中國現代化學的起步

　　摘要：介紹了1900-1950年期間，近現代科學的精神和內容是如何滲入中國的化學化工領域。通過對中國工業化學家、“侯氏制堿法”創始人侯德榜貢獻的陳述和中國化學共同體形成及其社會價值的分析，試圖對有關中國現代化學如何起步的問題，作一個初步的探討。
　　關鍵詞：索爾維制堿法；侯氏制堿法；科學共同體；中國化學共同體；中國化學會
　　文章編號： 1005–6629(2012)4–0070–05 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B
　　自1840年到1900年間，中國的近代化學跨出了歷史性的一步，這一步是由中國學者徐壽、徐建寅父子為代表的仁人志士們跨出的。他們首先系統譯出西方近代化學名著，制定化學元素漢譯名原則，促成了我國近代化學的系統化；同時，引進分析化學技術手段及其配套的化學儀器設備，促進了用科學實驗的方法研究物質的化學變化，初步奠定了近代化學科學發展的實驗基礎。其次，格致書院及《格致匯編》的創辦為培養科技人才和普及化學、物理等科技知識作了有益的探索與嘗試。值得提及的還有徐壽父子最早（1874年）在江南制造局藥水廠仿造鉛室法制硫酸獲得成功，開了近代化學工業和民族工業的先河。總之，這歷史性的一步，實現了我國由經驗化學轉變到近代實驗化學的跨越，同時使得我國近代化學（盡管是引進的）一開始就與世界近代化學相接軌。
　　誠然，這一步的意義是重大的，但是離開中國化學與世界化學的全面接軌和近代化學以至現代化學在中國的“本土化”，那還有很長的路要走。以后的歷史軌跡表明，中國近現代化學要趕上世界潮流，不能止步于“引進來”，而且更要“走出去”，只有把兩者結合起來，中國的化學才能真正融合進世界的化學潮流。從1900到1950年期間，有志于中國科學發展的先輩們一批又一批地走出國門留學，他們中的不少精英學成歸國后，為復興中華科技事業作出了自己不懈的努力。其中富有代表性的人物之一是中國工業化學家、侯氏制堿法創始人侯德榜。
　　 1 中國工業化學家侯德榜的歷史性貢獻
　　侯德榜（1890-1974）原名啟榮，字致本，于1890年出生于福建省閩侯縣坡尾村的一個農民家庭。年少氣盛的侯德榜發奮求讀，1907年，以優異的成績畢業于福州英華書院，1909年，畢業于滬皖兩省路礦學堂。踏上社會后，曾在津浦鐵路充當練習生。1910年，考取清華留美預備學堂，1913年，23歲的侯德榜以特別優秀的成績完成了預科學業并以公費生資格派往美國留學。
　　青少年時代的侯德榜正遇上中國近代科技史上的重大變革時期，當時發生3項標志中國真正開始起步邁向現代科學的事件：
　　（1）1898年，京師大學堂（北京大學的前身）的成立，并于1904年派出第一批留學生分赴西歐各國（共16人）和日本（共30人）；
　　（2）1905年，沿襲千年的科舉制度被廢止；
　　（3）1896年到1898年間開始大批派遣學生東渡日本留學。到1907年約有1萬名左右中國學生在日本留學。
　　幾年后，留學浪潮蔓延到美國和歐洲。這些早期的留學生，在出國前沒有多少機會接觸現代科學，到了外國后，絕大多數沒有攻讀較高的學位。但是，正是這批學生才真正身體力行地開展了引進現代科學的工作，他們全面引進近代科學，并開始步入現代科學領域。他們回國后，很多做了教師，而這些教師的學生們就有機會在出國前接觸到一些近現代的科學知識。輪到這些學生們有機會去外國留學時，他們便有能力學習前沿的科學，取得碩士或博士的學位。他們中的代表人物之一侯德榜，就是以此為契機步入了現代科學的殿堂。
