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化学大发现 对汞的早期认识 |
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金属汞和汞的化合物具有特殊和奇妙的化学性质，曾经对化学知识的萌芽产生过极大的影响。这种化学元素及其性质对于古代的人曾有过很强的魅力，尤其是在炼金术方面，在他们那些建立在空想主义基础上的“点石成金”的幻想中，汞曾经扮演了一个非常重要的角色。在古代，汞及其化合物也曾被看作是带有神秘色彩的治百病的良药，甚至还被描绘成能够炼制长生不老的仙丹。然而除了个别的例子（如我国商代曾经利用汞的化合物冶癫疾）以外，很少有记载能用这种良药治好疾病的例证，相反，汞及其化合物含有剧毒性却常有书记载，用汞来当成药治死人的传说倒是时常有的。 我国是最早使用汞及汞的化合物的国家之一，除了商代用汞的化合物治癫疾以外，根据 《史记·秦始皇本记》记载，在秦始皇墓中就灌入了大量的水银，以为“百川河”，可见当时就已经掌握了水银的提炼方法。我国著名的炼丹家葛洪进行过有关硫化汞的试验，而辰砂（天然硫化汞矿物，也称朱砂）也在很早的时候就被我国民间用做红色颜料。 埃及和希腊也是最早利用汞的国家之一，在发掘出来的公元前的埃及古墓中，曾发现有水银的存在，它是由考古学家希拉曼发现的。在古希腊的文字中，也已经有“液态的银”这个说法。亚里士多德则称汞为水银。 从现存的拉丁文著作中，发现对金属汞及其化合物研究和记载得最为详细的古代科学家当首推希腊的维特鲁维夫斯和普里尼，他们为我们提供了一些最早的有价值的资料，他们描述了如何从矿物中提取金属汞的方法，这就是： “铅丹（当时的人常常把辰砂误认为铅丹，因为辰砂HgS和铅丹PbO 34都是红色的）是一种矿物质，人们在采掘这种矿石时，贮存和聚集在矿石缝隙间的水银便会一滴一滴地流下来。另外，由于开采出来的矿石都比较潮湿，需要先把它们投入到炉子中用火烘干，如果将从矿石中蒸发出来的蒸汽冷凝，这时就会发现有水银的液滴，而且当人们将烘干以后的矿石取走以后，便会在炉子的底部发现残剩的水银小液滴。它们是如此的细小，甚至无法收集起来，但是却可以将它们冲刷到一个盛水的容器中，这时，水银就能聚集起来成为一体。”这说明了水银的一个基本性质即水银比水要重很多。 维特鲁维夫斯曾经特别记录了一些有趣的关于水银密度的实验： “首先将水银放在一个容器内，然后把一块重量为50千克的石头放在水银的上面，这时，石头只是漂浮在水银的液面上，而没有沉到水银液体的底部，这充分说明了水银能够承受50千克石块的重量，而石块既不会把液体压缩，也不能将液体排开。如果将石块从水银中取出，再放进很少量的黄金，这时黄金却不会在水银的液面上漂浮，而是下沉到容器的底部。这两个实验充分地证明了，放进盛有水银的容器中的各种物体之后所发生的现象并不取决于物体的大小和重量，而是与物体的性质有关。” 这个实验曾是物理学中的一个著名的实验，它使人能够深入地了解什么是“密度”的科学定义，这是有史以来，第一次记载的关于质量与重量之间的区别。 维特鲁维夫斯还是第一个描述汞能和金相互起化学反应以及汞可以用来提取金子的科学家，他对于汞齐作了十分生动有趣的描述，他写道： “水银可以有多种用途，没有它，就无法在银和黄铜的表面上镀金。另一方面，当金作为某些器皿的装饰外表已经变得陈旧和没法使用时，可以把这层金箔剥下来，然后放在泥钵中熔炼，再将熔炼后所得到的渣子倒入盛有水和水银的容器中，并将渣子捣碎研磨。