化学发展历史简介

化学发展历史简介
自从有了人类，化学便与人类结下了不解之缘。

钻木取火，用火烧煮食物，烧制陶器，冶炼青铜器和铁器，都是化学技术的应用。

正是这些应用，极大地促进了当时社会生产力的发展，成为人类进步的标志。

今天，化学作为一门基础学科，在科学技术和社会生活的方方面面正起着越来越大的作用。

从古至今，伴随着人类社会的进步，化学历史的发展经历了哪些时期呢？
一、火的认识和利用——人类第一个化学发现——人类文明的起点
在几百万年以前，人类过着极其简单的原始生活，靠狩猎为生，吃的是生肉和野果。

火山爆发、雷电袭击、陨石落地、长期干旱都可能产生火。

人类的祖先在漫长的岁月中逐渐接触火并认识到：火可以带来光明、取暖御寒、烧烤食物、驱走野兽。

于是从野火中引来火种，并努力维持火种，使它为人类服务。

在中国元谋猿人遗址，发现了大量的炭屑和被火烧过的动物骨骼，距今可能有170多万年。

这是已知的人类最早的用火遗迹一。

在旧石器时期，用火已很普遍。

在中国周口店50万年前的猿人洞穴中，发现了很厚的灰层，灰层中有木炭、烧过的兽骨、熏黑的石块，这足以说明，它不是野火的迹象，而是北京猿人有意用火的遗迹。

有了火，原始人从此告别了茹毛饮血的生活。

吃了熟食后人类增进了健康，智力也有所发展，提高了生存能力。

所以说，人类认识了火，支配了火，就为实现一系列化学变化提供了条件。

古代化学技术可以说是以学会用火为中心的，它是人类第一次开发除自身的体力即生物能以外的一种强大的自然能源而获得了改造自然的有利手段。

在原子能出现之前，含碳物质的燃烧一直是人们获取能量的基本途径，是人为地使各种天然物质发生化学变化，制备新材料等以满足人类生活需要的有效办法。

因此也可以说人类学会用火标志着化学史的发端。

后来，人们又学会了摩擦生火和钻木取火，钻木取火等取火方法的发明是人类历史上一件划时代的大事。

自从发明了人工取火，人类就得到了用火的自由。

火使人类可以实现许多有用物质的变化。

在熊熊的烈火中，可使粘土、砂土、瓷土烧制成可用的陶瓷和玻璃，也可使矿石放在火中烧炼出有用的金属，通过火也可使天然能源煤、石油、天然气得以利用。

后来，化学家所用的重要方法如燃烧、煅烧、煮沸、蒸馏、升华、蒸发等，都是建筑在火的使用的基础上的。

火的发现和利用，成了物质发生化学变化的重要条件，火的发现和利用在化学发展史上占有重要的地位。

二、古代化学——从事物质的转化阶段
（一）远古的工艺化学时期。

这时人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺，主要是在实践经验的直接启发下经过多少万年摸索而来的，化学知识还没有形成。

这是化学的萌芽时期。

1．历史悠久的工艺——制陶
陶器是什么时候产生的，已很难考证。

对陶器的由来，说法不一，有人推测：人类最原始的生活用容器是用树枝编成的，为了使它耐火和致密无缝，往往在容器的内外抹上一层粘土。

这些容器在使用过程中，偶尔会被火烧着，其中的树枝都被烧掉了，但粘土不会着火，不但仍旧保留下来，而且变得更坚硬，比火烧前更好用。

这一偶然事件却给人们很大启发。

后来，人们干脆不再用树枝做骨架，开始有意识地将粘土捣碎，用水调和，揉捏到很软的程度，再塑造成各种形状，放在太阳光底下晒干，最后架在篝火上烧制成最初的陶器。

大约距今1万年以前，中国开始出现烧制陶器的窑，成为最早生产陶器的国家。

陶器的发明，在制造技术上是一个重大的突破。

制陶过程改变了粘土的性质，使粘土的成分二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙(gài)、氧化镁(měi)等在烧制过程中发生了一系列的化学变化，使陶器具备了防水耐用的优良性质。

