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含能材料的前世今生【历史与未来】———黑火药 精选

已有 9109 次阅读 2015-9-7 22:44 |个人分类:含能材料与安全|系统分类:科研笔记| 前世今生, 黑火药



1. 概述

  黑火药的发明与炼金术、炼丹术密不可分,事实上英文中的化学Chemistry一词据称来自于炼金术alchemy。古代帝王痴迷长生之术,热衷于道家外丹黄白术。本着吃啥补啥的,老祖宗们认为金属矿石不像草木野兽这般经历生长枯衰的宿命,历经烈火,不但烧而不烬,更能够化腐朽为神奇(化学反应),产生意想不到的物质(如闪闪发光的汞)。比如列为炼丹上品的丹砂(红色,硫化汞),古代术士先将其加热(分解),发现得到了不同于五金(金银铜铁锡)的液体金属——汞;将汞又与硫磺化合生成黑色硫化汞固体,加加热升华后又得到了红色的丹砂。丹砂经过了凤凰涅槃般的自焚,依旧是丹砂,这也许就是古人所羡慕的不死不灭、长生不老的精髓所在。黑火药由硝石、硫磺、木炭三者以一定比例制成,这三种物质在中国分布广泛,而前两种物质更是作为药物较早地为古人所用。

  • 硝石

  硝石,即硝酸钾。硝石一般在富含钾、钠、镁和钙等元素的土地中以自然状态出现。经常和钠、镁及其他矿物质共存。公元前六世纪的春秋战国时期,著名的政治家、军事家和经济学家的中国商祖范蠡在《范子计然》一书中提到,在陇道(今甘肃省清水县北)这个地方硝石很丰富。实际上,硝石在古代中国的分布较为广泛,在西南地区有不少天然开采处。比如在2015年初,在重庆市黔江区石家镇石家社区附近的贺家洞内发现了一处清代大型硝洞http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2015/1/311172.shtm)。到了汉代,人们不仅知道有硝石这个东西,还知道这东西可以用来做药,用于治疗眼疾。更有《史记·扁鹊仓公列传》淳于意一则中记载硝石能为产妇清除淤血,不置可否。此外,水法炼丹秘籍《三十六水法》(据称为汉代淮南王刘安着人所著)中的三十三种配方都用到了硝石。在西汉之后,硝石在治病和炼丹上都被广泛应用了。197211月,在甘肃武威出土了东汉医学简牍,其中罗列了约100余种药物,其中16种配方中使用了硝石。著于东汉早期的《神农本草经》中首次明确记载了硝石的功效:消石,味苦寒,主五脏积热,胃涨闭,涤去蓄结饮食,推陈致新,除邪气。炼之如膏,久服轻身。朴硝,味苦寒,主百病,除寒热邪气,逐六腑积聚,结固留癖。能化七十二种石。炼饵服之,轻身神仙。这本书把硝石说的神乎其神,认为可以医治百病,并且服用可以身轻赛神仙。(左硝石,右芒硝)

   不过有研究指出,《神农本草经》把消石朴硝搞混了,这本书里的消石应是硝酸钠,而所说的朴硝应为硝酸钾,就是本文中的硝石。而到了南北朝时期,人们就可以分清这两种东西了。北宋时期的《证类本草》一书中提到:陶隐居云,(消石)疗病亦与朴消相似。仙经多用此消化诸石,今无正识别此者。顷来寻访,犹云与朴消同山,所以朴消名消石朴也。如此,则非一种物。先时有人得一种物,其色理与朴消大同小异,朏朏如握盐雪不冰。强烧之,紫青烟起,仍成灰,不停沸,如朴消,云是真消石也。硝石(硝酸钾)和朴硝(硫酸钠)能治的病症都一样(都能消火利便),都可以用来炼丹(都是氧化剂),都是白色晶体,即使是现代人单凭五官也很难分辨。我们现在知道可以根据焰色反应来区别钠盐(黄)和钾盐(紫)。在一千多年前的北宋,中国人就做过了这一项重要的试验。

