安妮;鲁尼

英国科普作家，剑桥大学三一学院文学博士，英国作家协会教育作家委员会主席，英国皇家文学基金会研究员（历驻剑桥大学纽纳姆学院、埃塞克斯大学、安格利亚鲁斯金大学），英国记者联盟成员，世界科普图书大奖——英国皇家学会“安万特”奖入围作家。曾在剑桥大学和约克大学教授中世纪英国和法国文学，在剑桥大学教授PKP项目的创意写作。

 

 

我们的世界和我们的身体都是一个完整的化学系统；生命过程中遇到的每一件事和每一个变化归根到底也都是化学。本书详细介绍了人类发展史上与化学有关的故事和人物。

故事将从炼金术讲起。几个世纪以来，那些天赋异禀的人沉迷炼金，却忽略了其中的科学性。直到18世纪，化学革命的开启，人类才逐渐走向现代化学之路。

化学给人类带来了不可估量的好处。它的实际应用为我们提供了取暖的材料，为我们的生活提供了合成材料，为治疗危及生命的疾病提供了药物。它的理论框架使我们能够解释身体和更广泛的世界是如何工作的。但随着这些发现，出现了一些巨大的问题，包括污染、气候变化和耐药性微生物。现代化学利用我们新发现的知识来解决这些问题。

第二章  精神层面的科学

谁用我们受到诅咒的手工制品诱惑了他？他绝不会满足于已拥有的财富。他展示出所有的黄金和商品将会是他的损失——对此我毫不怀疑。

——杰弗雷·乔叟8，《坎特伯雷故事集》，

“自由农的故事”，14世纪

现代化学的萌芽来自炼金术。炼金术可以说是一种艺术，将物质材料与深奥难解的精神努力掺杂在一起。在现代人眼中，炼金术更像魔法，但它的本质是在关注物质及其性质的转化，这绝对是我们所熟知的化学迈出的第一步。

一个值得尊敬的追求

现代科学家都不会尝试通过制作神奇的炼金药，或将铅变为黄金的方式，在学术期刊上发表文章，而成为皇家学会会员。但在17世纪，这种尝试却很普遍。艾萨克·牛顿是最有名的科学家之一，他既是一名炼金士，也是物理学家和数学家。其实，炼金术的“科学”与科学的其他分支并不冲突。究其原因，我们就要回头看看炼金术的起源，好好想想化学是怎么摆脱了炼金术的影响。

炼金术的历史分成四个部分。尽管几乎没有相关记录留存，但它应该起源于公元1世纪希腊-罗马统治时期的埃及。7—11世纪，炼金术在阿拉伯国家蓬勃发展，现在有很多证据都可以证明这一点。后来到16世纪时，随着欧洲人开始翻译和研究阿拉伯和希腊文献，炼金术传播到欧洲，并向医药转型。最终在16—17世纪，人们对科学的兴趣越来越浓厚，展开了一系列科学研究活动，使炼金术在现代化学中逐渐式微。

 

炼金术的起源

要想脱离现实世界或翔实的手稿和卷宗来研究炼金术的起源，那么我们恐怕永远都不会得到答案。况且，炼金术的起源颇具神秘色彩。它的传说源自埃及国王托特的“翡翠石板”《翠玉录》。托特就是希腊传说中的赫尔墨斯·特利斯墨吉斯忒斯，即三位一体神。传说，他的统治是在公元前1900年左右。托特智商出众，技艺超群，精通自然世界的规律。一些神话不惜将《圣经·旧约》中的人物摩西的出现时期提前，认为二者是同一时代的人。但事实上，赫尔墨斯·特利斯墨吉斯忒斯只是一个传说中的人物。

据传由赫尔墨斯·特利斯墨吉斯忒斯遗留下来的文献共有十余件，但和炼金术一样，这些文献的内容令人感到匪夷所思。传说中，《翠玉录》是由腓尼基人用自己的文字记录在一块翡翠上。亚历山大大帝在公元前4世纪搜掠了赫尔墨斯的坟墓，在赫尔墨斯手中发现了《翠玉录》。还有一个传说认为《翠玉录》发现时间要早于亚历山大大帝时期，说诺亚将《翠玉录》携带上了挪亚方舟。

尽管神话都很吸引人，但直到9世纪初人们才发现《翠玉录》。它的出现相当晚，比赫尔墨斯的其他著作都晚。《翠玉录》上的神秘文字被爱好炼金术的人解释成一种神秘的力量，这些人将《翠玉录》看成“贤者之石”，即一种虚构的转化工具（见31页）。但毫无疑问，这种虚构的转化工具是不存在的，而且《翠玉录》上的文字也没有表明这一点。

