第1章 化学与生活
化学强大的创造力为人类提供了丰富多彩的物质世界，化学对人类生活的重要性不言而喻。没有化学，世界难以想象。
1.1 化学及其发展
化学历史久远，可以说从人类学会使用火，就开始了*早的化学实践活动。人类的祖先钻木取火、烘烤食物、驱寒取暖、驱赶猛兽，充分利用了燃烧的发光发热现象，这在当时只是一种生活经验的积累。化学知识的形成、发展经历了漫长而曲折的道路。
1.1.1 化学一词的由来及定义
化学单从字面解释是“变化的科学”。汉语中化学一词*早出现于1856年英国传教士韦廉臣(1829—1890)编的《格物探原》一书，是英文chemistry一词的意译。英文chemistry来源于拉丁文alchemy，后者来源于阿拉伯语al-kimiya。
关于al-kimiya的来源有两种说法。一种说法认为其来源于古埃及语“黑色”(khem)或来源于希腊语“我浇铸”(cheo)。阿拉伯人继承了亚历山大炼金术士的说法，他们使用chemia(阿拉伯语al-kimiya)作为实现金属转变的物质或介质。炼金术又由阿拉伯传入中世纪的欧洲，演变为alche-my，再由这个词衍生出chime(法语“化学”)、chemie(德语“化学”)或chemistry(英语“化学”)。英文chemistry形象地体现了化学的本质“Chem is try”，即化学就是尝试、试验。直到16世纪，炼金术(alchemy)逐渐转变为近代化学(chemistry)。
印度学者马迪哈桑于1951年提出另一种说法，认为al-kimiya的词源是由中国金丹术衍生的。在阿拉伯语中al-kimiya的原意是炼金术，而阿拉伯的炼金术是由中国传入的。中国炼丹术士们主要的探究对象“金液”在福建方言中读音是“钦牙”(kimya)，阿拉伯人在中国接触的地区正是福建。“al-”是阿拉伯语中的冠词，“al-kimiya”可看作“金液学”。
关于化学的定义，《辞海》中为“化学是研究物质(单质及化合物)的组成、结构、性质及其变化规律的科学”。中学课本中为“化学是一门以实验为基础的自然学科，它研究物质的组成、结构、性质及变化规律等”。恩格斯指出：“化学可以称为研究物体由于量的构成的变化而发生质变的科学。”著名物理化学家、中国量子化学之父唐敖庆这样描述：“化学是总管物质在原子、分子层次变化的学科。也就是说，化学是一门试图从原子、分子层次上了解物质性质和物质发生反应的科学。”
1.1.2 化学的发展及研究内容的演变
化学的发展大致可以划分为三个时期：古代化学时期、近代化学时期、现代化学时期。
1. 古代化学时期
从远古时代的化学萌芽到17世纪中期是古代化学时期。在化学的萌芽时期，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年摸索而来的，以实用为主，还没有形成化学知识，尚未形成一定规模的理论体系，可称为古代实用化学。古代化学在制陶和冶金等方面积累丰富经验的基础上，又经历了炼丹、炼金、医药化学和冶金化学等的中古化学时期。
2. 近代化学时期
从17世纪中期到19世纪90年代中期是近代化学时期。这个时期的主要特点是：化学成为一门独立的学科。近代化学是化学全面发展的时期，建立了无机化学、分析化学、有机化学、物理化学四大分支。同时，欧洲资产阶级革命的兴起使化学工业成为世界化学发展的重点。
3. 现代化学时期
从19世纪末期至今，化学进入现代化学时期。这个时期的主要特点是：从宏观到微观，从描述发展到推理，从定性发展到定量，从静态发展到动态。这个时期化学发展的重点是研究分子科学。
本章着重介绍古代化学时期的实用化学，近代化学和现代化学简单提及，后面章节将详细阐述。
1.1.3 古代实用化学
在长期的劳作中，人们接触到包括化学变化在内的众多自然现象，逐渐积累起选择物质、加工利用物质及其化学功用的许多经验，这些积累起来的经验就是早期实用化学知识。
