从炼金术到近代化学的转变

第三节　从炼金术到近代化学的转变

化学作为一门科学是从炼金技术和化学工艺中脱胎出来的。在从炼金术到科学化学的转变中，冶金化学和医药化学起了桥梁作用。

17世纪早期的炼金场所

冶金化学领域里，最有影响的是意大利人林古齐和德国人阿格里柯拉的工作。林古齐是一位实用化学家，他根据自己的观察和经验所写成的《烟火术》一书，论述了用火制取各种物质的生产技术，其中包括非金属矿物如硫磺、矶类、硼砂、盐类等的开采和提炼，包括金属矿物的加工、冶炼、铸造等，还包括烟火（火药及其他爆炸品）的制造技术。阿格里柯拉是德国矿区的一名医生，虽然不专业从事实际的采矿和冶金方面的工作，但是他在矿区工作多年，亲自进行过调查，写下了关于冶金和矿物学的多部著作。在1546年发表的《论矿物的性质》一书中，他把矿物分成泥土、玉石、结晶盐、金属、混杂物5类，并且分述了各种矿物的色泽、味道、形状及其他性质。在此基础上，阿格里柯拉总结自罗马时代的老普林尼以来的采矿和冶金学的知识，于1556年写成了《金属学》一书，这是阿格里柯拉的一部总结性著作。该书按生产顺序论述了寻找矿脉、开采矿石、矿石加工、炼制金属产品和分离金属元素的详细过程；还讲了矿山机具、规划、贵金属及非金属的分离、检验等内容。书中有专门章节论述化学物品的制备，并且十分强调定量研究方法的意义。这表明化学已从工艺技术向独立的学科靠近。

现代物理学家已经找到了通过核化学来炼金的方法。但是这种方法成本极高，产生的金子价值远远低于所要使用的器材、原料、能量所需的费用，是绝对赔本的买卖。

阅读延伸·炼金术年表

公元前13世纪，古埃及、巴比伦的冶金术高度发展。

公元前3～1世纪，以埃及都市亚历山大为中心形成了赫尔墨斯主义。古代宝石工匠记载金属混合技术的书籍在埃及出土，用希腊语记载在莱顿纸和斯德戈摩纸两种纸上。这个宝石工匠具有丰富的希腊自然哲学知识，同时也是一个炼金术师。《赫尔墨斯文书》产生。

公元3世纪末，希腊语的炼金术书籍出现。

公元7世纪，叙利亚成为赫尔墨斯主义的根据地，炼金术在阿拉伯地区普及。

公元9世纪，扎比尔（阿拉伯炼金术鼻祖）的《百十二书》中提出了《硫磺水银理论》（精神世界与物质世界的不即不离），奥斯曼（伊斯兰第三代正统继承人）出版《哲学家们的争论》。

公元10世纪，《秘法之黑暗》出版（强调物质面），《黄金的培养》出版（强调精神面），《诸学目录》出版。

公元12世纪，炼金术传入西欧（阿拉伯的炼金术书籍被相继翻译成拉丁语），《翠玉录》也于同期被翻译。

公元13世纪，戈贝尔著的《金属贵化指导大全》引起了教会学哲学家大阿尔伯特与自然哲学家罗杰·培根的关注。

公元14世纪，尼古拉斯·弗拉梅尔的《解说尼古拉斯·弗拉梅尔刻在巴黎圣婴公墓第四室拱墙上的难以理解的符号》在巴黎出版。

公元15世纪后半期，马里西欧翻译了《赫尔墨斯文书》等新柏拉图主义文献。

公元16世纪前半期，帕拉塞尔苏斯在“硫磺＆水银”的理论中追加了“盐”的概念。这就是医科学派的诞生、内科学的起源。

公元16世纪后半期，《自然魔术》在那不勒斯出版。

公元17世纪，《被正视，被完善，被增补的炼金术》在法兰克福出版。帕拉塞尔苏斯的得意门生哈因里希·昆拉特发表了《永远的智慧圆形剧场》。

公元17世纪以后，炼金术的意义被众多研究者传达至今。现在，以帕拉塞尔苏斯的研究为主出版了很多研究书籍。牛顿是炼金术师的事实也为公众所知。

纵观世界科学史，人类祖先有无数充满了智慧的古老探索、发现与发明。现代人也有了众多无与伦比的新发明，大到飞机、轮船，小到拉链……这些成果包含着发明家的奇思妙想，凝结着劳动者的辛勤汗水。他们不仅推动了人类社会的发展，而且改变了整个人类的生活形态。正如爱默生所言：一项发明创造会带来更多的发明创造。