因此陶器不但有新的技术意义，而且有新的经济意义。

它使人们处理食物时增添了蒸煮的办法，陶制的纺轮、陶刀、陶挫等工具也在生产中发挥了重要的作用，同时陶制储存器可以使谷物和水便于存放。

因此，陶器很快成为人类生活和生产的必需品，特别是定居下来从事农业生产的人们更是离不开陶器。

资料一：古代的陶瓷与玻璃
陶器的制造是新石器时代开始的重要标志，它的出现有其历史的必然性。

在农业生产过程中人们对于粘土的粘性和可塑性有了一定的认识；再则由于长期用火经验的积累，对于火力的控制有了一定程度的把握，对于在火力影响下各种物质性能的变化也有了一定程度的认识。

两者的结合就为陶器的出现提供了必要的条件。

陶器的发明正是这两方面结的必然结果。

最古的生活器皿有木制的，也有用枝条编制的。

古人为了使所制作的器皿耐火和密致无缝，往往又在器皿外抹上一层湿粘土。

在使用时，有时这些器皿的木质部分烧掉了，粘土部分却变得很坚硬，仍可以使用。

人们便发现成型的粘土不需内衬木质，也可以烧制出器皿。

于是人们将粘土塑成各种需要的器形，晒干后烘烤，由此陶器便发明制造出来。

制陶技术大约发明于一万年以前的新石器时代早期。

距今五六千年前，在黄河流域出现了著名的仰韶文化，仰韶文化又被称为彩陶文化。

当时的制陶技术是露天烧制，陶土中的铁元素被充分氧化成三价铁，成品多呈红色或红褐色。

正因如此，仰韶文化中以红陶居多。

新石器时代晚期的龙山文化，其制陶技术较之仰韶文化有了明显的进步，在龙山文化中已广泛地采用转动陶轮的方法制造陶坯。

陶器质地致密，品种增多，既有一般的红陶、灰陶，又有制作精美的黑陶，还出现了少量的白陶。

灰陶是由于陶窑的改革，采用封闭窑顶的烧制工艺，窑内氧气不足，陶器就在还原焰中焙烧，陶质中的铁大部分便转化为二价铁，使陶器呈现出灰色或灰黑色。

黑陶是在陶坯成形后在半干状态，用细石打磨出光泽，在快烧成时用泥将窑封住，并从窑顶上徐徐加水，使它渗人火膛，产生乌黑的浓烟，使陶器上渗碳，这样制作的成品黝黑发亮。

白陶的原料是高岭土，它的铁含量低，烧成以后呈白色，洁白而美观。

人们对制陶原料高岭土的使用和认识，为后来瓷器的出现打下了基础。

商代在陶器制作中出现的一个重要成就就是发明了施釉技术，创制出敷釉的陶器。

在陶器的外表涂一层釉，不仅表面光滑美观，主要是不渗透，而且还便于洗涤和使用。

特别是储藏像酒类那样的液态饮料，不会因渗透而遭损失。

釉料最早为石灰、草木灰，它们含有较多氧化钙、氧化钾之类的碱性氧化物，在1200℃高温烧制中，这层陶衣完全熔融，并与坯体发生相互作用，便形成光滑明亮的玻璃层附在坯体上。