　　侯德榜在8年留學美國期間，先后在麻省理工學院、柏拉圖學院和哥倫比亞大學研究院學習或研究。當他到麻省理工學院求學時，放棄了原來學習的鐵路工程專業而轉入化學工程，決心獻身于這門當時正處于方興未艾的新科學，以便迎頭趕上化工技術發展的新潮流。1916年，侯德榜獲麻省理工學院化學工程學學士學位，1918年，獲柏拉圖學院制革化學師文憑，1919年，獲哥倫比亞大學碩士學位，1921年，獲該校哲學博士學位。侯德榜8年的留學生涯，可以用“勤奮刻苦、孜孜不倦”來加以概括，它使得侯德榜在化學工程、工藝設計以及機械、電機、建筑工程等領域都成績斐然、造詣深厚。這為他后來成為一名杰出的化學工程師和作出一系列重要的化學科學創新打下了堅實的基礎。
　　1.1 近代無機化工技術的新潮流
　　侯德榜學成歸國之際，正是近代化學工業興起之時，他面臨的將是人生奮斗目標的選擇。從18世紀末到19世紀，以生產“三酸兩堿”為基礎的近代無機化學工業和以生產染料為先導的近代有機化學工業蓬勃興起，與此相關的化工技術的發展，成為代表近代化工技術的新潮流。所謂“三酸”（即硫酸、硝酸、鹽酸）和“二堿”（即純堿、燒堿）是化學工業中最基本的化工原料，也直接或間接地作為其他工業的原料。尤其是純堿（Na2CO3）的產量如同硫酸的產量一樣，可作為衡量一個國家化學工業發展程度或水平的標志。
　　純堿工業化生產的專利，1791年首先由法國醫生兼工業化學家路布蘭（Nicolas Leblanc，1742-1806）獲得。他以食鹽為原料制得了純堿，是為“路布蘭制堿法”；此法共分3步，先使氯化鈉與硫酸反應生成硫酸鈉：
　　由于歷史原因，路布蘭制堿法未能使法國受益，卻在資產階級工業革命最早興起的英國得到充分的推廣與發展，并以此法為核心發展其他無機化學工業，奠定了化學工業的基礎。這個方法的成功不僅為工業發展提供批量純堿，而且獲得副產品鹽酸，遂使化學產物可以通過人工合成生產，因而對化學與化工的發展以及人類對客觀物質世界的認識，都起了重要的作用。
　　路布蘭法制堿曾盛行一時，但此法存在不少缺點，主要是：化學反應的熔融過程在固相中進行，并需要高溫，故對設備的腐蝕嚴重，生產過程中產生的硫化鈣作為一種廢棄物長期堆積造成環境污染，原料的利用不充分、生產工序復雜以及純堿質量欠佳等。
　　鑒于路布蘭法存在上述缺點，許多科學家競相研究其他制堿新方法，其中脫穎而出的是比利時工業化學家索爾維（Ernest Solvay，1838-1922）所提出的“氨堿法”。該法以食鹽、氨、二氧化碳為原料制得了碳酸鈉，反應分3步進行：
　　氨堿法使生產實現了連續化，食鹽的利用率得到提高、產品質量提增，因而被稱為真正的“純堿”。而其最大的優勢還在成本低廉，純堿的價格大為下降。1867年，索爾維設廠制造的純堿產品在巴黎世界博覽會上獲得銅質獎章，此法亦被正式命名為“索爾維法”（又稱氨堿法）。
　　消息傳到英國，正在從事路布蘭法制堿的英國哈琴森公司搶得先機，取得了兩年獨享索爾維法的專利。1873年，哈琴森公司改組為卜內門公司，建立了運用索爾維法大規模生產純堿的工廠，后來，法、德、美等國相繼建廠。這些國家發起組織帶有壟斷性質的“索爾維公會”，規定設計圖紙只向會員國公開，對外絕對保守技術秘密。凡有改良或新發現，會員國之間彼此通氣，并相約不申請專利，以防泄露。除了技術之外，營業份額和范圍也有限制，他們采取分區售貨的辦法，例如中國市場由英國卜內門公司獨占。由于如此嚴密的壟斷組織方式，凡是得不到索爾維公會特許權者，根本無從問津氨堿法生產詳情。多少年來，圈外許多國家想要探尋索爾維法奧秘的廠商，無不以失敗而告終。
