1、第三章、元素发现史主讲人：海洋学院应用化学 目前我们正式命名的有目前我们正式命名的有109109种，其中存在自然界中的有种，其中存在自然界中的有88种，另外的种，另外的21种，是用人工方法在实验中制得的。种，是用人工方法在实验中制得的。元素不是一朝一夕发现的。其中有很多种，古人已经知道，元素不是一朝一夕发现的。其中有很多种，古人已经知道，可还是过了好几个世纪，才认清楚它们是元素，不是复合物可还是过了好几个世纪，才认清楚它们是元素，不是复合物质。相反，有些复合物质却很久被人误以为是元素，因为早质。相反，有些复合物质却很久被人误以为是元素，因为早先化学家不知道它们是可以分解的。还有一些元素，人们很
2、先化学家不知道它们是可以分解的。还有一些元素，人们很少遇到或人眼很难看到，结果就费了很大的力气才把它们找少遇到或人眼很难看到，结果就费了很大的力气才把它们找到。到。科学家在寻找元素这个课题上曾花费了几百年的时间。这科学家在寻找元素这个课题上曾花费了几百年的时间。这里付出了很多的劳动，也出现了很多聪明而又有发明才干的里付出了很多的劳动，也出现了很多聪明而又有发明才干的人物。人物。本章就用说故事的方式，给大家讲讲元素的一些最本章就用说故事的方式，给大家讲讲元素的一些最重要的发现过程和它们的发现者。重要的发现过程和它们的发现者。古代元素发现史古代元素发现史金、银、硫在自然界当中存在单质形式，是最早被
3、人们发金、银、硫在自然界当中存在单质形式，是最早被人们发现的化学元素。现的化学元素。金在自然界中绝大部分以单质状态存金在自然界中绝大部分以单质状态存在在许多河流的沙床上，它和砂子混在在许多河流的沙床上，它和砂子混和在一起；在一些岩石中，它和岩石掺和在一起；在一些岩石中，它和岩石掺杂成块由于它的化学惰性，使它不论杂成块由于它的化学惰性，使它不论在哪里，都不受空气和水的作用，发出在哪里，都不受空气和水的作用，发出它固有的黄色光辉吸引着人们的注它固有的黄色光辉吸引着人们的注意因此，它在人类生活的最初时期就意因此，它在人类生活的最初时期就被人们发现了它被认为是人类最早发被人们发现了它被认为是人类最早发
4、现的化学元素之一现的化学元素之一 据说，现存的最大据说，现存的最大的天然金块重的天然金块重36公斤公斤现存于俄罗斯的最现存于俄罗斯的最大金块大金块金、银最早被人们用来制作装饰品，后来作为货金、银最早被人们用来制作装饰品，后来作为货币这两种应用一直传到今天币这两种应用一直传到今天纪元前纪元前2000年以前，埃及人已经用镀金、包金和镶金年以前，埃及人已经用镀金、包金和镶金的器物，并且把金丝用在刺绣上在我国西周时代的墓的器物，并且把金丝用在刺绣上在我国西周时代的墓葬里出土有包在铜矛、车衡两端的条形、圆形、人字形、葬里出土有包在铜矛、车衡两端的条形、圆形、人字形、三角形金片，还有包金兽面、包金回泡等等
5、三角形金片，还有包金兽面、包金回泡等等银在自然界中虽然也有单质状态，但是大部分是化合物状态。银在自然界中虽然也有单质状态，但是大部分是化合物状态。因而它的发现要比金晚一般认为在限今因而它的发现要比金晚一般认为在限今5500一一6000年以前。年以前。据说，曾经发现最大的银块重据说，曾经发现最大的银块重13.5吨。天然银多半是和金、汞、吨。天然银多半是和金、汞、锑、铜或铂成合金。天然金几乎总是与少量银成合金。我国古锑、铜或铂成合金。天然金几乎总是与少量银成合金。我国古代已知的琥珀金，就是一种天然的金、银合金，含银约代已知的琥珀金，就是一种天然的金、银合金，含银约20。最初，由于人们取得的银的量很
6、最初，由于人们取得的银的量很少。使得它的价值比金还贵。在大少。使得它的价值比金还贵。在大约公元前约公元前1780-1580年间埃及王朝的年间埃及王朝的法典中规定，银的价值是金的两倍。法典中规定，银的价值是金的两倍。甚至到十七世纪，在日本，银和金甚至到十七世纪，在日本，银和金的价值还是相等的。的价值还是相等的。银锭银锭 金的比重特别大，大到金的比重特别大，大到19.3g/cm3。早在远。早在远古时代人们就利用金、银的比重、颜色、焰色古时代人们就利用金、银的比重、颜色、焰色反应等来检测金银的真伪和纯度。科学史中流反应等来检测金银的真伪和纯度。科学史中流传的希腊公元前传的希腊公元前2世纪的科学家鉴别