瓷器和陶器不同，它至少要具备下述三个条件：①瓷器只能以瓷土（即高岭土）作胎；②胎的表面必须施有玻璃质釉；③瓷器烧成温度至少要在1200℃左右。

焙烧后的胎体要达到烧结，器皿质地坚硬，敲之要能发出金石声。

瓷器的性能比陶器优越得多，成品的吸水率很低，外观很好。

我国东汉末期已经发明了瓷器。

这一时期多为青瓷，胎质细腻且坚硬致密，通体施有颜色浓绿的青釉，青釉即石灰釉，它是我国传统的瓷釉，沿用了几千年形成我国瓷釉的独特风格。

我国白釉瓷器萌芽于南北朝，到了隋朝则发展到成熟阶段。

至唐朝，白瓷已经发展成为青白两大瓷系的主流之一。

白瓷胎含氧化钙较多，烧成温度已经达到了1 200℃，瓷的白度也达到了70%以上，接近现代高级细瓷的标准。

宋朝时，在以氧化铅作为助熔剂的釉中含有各种呈色元素如铁、铜，并且开始控制火焰的性质。

瓷釉在氧化焰还是在还原焰中烧结，生成的金属化合物的价态不同，颜色也是不一样的。

在瓷窑烧制环境变化中烧制出红色釉、蓝色釉及其衍生的紫色瓷器，五光十色，光彩夺目，打破了以往青、白瓷的单纯色调。

元朝出现了红色的‚釉里红‛。

另外在釉药中加金属钻的化合物，量少则是淡青，量多呈深蓝。

在这以前的青瓷，不是真正青蓝，从知道用钻以后才是真正深蓝色。

明代精制白釉烧制成功。

这种细腻莹彻的白釉，由于所含氧化铝和二氧化硅的成分特别高，同时逐步采用了石灰碱釉，并适量地增加氧化钾的含量，所以釉色透亮明快，纯白如牛乳色。

白釉质量的提高，为单色釉和彩釉的发展提供了优越的条件。

明代烧瓷技术的另一成就是彩瓷的出现。

、彩瓷一般分为釉上彩和釉下彩两大类，在胎坯上先画好花纹图案再上釉，后人窑烧炼的彩瓷叫做釉下彩。

在上釉后人窑烧成的瓷器上再加以彩绘，又经炉火燃烧而成的彩釉，叫釉上彩。

清代的瓷器，是在明代取得卓越成就的基础上进一步发展起来的，因此烧制瓷器的技术达到了辉煌的境界，出现了五彩、粉彩和珐琅彩等高级的彩釉技术。

瓷器是一种工艺化学产品，在世界上以我国的发明最早。

远在唐代，我国的瓷器和茶叶、丝绸就大量地经过海上和‚丝绸之路‛远销国外。

此后历代都有瓷器向国外销售。

公元11世纪，我国制
瓷技术传到了波斯，后来又传到了阿拉伯、土耳其和埃及。

1470年又传播到意大利的威尼斯，此后欧洲才开始生产瓷器。

中国虽然最早发明了陶瓷，可制造玻璃的技术却是有古老文明的埃及人发明的。

人们曾在埃及公元前千余年的墓葬中和干尸上发现了许多玻璃器皿。

古代的玻璃几乎全都带色，也不很透明。

在埃及的一些湖岸上，存在着天然碱（碳酸钠），在制陶的实践中，可能开始时人们无意识地将天然碱与砂石混合高温加热，结果发现它们熔融冷却后，得到一种美丽透明的东西，而且这种东西很有用。

