中國通史（第十卷） · 第五十一章化學

清代前期，我國的化學仍處於繼承傳統與學習西方的知識積累階段，尚未形成一門獨立的學科。與此同時，歐洲則處於近代化學的孕育與發軔時期，陸續發現了碳酸氣、氫、氮、氧、氯等重要氣體和鋅、鎳、磷、鎢等重要元素，並相繼建立了化學元素概念，科學的燃燒學說，化學基本定律和原子論。但這些新發現並沒有及時傳入我國。鴉片戰爭以後，隨著英國醫生合信著《博物新編》，徐壽和傅蘭雅合譯《化學鑒原》等出版，中國的化學才開始走上了近代化學的發展道路。 第一節傳統化學工藝的發展 清代康熙、乾隆時期，與化學工藝有關的一些傳統手工業技術，如冶金、紡織、陶瓷、造紙、製鹽等，獲得了進一步的發展，其中有些工藝技術不僅引起歐洲工商界的關注，而且受到一些化學家的重視，對歐洲化學的發展產生了一定的影響。 中國的陶瓷業向來發達，清代時瓷器產品種類繁多，製作精美，工藝手段已完全成熟，盛極一時，並且還創造出許多新的工藝方法。如康熙青花，以多量高嶺土配比作胎，釉料採用國產鈷料，主要是產於雲南的珠明料（鈷土礦），其中「正料」含鈷（氧化鈷）量一般在5～6%①，在1320℃左右的還原氣氛中燒成，翠藍雅潔，清新明快，瓷質堅硬，已達到現代硬質瓷的技術標準。郎窯紅，以氧化銅為著色劑，用1300℃以上的高溫還原焰燒成，釉光強烈，紅艷奪目，對準確控制燒窯內氣氛和燒成溫度有很嚴格的要求，燒制工藝難度相當大。康熙時的臧窯還有一項發明，就是將氧化銻加入釉料，使瓷器色譜增加了亮澤的銻黃色，適當調整釉中鐵的成分還可得到橙至橙黃各色。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」就是在含鉛的彩料中，摻入一種含砷的玻璃料（玻璃白），利用其乳濁作用，產生乳白色的效果。中國精美的瓷器早在唐宋時期就已傳入歐洲，為王公貴胄所珍愛。雖然在很長時間內，歐洲人努力研究和仿製中國瓷器，但一直未真正掌握燒制瓷器的方法，如法國在18世紀初還只能製造含有大量玻璃質且強度很低的軟質瓷器。康熙時法國傳教士殷弘緒（P.d＇Entrecolles）曾在景德鎮居住達七年之久。他在兩封長篇通信中，將瓷器的選料配方以及釉彩燒制方法等工藝奧秘傳至歐洲，並送去了高嶺土和瓷石等樣品。直到18世紀下半葉，西方的制瓷業才獲得了迅速的發展。 中國在金屬冶煉方面的創造發明，在18、19世紀間對於西方的近代化學工藝也曾起過一定的推動作用。如我國早已有之的鎳白銅，是冶金技術上的一項傑出貢獻。清代康、雍、乾三朝，雲南鎳白銅的生產有了相當大的發展，並且引起了西方人士的注意。法國耶穌會士杜赫德（J.B.duHalde）在1735年提到：「最特出的銅是白銅」，「它的色澤和銀色沒有差別」，「只有中國產有，亦只見於雲南一省」①。1775年和1776年，英國和瑞典分別對得自東印度公司的中國鎳白銅樣品進行了化驗和研究，但直至1823年才由英、德兩國仿製成功②。又如我國應用金屬鋅的歷史是很早的，明代宋應星《天工開物》所載升煉倭鉛法，則是金屬鋅冶煉技術的最早記錄。英國於1738年在歐洲率先開始鋅的生產。據勞弗《中國伊朗編》所說，相傳其提煉鋅的方法來自中國，是一位英國學者特意到中國考察後才帶回去的。當時，中國的鋅錠仍然流行於歐洲，如1745年有一批金屬塊由廣州運往瑞典，貨船在哥德堡附近沉沒，後來有一部分金屬塊被打撈上來，經化驗證實是純度為98.99%的鋅。 清代前期的造紙術進入了總結和提高階段，不僅很好地繼承和發展了明代的造紙工藝，在仿製失傳古紙方面的成就也很突出，並出現了一些新品種①周仁等：《景德鎮瓷器的研究》，載《中國古陶瓷研究論文集》，輕工業出版社1983年版。①轉引自張子高：《中國化學史稿》第114頁，科學出版社1964年版。②《中國化學史稿》第115頁。 的紙。雖然中國造紙術早已通過阿拉伯傳入歐洲，但直到18世紀，西方國家仍然在繼續研究中國的造紙方法。如1754年有兩位北京青年到法國高等學校學習自然科學。