淺談中國古代工藝中的化學

摘" "要：中國古代化學主要以實用為目的，在中學化學教學中滲透中國古代化學的知識，使學生在學習化學之初，學習古人利用火及燃料、多姿多彩的陶瓷藝術、金屬及合金的冶煉工藝、從大自然中提取的天然染料等科學史，以充分了解中國古代化學工藝，增強民族自信，發揚中華優秀傳統文化。

關鍵詞：中學化學；中國古代化學

中圖分類號：G633.8" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1009-010X（2024）14-0059-03

化學作為一門獨立的學科雖然歷史較為短暫，只有幾百年，但在中華文明數千年的歷史長河中，勤勞的中華民族從不斷地辛勤勞動中探索并利用化學變化，創造新物質，改善生產生活方式。古代化學又稱為古代實用化學，其獨特的魅力傳承千年，遍及萬戶，或記錄在史料中，或留存在各地出土的文物中。中學是學生學習化學學科的開端，如果學生在開始學習化學時，就可以充分了解中國古代化學工藝，不僅能夠加深對化學學科的興趣和理解，還能感受中國古人的智慧美、勞動美、工匠美，增強對中國優秀傳統文化的熱愛與自信。

一、能量

（一）火的發現

中國古代有兩個關于火的傳說——女媧留神火于人間、燧人氏鉆木取火，二者都生動形象地描述了火的來源，同時也反映了人們對火的渴求與熱愛。燧人氏發明火石、火鐮、火絨取火的方法更是延續到了清朝，其原理是使用火鐮刀敲打火石，敲打產生的火星引燃火絨再進行取火，整體裝置精致小巧，便于隨身攜帶。火折子作為影視劇中的常客，是指在木管里加入硫磺、硝以及棉花等可燃物取火，火折子取火方便且易保存。“陽燧”取火的原理則是利用內凹的銅鏡聚光作用，使可燃物溫度升高取火。這些都是使用化學知識的早期寫照。

（二）燃料的利用

中國是最早開始使用化學燃料的國家。對于燃料，多本古書均有記載，“女兒之山，其上多石涅”出自《山海經》；“澤中有火”“上火下澤”出自《易經》；“石出泉水……其水有肥，燃之極明，不可食，縣人謂之石漆”出自《后漢書·郡國志》。

“石涅”是指煤，亦有文獻將其稱為“烏金”“石炭”等；“澤中有火”指湖泊上有可燃氣體甲烷；“石漆”則指石油，亦有文獻將其稱為“石脂”“猛火油”等。

火的發現與使用使得人們可以利用化學手段制陶燒瓷、金屬冶煉、藥物提取、谷物釀造等。這為化學工藝的開始與革新奠定了基礎，促使人們開始關注溫度提升、供氧量的控制與提高等方向，從而更好地促進化學工藝設備的改革與創新。古代勞動人民通過這些生產活動，充分認識自然規律，利用自然規律，創造物質，提升生活質量。

二、陶瓷

“雨過天青云破處，這般顏色做將來”出自后周世宗柴榮，記載于明代謝肇淛的《五雜俎》，描述的是汝窯的“天青色”；“白瓷梅瓶，素潤如玉”出自明代文征明的《題白瓷梅瓶》，描述的是素雅的白瓷。

陶瓷工藝在中國已有一萬多年的歷史，中國是世界上最早發明瓷器的國家。制陶原料主要是黏土，其中的硅酸鹽物質經高溫焙燒轉化為玻璃相黏結成堅硬的新物質——陶瓷，其制備工藝的演變歷經紅陶、彩陶、灰陶、黑陶、白陶、印紋硬陶、釉陶等，后來發展出了質地更加細膩、色彩更加豐富的各種瓷器。陶瓷的色彩絢麗深厚，以唐三彩最為典型，其色彩的形成主要來源于焙燒過程中添加的含鐵、銅、鈷、錳等元素的物質，并且工匠們在不斷嘗試燒制的過程中發現不同氧化物，燒制出的顏色也各有不同，如控制焙燒時的供氧量，供氧充足時產生的氧化焰可燒制成產生含Fe2O3較多的灰黃色或褐色陶瓷，供氧不足時產生的還原焰則可燒制成產生含FeO較多的青色陶瓷，再如含孔雀石的綠色，含鉛白Pb3（OH）4CO3的白色等等。陶瓷工藝的復雜多樣、精益求精體現了中華民族的工匠精神。我國的陶瓷經“絲綢之路”廣泛傳播到世界各地，我國的瓷器之名就此傳播到世界各地。作為三大傳統硅酸鹽產品之一的陶瓷至今應用也十分廣泛，景德鎮、宜興、唐山等陶瓷產地廣負盛名，慕名而來者絡繹不絕。中華民族也在與其他民族的交流中，不斷學習并改進工藝技術，豐富自己的物質和精神財富，清代被稱為稀世珍寶的琺瑯彩瓷器便是借鑒歐洲裝飾藝術與中國傳統瓷器技術相結合創造性地開辟了色彩艷麗、濃厚、極具藝術價值的新工藝。

三、冶金

“曾青得鐵則化為銅”出自《淮南萬畢術》，“曾青（又稱白青、空青） ”指碳酸銅類化合物，其制銅原理為Cu2++Fe=Cu+Fe2+，是世界濕法冶金的起源。中國的青銅器見證了歷史，也承載了人類的智慧。最早的銅器為天然銅，含銅量約為99%，因其質地柔韌易捶打塑型，被人類選中作為制作金屬器具的開端。人類真正意義上使用銅則是從礦石中冶煉金屬開始，人們從發現天然銅器生銹產生的綠色銅銹與一些礦石，如孔雀石十分相似，突發靈感，開始冶煉工藝。