7、真伪金制世纪的科学家鉴别真伪金制皇冠的故事就是一个很好的例子。皇冠的故事就是一个很好的例子。可能第一个被使用的非金属元素可能第一个被使用的非金属元素硫硫 在自然界中存在有单质状态。每在自然界中存在有单质状态。每次火山爆发都会把地下大量的硫带次火山爆发都会把地下大量的硫带到地面。硫还和多种金属形成硫化到地面。硫还和多种金属形成硫化物和各种硫酸盐，广泛存在自然界物和各种硫酸盐，广泛存在自然界中。中。在西方，古代人们认为硫燃烧所在西方，古代人们认为硫燃烧所形成的浓厚的烟和强烈的臭味能够形成的浓厚的烟和强烈的臭味能够驱除魔鬼。驱除魔鬼。大约在大约在4000年前，埃及人已经使年前，埃及人已经使用硫燃烧形
8、成的二氧化硫漂白布匹。用硫燃烧形成的二氧化硫漂白布匹。天然硫天然硫 中西方炼金师都很重视硫。这也硫磺的易燃中西方炼金师都很重视硫。这也硫磺的易燃性和他能够与多种金属形成不同颜色的硫化物性和他能够与多种金属形成不同颜色的硫化物有关。认为硫是可燃性的化身，是组成一切物有关。认为硫是可燃性的化身，是组成一切物体的要素之一。体的要素之一。我国炼丹家首先用硫、硝石和木炭的混合物我国炼丹家首先用硫、硝石和木炭的混合物制成了黑色火药。制成了黑色火药。不论在西方或是我国，古代不论在西方或是我国，古代人们都把硫用于医药。在李时人们都把硫用于医药。在李时珍的珍的本草纲目本草纲目中讲到硫在中讲到硫在医药中的作用时说
9、：治腰肾久医药中的作用时说：治腰肾久冷，除冷风顽痹亲热，生用治冷，除冷风顽痹亲热，生用治疥解。在疥解。在神农本草经神农本草经中还中还提到：石硫黄能化金、银、铜、提到：石硫黄能化金、银、铜、铁，奇物。吴普铁，奇物。吴普(华陀的学生华陀的学生)本草本草今也说：硫黄能合金、今也说：硫黄能合金、银、铜、铁。这说明我国古代银、铜、铁。这说明我国古代已经认识到硫黄能与金属化合已经认识到硫黄能与金属化合的化学作用。的化学作用。自然界当中也存在着较少的单质铜，距今大自然界当中也存在着较少的单质铜，距今大约约4000年前的新石器时代的晚期，夏朝已开始年前的新石器时代的晚期，夏朝已开始使用红铜，即天然铜。使用红铜
10、，即天然铜。古代的七种金属：金、银、铜、铁、锡、铅和汞古代的七种金属：金、银、铜、铁、锡、铅和汞-金属金属“七宝七宝”，其中金、银在自然界中有单质形式存在。其他，其中金、银在自然界中有单质形式存在。其他的又是通过什么方式得到的呢？还好，人类在元年前的又是通过什么方式得到的呢？还好，人类在元年前万年就掌握了火。万年就掌握了火。最早的新技术最早的新技术-火火控制火，木材燃控制火，木材燃烧得到木炭烧得到木炭提炼更多的矿石提炼更多的矿石天然存在的金、天然存在的金、银、硫银、硫碳是在自然界中分布相当广泛的元素之一。自然界中以游碳是在自然界中分布相当广泛的元素之一。自然界中以游离状态存在的碳有金刚石、石墨
11、和煤；各种形态的煤在自然离状态存在的碳有金刚石、石墨和煤；各种形态的煤在自然界中分布很广，煤中合碳达界中分布很广，煤中合碳达99。人们还可以轻易地取得碳的一些游离状态的产物，如木炭、人们还可以轻易地取得碳的一些游离状态的产物，如木炭、骨炭、炭黑等等。这就决定了碳在人类有史以前很早很早就骨炭、炭黑等等。这就决定了碳在人类有史以前很早很早就被发现和利用了。被发现和利用了。从人类新石器时代开始制造陶器起，炭黑就被用来做为黑从人类新石器时代开始制造陶器起，炭黑就被用来做为黑色颜料制造黑陶色颜料制造黑陶由石器时代进人青铜时代的时期中，木炭不仅被人类用作由石器时代进人青铜时代的时期中，木炭不仅被人类用作燃
12、料，而且还被用作还原剂燃料，而且还被用作还原剂 随着冶金工业的发展，人们在寻找比木炭更廉价的燃料和随着冶金工业的发展，人们在寻找比木炭更廉价的燃料和还原剂。这样，人们找到了煤。还原剂。这样，人们找到了煤。根据古代文献的记载，我国人民在汉朝就已经知道煤可燃烧。根据古代文献的记载，我国人民在汉朝就已经知道煤可燃烧。元朝初期，来我国的意大利人马可元朝初期，来我国的意大利人马可波罗在归国后所作的游记波罗在归国后所作的游记中，曾把中，曾把“用石作燃料用石作燃料”列为专章介绍。列为专章介绍。当时这位欧洲人惊奇地看到我国人民用煤作燃料，甚为惊奇。当时这位欧洲人惊奇地看到我国人民用煤作燃料，甚为惊奇。英国到十
13、三世纪初才在北部设矿采煤。英国到十三世纪初才在北部设矿采煤。焦炭来说说有趣的来说说有趣的C-14 量：很少量：很少半衰期：半衰期：5730年年检测：生物体年代检测：生物体年代铜被冶炼出来了，但是纯铜制成的物件太软，容易弯曲，铜被冶炼出来了，但是纯铜制成的物件太软，容易弯曲，并且很快就钝了。人们接着又发现把锡掺到铜里去，可以并且很快就钝了。人们接着又发现把锡掺到铜里去，可以制成铜锡合金制成铜锡合金-青铜。青铜。青铜熔解所需的温度比纯铜低，这青铜熔解所需的温度比纯铜低，这就使青铜器的熔炼和制作比纯铜容易得多。青铜比纯铜坚就使青铜器的熔炼和制作比纯铜容易得多。青铜比纯铜坚硬，使人们制成的劳动工具和武