返國前，法國經濟學家杜爾果（Turgot，1727—1781）請他們幫助了解中國造紙技術的一些細節，希望「把幾札準備抽剝纖維的藤類和壓榨機一併寄來」，他還提出「據說中國人用米漿來粘紙張..我們想知道如何製造這種紙漿」，「如何把這樣大幅（指12×8尺）的紙頁掀起來而不致於破裂」，「請寄一百或二百張最好的紙張前來，紙幅廣六尺，寬四尺。如果這種紙張適合雕刻家印板之用，我們有意試製」①等等，說明當時法國學者還沒有完全掌握造紙和加工紙的技術，並試圖通過各種途徑了解中國傳統造紙工藝的奧秘。 ①轉引自潘吉星：《中國造紙技術史稿》，文物出版社1979年版。 第二節　藥物化學 中國古代煉丹術作為原始形式的化學，創始於戰國和秦漢時期，在東漢和魏晉南北朝有了很大的發展，唐宋時期形成了高潮，南宋以後逐漸消沉，到了清代則已趨於衰亡。金丹家通過煉丹實踐所煉製的丹藥，雖然不能點化金銀和使人長生不老，但在一定程度上促進了藥物學的進展。在清代，煉丹術這方面的成就得到了繼承和發展。如康熙年間師成子著《靈藥秘方》（1718年），收錄丹藥方劑約30個，並列出靈藥10例。這是一部頗受醫家重視的丹藥專著，其中有些方劑對治療外科瘡瘍有顯效，至今仍在臨床使用。 清代關於製取烏頭鹼的記載，是有關藥物化學的寶貴資料。趙學敏《本草綱目拾遺》曾轉引《白猿經》（約為17世紀作品，已失傳）所載「射■膏」即烏頭鹼的製法，其大致手續是，取新鮮草烏頭一、二斗，洗淨，剝去黑皮，搗碎，榨出烏頭汁。然後靜置令渣滓沉澱，澄取清液置碗中自然蒸發；至碗口出現「黑沙點子，面如結冰，有五色雲象」，再放爐內低溫烘乾，直到下層為稠膏，上層為白如砂糖的結晶。這就是毒性極為強烈的烏頭生物鹼結晶。含有烏頭鹼的稠膏即射■膏，毒性亦極強，「此物上箭最快，到身，走數步即死」①。我國古代很早就把「射■」作為軍事上和狩獵上常用的箭毒，但其製法多述而不詳，趙學敏的引文則是關於製取烏頭生物鹼的完整記載。在歐洲，德國化學家澤迪內爾（F.Sertüner）於1817年製得嗎啡鹼，被認為是世界上最早發現的生物鹼，而提取烏頭鹼則到19世紀中葉才實現，要比《白猿經》所載晚了二百多年。烏頭是一種多年生草本植物，全國各地都有。據考證，古代所說的「堇」，指的就是烏頭，「飲鴆止渴」的「鴆」，即烏頭酒②。①趙學敏：《本草綱目拾遺·正誤》，人民衛生出版社1963年版。 ②朱晟：《我國古代在無機酸、鹼和有機酸、生物鹼方面的一些成就》，見趙匡華主編《中國古代化學史研究》，北京大學出版社1985年版。 第三節　西方化學知識的引進與應用 明末和清代前期來華的耶穌會士也曾介紹一些西方的化學知識，但其數量與天文、數學、火器、技藝等是無法相比的，並且基本上屬於西方古典化學的範疇。其中有關物質理論的內容，如古希臘亞里士多德的四元素（土、水、氣、火）學說，在西方影響很大，而在中國則幾乎沒有產生什麼影響。在這些化學知識中，對於中國學者來說，無機酸及其性質是一種既有理論價值又有實際意義的新鮮知識，中國古代煉丹家本來有機會發現鹽酸、硫酸、硝酸等重要無機酸，但由於種種原因而失之交臂。明末徐光啟曾手錄《造強水法》，據現有資料，這是關於製造硝酸的最早記載，其中還提到強水（硝酸）可溶解金屬，但不能溶解黃金，如加入鹽（生成王水），則可溶解黃金等性質。由於徐氏手稿並未公開發表，知之者甚少，因而也不會有多大影響。此外，方中通《物理小識》以及湯若望等根據德國學者阿格里科拉（G.Agricola，1494—1555）的名著《礦冶全書》譯述的《坤輿格致》，都介紹了一些無機酸的性質與製法，但由於當時明朝已近覆亡，兵荒馬亂之際，這些科學知識也難以引起人們的重視。這種情形是不足為怪的，遺憾的是在此後經過了漫長的一百多年才又出現了關於無機酸的記載。如趙學敏《本草綱目拾遺》載：「強水，西洋人所造，性最猛烈，能蝕五金。王怡堂先生雲，其水至強，五金八石皆能穿漏，惟玻璃可盛。