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文物中的化學 版權信息
- ISBN：9787559646491
- 條形碼：9787559646491 ; 978-7-5596-4649-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
文物中的化學 本書特色
◎中科院科學史家寫給大眾的科普讀物 本書作者周嘉華先生是中國科學院自然科學史研究所研究員，長期從事中國化學、化工史等研究，已出版著作四十余部，在其研究領域影響甚廣。作者剔除復雜化學方程式與繁雜的理論，將專業的知識通俗化，用化學知識看文物，呈現給大眾不一樣的文物世界。 ◎解鎖文物中的黑科技，真正看懂文物背后的奧秘 文物的價值遠不止于歷史、藝術，還隱藏著當時的高科技。當古代文物遇見現代科學，就能真正理解緣何該文物能出現在這一時期，以及該文物蘊藏了怎樣的科技原理、承載了古人怎樣的智慧，從而知道它為何至今仍被人們贊嘆不已。 ◎一覽ling跑世界的古代科技，探索古人的發明創造與生活智慧 歷經千年卻沒有生銹的越王勾踐青銅劍，飽經滄桑卻依舊鮮艷如新的敦煌石窟壁畫，以色澤優美、工藝精湛而聞名于世的宣德爐……領略影響世界文明的中國古代科技成就，探索古人的發明創造與生活智慧。
文物中的化學 內容簡介
本書從燒制陶瓷、冶煉金屬、釀酒、造紙等人類的實踐活動入手, 分五章介紹了化學在古代生產生活中的應用與記載, 展示了與之相關的部分文物, 探討這些文物所包含的化學知識。具體內容包括: 硅酸鹽化學 ; 金屬化學 ; 釀造化學 ; 日用化學 ; 藥物化學。
文物中的化學 目錄
**章 硅酸鹽化學
第二章 金屬化學
第三章 釀造化學
第四章 日用化學
第五章 藥物化學
后 記
出版后記
展開全部
文物中的化學 節選
五、中國古代煉鋼工藝的明證 1930年在山東滕縣（現滕州市）宏道院出土了一塊漢代的描繪冶煉的畫像石（見圖2-10）。從畫面上可以看到人們運用皮囊鼓風的炒鋼爐或鍛造加熱爐進行煉鋼的過程。隨著冶鐵技術的進步，中國先民前后掌握了多種方法來煉鋼，炒鋼僅是其中的一種。 概括而言，中國古代煉鋼方法主要可分兩類：一類是以塊煉鐵為原料，采用滲碳技術使其成鋼；另一類是以生鐵為原料，采取脫碳技術使其成鋼。 *早出現的大量鋼制品，大多是塊煉滲碳鋼。春秋戰國時期塊煉滲碳鋼的獲取方法有兩種。一種是把塊煉鐵直接放在熾熱的木炭上加熱，表面滲碳，再經反復鍛打，就制得了滲碳鋼。河北易縣燕下都第44號墓曾出土鋼劍、鋼戟、鋼矛等，經冶金史家鑒定，它們就是滲碳鋼產品。從金相檢驗中可以看到，碳是從表面向內滲進去的，所以呈現表層碳多、內層碳少的現象。鍛打后鋼片延伸為長條，工匠們又把它折疊起來繼續鍛打，并把若干片鍛接起來而成長劍，因此劍的橫截面就顯現出含碳量高低不同的分層現象。有含碳量在0.5%~0.6%的高碳層，也有含碳量為0.15%~0.20%的低碳層，它們多層相間，各層有厚有薄，分界有時十分明顯，有時有較厚的過渡層。其中所含的夾雜物分布不均，大塊的夾雜物形狀不規則，這是因為原料鐵的基體沒有經過溶化成液態的階段，即是塊煉鐵。而大塊夾雜物是條狀的氧化亞鐵（FeO）-鐵橄欖石型硅酸鐵（2FeO·SiO2）的共晶組織，表明在冶煉或鍛煉中溫度一度達到或略超過生成共晶組織所需的1175℃。易縣燕下都出土的戰國時期的鋼制品文物為我們了解當時的煉鋼方法提供了很好的幫助。 生產塊煉滲碳鋼的另一種方法是將塊煉鐵與配入的滲碳劑和催化劑（例如干木材、植物莖葉等含碳物質都可做滲碳劑）放在一起，密封加熱，使之滲碳成鋼。這種方法制得的鋼又稱為“燜鋼”。有人推測，《吳越春秋》所記載的干將莫邪在冶煉中斷發剪爪投入爐中所煉的鋼，可能就是“燜鋼”。 