中国科技史上的坐标

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  在中国浩如烟海的古代典籍中,有一部博大精深的笔记作品,被誉为“中国科技史上的坐标”,它就是宋朝科学家沈括的名著《梦溪笔谈》。全书26卷,共609条,其中有关自然科学知识有255条,超过了全书的三分之一,记载了大量的科技史实和作者自己的一些创见,所记述的许多科学成就均达到当时世界的最高水平,显示了中国古代高度发展的生产技术和科学水平。其中化学化工知识,散见于全书各卷,主要有以下几方面:
  
  一、金属化学
  
  《梦溪笔谈》关于金属制取加工的记述共11条,涉及我国古代冶金技术的几个重要方面,如胆水浸铜法的记载就是其中之一。铜是中国古代主要的金属原料,早在西汉时期就发现了铁能从胆水中置换铜的现象。这是湿法冶金技术的起源,是化学史上的一项重要发明。到了宋代,胆铜法已经普遍应用于铜的大规模生产。《梦溪笔谈》里写道:“烹胆矾则成铜;熬胆矾铁釜,久之亦化为铜。”这其实就是中学化学常常提到的置换反应:CuSO4+Fe=FeSO4+Cu。胆铜法是我国劳动人民对冶金化学的一大贡献,西方直到1670年才发现胆水可被置换出铜的事实。
  《梦溪笔谈》对中国古代两种重要的炼铁技术“灌钢”和“百炼钢”,作了全面的记载。沈括曾到磁州锻坊参观炼钢,了解“灌钢”工艺。这种工艺利用生铁含碳量高和熔点低的特点,使之在温度较低时先溶化,再将生铁液灌入熟铁中,和熟铁内的氧化渣发生氧化还原反应,较快地除去氧化渣,并向熟铁内渗碳,使含碳量达到适当的
  量而成钢。因为这种冶炼方法的主要特点是用生铁液灌注熟铁,所以称为“灌钢”。这是我国独有的一种半流态的快速炼钢法,早在南北朝时就发明了这种技术,北宋时已成为炼钢的一种重要方法,距今有1500年的历史。而将生铁与熟铁混炼成钢的技术在西方出现,只有200多年的时间。
  对于百炼钢的记载,《梦溪笔谈》提供了珍贵的史料:“取精铁锻之百余火,每锻称之,一锻一轻,至累锻而斤两不减,则纯钢也,虽百炼不轻矣。”把铁加热到一定温度下经反复锻打,就可把夹杂的氧化物挤出去,使铁的机械性能得到改善。为提高钢的质量,人们又增加了锻打的次数,由十次,三十次,五十次增至近百次从而得到所谓的“百炼钢”。成语“百炼成钢”即来源于此。百炼钢工艺一度失传,沈括的记载显得尤为重要。
  
  二、石油的开发应用
  
  沈括曾到陕北任延路经略使,详细考察了当地的石油资源。《梦溪笔谈》卷二十四写道:“鄜、延境内有石油,旧说‘高奴县出脂水’,即此也。”今人往往以为石油是西方首先开发使用,“石油”这个名词是舶来品,其实石油在我国使用很早,可以追溯到秦汉时代,当时称为“石漆”。到了唐朝应用更广,叫做“石脂水”,五代时应用于军事,又称做“猛火油”。世界上第一次出现了“石油”这一科学命名,即源于沈括的《梦溪笔谈》,并沿用至今。在他之后500年,德国的乔治拜耳才提出了petroleum(意为“石中之油”)一词。
  沈括总结了劳动人民利用石油的实践经验,在书中作了详细记
  载:石油产于水边沙石中,与泉水相杂,慢慢地渗出来,当地人用野鸡翎把石油沾起来,放在瓦罐里,很像纯漆,燃烧时产生大量黑烟。这些记载表明,中国人很早就开始利用石油,而且早在公元1080年,就懂得了用羽毛吸附石油的方法,而西方却是在1983年才发明了这项技术,用它来清除海难中泄漏的石油。
  沈括的可贵之处在于他并不满足于简单记述事实,还努力进行新的探索,他亲自动手实验,发明了用石油烟作墨,制得的墨“黑光如漆,松墨不及也”。他是第一个用石油炭黑代替过去一直沿用的松墨的人。他首创的用石油炭黑制作的墨,久负盛名,被誉为“延州石液”,开创了石油应用的新篇章,为后世石油作为化工原料,奠定了最初的实验基础。沈括还以科学家的敏感头脑准确预言:“此物后必大行于世。”现代工业中石油的大规模应用充分证明了他的远见。
  