西人造強水之法，藥止七味，入罐中熬煉，如今之取露法，旁合以玻璃瓶而封其隙。下以文武火疊次交煉，見有黑氣入玻璃管中，水亦隨氣滴入。黑氣盡，藥乃成矣。此水性最猛烈，不可服食。西洋凡畫洋畫，必須鏤版於銅上者，先以筆畫銅，或山水人物，以此水漬其間一晝夜，其漬處銅自爛，勝於雕刻，高低隱顯無不各肖其妙。銅上有不欲爛處先用黃蠟護之，然後再漬。俟一周時，看銅有爛痕，則以水洗去強水，拭淨蠟跡，其銅版上畫已成，絕勝雕鏤，且易而速雲。」①趙學敏在這裡介紹了硝酸（即強水）的性能和製造方法（蒸餾時出現的黑氣應為二氧化氮），以及硝酸在鋟制銅版畫方面的實際應用，但對於製取硝酸所用的原料則語焉不詳。18世紀中葉，乾隆曾命宮廷畫師義大利人郎世寧（G.Castig-lione，1688—1766）等人繪製《武功圖》16幅送往歐洲鋟制銅版，亦曾命人將圓明園西洋建築測繪成圖，在國內鋟制銅版印刷，說明當時我國已經掌握了製取硝酸並應用於銅版印刷的技術①。此外，趙學敏還介紹了在外科臨床上用硝酸治療癰疽的方法。 趙學敏《本草綱目拾遺》中關於氨水的記載也是涉及西方化學藥物的一條重要資料。該書將氨水稱為「鼻沖水」，明確指出：「鼻沖水，出西洋，舶上帶來，不知其制。或雲樹脂，或雲草汁合地溲，露曬而成者。番舶貯以玻璃瓶，緊塞其口，勿使泄氣，則藥力不減。氣甚辛烈，觸人腦，非有病不可嗅。島夷遇頭風傷寒等症，不服藥，唯以此水瓶口對鼻吸其氣，即全身麻顫出汗而愈，虛弱者忌之。宜外用，勿服。治外感風寒等症，嗅之大能發汗。」②「鼻沖水」這一名詞現已不用，但從其來源、貯藏方式、氣味、性能等方面來判斷，可確認為現在人們所熟知的氨水，而其藥用範圍和施用方法則古今①趙學敏：《本草綱目拾遺》卷一，人民衛生出版社1963年版。 ①潘吉星：《我國明清時期關於無機酸的記載》，見趙匡華主編《中國古代化學史研究》。②趙學敏：《本草綱目拾遺》卷一，人民衛生出版社1963年版。 已有很大不同。 第四節　化學實驗 康熙二十九年（1690）初，康熙帝因身體一度欠佳而想了解一些西洋醫藥知識，於是命法國耶穌會士白晉、張誠進講西方醫藥學，翻譯西方醫藥書籍，並在宮內設立化學實驗室，用西法製藥。在這個化學實驗室內擺放著各式爐灶及銀制的製藥工具和器皿，不久便製成多種丸散膏丹。康熙帝曾多次親臨觀看操作過程，並留下試製成的藥劑備用③。但關於這個中國最早的新式化學實驗室究竟置備有哪些設備和化學藥品，做過什麼化學實驗以及取得了什麼化學成就，至今還缺少深入的研究。此外，康熙帝勤于思考，樂於試驗的事例還有很多。如他曾創用熬水徵驗之法，「朕每遇溫泉，即以銀碗盛水，隔湯用文火收煉。俟碗水干，觀水腳所積，或為礜石，或為鹼鹵，或為硫黃等，皆判然分曉。且視所積之輕重，而水性之清濁，及浴人之損益，皆可知矣。較之昔人懸虛擬議，辨之於色香味，而究無捉摸者，不實有可據而足憑乎？」①這種熬水法，雖然還比較粗糙，但簡便易行，有科學根據，在判斷溫泉水質和療效等方面比前人有所進步，從中也體現了康熙所具有的可貴的實驗精神。 道光、咸豐年間的丁守存（1812—1886）是一位十分重視並且不怕危險親自進行化學實驗的傑出科學家。道光二十二年（1845），他曾「以洋鏹水點藥，誤傷自目，月余平復」②。他在《自來火銃造法》一文中，著重闡述了雷管及雷銀的製法及其親自進行實驗的過程。他的方法是將硝石、白礬（或明礬）和青粉（即青礬）分別提純，放在玻璃器皿中蒸餾而得到稀硝酸，再將稀硝酸處理後得到較純的濃硝酸，然後使濃硝酸和純酒精（乙醇）、純銀相作用，製得雷酸銀結晶，並把雷銀用作雷管起爆藥。從自製硝酸到製得雷銀，這是我國早期近代化學史一項難度很大的精密化學操作③。這一實驗發生在鴉片戰爭之後和系統的近代化學知識傳入中國之前，因而就更加難能可貴了。 ③潘吉星：《康熙帝與西洋科學》，《自然科學史研究》1984年第2期。①《康熙幾暇格物編·熬水》。 ②丁守存：《編年自記》。 ③潘吉星：《我國明清時期關於無機酸的記載》，見趙匡華主編《中國古代化學史研究》。