14、器有了很大改进。假如我硬，使人们制成的劳动工具和武器有了很大改进。假如我们把锡的硬度定为们把锡的硬度定为5，那么铜的硬度就是，那么铜的硬度就是3，而青铜的硬，而青铜的硬度则是度则是100150。从表中可以发现，从表中可以发现，随着时代的前进，青随着时代的前进，青铜中铅的含量增大。铜中铅的含量增大。青铜中铅的增加对于青铜中铅的增加对于液态合金流动性的提液态合金流动性的提高起了重要作用，使高起了重要作用，使铸件纹饰毕露。铸件纹饰毕露。不过，古代人对不过，古代人对于铅和锡的分别并不于铅和锡的分别并不是十分明确的。是十分明确的。称铅为黑铅，称锡称铅为黑铅，称锡为白铅。为白铅。一般把中国青铜器文化的发展
15、划分为三大阶段，即形一般把中国青铜器文化的发展划分为三大阶段，即形成期、鼎盛时期和转变期。成期、鼎盛时期和转变期。形成期是指龙山时代，距今形成期是指龙山时代，距今45004000年；年；鼎盛期即中国青铜器时代，时代包括夏、商、西周、鼎盛期即中国青铜器时代，时代包括夏、商、西周、春秋及战国早期，延续时间约一千六百余年，也就是春秋及战国早期，延续时间约一千六百余年，也就是中国传统体系的青铜器文化时代；中国传统体系的青铜器文化时代；转变时期指战国末期秦汉时期，青铜器已逐步被铁转变时期指战国末期秦汉时期，青铜器已逐步被铁器取代，不仅数量上大减，而且也由原来礼乐兵器及器取代，不仅数量上大减，而且也由原来
16、礼乐兵器及使用在礼仪祭祀，战争活动等等重要场合变成日常用使用在礼仪祭祀，战争活动等等重要场合变成日常用具，其相应的器别种类、构造特征、装饰艺术也发生具，其相应的器别种类、构造特征、装饰艺术也发生了转折性的变化了转折性的变化 如果说公元前二千年是青铜时代的典型时期，那么战国如果说公元前二千年是青铜时代的典型时期，那么战国后期对很多地方的居民来说，则是由青铜时代到铁器时代后期对很多地方的居民来说，则是由青铜时代到铁器时代的过渡时期的过渡时期河北沧州铁狮子河北沧州铁狮子铸于后周广顺三年铸于后周广顺三年(公元公元953年年)人类最早使用的铁是从天空落下的陨石。陨石中铁人类最早使用的铁是从天空落下的陨石
17、。陨石中铁的百分含量很高，一般都在的百分含量很高，一般都在80%以上，是铁、钴、镍以上，是铁、钴、镍的混合物。部分陨铁中铁的含量高达的混合物。部分陨铁中铁的含量高达98%以上。以上。陨铁中的镍和钴呈高低层相间分布，这种层状分布陨铁中的镍和钴呈高低层相间分布，这种层状分布结构只能从高温每一万年冷却几度的条件下生成，而结构只能从高温每一万年冷却几度的条件下生成，而这个条件是人工无法完成的。这个条件是人工无法完成的。中国多处出土了铁刃铜器。中国多处出土了铁刃铜器。地球文化进入铁器时代以前的地球文化进入铁器时代以前的包铁青铜器包铁青铜器新疆大陨铁 最后被发现的就是汞。最后被发现的就是汞。天然的硫化汞又
18、称砾砂，或丹砂。由于它具有鲜天然的硫化汞又称砾砂，或丹砂。由于它具有鲜红的色泽。因而很早就被人们用来作为红色的颜料。红的色泽。因而很早就被人们用来作为红色的颜料。我国我国诗经诗经兼茵兼茵章有章有“额如我渥丹额如我渥丹”句，就是说句，就是说这个人的容貌美好，如涂了丹砂一样。这个人的容貌美好，如涂了丹砂一样。在汉朝司马迁所著的在汉朝司马迁所著的史记史记秦始皇本纪秦始皇本纪中记述中记述有：有：“以水银为百川、江河、大海，机相灌输，上以水银为百川、江河、大海，机相灌输，上具天文，下具地理具天文，下具地理”。是叙述秦始皇在自营坟墓，。是叙述秦始皇在自营坟墓，用大量水银保护他的棺材，数量上也许有些夸大，用
19、大量水银保护他的棺材，数量上也许有些夸大，事实上还是相当可观。事实上还是相当可观。启迪篇启迪篇中国古代化学代表人物与著作中国古代化学代表人物与著作 中国炼丹术自汉初兴起，在它得到巨大发展的中国炼丹术自汉初兴起，在它得到巨大发展的400余年余年里，曾涌现许多卓越的炼丹家，炼丹大师狐刚子、葛洪就里，曾涌现许多卓越的炼丹家，炼丹大师狐刚子、葛洪就是汉代时期的杰出代表。是汉代时期的杰出代表。狐刚子名狐丘，又叫胡罡子，东汉未年的炼丹家，著有狐刚子名狐丘，又叫胡罡子，东汉未年的炼丹家，著有五金粉图决五金粉图决、出金矿图录出金矿图录、河车经河车经、玄珠经玄珠经等。等。葛洪与葛洪与抱朴子抱朴子葛洪葛洪(公元公