1968年在河北滿城西漢中山靖王劉勝及其妻竇綰兩座大型漢墓中，出土了大量的文物，其中有許多水平相當高的鐵器。從種類上看，包括兵器、農具、工具和生活用具；從材質上看，包括生鐵、塊煉鐵和各種不同含碳量的鋼；從工藝上看，包括鑄、鍛、柔化、滲碳、淬火等技術，尤其是出現了經過反復鍛打塊煉鋼改進鋼質的新工藝，它使其組織比戰國時期一般的塊煉鋼均勻，含碳不均勻的分層現象明顯減少，鋼的質量達到了較高的水平。墓中出土的劉勝佩劍（見圖2-11）、錯金書刀都是高質量的滲碳鋼制品。通過檢測研究，有人認為它們在制作中，由于反復加熱鍛打，減少了含碳不均勻的分層現象。夾雜物減少了，鋼的組織更加細密，成分均勻，這是滲碳鋼技術提高的結果。也有人認為，這是燜鋼的精品。但有一點可以肯定，后來在河南、湖北、江蘇等地，燜爐煉鋼的技術長期在民間流傳，工匠們熟練地應用燜鋼技術擴大了產品的種類。明代宋應星在《天工開物·錘鍛》中繪制了密封滲碳煉制鋼針圖（見圖2-12），很形象地說明了這種燜爐滲碳煉鋼的方法。 塊煉鐵雖然冶煉容易，但質量差，產量低，而且需毀爐取鐵后再進一步鍛制成器和鋼材，既費時又費力，顯然難以適應日益增長的社會需求。這就促使人們去探索利用產量大、來源豐富的鑄鐵為原料來煉鋼。為此從戰國后期開始，工匠們又發明和掌握了多種鑄鐵脫碳鋼的生產方法。 在將生鐵柔化處理加工成展性鑄鐵的實踐中，工匠們發現將那些比較薄的鑄鐵板，在加熱脫碳退火中，只要溫度、時間控制得當，在固態狀況下進行比較充分而適當的氧化脫碳，既能使白口組織消失，又能做到基本不析出或只析出少量的石墨，就能得到性能不同于韌性鑄鐵的“鑄鐵脫碳鋼”。1977年在河南登封告城戰國遺址中出土的一批鐵器文物，經檢驗是目前所知的我國*早的鑄鐵脫碳鋼制品。到了西漢，這種鑄鐵脫碳鋼的技藝得到進一步推廣。北京市大葆臺西漢墓中就出土了由鑄鐵脫碳鋼制成的環首刀、箭鏃、扒釘等。1976年在河南澠池縣漢魏窖藏發現的大批鐵器中有寬窄不一的長方形或方形鐵板范5種152件，以及用它鑄成的方鐵板和有銘鐵板—當是準備用來制作鑄鐵脫碳鋼的，厚度為3~6毫米—鑄得如此薄，顯然是為了使退火處理進行得更徹底。同時還出土了許多鑄鐵脫碳鋼的制品，包括斧、鐮等工具和兵器。從外形看它們似乎是鑄件，但從化學成分和金相組織看，則基本是鋼。在高倍顯微鏡下，可在其晶柱間界發現少量微細的石墨析出，與鑄鐵中的石墨截然不同，顯然是在白口鐵脫碳過程中生成的。 鄭州博物館曾在東史馬發掘到6件東漢時的鋼剪（見圖2-13）。金相檢驗觀察到剪刀的整個斷面都是含碳量1%的碳鋼，組織均勻，碳素體成勻稱的球狀，幾乎看不到夾雜物，只能在斷面較厚的部位上見到微小的石墨，這都表明它們是先用白口鐵鑄造出成形的鐵條，再經脫碳退火成鋼材后，磨礪刃部，而后加熱彎曲成交股式的“8”字形。這些文物充分說明東漢時鑄鐵脫碳鋼的工藝已趨成熟。這一工藝在六朝以前曾被廣泛采用，但是由于不易控制器件的含碳量，特別是難以加工器形較大或較厚的器件，在應用中有一定的局限性。不過，目前已發現的鑄鐵脫碳鋼器件都比較薄，一般不超過1厘米。 滕縣宏道院那塊描繪冶煉的畫像石所展示的炒鋼爐，考古工作者在河南鞏縣鐵生溝漢代冶鐵遺址中發現了一座，在河南南陽市瓦房莊漢代鑄鐵遺址中也發現了幾座。可見由于炒鋼工藝操作較簡便，生產效率高，原料易得而在漢代得到推廣。 炒鋼工藝是先將鑄鐵錘成碎塊，和木炭一起放在炒爐內，點火加熱，并從上往下鼓風，把鑄鐵加熱到半熔融狀態，通過不斷攪拌（即炒），增加鐵和空氣的接觸面，可使鑄鐵中的碳逐漸氧化，隨著溫度升高，硅、錳、磷等雜質氧化后，和氧化鐵生成硅酸鹽和磷酸鹽夾雜物。隨著碳分降低，鐵熔點增高，鑄鐵凝聚成疏松的團塊，再經鍛打，排擠出夾雜物，便成鋼料。