　　正因如此，我國所需的純堿幾乎都依賴英國進口。第一次世界大戰期間，歐亞交通受阻，市場上更是缺乏純堿，而以純堿為重要原料的我國眾多民族工業（如紡織印染、食品醫藥、造紙玻璃制皂等）難以生存。面對如此嚴峻境況，愛國的實業家范旭東（1884-1945，中國民族資本家，早年留學日本，一生以創辦民族實業改善民生為己任）于1917年在天津塘沽創辦永利堿業公司。他深知要取得成功，必須掌握先進的制堿技術和選用優秀的化工專家。1920年，范旭東委托赴美考察的陳調甫先生實地物色人才。陳設法在紐約尋訪到了即將學成歸國的侯德榜，陳把索爾維公會的封鎖技術、卜內門公司的專橫霸道、中國國內興辦制堿工業的重重困難以及范氏求賢若渴的急切心情一一向侯德榜作了介紹。此時的侯德榜已經獲悉索爾維公會有關壟斷制堿技術的行為，并對此十分反感和憤慨。現在聽說祖國內地居然有了一個發展民族制堿工業而獻身的機會，他便毅然決定接受永利堿業公司的聘請，于1921年啟程回國，1922年就任天津塘沽堿廠的總工程師。
　　1.2 “侯氏制堿法”的變革創新之路
　　侯德榜深信，制堿技術決不是洋人的私有財產，憑借中國人的聰明才智，一定能打破外國的技術壟斷。他為自己寫下了創辦堿廠的座右銘：“勤能補拙”“勤儉立業”。在強烈愛國心激勵下，侯德榜憑借自己扎實的學業功底和富有創造力的才智，為盡快揭開索爾維氨堿法的技術秘密而勤奮工作。經過不到兩年的艱苦努力，侯德榜終于將索爾維法的各項生產技術要領摸索清楚并付之實施。
　　1924年8月，塘沽堿廠正式投產并取得成功，用氨堿法生產出了第一批純堿。但不足之處是產品呈現出暗紅色。經化驗系鐵銹造成。侯德榜設法往碳化塔內放入少量硫化鈉，使與鐵塔內層作用，在表面結成一層硫化鐵保護膜，隨之終于生產出雪白亮麗的純堿。1926年，中國生產的紅三角牌純堿在美國費城舉辦的萬國博覽會上獲得金質獎章。此后產品不但暢銷國內，而且遠銷日本和東南亞，洋人索爾維公會的壟斷被徹底打破了。化工專家侯德榜和實業家范旭東合作，為我國建立起了純堿制造了這一項基礎化學工業功不可沒。
　　令人感嘆的還不止于此，侯德榜探索出了索爾維制堿法的奧秘，當時如果他和永利堿業公司以高價出售專利的話，那肯定會賺大錢，發大財。但是令人意外的是范旭東贊成侯德榜撰寫一部闡述索爾維制堿法的專著，把氨堿法的奧秘無償地公諸于世，使工業落后的國家不再仰仗技術大國的鼻息，聽從他們的擺布。侯德榜于1931年赴美國進修期間完成了《制堿》書稿（Mannfacture of Soda），1932年，由美國化學會刊印了英文版。該專著把索爾維法制堿工業的理論、技術和美國各大堿廠的內部技術設施一并公布，當時曾轟動了國際化工化學界，并成為美國企業界廣泛重視的暢銷書，大大提高了中國學者在國際科學技術界的聲譽和地位。
　　面對成功和榮譽，侯德榜沒有止步。因為他深知，他現在做的還只是迎頭趕上，接下去要做的則是如何超越。他著手進行兩方面的工作：一方面拓展以制堿工業為核心的我國基礎化學工業，另一方面針對索爾維法的缺點（原料鹽利用率低、大量氯化物以廢液方式排棄等），試圖進行制堿新法的設計。
　　從1932年起，永利制堿公司著手籌建硫酸铔（銨）廠——永利寧廠，這就是現在的南京化學工業公司化肥廠的前身。侯德榜擔任該公司的總工程師，全權負責該廠的選址與設計。他對各國的產品、部件作了縝密的調查研究，切合自己整體設計的實際需要，擇優選購不同國家的部件與設備，并將引進的外國專利結合中國國情作了改革。在侯德榜的主持和組織下，這座規模宏大的設有硫酸、硝酸、合成氨及硫酸銨等分廠的永利寧廠，于抗日戰爭前夕的1937年2月全部建成，并且一次試車成功投產。
　　依照原先規劃，隨著永利寧廠的建成就應該著手準備制堿新法的設計，擬用將原料綜合利用的方法以解決和克服索爾維法自身帶來的缺點和矛盾。但就在永利寧廠開工不到半年之際，就遭到日本軍國主義侵華戰火的威脅。由于永利寧廠生產的硝酸等產品和國防軍火生產密切相關，所以日本軍方多次威逼永利寧廠與其合作。侯德榜和范旭東等表現了中華民族的愛國氣節，決心“寧肯給工廠開追悼會，也決不與日軍合作”。為保存這個來之不易的民族企業并為抗日戰爭效力，侯德榜臨危受命帶領公司技術人員和部分工人，歷經千辛萬苦把工廠的大部分設備遷往內地。1938年初，侯德榜等一行輾轉到達四川，并立即開始在川西五通橋地區籌建永利川廠。由于制堿的主要原料海鹽在戰時已斷絕來源，而當時的自貢井鹽需從深井提取鹵水，五通橋一帶的鹵水濃度甚稀，必須先經熬制濃縮方可用作制堿原料。因此造成井鹽生產成本大為提高。而這樣一來，又與本來食鹽利用率偏低、食鹽轉化率僅達70 %的索爾維法制堿的矛盾更加尖銳。為此必須另找提高食鹽利用率的制堿新工藝。此時的侯德榜清醒地意識到：應該變壓力為動力，為加快制堿新法設計的步伐，侯德榜再次遠涉重洋赴美國紐約，開始構想制堿新法的設計思路。