20、元284-564)号彬川，别号把子真。白号抱朴子，号彬川，别号把子真。白号抱朴子，江苏丹阳切容县人。其祖父曾出任过三国时期吴国的大江苏丹阳切容县人。其祖父曾出任过三国时期吴国的大官。可以说是世代官宦，他个人也曾任晋朝的官。可以说是世代官宦，他个人也曾任晋朝的“关内关内侯侯”。葛洪的炼丹术可谓一脉相承，葛洪的炼丹术可谓一脉相承，由左慈至他的祖父葛玄而至郑隐由左慈至他的祖父葛玄而至郑隐而最后传到他。其间只另师从过而最后传到他。其间只另师从过南海太守鲍玄。南海太守鲍玄。葛洪于葛洪于46岁左右便辞官隐居于岁左右便辞官隐居于广东罗浮山炼丹终老。他一生的广东罗浮山炼丹终老。他一生的著作很多范围也很广，关于
21、炼著作很多范围也很广，关于炼丹术方面主要是丹术方面主要是抱朴子抱朴子内篇内篇。这部著作的内容是非常丰富的，这部著作的内容是非常丰富的，但他的原文中有些语言是过于隐但他的原文中有些语言是过于隐晦的。晦的。从狐刚子的著作、葛洪的从狐刚子的著作、葛洪的抱朴子抱朴子中我们能看出我国古代炼中我们能看出我国古代炼丹术士已经做了许多化学实验，积累了大量化学事实，但为什么丹术士已经做了许多化学实验，积累了大量化学事实，但为什么没有在中国形成化学学科没有在中国形成化学学科?我们从葛洪和我们从葛洪和抱朴子抱朴子可以看到一些可以看到一些原因：原因：(1)炼丹家进行炼丹的目的不是为了进行化学研究，而是为了炼丹家进行炼
22、丹的目的不是为了进行化学研究，而是为了“点石成金点石成金”，或炼出长生不老的丹药。这使得他们的炼丹活动，或炼出长生不老的丹药。这使得他们的炼丹活动中带有了浓厚的迷信色彩，从而对实验现象不能正确解释，而往中带有了浓厚的迷信色彩，从而对实验现象不能正确解释，而往往牵强附会，荒诞不经，使人觉得玄之又玄。往牵强附会，荒诞不经，使人觉得玄之又玄。(2)炼丹家的服务对象大多是君王、贵族或他们的自我需要。炼丹家的服务对象大多是君王、贵族或他们的自我需要。与劳动人民的生活隔得很远，只是少数人的专利品，人民群众是与劳动人民的生活隔得很远，只是少数人的专利品，人民群众是无从接触到这些积累的化学知识的。无从接触到这
23、些积累的化学知识的。(3)各门各派，壁垒森严。各派抱着自己的研究结果，秘而不各门各派，壁垒森严。各派抱着自己的研究结果，秘而不宣，甚或用晦涩的隐语、符号来表示，给后人整理、研究增添不宣，甚或用晦涩的隐语、符号来表示，给后人整理、研究增添不少的困难。各派说教不一，炼丹家多独处深山古刹，交流研讨少，少的困难。各派说教不一，炼丹家多独处深山古刹，交流研讨少，大多固步自封，使后人积累面窄，继承的知识有限，这种一脉相大多固步自封，使后人积累面窄，继承的知识有限，这种一脉相传的结果往往导致失传。传的结果往往导致失传。(4)研究面窄，从研究面窄，从抱朴子抱朴子中可以看出，其研究对象多为砷、中可以看出，其研究
24、对象多为砷、汞、铅、硫、金、银等元素。实验方法单一守旧，因袭前人变化汞、铅、硫、金、银等元素。实验方法单一守旧，因袭前人变化很小，多采用加热、升华等方法，蒸馏等简单操作基本上都没有，很小，多采用加热、升华等方法，蒸馏等简单操作基本上都没有，大大缩小了认识范围。大大缩小了认识范围。(5)不注重理论研讨，将理论基础建立在阴阳五行上，炼丹家不注重理论研讨，将理论基础建立在阴阳五行上，炼丹家又往往随意演译、解释，没有科学的态度。这使得后来者没有线又往往随意演译、解释，没有科学的态度。这使得后来者没有线索，无从把据，感到扑朔迷离，所有这些导致了实验事实不能上索，无从把据，感到扑朔迷离，所有这些导致了实验
25、事实不能上升为理论。升为理论。沈括和他的沈括和他的梦溪笔谈梦溪笔谈 沈括沈括(公元公元103l一一1095年），吴兴年），吴兴(今今浙江杭州浙江杭州)人，出身于官僚家庭，于公人，出身于官僚家庭，于公元元1062年中进士。沈括一生仕途坎坷，年中进士。沈括一生仕途坎坷，但在迭荡的一生中，沈括却在我国古代但在迭荡的一生中，沈括却在我国古代石油开发、制盐和炼铜技术上，做出了石油开发、制盐和炼铜技术上，做出了杰出的贡献。英国科学史家李杰出的贡献。英国科学史家李约瑟约瑟(Joseph Needham)赞许沈括是赞许沈括是“中国整中国整个科学史中最卓越的人物个科学史中最卓越的人物”，赞许他的，赞许他的著作著