由于古代的知識和技術條件所限，工匠們在炒鋼過程中主要憑經驗來控制其氧化脫碳的程度，即控制鐵中含碳量來獲得鋼料，而這一技術一般比較困難，在多數情況下，工匠們都是先將鑄鐵干脆炒成熟鐵，再用滲碳法來煉制成鋼。 炒鐵、炒鋼工藝的應用能提供更多更好的熟鐵和鋼料，因而促進了鐵兵器取代青銅兵器，同時使優質的鋼鐵工具、農具得到進一步推廣。炒鐵技術的發明打破了原先生鐵不能轉化為熟鐵的界限，連接了原先各行其是的兩個工藝系統，這對于社會從早期鐵器時代向完全鐵器時代的轉變具有關鍵的意義。從化學角度來看，人們初步了解了生鐵、熟鐵及鋼之間的變化和聯系。 炒鐵、炒鋼工藝一直沿用到近代，其間，在明代人們將煉鐵爐與炒鋼爐串聯起來，使鐵水直接炒煉成鋼或熟鐵，免去了生鐵再熔化的過程，降低了能耗，提高了生產率。宋應星的《天工開物·五金》對此繪有一幅完整的炒鋼圖（見圖2-14）。 1974年在山東蒼山縣東漢墓中出土了一把環首鋼刀，全長111.5厘米，刀身寬3厘米，刀身上有錯金火焰紋和銘文“永初六年（112年）五月丙午造卅湅大刀吉羊（祥）宜子孫”。經檢驗，其刃部含碳量為0.6%~0.7%，夾雜物呈細長形，細薄分散，變形大，分布均勻，以硅酸鹽為主，有明顯的分層現象。據此可以判斷它是用炒鐵（熟鐵）為原料經反復疊打而成的。 1978年在徐州曹山漢墓出土一把鋼劍（見圖2-15），通長109厘米，劍身長88.5厘米，劍把正面有錯金銘文“建初二年（77年）蜀郡西工官王愔造五十湅□□□孫劍□”，內側陰刻銘文“直（值）千五百”。 以上鋼刀和鋼劍銘文上的“卅湅”“五十湅”應是有明確含義。所謂“卅湅”，大概是指經過三十次左右的反復鍛煉，每加熱鍛打或折疊鍛打一次稱“一火”或“一煉”。那么這兩把鋼劍都是古代百煉鋼的產品。 在西漢前期，工匠們在紅熱的炭火上通過鍛打對塊煉鐵進行加工，使它成為滲碳鋼。這可能是百煉鋼的源起和初始狀態。反復加熱鍛打的次數增多，鋼件就變得更加堅韌，于是加熱鍛打成為加工某些鐵制品的正式工序。炒鐵工藝的出現，為熟鐵的來源提供了更好的途徑，工匠們一方面改用炒鐵為原料，另一方面不斷增加鍛打的次數，從而促使百煉鋼的技術發展到成熟階段。在三國時期工匠們普遍采用百煉鋼工藝來生產刀劍。曹操曾令工匠為他制作“百辟利器”，據說花了三年才造成五把寶刀。近代冶金史家幾乎普遍認為：在古代的鋼鐵材料中，百煉鋼可以說是質量*好的產品。1961年從日本奈良櫟本東大寺山出土的鋼刀刀身細長而平直，稍稍內曲，全長103厘米，背厚1厘米，青銅環首，背部有金錯銘文，筆法工整，刀身雖銹，卻形跡可辨。銘文清楚表明，這是東漢中平年間（184—189年）的百煉鋼產品，應是從中國傳去的。 在炒鐵、炒鋼的實踐中，工匠們至遲在南北朝又掌握了一種煉鋼的新工藝——灌鋼。生鐵含碳高，熔點較低，質地硬而脆，熟鐵含碳量低，熔點較高，質地柔軟。這是工匠們在冶鐵實踐中已掌握的基本經驗。針對這一狀況，工匠們將熔融的生鐵與熟鐵（一般采用炒鐵）一起加熱，保溫合煉，使碳分由生鐵向熟鐵滲透、擴散，趨于均勻，成為含碳適中的鋼材，再經反復加熱鍛打，使其組織進一步純化、均勻，就能獲得優質的高碳或中碳鋼，這種鋼就是灌鋼。 北魏、北齊時期，有一位名叫綦母懷文的人，曾煉制過一種“宿鐵刀”，這“宿鐵”即灌鋼。《北史·藝術列傳》里說：“懷文造宿鐵刀，其法：燒生鐵精以重柔鋌，數宿則成剛（鋼）。以柔鐵為刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斬甲過三十扎也。”這里的柔鋌當是熟鐵，其意是生鐵在加熱下泄出精液，灌注到熟鐵中，經過幾宿交配就成鋼了。宿鐵由此而得名。在南朝也流行這種煉鋼法。陶弘景（約452—536年）在《本草經集注》中說：“鋼鐵，是雜煉生鐮作刀者。”可見在當時江南一帶已利用宿鐵來制造農具。 灌鋼法較之以前各種煉鋼法，操作簡便，勞動強度小，生產率高，火候、配料的掌握也較容易，所以很快被推廣開來。