清朝化学

1清朝化学清代前期，我国的化学仍处于继承传统与学习西方的知识积累阶段，尚未形成一门独立的学科。与此同时，欧洲则处于近代化学的孕育与发轫时期，陆续发现了碳酸气、氢、氮、氧、氯等重要气体和锌、镍、磷、钨等重要元素，并相继建立了化学元素概念，科学的燃烧学说，化学基本定律和原子论。但这些新发现并没有及时传入我国。鸦片战争以后，随着英国医生合信著《博物新编》，徐寿和傅兰雅合译《化学鉴原》等出版，中国的化学才开始走上了近代化学的发展道路。第一节传统化学工艺的发展清代康熙、乾隆时期，与化学工艺有关的一些传统手工业技术，如冶金、纺织、陶瓷、造纸、制盐等，获得了进一步的发展，其中有些工艺技术不仅引起欧洲工商界的关注，而且受到一些化学家的重视，对欧洲化学的发展产生了一定的影响。中国的陶瓷业向来发达，清代时瓷器产品种类繁多，制作精美，工艺手段已完全成熟，盛极一时，并且还创造出许多新的工艺方法。如康熙青花，以多量高岭土配比作胎，釉料采用国产钴料，主要是产于云南的珠明料（钴土矿），其中“正料”含钴（氧化钴）量一般在5～6%①，在1320℃左右的还原气氛中烧成，翠蓝雅洁，清新明快，瓷质坚硬，已达到现代硬质瓷的技术标准。郎窑红，以氧化铜为着色剂，用1300℃以上的高温还原焰烧成，釉光强烈，红艳夺目，对准确控制烧窑内气氛和烧成温度有很严格的要求，烧制工艺难度相当大。康熙时的臧窑还有一项发明，就是将氧化锑加入釉料，使瓷器色谱增加了亮泽的锑黄色，适当调整釉中铁的成分还可得到橙至橙黄各色。此外，康熙五彩，雍正粉彩等釉上彩瓷也都取得了突出的成就，如“粉彩”就是在含铅的彩料中，掺入一种含砷的玻璃料（玻璃白），利用其乳浊作用，产生乳白色的效果。中国精美的瓷器早在唐宋时期就已传入欧洲，为王公贵胄所珍爱。虽然在很长时间内，欧洲人努力研究和仿制中国瓷器，但一直未真正掌握烧制瓷器的方法，如法国在18世纪初还只能制造含有大量玻璃质且强度很低的软质瓷器。康熙时法国传教士殷弘绪（P.d＇Entrecolles）曾在景德镇居住达七年之久。他在两封长篇通信中，将瓷器的选料配方以及釉彩烧制方法等工艺奥秘传至欧洲，并送去了高岭土和瓷石等样品。直到18世纪下半叶，西方的制瓷业才获得了迅速的发展。中国在金属冶炼方面的创造发明，在18、19世纪间对于西方的近代化学工艺也曾起过一定的推动作用。如我国早已有之的镍白铜，是冶金技术上的一项杰出贡献。清代康、雍、乾三朝，云南镍白铜的生产有了相当大的发展，并且引起了西方人士的注意。法国耶稣会士杜赫德（J.B.duHalde）在1735年提到：“最特出的铜是白铜”，“它的色泽和银色没有差别”，“只有中国产有，亦只见于云南一省”①。1775年和1776年，英国和瑞典分别对得自东印度公司的中国镍白铜样品进行了化验和研究，但直至1823年才由英、德两国仿制成功②。又如我国应用金属锌的历史是很早的，明代宋应星《天工开物》所载升炼倭铅法，则是金属锌冶炼技术的最早记录。英国于1738年在欧洲率先开始锌的生产。据劳弗《中国伊朗编》所说，相传其提炼锌的方法来自中国，是一位英国学者特意到中国考察后才带回去的。当时，中国的锌锭仍然流行于欧洲，如1745年有一批金属块由广州运往瑞典，货船在哥德堡附近沉没，后来有一部分金属块被打捞上来，经化验证实是纯度为98.99%的锌。清代前期的造纸术进入了总结和提高阶段，不仅很好地继承和发展了明代的造纸工艺，在仿制失传古纸方面的成就也很突出，并出现了一些新品种①周仁等：《景德镇瓷器的研究》，载《中国古陶瓷研究论文集》，轻工业出版社1983年版。①转引自张子高：《中国化学史稿》第114页，科学出版社1964年版。②《中国化学史稿》第115页。的纸。虽然中国造纸术早已通过阿拉伯传入欧洲，但直到18世纪，西方国家仍然在继续研究中国的造纸方法。如1754年有两位北京青年到法国高等学校学习自然科学。