26、作梦溪笔谈梦溪笔谈是是“中国科学史中最中国科学史中最卓越的论著卓越的论著”。沈括画像沈括画像翻开翻开梦溪笔谈梦溪笔谈，可以看到有关化学全面的记载，体现，可以看到有关化学全面的记载，体现了沈括注重自然科学为生产实践服务的思想，其中尤以反映了沈括注重自然科学为生产实践服务的思想，其中尤以反映在石油开发、制盐和炼钢上最为明显。在石油开发、制盐和炼钢上最为明显。沈括用石油烟墨代替松罗，亲自动手实验获得成功，开辟沈括用石油烟墨代替松罗，亲自动手实验获得成功，开辟了石油利用的新途径，为以石油族类为原料的碳黑工业奠定了石油利用的新途径，为以石油族类为原料的碳黑工业奠定了早期的实验基础。沈括还预言：了早期的实
27、验基础。沈括还预言：“此物后必大行于世此物后必大行于世”。宋应星与宋应星与天工开物天工开物宋应星宋应星(公元公元15871661），字长皮，江西省奉新县雅溪乡），字长皮，江西省奉新县雅溪乡人。他是我国明代著名的科学家，其所著人。他是我国明代著名的科学家，其所著天工开物天工开物一书、一书、是我国和世界科学史上第一部有关农业和手工业技术的百科是我国和世界科学史上第一部有关农业和手工业技术的百科全书。全书。天工开物天工开物全书详细叙述了各种农作物和工业原料的种全书详细叙述了各种农作物和工业原料的种类、产地、生产技术和工艺装备，以及一些生产组织经验，类、产地、生产技术和工艺装备，以及一些生产组织经验，
28、既有大量确切的数据，又绘制了一百二十三幅插图。全书分既有大量确切的数据，又绘制了一百二十三幅插图。全书分上、中、下三卷，又细分做十八卷。上卷记载了谷物豆麻的上、中、下三卷，又细分做十八卷。上卷记载了谷物豆麻的栽培和加工方法，蚕丝的纺织和染色技术，以及制盐、制糖栽培和加工方法，蚕丝的纺织和染色技术，以及制盐、制糖工艺。中卷内容包括砖瓦、陶瓷的制作，车船的建造，金属工艺。中卷内容包括砖瓦、陶瓷的制作，车船的建造，金属的铸锻，煤炭、石灰、硫黄、白矾的开采和烧制，以及榨油、的铸锻，煤炭、石灰、硫黄、白矾的开采和烧制，以及榨油、造纸方法等。下卷记述金属矿物的开采和冶炼，兵器的制造，造纸方法等。下卷记述金
29、属矿物的开采和冶炼，兵器的制造，颜料、酒曲的生产，以及珠玉的采集加工等。颜料、酒曲的生产，以及珠玉的采集加工等。他的著作都具有珍贵的历史价值和科学价值。如在他的著作都具有珍贵的历史价值和科学价值。如在五金五金卷中，宋应星是世界上第一个科学地论述锌和铜锌合金卷中，宋应星是世界上第一个科学地论述锌和铜锌合金（黄铜）的科学家。他明确指出，锌是一种新金属，并且（黄铜）的科学家。他明确指出，锌是一种新金属，并且首次记载了它的冶炼方法。这是我国古代金属冶炼史上的首次记载了它的冶炼方法。这是我国古代金属冶炼史上的重要成就之一。使中国在很长一段时间里成为世界上唯一重要成就之一。使中国在很长一段时间里成为世界上
30、唯一能大规模炼锌的国家。宋应星记载的用金属锌代替锌化合能大规模炼锌的国家。宋应星记载的用金属锌代替锌化合物（炉甘石）炼制黄铜的方法，是人类历史上用铜和锌两物（炉甘石）炼制黄铜的方法，是人类历史上用铜和锌两种金属直接熔融而得黄铜的最早记录。种金属直接熔融而得黄铜的最早记录。宋应星塑像宋应星塑像科学巨著科学巨著天工开物天工开物天工开物天工开物之铸鼎之铸鼎图图天工开物天工开物之南方之南方挖煤图挖煤图明崇祯十年原刊本明崇祯十年原刊本天工开物天工开物序序天工开物天工开物之筒车之筒车图图天工开物天工开物之南方之南方榨油图榨油图天工开物天工开物之生熟之生熟炼铁炉图炼铁炉图 天工开物天工开物是对中国古代农业和
31、工业生产技术系统而全面的是对中国古代农业和工业生产技术系统而全面的总结，在科学史中首开先例，其所述范围之广为以往任何著作所总结，在科学史中首开先例，其所述范围之广为以往任何著作所不及，足可与西方文艺复兴时期不及，足可与西方文艺复兴时期G G阿格里科拉撰写的阿格里科拉撰写的矿冶全矿冶全书书这本技术经典相媲美。此书出版后，很快便在福建由书商杨这本技术经典相媲美。此书出版后，很快便在福建由书商杨素卿于清初刊行第二版，并被清代官刻大型著作素卿于清初刊行第二版，并被清代官刻大型著作古今图书集成古今图书集成(1725)(1725)及及授时通考授时通考(1737)(1737)广泛摘引。虽然广泛摘引。虽然l8