  三、晶体化学
  
  沈括是最早对晶体的物理、化学性质进行科学探究的人,在《梦溪笔谈·药议》中,他记述了自己对解州所产的玄精石矿物晶体所作的研究,详细描述了玄精石晶体的外形、颜色、光泽、透明度、解理性及加热后的变化等。该晶体大的像杏叶,小的像鱼鳞,都是六角形的,很有规则,如同龟甲状。打碎后的小晶体也成六角形。对其用火加热,加热前“色绿而莹彻”,加热失水后则“白如霜雪”。
  玄精石是石膏的一种矿物晶体,主要成分是硫酸钙。敲打之后,硫酸钙晶体会沿着它的纹理有规律地裂开,这就是现代科学术语所说的晶体的解理性,即晶体沿着一定方向的面裂开的性质。沈括观察到硫酸钙晶体碎裂之后的“最小单元”,都具有相同的晶形,这是世界上对晶体的解理性的最早认识,法国科学家阿羽依,在研究各种外形的方解石打碎之后的碎块特征时,才发现晶体的解理性,距沈括已有700年之久。
  书中还记载,有一种物质,“六棱,清莹如水晶”,人们把它当作玄精石,但沈括经实验发现,这种晶体容易潮解,与真正的玄精石不同。通过分析,沈括初步阐述了矿物晶体的比较鉴别,提出利用晶体的形状、颜色、解理性、加热失去结晶水的变化和潮解的性质来鉴别
  是否真正的玄精石晶体,为古代矿物晶体的鉴别提供了一种科学方法。这种方法直到今天仍然有其实用价值。
  
  四、炼丹术
  
  炼丹术是化学的起源,也是中国古代化学的重要组成部分。《梦溪笔谈》对此也作了记载。古人用朱砂炼丹,误以为是仙药,但沈括并没有被长生不老的迷信思想所迷惑,只是从客观角度记述了炼丹术的情况。同时,沈括以科学的态度,记载了表兄李善胜的徒弟服用丹砂后,不但没有成仙,反而“一夕而毙”的事实。沈括在这里不仅有记述,还作了深入思考,根据丹砂本是药物,却能杀人,提出了“以变化相对言之,既能变而为大毒,岂不能变而为大善?既能变而伤人,是宜有能生人之理”的观点,体现了他关于物质变化规律的朴素辩证法思想。
  
  五、其他方面
  
  《梦溪笔谈》还有很多关于化学的记载,如占有较多篇幅的制盐工艺。我国人民很早就懂得制盐和用盐调剂食物了,沈括曾担任三司使,主持盐务。他视察盐场,调查各地食盐生产情况,总结生产经验,并在《梦溪笔谈》里作了详细的描述。书中还记载了劳动人民在井盐开采过程中与大自然的斗争。如卷十三《权智》篇首描述了四川一带利用液体与气体对流,排除无用或有害气体,通入有用气体的方法,这也是现代化工工艺的常用手段。卷三《辨证一》记载了某地用井水煮胶,制得的胶体“搅浊水则清”,这实际上是净水剂的早期利用,是胶体性质的表现。卷二十《神奇》中关于陨石的描述,沈括还运用比重概念和比较金属色泽等方法,推测陨石的主要成分是铁,这是地球化学史上的一项重要发现,也体现了沈括大胆探求,不迷信所谓天降神石的唯物主义思想。
  上述关于化学的记载,充分体现了沈括注重科学的思想。他具有难得的自然科学素养,所记载的科技知识具有较高的科学性。科技史名家李约瑟给予《梦溪笔谈》极高的评价,称之为“中国科技史上的坐标”,是研究中国化学史和整个古代科学史的重要著作。
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