返国前，法国经济学家杜尔果（Turgot，1727—1781）请他们帮助了解中国造纸技术的一些细节，希2望“把几札准备抽剥纤维的藤类和压榨机一并寄来”，他还提出“据说中国人用米浆来粘纸张..我们想知道如何制造这种纸浆”，“如何把这样大幅（指12×8尺）的纸页掀起来而不致于破裂”，“请寄一百或二百张最好的纸张前来，纸幅广六尺，宽四尺。如果这种纸张适合雕刻家印板之用，我们有意试制”①等等，说明当时法国学者还没有完全掌握造纸和加工纸的技术，并试图通过各种途径了解中国传统造纸工艺的奥秘。①转引自潘吉星：《中国造纸技术史稿》，文物出版社1979年版。第二节药物化学中国古代炼丹术作为原始形式的化学，创始于战国和秦汉时期，在东汉和魏晋南北朝有了很大的发展，唐宋时期形成了高潮，南宋以后逐渐消沉，到了清代则已趋于衰亡。金丹家通过炼丹实践所炼制的丹药，虽然不能点化金银和使人长生不老，但在一定程度上促进了药物学的进展。在清代，炼丹术这方面的成就得到了继承和发展。如康熙年间师成子著《灵药秘方》（1718年），收录丹药方剂约30个，并列出灵药10例。这是一部颇受医家重视的丹药专著，其中有些方剂对治疗外科疮疡有显效，至今仍在临床使用。清代关于制取乌头碱的记载，是有关药物化学的宝贵资料。赵学敏《本草纲目拾遗》曾转引《白猿经》（约为17世纪作品，已失传）所载“射■膏”即乌头碱的制法，其大致手续是，取新鲜草乌头一、二斗，洗净，剥去黑皮，捣碎，榨出乌头汁。然后静置令渣滓沉淀，澄取清液置碗中自然蒸发；至碗口出现“黑沙点子，面如结冰，有五色云象”，再放炉内低温烘干，直到下层为稠膏，上层为白如砂糖的结晶。这就是毒性极为强烈的乌头生物碱结晶。含有乌头碱的稠膏即射■膏，毒性亦极强，“此物上箭最快，到身，走数步即死”①。我国古代很早就把“射■”作为军事上和狩猎上常用的箭毒，但其制法多述而不详，赵学敏的引文则是关于制取乌头生物碱的完整记载。在欧洲，德国化学家泽迪内尔（F.Sertüner）于1817年制得吗啡碱，被认为是世界上最早发现的生物碱，而提取乌头碱则到19世纪中叶才实现，要比《白猿经》所载晚了二百多年。乌头是一种多年生草本植物，全国各地都有。据考证，古代所说的“堇”，指的就是乌头，“饮鸩止渴”的“鸩”，即乌头酒②。①赵学敏：《本草纲目拾遗·正误》，人民卫生出版社1963年版。②朱晟：《我国古代在无机酸、碱和有机酸、生物碱方面的一些成就》，见赵匡华主编《中国古代化学史研究》，北京大学出版社1985年版。第三节西方化学知识的引进与应用明末和清代前期来华的耶稣会士也曾介绍一些西方的化学知识，但其数量与天文、数学、火器、技艺等是无法相比的，并且基本上属于西方古典化学的范畴。其中有关物质理论的内容，如古希腊亚里士多德的四元素（土、水、气、火）学说，在西方影响很大，而在中国则几乎没有产生什么影响。在这些化学知识中，对于中国学者来说，无机酸及其性质是一种既有理论价值又有实际意义的新鲜知识，中国古代炼丹家本来有机会发现盐酸、硫酸、硝酸等重要无机酸，但由于种种原因而失之交臂。明末徐光启曾手录《造强水法》，据现有资料，这是关于制造硝酸的最早记载，其中还提到强水（硝酸）可溶解金属，但不能溶解黄金，如加入盐（生成王水），则可溶解黄金等性质。由于徐氏手稿并未公开发表，知之者甚少，因而也不会有多大影响。此外，方中通《物理小识》以及汤若望等根据德国学者阿格里科拉（G.Agricola，1494—1555）的名著《矿冶全书》译述的《坤舆格致》，都介绍了一些无机酸的性质与制法，但由于当时明朝已近覆亡，兵荒马乱之际，这些科学知识也难以引起人们的重视。这种情形是不足为怪的，遗憾的是在此后经过了漫长的一百多年才又出现了关于无机酸的记载。如赵学敏《本草纲目拾遗》载：“强水，西洋人所造，性最猛烈，能蚀五金。王怡堂先生云，其水至强，五金八石皆能穿漏，惟玻璃可盛。西人造强水之法，药止七味，入罐中熬炼，如今之取露法，旁合以玻璃瓶而封其隙。