学的成就包括单质砷和砒霜的制备和应用以及对天然雄黄(As₂S₂)和雌黄 (As₂S₃)的利用； 矾化学的成就包括绿矾 (FeSO₄·7H₂O)、白矾[KAl(SO₄)₂·12H₂O]、黄矾 [KFe₃(SO₄)(OH)₆]和胆矾 [CuSO₄·5H₂O]的制备和应用； 锡化学的成就是锡合金(锡金、锡砷、锡砷铜和锡铅等合金)和二硫化锡的制备与应用。这些单质或化合物被用作医药、颜料、染料、炼丹药剂、试剂、助剂、化学镀和制造各种器物等。这些物质的制备是世界最早的无机合成工艺。长期的化学实践，也促成了与近代化学理论相近的关于化合、分解、置换、氧化、络合、催化以及质量守恒等概念的萌生。炼丹术极盛于唐代，此后逐渐衰减，其化学活动转向应用技术，后期的炼丹活动以火药、瓷器和本草(中药)的成就最为突出。火药是炼丹活动的意外发现，约始于唐代中期，后期始用于军事。宋代火药研究的成就最为卓著，可用不同的配方制造燃烧性火药、爆炸性火药和驱动性火药，以制作各种军事火器，如火炮、火箭、火蒺藜等；火药配方中除焰硝、硫磺外，还使用了桐油、沥清、黄蜡、干漆以及有剧毒的草乌头、砒霜、巴豆等物质。我国的早期瓷器出现于东汉，至唐代已能制作优美的彩瓷；五代时出现江西浮梁县昌南镇(即今景德镇)的瓷窑，其瓷器有“假玉”之称。此后的宋、元、明各代，在釉料的配制、呈色剂和助熔剂的筛选和搭配、烧成温度、烧成气氛以及烧成工序等方面都不断地取得新的成就。直到清代，在彩釉、彩绘方面还继续有新的发展，出现了釉料掺砒的粉彩、立体感的珐琅彩、釉下三彩、墨彩和乌金彩等新品种。医药学和炼丹术在其发展过程中，自始至终是互相渗透、互相影响的。中药的加工制作、配伍、检验和施用都含有大量化学知识，中药学的成就无疑是我国古代化学发展历史的一个重要组成部分。最早的中药专著《神农本草经》成书于东汉，收药365种；唐代的苏敬等受命于朝廷纂成《新修本草》，成为世界上最早的一部国家药典，收药850种； 宋朝的本草纂修工作最为卓著，重要典籍甚多，而以《重修政和经史证类备用本草》最为重要，是一部集历代本草著述之大成的传世之作；明代，炼丹术已是日暮途穷了，药学家继承炼丹术取得的化学知识和实验技术，在炼制新的药剂，改进旧的炼制方法等方面取得了许多成果，现存的许多秘方和验方都产生于这一时期；李时珍所著《本草纲目》是这一时期本草著述的杰出代表。这部巨著可看作是我国古代医药学的全面总结。我国的古代化学起步于世界之先，硕硕成果首创于我先民之手，但由于长期的封建统治，特别是“独尊儒术”的宗教束缚，近代化学终于未能诞生在我华夏之地。我国近代化学的先驱，当首推清后期的徐寿。徐氏一生翻译西方科技书籍180余部，其中化学化工书籍60余部； 更于晚年(1874)创建上海格致书院，是我国第一所理科学院，其中即以其译著《化学鉴原》教授化学。20世纪初，许多有志之士纷纷出学欧美，回国后大多献身于普及我国近代科学技术之事业，化学科学则是其中的一个重要领域。我国的近代化学家在成长。1932年，中国化学会在南京成立。我国早期的化学家们对近代化学的发展即曾作出了若干贡献。著名制碱专家侯德榜于1939年创造了“联合制碱法”工艺，是世界制碱工艺的一项重大突破；化学家黄鸣龙于1946年改进了醛酮类羰基还原反应，世称“黄鸣龙反应”； 著名化学家、我国物理化学的先驱黄子卿，于30年代在测定H₂O三相点时，获0.00981℃的精确数据，被国际温标组织定为温度标准数据之一；物理化学家李方训经长期研究，先后提出了“离子水化绝对熵和水化热理论”以及计算水溶液中离子极化、离子半径、离子视体积和逆磁磁化率等一系列公式，受到国际化学界的重视。50年代以来，我国的近代化学得到了飞跃发展。这首先表现在化学教育的发展。80年代中期，在全国1056所高等学校中有250余所设有化学系或应用化学系，有2.2万人的大学化学教师队伍，设有300多个专业，化学专业的在校学生近6万人，4—5年制的本科毕业生可获学士学位；1981年建立了硕士、博士学位研究生教育制度，有化学硕士点200多个，化学博士点近80个；1985年建立化学博士后教育点14个。庞大的教育网络培养了大批高级化学专业人才。50年代以来，我国取得的重大化学成果有：1965年实现的结晶牛胰岛素的全合成。这是人类首次合成具有与天然物完全一样的精细结构和生理活性的蛋白质。它表明，我国在生物化学、有机合成和其他相关学科已具有国际先进水平；1982年成功地合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸。这是人类首次人工合成核酸，这一成果被列为1982年世界十大科技成果之一；50年代以来，我国大批化学家在许多化学领域展开了科学研究，并取得了重要成果。主要的有：唐敖庆、徐光宪等的量子化学研究；卢嘉锡、唐有祺等的结构化学研究，张大煜、蔡镏生、蔡启瑞等的催化理论研究；傅鹰、李方训等的表面化学、吸附理论以及化学热力学的研究；戴安邦等的配位化学研究；庄长恭、纪育丰、王序、梁晓天、赵承嘏、高怡生、黄维垣等的药物化学(杂环化合物、天然有机化合物、甾族化合物以及生物碱、激素、核酸和抗肿瘤药物等方面)的研究；杨石先、曾昭抡等的元素有机化学的研究；高济宇、王葆仁等的有机合成研究；蒋学谦等的结构与性能定量关系的研究； 严东生等的无机材料研究；汪猷、王应睐等的生物有机化学的研究；邢其毅、黄耀曾等的基础有机化学研究；杨承宗、肖伦、吴征铠等的放射化学的研究；汪德熙等的核化学研究；钱保功、冯新德、何炳林、徐僖等的高分子化学研究；钱人元等的高分子物理化学研究；顾翼东等的稀土化学研究；吴学周等的分子光谱研究；卢佩章等的色谱分析研究；张青莲等的同位素化学研究等。这些研究及其成果，均属该学科的前沿，受到国际化学界的重视和响应，并为我国其他领域的高科技发展提供了必需的化学基础，对我国整个国民经济的发展起到了重要的推动作用。我国早在40年代末、50年代初就相继建立了4个大型化学科研机构，即中国科学院长春应用化学研究所(1948年成立时名为东北科学研究所)、中国科学院大连化学物理研究所(1949年成立时名为大连大学科学研究所)、中国科学院化学研究所(1956年成立于北京) 和中国科学院上海有机化学研究所(1950年成立于上海)，它们是我国化学科学重大课题的主要承担者。50年代以来，它们共取得化学科研成果近2000项，为我国化学科学和国民经济的发展作出了重要贡献。