由此启示诱导，埃及人就最早发明了制造玻璃的技术。

最初用玻璃制造珍贵的装饰品、酒杯、花瓶、香水瓶等，后来玻璃器皿逐渐成为日用品。

制造玻璃的技术也慢慢由埃及传到邻近西亚各国，在公元前又传至希腊、罗马。

罗马人对制造玻璃技术进行了改进，以玻璃熔炉代替了烧锅，提高了熔炼温度，使其熔化成清稀的液态，进而又发明了吹管技术，生产出美丽明亮的各种用具。

后来，他们还逐步掌握了向玻璃添加铁、铜、铅等金属的方法，制成了彩色玻璃。

玻璃制品的运用不仅丰富了人类的物质文化生活，还对欧洲炼金术、制药化学的发展起到了促进作用。

玻璃仪器及其器皿也是近代化学实验所必须的，是化学科学发展的有力工具。

2、冶金化学的兴起
在新石器时代后期，人类开始使用金属代替石器制造工具。

使用得最多的是红铜。

但这种天然资源毕竟有限，于是，产生了从矿石冶炼金属的冶金学。

最先冶炼的是铜矿，约公元前3800年，伊朗就开始将铜矿石(孔雀石)和木炭混合在一起加热，得到了金属铜。

纯铜的质地比较软，用它制造的工具和兵器的质量都不够好。

在此基础上改进后，便出现了青铜器。

到了公元前3000～前2500年，除了冶炼铜以外，又炼出了锡(xī)和铅(qiān)两种金属。

往纯铜中掺入锡，可使铜的熔点降低到800℃左右，这样一来，铸造起来就比较容易了。

铜和锡的合金称为青铜(有时也含有铅)，它的硬度高，适合制造生产工具。

青铜做的兵器，硬而锋利，青铜做的生产工具也远比红铜好，还出现了青铜铸造的铜币。

中国在铸造青铜器上有过很大的成就，如殷朝前期的“司母戊”鼎。

它是一种礼器，是世界上最大的出土青铜器。

又如战国时的编钟，称得上古代在音乐上的伟大创造。

因此，青铜器的出现，推动了当时农业、兵器、金融、艺术等方面的发展，把社会文明向前推进了一步。

世界上最早炼铁和使用铁的国家是中国、埃及和印度，中国在春秋时代晚期(公元前6世纪)已炼出可供浇铸的生铁。

最早的时候用木炭炼铁，木炭不完全燃烧产生的一氧化碳把铁矿石中的氧化铁还原为金属铁。

铁被广泛用于制造犁铧、铁鎛(一种锄草工具)、铁锛等农具以及铁鼎等器物，当然也用于制造兵器。

到了公元前8～前7世纪，欧洲等才相继进入了铁器时代。

由于铁比青铜更坚硬，炼铁的原料也远比铜矿丰富，在绝大部分地方，铁器代替了青铜器。

资料二：第四节古代的金属冶炼
（一》青铜
青铜是有意识地将铜与锡或铅配合而熔铸成的合金，它的熔点较纯铜（红铜）低。

纯铜的熔点为1 083℃；若加15%的锡，熔点降低到960℃；若加25%的锡，熔点为800℃。

就硬度来说，青铜较纯铜高。

用铅代替锡，也同样有降低熔点，提高硬度的作用。

熔化的青铜在冷凝时的体积略有胀大，所以填充性较好，气孔也少。

可见，青铜比纯铜还有较好的铸造性。

这都使青铜在应用上具有更广泛的适应性，所以青铜发展很快。

青铜生产工具的出现，在生产力的发展上起了划时代的作用。

在西南亚和埃及，大约在公元前3000年左右进入青铜时代，印度稍晚一点。

我国的青铜时代相当于历史上的夏、商、周和春秋。

商代晚期，青铜业进入了鼎盛时期。

最能反映这个时期青铜冶炼和铸造技术水平的，是1939年在河南安阳出土的司母戊鼎。