1. 早期实用化学
1) 火的利用——化学的萌芽时期
原始人类为了生存，在与自然界的种种灾难抗争中发现并利用了火。摩擦生火是人类对自然界的第一个伟大胜利，原始人类从用火之时开始由野蛮进入文明，同时开始了用化学方法认识和改造天然物质。火是人类发现和利用的第一个化学现象，人类认识并支配了火，为实现一系列化学变化提供了条件。火的发现和利用改善了人类的生存条件，并使人类逐步变得聪明而强大。
从远古到大约公元前1500年，人类学会在熊熊的烈火中用黏土制出陶器、用矿石烧出金属，学会利用谷物酿造酒、给丝麻等织物染上颜色，这些都是在实践经验的直接启发下经过长期探索而形成的*早的化学工艺，是化学的萌芽时期。
2) 陶瓷器的出现和发展——化学的早期应用
陶器是人类利用天然物，用火按照自己的意志创造出来的一种全新的物品，是人类利用化学变化改变物质天然性质的开端，是人类社会由旧石器时代发展到新石器时代的标志之一。陶器的出现丰富了原始人类的经济生活，给人类生活带来了极大的便利。在陶器制作过程中，人类的审美和智慧得到了创造性的发挥，其客观地记录了当时人们的精神和观念，具有重要的意义。
*初，人们只是用泥土捏成某种形状再烧制成陶器，以日用为主，只具有使用价值，不具有欣赏价值。已知*早的陶器是格拉维特文化小雕像。例如，在现今捷克下维斯特尼采境内发现的陶器——下维斯特尼采爱神，可以追溯到公元前29000年至公元前25000年。2012年在江西仙人洞遗址中发现的陶器罐碎片是中国发现的迄今*古老的陶制容器碎片，可以追溯到公元前20000年至公元前19000年。在河北省阳原县泥河湾地区发现的旧石器时代晚期的陶片距今也有11700年之多。
从目前所知的考古材料来看，我国陶器中的精品有旧石器时代晚期距今?10000?多年的灰陶、8000多年磁山文化的红陶、7000多年仰韶文化的彩陶、6000多年大汶口的蛋壳黑陶、4000多年商朝的白陶、3000多年西周的硬陶，还有秦朝的兵马俑、汉朝的釉陶、唐朝的唐三彩等。
随着社会的进步，制陶工艺不断进步和发展，制造的方法也由手工逐渐过渡到使用陶轮，焙烧的方式也由原来的篝火式发展到炉灶式，*后形成了陶窑。原料越选越精，陶器品种越来越多，质量也逐步提高，并且更加注重器型、纹饰、釉面等。
瓷器出现在商朝，瓷字在晋朝才有。陶与瓷一脉相承，却有着质的不同，两者的区别在于原料土和烧制温度不同。陶器的胎料是普通的黏土，烧制温度是800～1000℃，而瓷器是用高岭土在1300～1400℃烧制而成。
社会的进步也促进了制瓷业的发展，如北方邢窑白瓷“类银类雪”，南方越窑青瓷“类玉类冰”，两者组成“北白南青”两大窑系。另外，唐朝还烧制出雪花釉、纹胎釉和釉下彩瓷及贴花装饰等瓷器。
2005年7月12日伦敦佳士得拍卖会上，我国元代的“鬼谷子下山”元青花大罐(高27.5 cm，口径21 cm，腹径33 cm，足径20 cm)拍出了1568.8万英镑，约合人民币2.3亿元，以当天的国际牌价可以买两吨黄金，创下亚洲艺术品拍卖和中国瓷器及中国工艺品拍卖的世界纪录。这件文物创下瓷器全球拍卖*高价，主要是因为其出品于中国历史上制作青花瓷器的顶峰时期，历经几百年仍然保存完好。
世界其他地区如古埃及、西南亚、印度、波斯及希腊的劳动人民，也和我们的祖先一样，创造了灿烂的古代文化，这些地区也都在新石器时代的一开始就出现了制陶工艺。
3) 金属的加工和使用——早期的金属知识
在新石器时代晚期，人类已开始加工和使用金属，*先使用的是没有加入其他金属的红铜(纯铜)。人们在拣取石料时遇到天然铜，发现它的性质和石料完全不同，可以锤延，有光泽，于是采用锤敲打击的加工方式将其加工成装饰品和小器皿。再后来人们借鉴用火和制陶的丰富经验，逐渐掌握了熔铸技术，更有效地利用了红铜。