化学的启蒙书

如果《翠玉录》确实存在过，它也早就失传了。最早关于实践化学的记载来源于3世纪，它被记录在莎草纸上。这虽比《翠玉录》平凡了许多，但其内容仍令人惊奇。这些文献用希腊文写就，流传于埃及。在那里，希腊文明在罗马统治下得以延续，这其中以亚历山大市最为突出。这是从埃及传出的唯一留存下来的化学文献，可以说埃及是西方传统炼金术的家乡。

这些文献中有两本叫作《莱顿莎草纸》和《斯德哥尔摩莎草纸》，它们共包含250个化学秘诀，涵盖手工制作染料和人造金、银、宝石所使用的技术。现如今，人们仍然可以使用这些具有实践性的技术，因为这些技术与后来炼金术所使用的神秘操作完全不同，没有那些迷信的内容和奇特的仪器设备。比如，其中有如何用醋或者尿液制备等量的石灰和硫黄；加热混合物直到液体变为血红色，然后过滤这种液体，得到一种液体可以将银染成类似金一样的颜色（在银中加硫化物就会出现这样的现象）。不过，莎草纸上并没有说明溶液中的金属实际转换成了另一种金属。

第一种元素和它的转化

四种希腊元素——火、空气、土壤和水，通常呈菱形排布，显示出每对元素的共同特性（见14页）。亚里士多德解释了一种元素如何打破特性平衡，从而转变为其他元素。如果两种元素有相同特性，那么就会加速这种转变。

亚里士多德认为，在那些有可交换的“基本因素”的元素间，转换过程会非常快，如果没有，该过程就会很慢。原因是，对于单一事物的改变比多个事物要更容易。例如，如果火的一个特性改变，就会生成空气。我们知道火是热和干的，而空气是热和湿的，所以如果湿战胜了干，那么火就变为空气。同样，如果冷战胜了热，空气就变为水，因为空气是热和湿的，而水是冷和湿的。以同样方式可以解释水变土壤，土壤变火，因为这几对元素中都有可交换的“基本因素”。水是湿和冷的，土壤是冷和干的，所以干战胜了湿，水就变成土壤；火是干和热的，土壤是冷和干的，热战胜了冷，土壤就变为火。

两种完全矛盾的元素混合在一起就会生成一对相反的元素：“火加水生成土壤和空气，空气加土壤生成火和水。”

亚里士多德认为，尽管元素性质带给物质不同形式，但基本物质是不变的。这一点十分重要，它贯穿整个化学发展史。也就是说，所有物质本质相同，但表现不同，要么是有不同性质、不同形态，要么存在于不同条件。例如，所以有干和热性质的物质元素表现为火元素。

这就让不同类型物质间的转换变得合理。如果材料本质没变，只有性质改变，那么通过某些调整就可以简单地将任何一种物质变为其他物质。这些调整就是炼金士们着手去研究的。他们尤其想把廉价的金属，如铁或铅，转变为金或银这样的贵金属。

对于亚里士多德的理论，最根本或“首要”问题是，它只停留在理论阶段。他没有说明分离或合成基本物质的方式，而我们周围的所有物质都有自己的独特之处，所以应该还有其他属性存在。但对于后来的炼金士来说，改变基本物质的性质是可实现的目标，这些基本物质被想象成一种黑色的块状物。

目 录

第一章 前化学时代

化学之前的探索 2

颜色中的化学 2

从旧石器时代到陶器时代 3

金属和采矿业 4

青铜时代的青铜 5

铁器时代的铁 6

其他金属 7

早期生物化学的应用 8

利用微生物 10

化学的开端 11

液体去哪儿了 11

边做边想 12

物质和虚无 13

基本元素 13

四种根源元素 14

元素和性质 15

流传甚广的观点 17

 