　　侯德榜設想將索爾維制堿工業和氮氣工業結合起來，同時可生產出純堿和氯化銨，這樣既可以提高食鹽原料的綜合利用，又可以解決氯化物廢液的處理問題。當時探索制堿新法的條件是相當艱難的，試驗室設在香港，侯德榜則在美國紐約搜集資料、遙控指揮試驗。到1939年底已全部摸清了制堿新法的各項工藝條件。緊接著的擴大試驗，分別在當時的上海法租界、美國哥倫比亞大學和四川五通橋永利川廠三地同步進行。經過近3年的實驗室試驗研究和半工業性的擴大中間試驗，并總結出最佳工藝條件，于1941年初確定了制堿新法的整個工藝流程。這樣制堿新法研究終于取得成功。新法的要點是：在氨堿法的濾液中加入食鹽，使它達到飽和，然后冷卻到10 ℃以下，即有氯化銨結晶析出。母液又可重新回到生產中作為氨堿法的制堿原料，循環使用。這樣不但使原料食鹽得到充分利用，還可生產出化肥氯化銨。誠然制堿新法需要冷凍機，但因操作溫度低，設備腐蝕不嚴重。總之制堿新法的總反應式可歸納為：制堿工藝上的新突破，在1943年3月16日，永利川廠廠務會議上，決定將新的聯合制堿法命名為“侯氏（聯合）制堿法”。同時向當時還在美國進行研究的侯德榜致信祝賀。但侯德榜沒有滿足已有的成功，他認為新法尚未完善，仍需繼續改進。經過又一番的努力提高，新的聯合制堿法生產在1943年11月永利川廠正式試車成功。新法把食鹽利用率提高到98 %以上，節省三分之一的設備及許多輔助原料，還能實現連續化生產，生產能力大為提高。其技術水平已優于索爾維法制堿的技術。1943年12月，在五通橋召開的十一屆中國化學會年會上確認了關于“侯氏制堿法”的命名，并迅速得到公認和受到國際化學化工界的重視和關注。侯德榜榮獲英國皇家學會、美國化學會和工程師學會等榮譽會員以及美國機械工程學會終身榮譽會員的稱號。1943年12月8日，在永利川廠召開的慶祝大會上，范旭東高度評價侯德榜的成就：“永利所以在化工界能夠有些許成就，中國化工能夠踏上世界舞臺，侯先生之貢獻，實當首屈一指。”侯德榜以自己不懈的努力，實現了對索爾維制堿法的歷史性超越。
　　 2 中國化學共同體的形成及其社會價值
　　20世紀的上半葉（1900-1950），近現代科學的精神和內容都急速地滲入中國，其主要方式有二類：一類是富有愛國心的莘莘學子留學歸國帶來科學的新風和行動綱領，另一類是中國科學界的同行們為構建科學共同體所作的努力。這類科學共同體以共同的價值觀念和行為規范把科學工作者和群體跟整個社會緊密相連并充分發揮其社會功能。這兩類方式的出現，一定程度上標志著中國現代科學的起步。具體反映在化學化工領域，除了上述的以侯德榜為代表的個體和群體的行動和貢獻外，那就是中國化學共同體的形成。
　　所謂“化學共同體”，它是以對于化學研究的共同的價值觀念和行為規范作為顯著特征的，而增長與擴展確證無誤的化學知識并使其轉化為生產力，則是化學共同體內科學工作者們追求的一致目標。以1932年8月中國核學會（Chinese Chemical Sociely）創立為契機，中國化學共同體開始逐步形成，其主要標志如下：
　　2.1 有一定的化學信息交流渠道
　　化學期刊方面（包括會志與期刊），如有：《理化雜志》、《中華化學工業會會志》、《中國化學會會志》、《化學》、《化學工程》及《化學通訊》等在1932年前后相繼創刊。化學論著方面（包括編譯與論文、專著），諸如：侯德榜的《制堿》、曹元宇的《中國古代金丹家的設備和方法》、吳憲的《物理生物化學原理》、丁緒賢的《化學史通考》、鄭貞義的《化學命名原則》、陳國符的《道藏源流考》等。化學學術活動方面（包括定期和不定期的年會），主要有：中華化學工業會年會、中國化學會年會等。