由铜矿石冶炼出铜，使人们对自然界有了更进一步的认识，随后逐步冶炼出了锡、铅等其他几种金属，具有划时代意义的青铜冶炼铸造技术逐渐发展成熟起来。中国古代青铜主要是铜与锡的合金，这是人类技术发展史上的重要发明。远在5000多年前的马家窑文化时期，中国古人就开始使用青铜制品。夏、商、西周、春秋、战国时期是中国的青铜时代，青铜铸造达到鼎盛，堪称辉煌灿烂，促进了当时生产力的发展。
铁在自然界分布极广，但天然的铁在自然界中几乎不存在，铁矿石熔点较高，又易还原，所以人类利用铁较铜、锡、铅、金等金属晚。中国冶炼铁的技术始于原始社会末期，当时的冶炼方法是用木炭作燃料，因燃料释放的热量低，加上炉体小、鼓风设备差、炉温比较低，不能达到铁的熔炼温度，炼出的铁是海绵状的固体块，所以称为块炼法。
考古研究发现，中国春秋晚期的铁器制作极其繁荣兴盛，到了战国末年已经进入炼铁和铁器制造的黄金时代。不断出土的考古新发现有力地证明了历史上中国冶炼铁的技术成熟而完备，远远领先于同时期的世界各国。诞生于我国西汉时期的环*刀，是由钢经过反复折叠锻打和淬火后制作出来的长刀，显示了当时先进的冶炼技术。
4) 其他古代化学技术——酿造、染色与油漆等
酿造和染色与人们日常生活中的食、衣密切相关，早在几千年前就已经有所发展，是一门古老的化学工艺。我国原始氏族社会末期的龙山文化距今大约4000年，在其遗址中出土了大量青铜器和陶器，其中出现了尊、壶、爵、角、斗等酒具，酒具的出现说明当时已会酿酒。商周时期，甲骨文中出现了“酒”字。在酿酒的同时，人们还利用发酵原理，从谷物中酿造出醋、酱油等。
埃及和西欧也从古代起以谷物或水果为原料用发酵法酿酒，埃及和罗马帝国的葡萄酒远近闻名。
从考古发掘、甲骨文及其他古代文献中可知，我国商朝养蚕纺丝已相当发达。随着丝麻纺织业的发展，各种纺织品的染色技术也相应发展起来。到了周朝，染色已明确分为煮、湅、暴、染几个步骤。在《书 益稷》有“以五彩彰施于五色，作服，汝明”，用青、黄、赤、白、黑五色染丝帛制衣。1972年，在长沙马王堆一号西汉墓出土的织物中，彩色套印花纱及多次套染的织物多达36种色相，反映出当时极高的染色水平。这时用的染色原料是经过化学加工而提炼出来的植物性染料，如蓝靛染蓝、茜草染绛等。中国古代提取蓝靛的技术在中世纪经中亚传入欧洲，直到人造染料合成以前，一直是欧洲染色与印花的重要染料技术之一。中国古代在油漆、颜料技术方面也取得了不少成就。
漆器是中国古代的一项重要发明，它至少已有7000多年的悠久历史。到了汉代，漆器进入了它的黄金时代。马王堆汉墓出土的漆器数量之多、保存之完好、器形之多样、工艺之精巧都是前所未有的。
5) 造纸术、黑火药的发明——中国的发明
造纸术是我国古代科学技术四大发明之一，是我国古代人民对世界科学文化发展作出的卓越贡献。
1933年，在新疆汉烽燧遗址出土了公元前一世纪的西汉麻纸，说明早在西汉时期我国劳动人民就发明了造纸术。公元105年，蔡伦以树皮、麻绳头、破布、破渔网等为原料制出达到实用书写要求的植物纤维纸。汉安帝年间公元114年，蔡伦因久侍宫中被封为龙亭侯，后遂称以其法制造的纸为“蔡侯纸”，蔡侯纸制作工艺很快随纸张一起外传。
作为造纸原料的植物纤维素是一种天然高分子。用化学及机械方法除去其他杂质后制成浆液，方可制得较纯的纤维素，因此造纸术就是用化学方法制得较纯纤维素的一项重大成就。造纸术的发明是书籍制作材料上的伟大变革。
黑火药也是我国古代科学技术四大发明之一，在化学史上占有重要的地位。黑火药是炼丹术士们的意外收获，与本草学有着密切的关系。黑火药的主要成分有硝石、硫黄、木炭。称其为“药”是因为硝石、硫黄被作为药材，而称为“火药”是因为这种混合物极易燃，并且燃烧相当激烈，
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