第二章 精神层面的科学

一个值得尊敬的追求 20

炼金术的起源 20

化学的启蒙书 22

第一种元素和它的转化 23

混合与转变 25

蒸气 25

亚历山大市蓬勃发展的炼金术 25

神秘的手稿 26

中国的炼金术 27

实践中的化学家 29

基础物质 31

贤者之石 31

阿拉伯炼金术 31

炼金术之父 32

四种特性 34

认真探究事实真相 36

拉齐斯的转换原理 37

有用的结果 38

转化被否定 38

炼金术进入欧洲 40

欧洲贾尔比 41

阿尔伯图斯·马格努斯：科学家

 还是男巫 43

炼金术和基督教 44

金属之上 45

炼金术和灵魂 45

炼金术和人体 46

骗人的炼金术和炼金士 47

炼金术的困窘 48

第三章 黄金和黄金时代

文艺复兴：炼金术的重生 54

回归基本原理 55

天使和引导石 55

进入商业 56

炼金术和医药 58

药物化学家和化学疗法 59

化学和人体 59

体液和化学的平衡 60

医学之外 63

起死回生 63

秘密，真相和欺骗 64

神秘的记录 64

错误的道路 65

神秘的炼金 65

欺骗和失败 67

第四章 从炼金术到化学

科学的方法 70

科学革命 70

培根的科学 72

学术团体 73

炼金术和科学方法论 74

逐渐脱离炼金术 74

炼金的化学家 74

转换理论的瓦解 77

范·海尔蒙特之树 77

现代化学的诞生 79

化学和怀疑主义 79

旧元素和新元素 81

建立一个新列表 81

越来越多的金属元素 83

镁的发现 84

密集且迅速的发现 85

解释元素 85

拉瓦锡重新定义化学 87

一个新的列表 87

实验和错误 89

第五章 虚无的空气

看不见的气体 92

从元素到混合物 93

真空的证明 93

虚无的力量 94

“空气的弹性” 96

不止一种气体 97

“生命的食物” 98

火与空气 99

燃烧改变质量 99

火的燃素 100

“不可燃空气” 103

燃烧与呼吸 103

分解空气 103

二氧化碳的释放 106

其余的 107

空气是化合物还是混合物 108

排斥气体 108

空气之外的气体 109

卤素气体 109

稀有气体 110

令人惊讶的发现 112

气态物质的研究 113

越来越好 113

第六章 原子、元素与亲和力

原子和元素 116

古代的原子观 116

原子的形状 117

法国的原子观 118

从原子到分子 121

在一起 122

原子及其亲和力 122

从亲和力到化学反应 123

关注原子 125

一种新的原子理论 126

两个恒定定律 127

比较原子 128

又是气体 130

从分子到摩尔 132

推理证实原子的存在 132

元素的聚集 133

原子键 134

亲和力形成键 135

组织元素 136

元素激增 137

三个一组，八个一组以及螺旋

 排列 137

卡片上的元素 139

填补空缺 140

越来越多 142

原子真的不可分割了吗 143

星星点点 143

从布丁模型到行星模型 144

从原子质量到原子序数 146

电子开始发挥作用 147

静电“管道” 149

立体原子 149

模糊却有条理 151

第七章 生命之键

生物和非生物 156

分解而不合成 157

生命力论：尿液中诞生的有机

 化学 159

相同与不同 159

棋先一招 160

生命工厂的终结 161

化学键 163

碳的特殊性 163

碳链 163

危机中的化学：卡尔斯鲁厄

 会议 164

衔尾蛇与苯环 166

起起伏伏 167

镜像分子 167

不对称碳原子 169

生命化学 170

机体内外的化学 171

化学循环 172

冗长的路径 173

化学中的线索 175

柳树皮、拿破仑以及首个邮寄

 广告 175

“魔术子弹” 177

弗莱明真菌 179

身体中的化学反应出现问题 181

甜蜜而致命 181

来自过去的化学品 182

地下宝藏 183

分馏再分馏 183

新兴产业 184

第八章 分析化学

研究与鉴定 188

化学，湿法与干法 189

分析与鉴定 189

湿物的干法分析 190

湿法分离金 191

寻找万能溶剂 192

湿物的湿法分析 193

反复尝试 194

不混溶物 195

探究沉淀 196

滴定 197

色谱 198

元素和电学 199

电投入使用 199

美好与理智 202

分解光 202

注意间隙 203

光的吸收与发射 203

按质量测量 206

研究射线 206

质谱学和同位素 207

向内部探索 207

X射线晶体 207

生命化学与X射线晶体学 210

大个子——DNA 210

探秘蛋白质 213

第九章 制造物质

合成与合成物 216

塑料革命 216

源自天然 216

橡胶和救援 217

来自植物的塑料越来越多 218

新型塑料 219

设计塑料 221

发明之母——战争和必需品 221

源源不断 221

植物和炸药 223

原子组装 224

各种形状的碳 224

碳革命 226

展望未来 227

用化学的方法解决化学问题 227

以史为鉴 228

注释 229

图片来源 231