下以文武火叠次交炼，见有黑气入玻璃管中，水亦随气滴入。黑气尽，药乃成矣。此水性最猛烈，不可服食。西洋凡画洋画，必须3镂版于铜上者，先以笔画铜，或山水人物，以此水渍其间一昼夜，其渍处铜自烂，胜于雕刻，高低隐显无不各肖其妙。铜上有不欲烂处先用黄蜡护之，然后再渍。俟一周时，看铜有烂痕，则以水洗去强水，拭净蜡迹，其铜版上画已成，绝胜雕镂，且易而速云。”①赵学敏在这里介绍了硝酸（即强水）的性能和制造方法（蒸馏时出现的黑气应为二氧化氮），以及硝酸在锓制铜版画方面的实际应用，但对于制取硝酸所用的原料则语焉不详。18世纪中叶，乾隆曾命宫廷画师意大利人郎世宁（G.Castig-lione，1688—1766）等人绘制《武功图》16幅送往欧洲锓制铜版，亦曾命人将圆明园西洋建筑测绘成图，在国内锓制铜版印刷，说明当时我国已经掌握了制取硝酸并应用于铜版印刷的技术①。此外，赵学敏还介绍了在外科临床上用硝酸治疗痈疽的方法。赵学敏《本草纲目拾遗》中关于氨水的记载也是涉及西方化学药物的一条重要资料。该书将氨水称为“鼻冲水”，明确指出：“鼻冲水，出西洋，舶上带来，不知其制。或云树脂，或云草汁合地溲，露晒而成者。番舶贮以玻璃瓶，紧塞其口，勿使泄气，则药力不减。气甚辛烈，触人脑，非有病不可嗅。岛夷遇头风伤寒等症，不服药，唯以此水瓶口对鼻吸其气，即全身麻颤出汗而愈，虚弱者忌之。宜外用，勿服。治外感风寒等症，嗅之大能发汗。”②“鼻冲水”这一名词现已不用，但从其来源、贮藏方式、气味、性能等方面来判断，可确认为现在人们所熟知的氨水，而其药用范围和施用方法则古今已有很大不同。①赵学敏：《本草纲目拾遗》卷一，人民卫生出版社1963年版。①潘吉星：《我国明清时期关于无机酸的记载》，见赵匡华主编《中国古代化学史研究》。②赵学敏：《本草纲目拾遗》卷一，人民卫生出版社1963年版。第四节化学实验康熙二十九年（1690）初，康熙帝因身体一度欠佳而想了解一些西洋医药知识，于是命法国耶稣会士白晋、张诚进讲西方医药学，翻译西方医药书籍，并在宫内设立化学实验室，用西法制药。在这个化学实验室内摆放着各式炉灶及银制的制药工具和器皿，不久便制成多种丸散膏丹。康熙帝曾多次亲临观看操作过程，并留下试制成的药剂备用③。但关于这个中国最早的新式化学实验室究竟置备有哪些设备和化学药品，做过什么化学实验以及取得了什么化学成就，至今还缺少深入的研究。此外，康熙帝勤于思考，乐于试验的事例还有很多。如他曾创用熬水征验之法，“朕每遇温泉，即以银碗盛水，隔汤用文火收炼。俟碗水干，观水脚所积，或为礜石，或为硷卤，或为硫黄等，皆判然分晓。且视所积之轻重，而水性之清浊，及浴人之损益，皆可知矣。较之昔人悬虚拟议，辨之于色香味，而究无捉摸者，不实有可据而足凭乎？”①这种熬水法，虽然还比较粗糙，但简便易行，有科学根据，在判断温泉水质和疗效等方面比前人有所进步，从中也体现了康熙所具有的可贵的实验精神。道光、咸丰年间的丁守存（1812—1886）是一位十分重视并且不怕危险亲自进行化学实验的杰出科学家。道光二十二年（1845），他曾“以洋镪水点药，误伤自目，月余平复”②。他在《自来火铳造法》一文中，着重阐述了雷管及雷银的制法及其亲自进行实验的过程。他的方法是将硝石、白矾（或明矾）和青粉（即青矾）分别提纯，放在玻璃器皿中蒸馏而得到稀硝酸，再将稀硝酸处理后得到较纯的浓硝酸，然后使浓硝酸和纯酒精（乙醇）、纯银相作用，制得雷酸银结晶，并把雷银用作雷管起爆药。从自制硝酸到制得雷银，这是我国早期近代化学史一项难度很大的精密化学操作③。这一实验发生在鸦片战争之后和系统的近代化学知识传入中国之前，因而就更加难能可贵了。③潘吉星：《康熙帝与西洋科学》，《自然科学史研究》1984年第2期。①《康熙几暇格物编·熬水》。②丁守存：《编年自记》。③潘吉星：《我国明清时期关于无机酸的记载》，见赵匡华主编《中国古代化学史研究》。4