32、l8世纪后半叶世纪后半叶天天工开物工开物因有反清思想而一度遭到厄运，但仍成为当时许多学者因有反清思想而一度遭到厄运，但仍成为当时许多学者的参考书。的参考书。此书于此书于l7l7世纪末传人日本，世纪末传人日本，17711771年大阪出现了刻本，从此成为年大阪出现了刻本，从此成为江户时代江户时代(1608(1608一一l868)l868)日本各界广为重视的读物，刺激了日本各界广为重视的读物，刺激了“开物开物之学之学”的兴起。的兴起。2020世纪时，此书又被译成现代日语，至今畅销。世纪时，此书又被译成现代日语，至今畅销。l8l8世纪世纪天工开物天工开物还传到朝鲜，成为李朝还传到朝鲜，成为李朝(139
33、2(1392一一l910)l910)后期后期实学派学者参引的著作。实学派学者参引的著作。18301830一一18401840年间，年间，天工开物天工开物中的中的丹青丹青、五金五金、乃服乃服、彰施彰施及及杀青杀青等章还被摘译成法文，接着转译等章还被摘译成法文，接着转译成英文、德文。成英文、德文。乃服乃服中的养蚕部分被译成意大利文和俄文。中的养蚕部分被译成意大利文和俄文。达尔文读过这部分内容，曾作过转引。达尔文读过这部分内容，曾作过转引。18691869年，年，天工开物天工开物有关工业各章的法文摘译，又被集中收有关工业各章的法文摘译，又被集中收入入“中华帝国工业之今昔中华帝国工业之今昔”(Indu
34、stries anciennes et(Industries anciennes et modernes de L Empire Chinoismodernes de L Empire Chinois)，刊于巴黎。，刊于巴黎。19641964年，有关年，有关农业的前四章被译成德文。农业的前四章被译成德文。l966l966年，年，天工开物天工开物全书被译成英文，在美国出版。目全书被译成英文，在美国出版。目前，这部书已成为世界科学经典著作在各国流传，并受到高前，这部书已成为世界科学经典著作在各国流传，并受到高度评价。法国学者度评价。法国学者S S儒莲称此书为儒莲称此书为“技术百科全书技术百科全书”
35、，日，日本学者三枝博音称其为本学者三枝博音称其为“中国有代表性的技术书中国有代表性的技术书”，英国学，英国学者李者李.约瑟把约瑟把天工开物天工开物作者宋应星称为作者宋应星称为“中国的阿格里中国的阿格里科拉科拉”和和“中国的狄德罗中国的狄德罗”。我国明代科学家宋应星对我们的启迪我国明代科学家宋应星对我们的启迪 中国古代的科学技术，长期以来中国古代的科学技术，长期以来占处于一个欧洲人所占处于一个欧洲人所望尘莫及的地位。例如英国科学史家李约瑟博士著文中提望尘莫及的地位。例如英国科学史家李约瑟博士著文中提到的，到的，“中国的这些发明与发现往往远远超过了同时代的中国的这些发明与发现往往远远超过了同时代的
36、欧训，特别是中世纪以前更是如此，关于这一点可以毫不欧训，特别是中世纪以前更是如此，关于这一点可以毫不费力地加以证明。费力地加以证明。”沈括的沈括的梦溪笔谈梦溪笔谈、李时珍的、李时珍的本草纲目本草纲目、宋应星、宋应星的的天工开物天工开物的出版，标志了这个民族的科技文明已达的出版，标志了这个民族的科技文明已达到了成熟期。到了成熟期。宋应星生于宋应星生于1587年年(明神宗万历十五年明神宗万历十五年)卒于约卒于约1666年年(清清康熙五年康熙五年)前后。整个生命经历了明未清初这一社会动荡前后。整个生命经历了明未清初这一社会动荡时期。时期。29岁时以全省第岁时以全省第3名中举；而后虽饱读经书、才高名中
37、举；而后虽饱读经书、才高八斗，却八斗，却“五上公车而不第五上公车而不第”。宋应星完成如此巨著的时代竟不是什宋应星完成如此巨著的时代竟不是什么太平盛世。恰恰相反，他所经历的四朝么太平盛世。恰恰相反，他所经历的四朝（明（明万历、祟帧，清万历、祟帧，清顺治、康熙顺治、康熙)不是政不是政治腐败、阉党横行，便是社会动荡、兵荒治腐败、阉党横行，便是社会动荡、兵荒马乱，因此，在我们惊叹马乱，因此，在我们惊叹天工开物天工开物的的惊人成就的同时，更叹服作者对科学的执惊人成就的同时，更叹服作者对科学的执著追求和超人的毅力。著追求和超人的毅力。宋应星画像宋应星画像宋应星的成就就是建立在对先人的光荣感、自豪感和责任宋
38、应星的成就就是建立在对先人的光荣感、自豪感和责任感上的。他既有继承，又有批判、有创新。他继承的是古代感上的。他既有继承，又有批判、有创新。他继承的是古代文明之精粹，批判那些反科学的诸如神鬼学、点金术、炼文明之精粹，批判那些反科学的诸如神鬼学、点金术、炼丹术之类的糟粕；他创新的不仅是一些农业及手工业的技术丹术之类的糟粕；他创新的不仅是一些农业及手工业的技术手段，更重要的是留给后人以再创造的好学思想和精神驱动手段，更重要的是留给后人以再创造的好学思想和精神驱动力！力！近代元素发现史近代元素发现史 “火焰空气火焰空气”药店里的学徒药店里的学徒卡尔舍勒卡尔舍勒瑞典科学家卡尔瑞典科学家卡尔威廉威廉舍勒，