这样做了以后，便能使渣子中的金子全部与汞化合，便于把金子都收集起来。然后，把水倒掉，将水银和金的化合物残渣装在一个布袋内，用水挤压使水和水银都通过布的细孔流出来，布袋内便会留下金渣。” 在公元前就已经发现过金汞齐，在我国出土的战国时代的鎏金器物即已说明当时人们已经学会了汞齐的制作方法，而古希腊和古罗马时代也已经用汞齐加工装饰性的包皮。在埃及，曾发现一本被称为“莱顿纸草”的古书，这一点有力地证明了古代已经制得过数量可观的各种类型的汞齐，有的制作简单，有的却很复杂，在这些秘方里，其中记载金汞齐的制作方法是： “金子液体的制备方法：先将金叶和水银放在臼（研钵）内，然后把它们捣碎，这样就制得金液 （即金汞齐）。” 在这些原始资料的秘方中并不曾记载过银汞齐的制法，而且从后来的记载中也确知，古代人并没有掌握银汞齐的制法。但是铜与汞能够很好地化合却是早已被古人所掌握的，这种秘方是这样的： “铜的覆盖法——假若你想要使铜器具有银子的颜色，则只要先将铜器经过纯化 （表面纯化）后，放入汞和白铅溶液中，最后只有水银单独地完全地将铜器的表面覆盖了起来。” 当时，锡汞齐也是一种众所周知的化合物，关于它的制备古书中曾这样记载过： “使铜制的物件具有银白色的外观——用2drachmas（古希腊的一种重量单位）的锡棒，2drachmas的汞和2drachmasbo Chios土，先将锡熔化后，倒入压碎的土中，然后加入水银，用铁棒搅拌，最后就可将生成的锡汞齐装饰在器具的表面上。” 在这本古书的许多秘方中，还记载着汞与两种或两种以上的金属化合所生成的汞齐，它们可以用来装饰各种物件，使之成为银或琥珀金 （金与银的合金）的仿制品，从种类繁多的制作汞齐的方法来看，说明在古代已经具有了制备汞齐的良好工艺。 普里尼关于汞和辰砂 （硫化汞矿物）的描述也是很详细的： “在银的矿脉中人们发现有一种矿石，用它能够产生出一种液体，这种液体被人们称为水银。水银对于我们来说，是一种剧毒药，它能够穿透我们的脉管，并通过脉管对我们起着毒害作用。” “除了金子以外，所有其他物质都只漂浮在水银的液面上，金子这种物质能被水银所吸引，因此水银是用于精制金子的一种最好的物质。当我们将水银和金子同放在一个陶罐中使劲摇动，水银便能够将混杂在金子中的所有的杂质都除去。” “当水银把金子中的这些多余的杂质都清除掉以后，剩下的事情就是如何将水银和金子分开。为此，人们把汞和金子的混合物倾倒在一个经过很好地鞣制过的皮囊中，然后使水银像一种分泌物那样通过皮囊的细孔渗透出去，最后皮囊里面便留下了纯净的金子。” 很显然，在普里尼所处的时代，汞齐化作用已经是一种人们非常熟悉的科学方法了。从普里尼的描述中，我们可以发现古代的人们已经掌握了用过滤的方法作为分离物质的一种手段，像普里尼所描述的把水银放在皮革里面，施以很大的压力，迫使水银穿过皮革的细孔渗透出去。 普里尼还介绍了从矿石中提取水银的方法，一共有两种： “一种是从劣质的铅丹 （即辰砂）中提取水银的方法，这方法便是将矿石和醋放在臼中，然后用黄铜做的杵捣碎并研磨，就会产生汞。” 第二种方法是： “将矿石放在一个陶罐中，上面加盖上一个杯形的盖子，然后再在它的上面放一个铁锅，接着用陶土将这一套装置完整地密封起来。准备完毕以后，便在陶罐底下点火，为了能使火焰持久一些，还需要借助于风箱。在操作过程中产生出来的蒸汽需要特别小心地清除掉 （因为其中包含有有毒的水银蒸汽）。待反应完毕以后，等陶罐冷却再把盖子打开，这时会发现颜色像银子一样的，而且具有流动性的物质沾附在盖子上，这些液体很容易聚集成小球而被收集起来的。” 