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      中藥變火藥 從東方到西方“硫”也很忙的頭圖

      中藥變火藥 從東方到西方“硫”也很忙

      2018-10-31  |  蝌蚪五線譜 原創 收藏(28)  | 

      “中國四大發明”之一的火藥,以其巨大的殺傷力和震懾力,在古代軍事和近現代工業中大顯身手,有效地推進了世界歷史的進程。火藥的主要成分硫磺里,含有一種叫硫的化學元素。此元素是世界各國人民在日常生活、生產中發現的。其發現和應用,跨度幾千年……

      中國:從藥材到火藥

      封閉自守、腐朽沒落的明朝末年,江西奉新縣出了一位大科學家,名叫宋應星。他早年追求功名,卻未中進士;步入不惑之年后醉心科學,全面收集傳統農業、手工業技術,編撰了號稱“中國17世紀工藝百科全書”的《天工開物》。

      《天工開物》影印件。(來源于網絡)

      長期編書過程中,宋應星對火藥產生了濃厚的興趣。通過實驗,他不但觀察到火藥爆炸時產生的熱和威力相當于兩千倍原氣體爆炸的威力,還弄清了火藥主要由硝石、硫磺和黃木灰組成。并將其記錄下:“凡火藥,以硝石、硫磺為主,草木灰為輔……其出也,人物膺之,魂散驚而魄齏粉。(《天工開物》《佳兵·火藥料》篇)。”

      緊接著,宋應星投入到硫磺的研究中,“古人先是將硫磺用作藥材,次之用作煉丹和制造火藥。看來,很有必要弄清它的來源。”通過實地走訪,他發現用黃鐵礦可以燒取硫磺。于是,他將此技術記入《天工開物》。只是他并不知道,書中所記載的黃鐵礦制硫技術,比西方國家要早200多年!

      制造作火藥的硫磺最先是一種藥材?宋應星的話一點也不錯。《神龍本草經》記載的46種礦物藥材中,有一種叫“石流黃”。此物“能化金銀銅鐵,奇物”,是硫磺的前身。

      后來,煉丹師發現硫磺不能治病,便將它用作制造長生不老仙丹的原料。現存最早的煉丹專著《周易參同契》就有硫磺與汞化學反應生成硫化汞的記錄。

      再后來,煉丹師們沒有煉出仙丹,卻屢屢發生由于硫磺與其它物質混合爆炸而受傷殞命的事件。由此便發明了最原始的黑火藥。黑火藥的制造促進了硫磺的提取和精制技術,人們用硫磺制成火槍、火銃等武器,運用到戰爭中。科學家對硫磺的研究越來越重視,這才有了前文宋應星把硫磺記入《天工開物》書中一事。

      11世紀的火藥配方。(網絡圖)

      不過,無論是當藥材、煉丹還是火藥,國人對硫磺的研究還停留在物理層面方面。對硫磺進行化學研究并發揮其更大功用,則是近代西方科學家們的杰作。

      西方:從漂白到命名

      嚴格地說,西方人對硫磺的化學研究,是從“近代化學之父”拉瓦錫開始的。

      1776年,法國科學家拉瓦錫做氣體實驗時,把一塊名叫“surphur”(拉丁文,意思是“鮮黃色”)的礦物進行燃燒,發現燃后的灰燼比原surphur要重一些。一方面,他認為surphur吸收了空氣中的某種氣體,所以會重一些,他要找到這種氣體;另一方面,他覺得surphur并不是前人所說的化合物,而是一種單質。

      “這種單質到底是什么元素?這種元素有何特點?古人接觸過這種元素嗎?……”正在組建元素周期表的拉瓦錫列出一堆問題,并下定決心找到答案。

      通過翻閱資料,他發現西方人接觸surphur已有幾千年的歷史。4000多年前,古埃及人用它的燃燒之物來漂白布匹;1700年前,古羅馬博物學家老普林尼在《自然史》中介紹說,surphur燃燒產生的氣味能驅除妖魔鬼怪;1000年前,西方科學家已知道,每次火山爆發都會帶出大量的surphur,而意大利西西里島火山爆發中產生的surphur晶體,純凈而透明,遠銷英、法等國。