此鼎重达875kg,带耳高133cm,横长110cm,宽78cm，经化验，它是用含84.77%铜、11.64%锡、2.79%铅的青铜铸成的。

它是我国到目前为止发掘出的最大的青铜器，也是世界上最大的古青铜器，它造型瑰丽、浑厚，鼎外布满花纹。

司母戊鼎的铸造充分体现了我国古代劳动人民的高度智慧。

当时用于冶炼的主要矿石是孔雀石［Cu（OH）：〃CUC03］，炼铜的主要燃料是木炭，木炭不仅
是燃料，而且在冶炼中还充当还原剂。

当时冶炼主要是在熔锅或熔炉里进行，炼铜时，在里面放臵孔雀石和木炭，让木炭在里面燃烧，用吹管往里送风，产生高温，熔化矿石，同时产生一氧化碳使铜析出。

这种内熔法冶炼温度较高，说明冶铸的技术也达到相当高的水平。

这是我国古代冶铸的一个显著特点。

（二）水法炼铜
在我国古代的炼铜技术中，很早就认识了铜盐溶液能被铁臵换，从而发明了‚水法炼铜‛的新途径。

我国这一方法是水法冶金技术的起源，在世界化学史上是一项重大贡献。

我国早在西汉就发现曾青“2CUC03〃Cu(OH)2”中放人铁可以化为铜。

东汉时发现胆矾能化铁为铜。

胆矾的成分是含水硫酸铜（CUS04〃5H20）。

南北朝时则更进一步认识到不仅硫酸铜，而且只要可溶性的铜盐类就能与铁臵换出铜，从而扩大了以前的认识范围。

这种认识大约到唐末、五代就应用到生产中去了。

宋朝时更有发展，成为大量生产铜的重要方法之一。

这就是水法炼铜的‚胆铜法‛。

胆铜的生产过程包括两个方面：一是浸铜，二是收取沉积的铜。

《梦溪笔谈》、《宋会要》等书记载了胆铜生产方法。

（三）钢铁的冶炼
夭然的纯铁在自然界几乎不存在，铁矿石的熔点也较高，又不易还原，所以人类认识、利用铁较铜、锡、铅、金等要晚些。

人类最早发现和使用的铁，是天空中落下来的陨铁。

早期的冶铁技术，大多采用‚固体还原法‛。

这种方法是将铁矿石和木炭一层夹一层地放在炼炉中，点火焙烧，在650-1 000℃温度下，利用炭的不完全燃烧产生一氧化碳，使铁矿石中的氧化铁还原成铁。

但由于炭火温度不够高，致使被还原出的铁只能沉到炉底而不能保持熔化状态流出。

这种铁块杂质多，表面很粗糙，状若海绵，没有明显的金属特征，有的还不如青铜坚韧。

这是因为铁矿石在较低温度下从固体状态被木炭还旅，质地疏松，还夹杂有许多来自矿石中的各种氧化物。

例如氧化亚铁和硅酸盐。

人们经过实践摸索后终于发现，将炼的铁块反复加热，压延锤打，才能使它柔韧不脆，这种方法叫块炼铁。

块炼铁法的原理是在一定温度下若经过反复锻打，可将夹杂的氧化物挤出去，于是机械性能就改善孔人们还发现红热的锻铁猛淬人冷水会变成坚韧的好铁。

这种好铁的性能凌驾于青铜之上，当人们能广泛用这种铁制造工具时，青铜工具才逐潇被取代。

春秋末期和战国初期我国就掌握了块炼铁技术。

在反复锻打的块炼铁中，人们又总结出块炼渗碳成钢的经验。

钢、生铁、熟铁的主要成分都是铁，它们之间的区别主要在于含碳的不同。

通常把含碳在1 ．7%以上的铁称为生铁，在0.04%以下的叫做熟铁，而含碳量在1 ．7% -0.04%之间的便叫做钢。

在春秋战国时期开始出现了低温炼钢法，其过程是把块炼铁（是一种熟铁），放在炭炉中加热到摄氏900一1000℃以上，渗碳于铁的表面，取出锻打，杂质便成火星飞溅出去，而另一部分碳便渗到铁质中。