39、舍勒，他十四岁他十四岁那年被送到包赫开设的药店当学徒。到十那年被送到包赫开设的药店当学徒。到十九年后，瑞典科学院选他当院士的时候，九年后，瑞典科学院选他当院士的时候，他还是外省一家药店的普通实验员，仍旧他还是外省一家药店的普通实验员，仍旧同少年时代一样，要把微薄的薪水，大部同少年时代一样，要把微薄的薪水，大部分花费在书籍和化学试剂上。分花费在书籍和化学试剂上。卡尔舍勒火为什么会熄灭火为什么会熄灭如果给点燃的蜡烛罩上一如果给点燃的蜡烛罩上一个玻璃罩，蜡烛燃烧一会儿个玻璃罩，蜡烛燃烧一会儿就熄灭了，如果把玻璃罩内就熄灭了，如果把玻璃罩内的空气全部抽掉，蜡烛立即的空气全部抽掉，蜡烛立即熄灭；铁匠炼铁
40、时，用风箱熄灭；铁匠炼铁时，用风箱鼓进空气，火会烧得更旺。鼓进空气，火会烧得更旺。燃烧的物质为什么需要空气燃烧的物质为什么需要空气呢？舍勒对燃烧产生了浓厚呢？舍勒对燃烧产生了浓厚的兴趣。的兴趣。五分之一的空气哪里去了？五分之一的空气哪里去了？为什么剩下的五分之四空气不能燃烧？为什么剩下的五分之四空气不能燃烧？“死空气死空气”和和“活空气活空气”无论什么东西，也不愿意在这种空气里燃烧。蜡烛会灭，无论什么东西，也不愿意在这种空气里燃烧。蜡烛会灭，好象有个隐身人把它吹灭似的。烧红的炭会冷却。燃着的好象有个隐身人把它吹灭似的。烧红的炭会冷却。燃着的细劈柴会立即熄掉，好象叫水浇了一样。甚至易于燃烧的细劈
41、柴会立即熄掉，好象叫水浇了一样。甚至易于燃烧的磷，到了这种空气里也不肯着火。磷，到了这种空气里也不肯着火。有几只老鼠，被舍勒关到充满了这有几只老鼠，被舍勒关到充满了这 中死空气的罐里，立中死空气的罐里，立刻窒息而死。然而这中死空气也是透明、无臭、无味，和刻窒息而死。然而这中死空气也是透明、无臭、无味，和普通空气一样。普通空气一样。“火焰空气火焰空气”的制取的制取加热黑火药加热黑火药不可捉摸的燃素不可捉摸的燃素 那时候，在化学家中间流传着一种那时候，在化学家中间流传着一种学说，据说一种物质只在它含有许多学说，据说一种物质只在它含有许多特殊的易燃物质特殊的易燃物质燃素时，才能燃燃素时，才能燃烧。烧
42、。至于燃素是什么东西，谁也说不清至于燃素是什么东西，谁也说不清楚。有人想，燃素很象气体，又有人楚。有人想，燃素很象气体，又有人说，燃素看不见，也不能单独地弄到说，燃素看不见，也不能单独地弄到手，因为它不能独立存在，永远得和手，因为它不能独立存在，永远得和别种物质结合在一起。别种物质结合在一起。可怜的舍勒可怜的舍勒-燃素学说的拥护者最终也没有燃素学说的拥护者最终也没有突破栏笼。突破栏笼。他最终简单的解释为：一种物质燃烧时，从他最终简单的解释为：一种物质燃烧时，从它里面析出的燃素会和它里面析出的燃素会和“火焰空气火焰空气“化合，而化合，而这种看不见的的化合物是这样容易挥发，简直这种看不见的的化合物
43、是这样容易挥发，简直可以悄悄的渗透玻璃，像水渗过筛子一样。可以悄悄的渗透玻璃，像水渗过筛子一样。第一次的飞跃第一次的飞跃-拉瓦锡和他的盟友拉瓦锡和他的盟友 “火焰空气火焰空气”是由三位科学家差不多同时发是由三位科学家差不多同时发现的。现的。舍勒发现最早。舍勒发现最早。一两年以后，对舍勒的工作毫无所知的英国一两年以后，对舍勒的工作毫无所知的英国人普里斯特利（英国自然科学家，发现了许多人普里斯特利（英国自然科学家，发现了许多气体：气体：CO2、NH3、HCl）也查出了）也查出了“火焰空火焰空气气”。又过了几个月，拉瓦锡从普里斯特利那儿听又过了几个月，拉瓦锡从普里斯特利那儿听说有种气体，蜡烛在里面会
44、燃烧得很亮。结果说有种气体，蜡烛在里面会燃烧得很亮。结果他就根据这点模糊的暗示，也独立发现了空气他就根据这点模糊的暗示，也独立发现了空气的复杂组成。的复杂组成。1733-1804可是三人中只有拉瓦锡一人，对可是三人中只有拉瓦锡一人，对“火焰空气火焰空气”在自然界的真正功能，在自然界的真正功能，做 出 了 正 确 的 估 计。做 出 了 正 确 的 估 计。原来拉瓦锡有个杰出的盟友在工原来拉瓦锡有个杰出的盟友在工作 中 出 力 地 帮 助 了 他。作 中 出 力 地 帮 助 了 他。舍勒和普里斯特利也有这样的盟舍勒和普里斯特利也有这样的盟友，不过他们既不经常请教它，也友，不过他们既不经常请教它，