据记载，这种方法最早可能是由达可赖斯发明的，而他所采用的这种最原始的蒸馏方法恐怕也是有关蒸馏操作的最早记载。 在汞的化合物中，唯一为古人所熟悉的汞盐是辰砂 （天然的硫化汞矿物）。在古代，辰砂曾广泛地被用作颜料 （涂料）使用，同时也是制取金属汞的原料。辰砂以其鲜艳的颜色吸引着原始人类的注意力。维特鲁维夫斯用了大量的篇幅介绍怎样利用辰砂来达到装饰（涂料）的目的，通常，人们把这种颜料与蜡混合在一起，用于室内的墙壁装饰。 对于现今的化学家来说，有些历史非常让人感兴趣，像其中记载的有关鉴别辰砂这种颜料是否掺假的方法 （当时有些人将辰砂和白垩混合起来作颜料，而白垩是一种白色的土，并不像辰砂那样稀有和珍贵）： “为了识破这种假的骗局，人们便将这种矿物放在一块灼热的铁片上，如果铁片上的矿物由原来的红色转变成黑色，并且当这种被加热了的黑色物质冷却以后，它又重新恢复到原来的颜色 （红色），那么我们就能够确信辰砂内没有掺假 （即掺入白垩）。” 维特鲁维夫斯解释了这种变化： “因为将纯的辰砂加热得不是很厉害的话，它就会转变成黑色的物质，然而当它冷却以后，它又会恢复原来的颜色即由黑色转变成红色，尤其是将它磨成粉末以后，红色便更为明显。” 而掺了假的颜料在加热后发生的变化便是这样的： “在辰砂中如果掺进了白垩，加热以后同样也会变成黑色，然而在冷却后，虽然颜料大部分能恢复原来的红色，但其中的白垩却留下了永远不会变化的黑色的痕迹。” 用现代的化学知识来说明其中发生的反应，乃是因为掺在辰砂里的白垩 （氧化钙）受热后与硫化汞发生反应，于是生成了氧化汞，它再受热后又分解产生单质的汞，而在这种条件下生成的单质汞却是黑色的颗粒，而并不像一般的水银那样是银白色的液体。虽然，古代的化学知识很缺乏，人们无法剖析其中的化学原理，但是从现代化学的角度看来，他们判断辰砂颜料是否掺假的方法是完全合乎科学道理的，并且是十分有效的，从这点也可以看到古代人们的智慧非常了不起。 普里尼对于辰砂矿的来源进行了研究，并有过不少记载： “人们在银矿中可以发现辰砂矿，它是一种当时在人们心目中评价很高的颜料。早期，罗马人就曾经使用辰砂作为寺庙等建筑物的涂料，大多用于满足宗教上的需要。在埃塞俄比亚这个古国里，辰砂矿曾受到了更高的崇拜，因此人们养成了一种习惯，即用辰砂来为人体染色。 “按照美洲土著的说法，辰砂是卡尔马尼亚的矿产，另一个产地是埃塞俄比亚，这两个地区出产的辰砂曾经输出到罗马和西班牙。” 普里尼详细地描述了汞的毒性，并介绍说古代人早已认识到这一点： “辰砂矿是有毒的，这个事实早已被人们普遍接受，我认为介绍汞的化合物用作药物的所有秘方都具有非常大的危险性。” 普里尼还详尽的叙述了在生产辰砂颜料的工场里，工人们是怎样防止尘土的毒性的： “在制备辰砂颜料的工场里，雇工们为了保护自己的脸部，使用宽大的膀胱做成皮囊，以作为防护面罩，它要求透明得足以能够看到周围的东西便可以了。”当时工人们就是利用这种既简单却是很有效的方法，使他们避免吸入这种非常有害的尘土。而普里尼所描绘的面罩可能是一种最古老的防毒面具，是近代的防尘防毒气工具的先驱。 今天，人类已经进入到20世纪科学的时代，化学这门科学已经相当发达了，然而当我们回顾古代关于汞的知识时，便能够发现，古代人们所积累的化学知识，仍然是我们今天的知识宝库里不可缺少的部分，现代化学是建立在古代化学知识基础上的，是总结前人的宝贵经验，吸取前人血的教训，才建立起来的一个日趋完善的学科。 |
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