如此反复加热锻打，铁中含碳量便逐渐增加，杂质也被排除掉，最后终于成钢。

生铁的冶铸工艺，在原料、燃料上与块炼法基本一样，它们之间主要曲差别在冶炼温度的不同。

块炼法的炉温在1000℃左右，离纯铁的熔点相差很远，而生铁冶炼时，炉温达到1 100一1 200℃。

在冶炼中，被还原全成的固态铁会吸收碳，这种吸收随着温度升高速度加快。

另一方面吸收决后，熔点降低，当含碳量达到2%时铁熔点降至1 380℃；当碳含量达时4.3%时，熔点为最低，仅1 146 ℃。

在这种条件下，炉温就可使铁熔化，从而得到液态的生铁。

液态生铁就可以直接浇铸成器。

冶铸过程简单化了，就使铁器的生产有了大发展的可能。

西汉时，‚百炼钢‛的技术兴起，使钢的质量较前提高。

这种初级阶段的百炼钢，是在战国晚期块炼渗碳钢的基础上直接发展起来的。

二者所用原料和渗碳方法都相同，因而钢中都有较多的大块氧化铁和硅酸铁共晶夹杂物存在，不同的是增多了反复加热锻打的次数。

锻打在这里不仅起着加工成型的作用，同时也起着使夹杂物减少、细化和均匀化，以及晶粒细化的作用，从而显著地提高了钢的性能。

西汉中期以后，又出现炒钢。

这是因为块炼铁虽然能制造渗碳钢，但产量不大，效率也很低，不能适应当时封建社会生产发展的需要。

正是在这样的情况下，用生铁炒成钢的新工艺应运而生。

当时生铁的产量已相当大，用生铁作为制钢原料，是炼钢史上的一次飞跃，也是一次重大的技术革新。

炒钢，即将生铁炒到成为半液体半固体状态，并进行搅拌，利用铁矿粉或空气中的氧进行脱碳，借以达到需要的含碳量，再反复热锻打成钢制品。

利用这种新工艺炼钢，既省去了繁难的渗碳工序，又能使钢的组织更加均匀，消除了由块炼铁带来的严重影响性能的那种大共晶夹杂物，使钢的质量大大提高。

两晋南北朝，兴起了新的灌钢技术。

这种方法是先将生铁炒成熟铁，然后和生铁一起加热。

由于生铁的熔点低、易于熔化，待生铁熔化后，它便‚灌‛人熟铁中，使熟铁增碳而得到钢。

这时只要配好生熟铁用量的比例，就能比较准确地控制钢中含碳水平。

再经过反复锻打，就可以得到质地均匀的钢材。

这种方法比较容易掌握，工效提高极大，因此南北朝以后成为主要炼钢方法。

（二）炼丹术和医药化学时期。

从公元前1500年到公元1650年，炼丹术士和炼金术士们，在皇宫、在教堂、在自己的家里、在深山老林的烟熏火燎中，为求得长生不老的仙丹，为求得荣华富贵的黄金，开始了最早的化学实验。

记载、总结炼丹术的书籍，在中国、阿拉伯、埃及、希腊都有不少。

这一时期积累了许多物质间的化学变化，为化学的进一步发展准备了丰富的素材。

这是化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕。

后来，炼丹术、炼金术几经盛衰，使人们更多地看到了它荒唐的一面。

化学方法转而在医药和冶金方面得到了正当发挥。

在欧洲文艺复兴时期，出版了一些有关化学的书籍，第一次有了“化学”这个名词。

英语的chemistry起源于alchemy，即炼金术。

chemist至今还保留着两个相关的含义：化学家和药剂师。

这些可以说是化学脱胎于炼金术和制药业的文化遗迹了。

1、炼丹术与炼金术
当封建社会发展到一定的阶段，生产力有了较大提高的时候，统治阶级对物质享受的要求也越来越高，皇帝和贵族自然而然地产生了两种奢望：第一是希望掌握更多的财富，供他们享乐；第二，当他们有了巨大的财富以后，总希望永远享用下去。

于是，便有了长生不老的愿望。

例如，秦始皇统一中国以后，便迫不及待地寻求长生不老药，不但让徐福等人出海寻找，还召集了一大帮方士(炼丹家)日日夜夜为他炼制丹砂——长生不老药。

炼金家想要点石成金(即用人工方法制造金银)。

他们认为，可以通过某种手段把铜、铅、锡、铁等贱金属转变为金、银等贵金属。

像希腊的炼金家就把铜、铅、锡、铁熔化成一种合金，然后把它放入多硫化钙溶液中浸泡。

于是，在合金表面便形成了一层硫化锡，它的颜色酷似黄金(现在，金黄色的硫化锡被称为金粉，可用作古建筑等的金色涂料)。

这祥，炼金家主观地认为“黄金”已经炼成了。

实际上，这种仅从表面颜色而不从本质来判断物质变化的方法，是自欺欺人。

他们从未达到过“点石成金”的目的。

虔诚的炼丹家和炼金家的目的虽然没有达到，但是他们辛勤的劳动并没有完全白费。

他们长年累月置身在被毒气、烟尘笼罩的简陋的“化学实验室”中，应该说是第一批专心致志地探索化学科学奥秘的“化学家”。

他们为化学学科的建立积累了相当丰富的经验和失败的教训，甚至总结出一些化学反应的规律。

例如中国炼丹家葛洪从炼丹实践中提出：“丹砂(硫化汞)烧之成水银，积变(把硫和水银二者放在一起)又还成(变成)丹砂。

”这是一种化学变化规律的总结，即“物质之间可以用人工的方法互相转变”。

炼丹家和炼金家夜以继日地在做这些最原始的化学实验，必定需要大批实验器具，于是，他们发明了蒸馏器、熔化炉、加热锅、烧杯及过滤装置等。

他们还根据当时的需要，制造出很多化学药剂、有用的合金或治病的药，其中很多都是今天常用的酸、碱和盐。

为了把试验的方法和经过记录下来，他们还创造了许多技术名词，写下了许多著作。

正是这些理论、化学实验方法、化学仪器以及炼丹、炼金著作，开挖了化学这门科学的先河。

从这些史实可见，炼丹家和炼金家对化学的兴起和发展是有功绩的，后世之人决不能因为他们“追求长生不老和点石成金”而嘲弄他们，应该把他们敬为开拓化学科学的先驱。

因此，在英语中化学家(chemist)与炼金家(alchemist)两个名词极为相近，其真正的含义是“化学源于炼金术”。