45、也不重视它的劝告。不重视它的劝告。拉瓦锡的主要盟友就是拉瓦锡的主要盟友就是天平。天平。拉瓦锡拉瓦锡 拉瓦锡也进行了密闭烧瓶中燃烧磷的实验。拉瓦锡也进行了密闭烧瓶中燃烧磷的实验。哪一个分量更重些？哪一个分量更重些？是磷呢，还是燃烧后留下的由磷而来的物质？是磷呢，还是燃烧后留下的由磷而来的物质？抨击、嘲笑、反对，最终接受！抨击、嘲笑、反对，最终接受！现在的天平现在的天平 元素名单的刷新元素名单的刷新 磷酸磷酸磷磷 碳酸碳酸碳碳四元素学说的彻底倒台四元素学说的彻底倒台元素发现史之元素发现史之 近代元素发现史近代元素发现史 “火焰空气火焰空气”药店里的学徒药店里的学徒卡尔舍勒卡尔舍勒瑞典科学家卡尔瑞典
46、科学家卡尔威廉威廉舍勒，舍勒，他十四岁他十四岁那年被送到包赫开设的药店当学徒。到十那年被送到包赫开设的药店当学徒。到十九年后，瑞典科学院选他当院士的时候，九年后，瑞典科学院选他当院士的时候，他还是外省一家药店的普通实验员，仍旧他还是外省一家药店的普通实验员，仍旧同少年时代一样，要把微薄的薪水，大部同少年时代一样，要把微薄的薪水，大部分花费在书籍和化学试剂上。分花费在书籍和化学试剂上。卡尔舍勒卡尔舍勒火为什么会熄灭火为什么会熄灭如果给点燃的蜡烛罩上一如果给点燃的蜡烛罩上一个玻璃罩，蜡烛燃烧一会儿个玻璃罩，蜡烛燃烧一会儿就熄灭了，如果把玻璃罩内就熄灭了，如果把玻璃罩内的空气全部抽掉，蜡烛立即的空气
47、全部抽掉，蜡烛立即熄灭；铁匠炼铁时，用风箱熄灭；铁匠炼铁时，用风箱鼓进空气，火会烧得更旺。鼓进空气，火会烧得更旺。燃烧的物质为什么需要空气燃烧的物质为什么需要空气呢？舍勒对燃烧产生了浓厚呢？舍勒对燃烧产生了浓厚的兴趣。的兴趣。五分之一的空气哪里去了？五分之一的空气哪里去了？为什么剩下的五分之四空气不能燃烧？为什么剩下的五分之四空气不能燃烧？“死空气死空气”和和“活空气活空气”无论什么东西，也不愿意在这种空气里燃烧。蜡烛会灭，无论什么东西，也不愿意在这种空气里燃烧。蜡烛会灭，好象有个隐身人把它吹灭似的。烧红的炭会冷却。燃着的好象有个隐身人把它吹灭似的。烧红的炭会冷却。燃着的细劈柴会立即熄掉，好象
48、叫水浇了一样。甚至易于燃烧的细劈柴会立即熄掉，好象叫水浇了一样。甚至易于燃烧的磷，到了这种空气里也不肯着火。磷，到了这种空气里也不肯着火。有几只老鼠，被舍勒关到充满了这有几只老鼠，被舍勒关到充满了这 中死空气的罐里，立中死空气的罐里，立刻窒息而死。然而这中死空气也是透明、无臭、无味，和刻窒息而死。然而这中死空气也是透明、无臭、无味，和普通空气一样。普通空气一样。“火焰空气火焰空气”的制取的制取-加热硝石加热硝石不可捉摸的燃素不可捉摸的燃素 那时候，在化学家中间流传着一种那时候，在化学家中间流传着一种学说，据说一种物质只在它含有许多学说，据说一种物质只在它含有许多特殊的易燃物质特殊的易燃物质燃素
49、时，才能燃燃素时，才能燃烧。烧。至于燃素是什么东西，谁也说不清至于燃素是什么东西，谁也说不清楚。有人想，燃素很象气体，又有人楚。有人想，燃素很象气体，又有人说，燃素看不见，也不能单独地弄到说，燃素看不见，也不能单独地弄到手，因为它不能独立存在，永远得和手，因为它不能独立存在，永远得和别种物质结合在一起。别种物质结合在一起。燃素学说的拥护者最终也没有突破栏笼。燃素学说的拥护者最终也没有突破栏笼。一种物质燃烧时，从它里面析出的燃素会和一种物质燃烧时，从它里面析出的燃素会和“火焰空气火焰空气“化合，而这种看不见的的化合物化合，而这种看不见的的化合物是这样容易挥发，简直可以悄悄的渗透玻璃，是这样容易挥
50、发，简直可以悄悄的渗透玻璃，像水渗过筛子一样。像水渗过筛子一样。第一次的飞跃第一次的飞跃-拉瓦锡和他的盟友拉瓦锡和他的盟友 “火焰空气火焰空气”是由三位科学家差不多同时发是由三位科学家差不多同时发现的。现的。舍勒发现最早。舍勒发现最早。一两年以后，对舍勒的工作毫无所知的英国一两年以后，对舍勒的工作毫无所知的英国人普里斯特利（英国自然科学家，发现了许多人普里斯特利（英国自然科学家，发现了许多气体：气体：CO2、NH3、HCl）也查出了）也查出了“火焰空火焰空气气”。又过了几个月，拉瓦锡从普里斯特利那儿听又过了几个月，拉瓦锡从普里斯特利那儿听说有种气体，蜡烛在里面会燃烧得很亮。结果说有种气体，蜡烛