　　2.2 有比較一致的行為規范和價值取向
　　具體反映在中國化學會會志、簡章及年會活動宗旨之中。例如，中國化學會宗旨就表明：本組織旨在“聯絡國內外化學界同仁共圖化學在中國之發展及應用”以及“檢討過去、策劃未來、宣讀論文、砥礪學術、友朋聚晤、游覽參觀”。就中國化學會建會來說，就是在當時教育部為討論化學譯名、國防化學及化學課程標準等3大問題召開的化學研討會過程中發起和成立的。來自全國各地曾經留學歐、美、日的化學學者組成的全體發起人都積極參與上述3方面的活動，而在中國化學會成立后則進一步開展這方面的工作。
　　2.3 有一定的化學組織形式（或化學學術團體）
　　占重要地位的有中國化學會歐洲支會、中國化學會、中華化學工業會和中國化學工程學會等。還有一定的訓練、培育化學人才的模式或機構。作為這方面的代表有：創立中央研究院化學研究所、建立化學基礎課教學的實驗室（東南大學張子高、王琎等）、先后成立化學系科（北京大學、廈門大學、南開大學、南京大學、清華大學、四川大學、浙江大學及武漢大學等）。
　　正是這種相對具體和自主的組織——化學共同體的形成及其發展，開始把中國化學家個體和群體跟整個社會緊密地聯系起來并發揮其特有的功能，從而顯示出了中國化學共同體的社會價值。這種社會價值概括起來有以下幾個方面：
　　（1）中國化學共同體是一種科學交換系統，它的形成和發展開拓和加強了中國化學家之間以及他們與國際化學家之間的信息交流，從而促進了國民化學知識的增長和中國化學科學的發展過程。全面地認識與評價中國化學共同體的形成與發展，是一條從化學內部之社會因素去考察中國化學發展的分析途徑。從中可得出關于中國化學共同體的社會價值所具有的鮮明特色（民族的大眾的）。
　　（2）中國化學共同體以一種需要不斷完善的科學獎勵系統，推動整個中國化學科學體制的正常運行，這種獎勵系統的主要類型有：發表化學家的論文、尊重和承認他們的發現、以化學家名字命名其某項發現（如侯氏制堿法、黃鳴龍還原法等）以及一種特殊形式的尊重——職業上的承認。這種獎勵系統實質上是一種建立在價值標準基礎之上的利益交換，它既是一種動力機制又是一種制約機構。正是這種獎勵系統使得化學共同體內的化學家們在行為規范與價值取向上力求一致，從而推動整個化學科學體制的正常運行。至于這種體制的具體運行模式究竟如何，需聯系中國整個國家的科學體制、乃至整個中國社會文化背景來考察。
　　（3）中國化學共同體以它的各種組織形式（正式的和非正式的、官方的和民間的）擴散化學信息、培養化學人才，使化學的社會運行得以延續和發展。化學共同體不是一種固定不變的組織形式，它將隨著化學科學發展的趨向和社會的增長需要而不斷變革與完善。
　　綜上所述，在20世紀50年代以前，隨著近現代科學的精神與內容急速地滲入中國，包括現代化學在內的中國現代科學開始起步，在中國社會產生重大的和歷史性的影響。但據此就認為，近現代科學在中國已經“本土化”了還為時尚早。總體來說，現代科學的精神和內容滲入的程度還不深、邁進的步子還不大、有不少的領域還舉步維艱。這可見于下列各因素：涉足科學的人數仍然不多，涉及科學的層面仍然不廣，缺乏堅實的工業基礎，難以支持深入的科學研究等。主要原因是連年的戰禍（軍閥混戰、抗日戰爭和國共內戰等），導致不能為科學研究提供一個穩定的社會、政治和經濟環境。隨著1949年中華人民共和國的建立，以上不利因素才被一一清除。現代科學開始有了飛速發展，終于在中國大地上逐步開始“本土化”。
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