中國古代冶金還包含金、銀、鐵、鋅、錫、汞等，冶煉方法根據金屬性質各不相同。“沙里淘金”是利用金的密度較大這一規律，從自然界中分離得到。“千錘百煉”“百煉成鋼”則是通過塊煉鐵法將木炭和鐵礦石高溫下焙燒，利用CO還原性將鐵礦石還原得到含雜質較高的鐵后，歷經反復錘打，從而提高鋼鐵的質量的工藝。《天工開物》中記載“爐甘石十斤，裝載入一泥罐內，……然后逐層用煤炭餅墊盛，其底鋪薪，發火煅紅，……冷淀，毀罐取出，……，即倭鉛也”（爐甘石的主要成分為碳酸鋅，泥罐中摻有煤炭），火法煉鋅的原理為ZnCO3+2C" " " " Zn+3CO↑。

《夢溪筆談·器用》中記載“古人以劑鋼為刃，柔鐵為莖干，不爾則多斷折。”古代人用劑鋼作劍刃，用柔鐵作劍身，如果不這樣就容易斷折。這體現出古人對合金及金屬單質的性質已經有了比較全面的認知，“劑鋼”為合金，硬度高，可作劍刃；“柔鐵”為金屬單質，硬度小，可作劍身。前西周《考工記》更是詳細記載銅錫合金比例，“六分其金而錫居一，謂之鐘鼎齊。五分其金而錫居一，謂之斧斤齊。四分其金而錫居一，謂之戈戟齊。三分其金而錫居一，謂之大刃齊。五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊。金錫半，謂之鑒燧（銅鏡）之齊。”銅中加入錫能夠降低熔點，增加硬度，便于冶煉澆筑，提高性能。《物理小識》中記載“以汞和金涂銀器上，成白色，入火則汞去而金存，數次即黃”，該過程描述的是鎏鍍工藝，利用金汞合劑中汞的沸點低易汽化的特點，將金均勻的鍍在銀器上，形成了金包銀的效果，河北滿城漢墓出土的長信宮燈即為典型代表。

四、顏料

《千里江山圖》是宋代著名畫作，中國傳世名畫。其青綠山水的色彩歷經千年不變，極具欣賞價值。其中青綠顏色均源于礦物顏料，綠色源自孔雀石顏料，藍色源自藍銅礦顏料。礦物顏料，又稱“石染”，因其性質穩定，不易變質，故而可以長久留存。《天工開物》中記載：“金黃色（櫨木煎水染，復用麻稿灰淋，堿水漂）……象牙色（櫨木煎水薄染，或用黃土）。”其中涉及的有機色素在堿性環境（堿水多指碳酸鹽，如草木灰為碳酸鉀）中呈金黃色，酸性環境中呈現象牙色，該原理為改變介質的酸堿性促使化學平衡的移動，這是有機染料（又稱“草木染”）的代表。敦煌壁畫所使用的顏料超過30種，色彩鮮麗多樣，具有代表性，其中包括無機礦物顏料、金屬顏料以及有機天然顏料。無機礦物顏料大多是直接將有顏色的礦石研磨加工而成，有機染料則是利用天然植物制成，如紅色的紅花、蘇木，藍色的靛藍，黃色的藤黃、梔子等等，是中國傳統服飾最早的色彩來源。《爾雅·釋器》中講染紅色，“一染縓，再染赪，三染纁”，指因植物染料與明礬對纖維素親和力低，故需經過反復數次工序，染出較深紅色。金屬顏料主要指金和銀，它們具有獨特的光澤感，最早用于器物、壁畫等，不同顏料的使用為現代工筆畫的發展奠定了基礎，由此發展而來的切金法、雕金法、灑金法、燒箔法等豐富了繪畫的色彩與形式。

中國古代實用化學雖沒有作為獨立學科進行研究，但在歷史長河中不斷演變革新，尤其是很多化工工藝在古時已經爐火純青，如造紙術、黑火藥煉制、釀造工藝等。但歷史中的工藝仍存在很多需要研究和探索的內容，如“越王勾踐劍”獨特的防腐技術到現在仍舊存在很多謎題，醫藥古籍還需更多研究與探索。屠呦呦受《肘后備急方》“青蒿一握，以水二升漬，絞取汁，盡服之”的啟發，經過反復試驗，最終提取出的青蒿素作為治療瘧疾的藥物為世界人民做出了巨大貢獻，可見古代科技中存在著豐富的物質與精神財富。文物與史料均屬于歷史學、考古學研究范疇，筆者只是淺層學習了相關文章與書籍，文中所列知識不免片面，相關專業術語可能有待糾正。筆者期望在學生學習化學之初，能夠有意識地學習、滲透、挖掘古代化學工藝原理，充分了解古代工藝，增強民族自信，發揚中華優秀傳統文化。

參考文獻：

［1］趙匡華.中國古代化學［M］.北京：中國國際廣播出版社，2010.

［2］汪朝陽，肖" "信.化學史人文教程［M］.北京：科學出版社，2010.

［3］張德生.化學史簡明教程［M］.安徽：中國科學技術大學出版社，2009.

［4］周嘉華.文物與化學［J］.東方出版社，2000.

［5］傅麗云.論現代中國重彩畫繪畫顏料的應用、傳承與發展［J］.呂梁學院學報，2013，3（06）：17～19.

［6］田" "雨.《時光·印記》系列作品中金屬顏料的應用研究［D］.湘潭：湖南科技大學，2024.