      硫磺晶體(網絡圖)

      1763年,俄羅斯化學家羅蒙諾索夫在論文《論地層》中詳細介紹了surphur的相關情況:“不但火山噴出的氣體里面有surphur,地底下滾湯沸騰的礦泉里和陸地底下的通氣口里也聚結有大量的surphur……大量的surphur在地球中心燃燒成沉重的氣體,在深坑里膨脹起來,頂著地球的上層,使它升高。”

      “surphur聚集在地核里,不但可以生成氣體,隨火山噴涌出來,還能溶解在地下水中形成礦物。這種黃色的東西含量非常豐富,應該在元素周期表中占個位置。”拉瓦錫翻閱多種書籍,經過多次實驗,確定surphur無法再分離后,決定給這種古老的元素命名。

      這個相對比較簡單。參照拉丁文surphur,拉瓦錫用英文單詞“Sulfur”來稱呼這種鮮黃色的元素,化學符號則定為S。若干年后,西學東漸,清朝科學家引入元素周期表,用早已存在的“硫”字來表示這種非金屬元素,沿用至今。

      正在做實驗的拉瓦錫。(網絡圖)

      化學工業大顯身手

      自從硫被拉瓦錫確定為一種元素并命名后,它便進入了近代化學的大門。隨著科學家的深入研究,硫元素終于在近現代化學工業中大顯身手。

      制造硫酸是硫元素在工業上的最先應用,并逐漸成為其主體,目前世界上80%-85%的硫用于制造硫酸。科學家用硫與硝酸鉀加熱化學反應生成的硫酸濃度僅為65%,完全滿足不了工業生產的需求。1831年,英國制醋的商人珀格閏·菲利浦斯(Peregrine Phillips)首創接觸制酸法,低成本制造出濃度高達99%的硫酸。此法沿用至今。

      硫在近現代工業上另一個突出用途就是把它與橡膠結合,生產出新型的硫化橡膠,從而掀起橡膠工業的革命。1844年,美國發明家古意德經過無數次試驗,經歷無數次失敗后,將硫與鉛、天然橡膠共熱,制成不受溫度影響的新型橡膠。這種被稱為“熟化硫化工藝”的技術很快獲得法國專利;10年后,通過此技術生產出的硫化橡膠產品參展巴黎萬國博覽會,驚煞世人。

      此外,硫還是造紙、染料、精煉汽油等工業生產,制造化肥等農業生產中所必需的原料。

      各國相繼發現硫的重要用途,并致力于硫的開發和利用。1891年,德國人赫爾曼·弗拉施(H.Frasch)在美國提出新的采硫法:在硫磺礦床上加入熱水蒸汽,使硫熔化;再加熱空氣,使液態硫升到地面;液態硫干涸后即可用于生產。這種名叫“弗拉施采礦法”的技術,使美國的硫開發效率得到快速提升。此法沿用至今。

      弗拉施采礦法示意圖。(來源于網絡)

      中國雖然在近代硫的化學研究中一度停滯不前,但隨著新中國的成立,政府對硫資源的開發和利用也越來越重視。上世紀末,世界自然硫資源主要分布在美國、意大利等國;本世紀以來,我國已成為世界上最大的硫資源生產國。隨著科學的不斷發展,這種由世界人民發現的古老元素,定會在現代化建設中再立新功。

      ————————————————————————————

      【參考資料】

      1、《我國硫資源儲量分布及開發利用情況》,中國選礦技術網,2017年8月。

      2、《元素的故事》,作者(前蘇聯)依?尼查葉夫。

      作者:魏德勇


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