   直接采到的硝石需要经过提纯才能作为黑火药的组分。据唐宋间文献记载,用作医药或丹药的硝石,是通过煎炼硝土水溶液,再结晶而获得的。万历二十六年(1598),赵士桢在《神器谱》中较为详细地记载了火药用硝提纯法,可用现代化学知识解释:萝卜与硝水同煮,可清除吸潮性很强的镁盐,防止火药变质;加入鸡卵清,可使硝水中的泥沙类杂质凝聚沉降;煮沸后冷却再结晶,可将硝石与氯化钠分离。此外,用草木灰水提纯硝石也是常见的方法。草木灰水可与硝水中的各种钙盐、镁盐、铁盐反应,形成碳酸盐或氢氧化物,沉淀析出。煮沸后静置冷却结晶。

   硝石还有另外一个有趣的作用。将一个小盆放入大盆中,各自盛水。将硝石(硝酸钾)溶于大盆的水中之后,小盆的水就会结冰!原来原因是硝酸钾溶于水之后吸收大量热,将溶于水的硝酸钾利用上述重结晶方法还能重复利用!唐朝末期,人们在生产火药时开采了大量硝石,人们就可以在夏天制冰了。在莲子绿豆汤或薄荷百合汤中放入冰粒成为旧时很流行的饮品。宋代,商人们在冰水中加入水果或果汁。元代的商人甚至加入果浆和牛奶,其实已经和现代的冰激凌十分相似了。1295年,意大利探险家马可·波罗带着这种消暑美食的配方从中国回到威尼斯。意大利一位名叫夏尔信的商人在马可·波罗的配方的基础上加入了橘子汁、柠檬汁等,造出最具现代意义的“夏尔信”冰激凌,所获的丰厚利润使他成为那个时代的比尔·盖茨。从东方而来的冰激凌在意大利北部流传开来,并逐渐传遍欧美各地。明清时期,食冰的花样更加翻新,不仅老百姓可以在街市上自由购得冰饮,而且各级官员还可享受政府防暑降温的特殊福利——冰票。清人富察敦崇的《燕京岁时记》记载:京师自暑伏日起至立秋日止,各衙门例有赐冰。届时由工部颁给冰票,自行领取,多寡不同,各有差等

  • 硫磺

   单质硫是黄色的。《本草经集注》云:今第一出扶南(今柬埔寨)、林邑(今越南)。色如鹅子初出壳,名昆仑黄。次出外国,从蜀中来,色深而煌煌。自然界中,硫主要以硫酸盐、硫化物及其他化合物方式存在。很早以前中国人就认识和了解硫磺。在《神农本草经》和其他诸多古代重要中药典籍中,硫磺(硫)和雄黄(硫化砷)、雌黄(三硫化二砷)一并被作为药材列入配方中。此外,中国古人还知道硫磺能够与铜、铁以及金属发生反应。比如《神农本草经》中指出:石硫磺能化金、银、铜、铁,奇物。《三十六水法》也包括硫磺水。《朴子·内篇·金丹》一书中介绍了一款型号为丹华的金丹的炼制方法:当先作玄黄,用雄黄水、矾石水、戎盐、卤盐、磐石、牡蛎、赤石胆、滑石、胡粉各数十斤,以为六一泥,火之三十六日成,服之七日仙。《别录》:硫黄,生东海牧羊山谷中,及太山、河西山,矾石液也。可见,这里的矾石水就是硫磺。这个配方号称吃七天就成仙了。窃以为只放盐、牡蛎和胡椒粉味道会更好!硫磺入药炮制时,更可以和豆腐(《医学纲目》、《本经逢原》)、萝卜甚至猪大肠(《医方集解》)同煮,而且据称,和豆腐煮之后,毒性可快速降低,就是不知道味道如何。


  • 木炭

   木炭不用说,古代中国人很早就开始认识和使用木炭了。早在50万年前,北京猿人的洞穴里就有了木炭。到了商代和周朝的时候,人们不仅了解木炭是一种比木头更好的燃料,还知道木炭是一种可以炼制铜、铁的参与物。


  • 结语

   正是基于古代中国人对硝石、硫磺和木炭的了解,黑火药才会在华夏民族的大地上横空出世。而中国的火药则推进了世界历史的进程。恩格斯曾高度评价了中国在火药发明中的作用:现在已经毫无疑义地证实了,火药是从中国经过印度传给阿拉伯人,又由阿拉伯人和火药武器一道经过西班牙传入欧洲。火药动摇了西欧的封建统治,昔日靠冷兵器耀武扬威的骑士阶层日渐衰落了!火药的发明大大的推进了历史发展的进程,是欧洲文艺复兴,宗教改革的重要支柱之一。



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