18世纪时，医药化学的代表人物是瑞士的医生巴拉塞尔斯和布鲁塞尔的医生范·荷尔蒙脱胧。巴拉塞尔斯的工作是从批判旧医学理论开始的。他发展了在他之前就有人主张的用化学药物医治疾病，他主张人体是一个化学系统，疾病是由于失去化学平衡才造成的，因而十分强调用化学药物进行治疗。为了制取药物，巴拉塞尔斯进行了许多化学实验。他用金属进行了一系列标准反应，制得了多种金属的盐溶液并从这些反应过程中归纳出化学反应的一般特征。在他的著作中，包含了许多化学知识，如他从化学上区分了白矾（明矾）和蓝矾（胆矾），提到了二氧化硫的漂白作用，还通过铁粉与硫酸的作用生成了气体等等。除了实用化学的这些成就，在化学理论方面，巴拉塞尔斯提出了一切物质由汞、硫、盐三种成分组成的观点。在他之前，炼金家们主张物质由汞、硫组成的学说，硫代表可燃性，物质在燃烧中发出的火焰被认为是一种无质的气，所以硫是一切气体的代表，汞来代表流动性，是一切液体的象征；巴拉塞尔斯加上第三种成分盐，盐代表可熔性，有一切固体的性质。汞、硫、盐这三种要素实际上表现了人们把一切物质归类成气体、液体和固体三类实体的古老思想。“燃烧的是硫，挥发的是汞，变成灰烬的是盐”这种貌似合理的说法会使很多人接受这种三要素学说。

巴拉塞尔斯的工作为医化学奠定了基础，同时也更加接近近代化学的观点。他除了把人类加工天然物的过程叫做炼金术外，还把一切使自然物产生变化的过程如消化过程、疾病过程都归到与化学有关的范畴之内。他的医药化学观点把许多医生和药剂师吸引到化学领域中来，使17～18世纪的绝大多数化学家同时都是医药学家，或者至少是受过医药训练的人。这些人对化学的发展作出了重大贡献。

在巴拉塞尔斯的后继者中，约瑟夫·普里斯特里（1733～1804年）的理论和实践对化学的进步都有很重要的意义。普里斯特里是一位医疗化学家，他信奉巴拉塞尔斯的观点，认为生物体中有“精灵”存在，并认为支配生物体内反应的“酵素”就包括在精灵之中。但是普里斯特里对化学的主要贡献不在这方面，而在于他对气体的实验研究和他的元素理论。

普里斯特里的大半生都过着隐居遁世的生活，专门从事化学实验。他的实验集中在两个方面：一是证明他的气体理论，一是元素理论。在气体方面，他用燃烧的木炭、发酵的葡萄酒、石酸或碳酸钾之类的原料生成二氧化碳（CO₂），用硝和金属反应制取过不纯的二氧化氮，通过干馏有机物得到过可燃性气体（H₂、CH₄和CO₂的混合物），从腐败的有机物中得到可燃气（CH₄）。当时他虽然不可能知道这些气体的化学成分，但是他认识到这是一些不同于蒸汽的东西，因为它们不像蒸汽那样可以化为液体。他把这些稳定的气态物质叫做“气”（gas）以与水蒸气（vapor）相区别。约瑟夫·普里斯特里由于这个方面的成就被称为“气体化学之父”。

普里斯特里的元素理论把“水”这一元素放到首位。他抛弃了自亚里士多德以来一直作为传统看法的四元素说，认为火和土不是物质的基本成分，而气也因不能变成其他形式，不能对物质的形成产生影响，只有水是所有化学物质的基础。为了证实他的观点，他做了有名的柳树实验和水玻璃的实验。他在称过的土中种下一棵柳树，5年中不断浇水，但是想办法不使土壤流失。最后柳树长成164磅，然而土的分量基本上没变（干燥后称其重量）。他认为柳树是由水变成的。他的另一个实验是把沙子和大量的碱混在一起熔化，生成水玻璃，这种玻璃在空气中吸收了水汽后就变成液体。他认为这是“土变成了水”。如果用酸处理，这种液体状的玻璃能再变成“土”，其重量与原先的一样。他用这些实验证明了水是组成物质的基本成分，并且通过定量的关系表达了物质守恒的思想。在化学实验方面的这些成就和他的定量方法使普里斯特里向近代化学的方向迈进了一步。