到了宋代它便成為全國普遍流行的一種煉鋼法。到了明代，這種灌鋼法所形成的生鐵→炒成熟鐵→灌鋼→錘鍛的工藝路線似乎成為*通行的煉鋼法。對此宋應星在《天工開物·五金》中做了較詳細的介紹。 后?? 記 考古學、文物的研究一般歸屬于歷史學的范疇，歷史學則是人文科學中的主要學科。因而在過去很長一段時間里，對文物的研究比較側重其出土、保藏或修復、斷代及其所具有的文史價值和意義。而對文物本身所包含的科學技術背景，即它們具有的科學技術方面的價值和意義，相對來說就重視不夠。這也和過去講歷史一樣，主要講階級斗爭史、經濟史、軍事史及哲學史、文學史等，而科學技術的發展往往被放置在很次要的地位，說得非常簡要，甚至有時一帶而過。 事實上，科學技術的發展，特別是一些具有劃時代意義的科技成果，對于人類社會的文明和進步有著重要的影響。特別是在完成**次產業革命后，科學技術作為生產力的一種要素，日益明顯地呈現出先導的特征。所以講歷史而忽視歷史上的科學技術，至少是很不全面的。當今，許多歷史學家已認識到這一點，他們加強了與科技工作者的聯系合作，共同探討歷史上的科學技術及科學技術在社會發展中的地位和作用，從而把歷史學的研究引向深入。文物則是他們之間聯系的一個媒介。 過去研究科技史，側重從古文獻入手，而對于考古的新發現和一些重要文物，科技史工作者所給予的關注還不夠，這一方面是由于自身學識、素質的局限，更多的是因為缺乏與考古、文物工作者之間的溝通。這種狀況勢必影響科技史研究的深度。中國具有悠久而燦爛的歷史，在科學技術領域有眾多的光輝成就。在浩如煙海的史籍中，雖有一些關于科技史的文獻，但是這些文獻絕大部分出自文人學士之手，他們脫離生產實踐，古代科學技術的實際情況，在他們的筆下，往往不是被忽略，就是被簡單化，而且時常有錯。因此依靠古文獻的搜集和研究，對于科技史的闡述時常有滯后或遺漏。因此對科技史準確、全面的敘述必須借助于考古學和文物的研究成果。 化學在自然科學中是一門研究物質的組成及其相互轉化規律的科學，是一門涉及一切物質的化學變化的基礎學科。化學研究的領域非常廣闊，因而文物與化學所涉及的面也是很廣的，內容是很豐富的。可以說，多數古代實用的器物，都可以從化學的角度去論長道短一番。然而由于多種原因，這一領域的研究起步較晚，考古與文物研究中，許多與化學相關的課題還缺乏深入的研究。加上本人的學識有限，這些課題的一些內容無法在本書中得以展現。本書的許多內容是吸取了我眾多同行在近幾十年的辛勤勞動的成果，所以當這本書奉獻給讀者時，我要申明兩點：一是書中涉及的研究成果是眾多同行，包括一些考古、文物專家的勞動的結晶；二是這領域的研究涉及的知識面廣，文中錯謬之處在所難免，敬希同行和廣大讀者給予批評指正。 文物都是有形象的實體，既然寫文物就應有圖片。否則，讀者會失望，書的質量也受影響。為此揀選了一些與文字密切相關的，具有代表性的幾十張文物圖片隨文刊印。這些圖片，多數是一些博物館的藏品或一些考古文物工作者的勞動結晶，在此向他們致以真摯的謝意，他們的工作成就恰是我們科學史研究的基礎之一。另外，在翻制圖片中，我的同事金秋鵬、戴念祖、王揚宗、李安平等給予了很大的幫助，在此一并致謝。
文物中的化學 作者簡介
周嘉華，1942年出生，浙江瑞安人。畢業于廣西大學化學系，中國科學院自然科學史研究所研究員，曾任中國科學技術史學會秘書長。長期從事中國化學、化工史、中國傳統工藝以及世界化學史研究。已出版的專著、合著有《化學思想史》《二十世紀科技簡史》《黃酒釀造》《世界化學史》《中國科學技術史·化學卷》《中國化學史》《中國傳統工藝全集·釀造卷》《中國傳統工藝全集·農畜礦產品加工》《中國傳統釀造·酒醋醬》《酒鑄史鉤》等四十余本。
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