罗伯特·波义耳

把化学从炼金术中解放出来，确立为一门科学是由波义耳完成的。罗伯特·波义耳（1627～1691年）是英国著名的科学家。他在物理学和化学上都做过许多著名的实验，例如1662年他做了气体的膨胀和压缩的实验，发现一定量的气体在保持温度不变时，它的压强（P）和体积（V）成反比，这一规律通常称为波义耳—马略特定律，因为法国科学家马略特（1602～1684年）在1676年也发现了它。在化学上，波义耳和胡克一起进行过燃烧实验，通过硫磺和硝石在不同条件下的燃烧，发现了空气在燃烧中是不可缺少的，硝石中有一种“活化蒸汽”与空气相仿，它也有助燃能力。波义耳还做过煅烧金属的实验，通过称量得知，金属煅烧后不是变轻而是增重。他认为这是火粒子穿过器壁进入金属的结果。

波义耳还是定性分析的奠基者。他在自己的著作中论述过许多检验物质成分的方法，除了以往常用的火法检验外，他特别强调利用物质的水溶液进行检验实验。他试验过许多植物和植物的液，发现它们可鉴别溶液的酸性和碱性，由此他引进了有机试剂的检验方法。此外，他通过沉淀反应发现特殊的沉淀物也是定性分析的重要手段。他和其他科学家对溶液检验方法的研究突破了过去利用加热或煅烧检验物质性质的火法式的范围，使化学分析的方法从利用物理性质为主进行检验发展到利用化学性质为主的检验方法。

《怀疑的化学家》书影

波义耳之所以能把化学确立为科学，是因为他在理论上提出了新的见解。这些见解集中地反映在他于1661年出版的《怀疑的化学家》一书中。首先，他为化学确立了独立的目标，认为化学寻求的不是制造贵金属和有用药物的实用技巧，而是应该从那些技艺中找出一般原理；不应该把化学看做医生和炼金家应做的事，而是把它看做自然哲学的研究对象。这是化学史上第一次明确地把化学与炼金术以及其他实用工艺加以区别的见解。这些见解根本颠倒了亚里士多德和以前的医化学家以及炼金家们的错误观点，为正确理解化学反应提供了立足点。其次，波义耳给元素下了一个朴素的定义。他指出，物质经过加热或发酵等作用后的生成物并不都是元素，同一种物质经过不同的处理会产生千差万别的结果。自然界中有些物质是混合的，有些物质是单纯的，如黄金、汞之类的物质就是单纯的，他们虽然也可以与其他物质混合形成与自身极不相同的东西，但是它们的本性是不变的，通过适当的方法仍然可以把它们提取出来。这些原始的、简单的、一点也没有掺杂的物质就是元素。

波义耳给元素下的定义是：“我所指的元素，就是那些化学家们讲得非常清楚的要素，也就是某种不由任何其他物体构成的或是互相构成的原始的和简单的物质，或是完全没有混杂的物质，他们是一些基本成分，一切真正的混合物都是由这些成分直接混合而成的，并且最后仍可分解为这些成分。”波义耳在这里所说的完全的混合物指的是化合物。到18世纪末，拉瓦锡才把这个定义严格科学化。

16世纪，随着社会经济的进步，化学中实用工艺的著作大量涌现。特别是16～18世纪成为近代化学的形成时期，工艺家们陆续发现的一系列新事实要求从科学上给予理论方面的解释，由此推动着化学朝着新的方向不断发展。

总之，科学技术每前进一小步，都推动着人类社会前进一大步，所以，发明与发现是人类知识和智慧的结晶，是人类进步的阶梯，是推动人类与自然界进化的重要力量。发明家富兰克林曾勉励大家说：我们在享受着他人的发明给我们带来的巨大益处，我们也必须乐于用自己的发明去为他人服务。