古代埃及的化學(xué)智慧
古埃及,歷史悠久的文明古國,由于過早地消失在歷史的長河之中,她為人們留下豐碩人類遺產(chǎn)的同時也為后代人留下了許多至今無法用科學(xué)解釋的謎團。這個充滿神秘色彩的民族不僅是建筑的高手還是化學(xué)世界的探索者,他們在冶金、釀酒、醫(yī)藥、制陶工藝、染料制作、香水制造、玻璃加工以及木乃伊制作等方面所掌握的知識,為后人留下了豐厚的遺產(chǎn)。
1扎實的冶金技術(shù)有一種說法,化學(xué)的英文單詞chemistry就是起源于古埃及語“黑化”,拉丁譯音為“Khem”,是古埃及煉金術(shù)的第一步工序。由此可見,古埃及人很早就發(fā)現(xiàn)并開始使用金屬制品[1~3]。早在公元前4000年,古埃及人就已經(jīng)掌握了有關(guān)銅礦的知識,并且掌握了提煉金屬銅的技術(shù)。古埃及也成為歷史上第一個從銅礦中提煉銅的國家。他們將銅礦與炭粉在鼓風(fēng)設(shè)備的協(xié)助下,在坩堝內(nèi)高溫加熱,從而提煉出金屬銅。青銅,一種金屬銅和金屬錫為主形成的合金。早在公元前2000年左右,古埃及人已經(jīng)普遍使用青銅器具。他們將進口的錫礦石(主要成分SnO2)和銅礦石或粗銅與炭粉一同放在鍋爐中加熱,得到青銅合金,由于合金的硬度要高于金屬銅,因此在工具和武器的制造上都得到了廣泛的應(yīng)用。在圖坦卡門(公元前1341-1323年)的墓中還發(fā)現(xiàn)大量的青銅和銅質(zhì)器具。古埃及人還利用炭粉,從硫鉛礦(PbS)和白鉛礦(PbCO3)中提煉出了單質(zhì)鉛,化學(xué)反應(yīng)如下:2PbS+3O2+C→2Pb+2SO2+CO2黃金最早是含金的石英砂被沖上河灘,因為這類沙子密度較大被滯留在河岸,經(jīng)過河水的`沖刷逐漸顯露出金的光澤而被人們發(fā)現(xiàn)。隨著技術(shù)的發(fā)展,古埃及人將含有雜質(zhì)的黃金與鉛鹽在一起鑄熔,去除雜質(zhì)后得到更純的黃金。古埃及的金匠也是手藝非凡,其中最杰出的作品當(dāng)屬法老圖坦卡門的黃金面具。金匠們在厚厚的金板上鑲上各類寶石,并精心敲打出人臉的造型,這些即使是現(xiàn)代機器工藝也難以復(fù)制。由于金屬的所有權(quán)直接關(guān)系到皇室及神權(quán)的統(tǒng)治,自公元前2500年起,古埃及的法老們就已經(jīng)控制了金屬冶煉和金屬礦石的采集及管理,并聯(lián)系古埃及的神廟在實驗室里開始進行化學(xué)研究。
2神秘的木乃伊提到古埃及的木乃伊(mummy),很多人會覺得毛骨悚然,但是在古埃及人看來人在死后生命還會延續(xù),靈魂會依附在尸體或者雕像上。所以他們把尸體制成木乃伊,使其保存完整,與生前一樣給予同樣的關(guān)切,因此古埃及人十分重視木乃伊的制作。木乃伊的制作過程中同樣滲透了很多化學(xué)道理。科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn),人死以后將會用蘇打水(Na2CO3溶液)洗凈,送到被稱為“美麗之地”的培爾?那非爾完成后續(xù)的防腐工作。尸體的面部采用涂抹大量松脂的方法防止過快干燥,以保護面部形象。身體內(nèi)臟會被取出,但保留作為智慧象征的心臟。將身體的軀干部分在大量的泡堿粉末(Na2CO3?10H2O)中浸泡40天,達到完全脫水的目的。軀體水分吸干以后將在腹腔內(nèi)填充大量碾碎的香料布包,包括末藥、桂皮、泡堿、鋸末等,再將切口縫合。為了保持皮膚的柔軟度,還會在身體上涂抹牛奶、葡萄酒、香料、蜂蠟、松脂和柏油的混合物。尸體在經(jīng)過上述處理后還會再涂上一層松脂來達到防潮防腐的目的,最后再用白色亞麻布將軀體包裹起來。當(dāng)然這種昂貴的待遇一般只有法老、達官貴人以及富翁才能夠享受。3金字塔建構(gòu)材料“建造金字塔的材料是怎么運送的?”“普通的石頭怎么可能建造出那樣龐大的建筑?”這樣的疑問一直困擾著很多人。直到2006年法國航天研究院(ONERA)的材料物理學(xué)家吉勒?于格(GillesHug)和美國費城德科賽爾大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)教授米歇爾?巴爾蘇姆(MichelBar-soun)的文章中指出:古埃及金字塔群的一部分石塊是合成石灰石。金字塔建材為混凝土石方的傳言才得到有力證實。他們通過將胡夫金字塔頂部的石料樣品與附近采石場石料對比發(fā)現(xiàn),胡夫金字塔的石材成分要比后者復(fù)雜得多。前人的研究成果也顯示,金字塔頂部石塊中的某些顯微部分帶有快速化學(xué)反應(yīng)的痕跡,因為一旦反應(yīng)過快,這些顯微部分未能自然結(jié)晶。
4傳統(tǒng)的釀酒工藝古埃及人很早就開始釀造美味的葡萄酒和啤酒了。他們將葡萄在大盆中踩碎,汁液就會被擠壓出來。收集來的葡萄汁液首先在大木桶里靜置發(fā)酵,然后再將其倒入雙耳細頸瓶中進一步發(fā)酵,過程中細頸瓶的瓶口要用泥塞塞緊,為了讓發(fā)酵過程中的二氧化碳(CO2)釋放出來,還特別在泥塞上戳上幾個小孔。古埃及的葡萄酒種類繁多,其中以甜酒“Mareotis”最為著名。古埃及的啤酒廠多建造在面包房附近,因為古埃及人是用圓面包來釀造啤酒的。他們用棗來培養(yǎng)發(fā)酵啤酒所用的酵母菌,大致過程為:將面包切碎,加水和棗制成糊狀放在很大的容器里,待汁液從紗布中流出后就成了美味的啤酒。為了加強啤酒的香味,他們還會在里面添加很多草藥,其中“zythus”啤酒受到很多人的喜愛。
5備受喜愛的黑色眼影古埃及王室使用黑色眼部化妝品,不僅變得更加美麗迷人,據(jù)稱,這種“魔力”化妝品使用后會受到埃及太陽神的保護,避免感染某些疾病�？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn),這些黑色眼影的主要成分是含鉛化合物PbS和Sb2S3,可促進人體皮膚細胞多形成240%的NO,NO恰恰是人體內(nèi)一種重要物質(zhì),可促進人體免疫系統(tǒng)預(yù)防疾病。這項最新研究完全支持古埃及人的觀點———“魔力”眼部化妝品可預(yù)防疾病,但事實上這種保護作用并非是埃及太陽神所賜予的,而是基于化妝品中的成分。
6多彩的顏料古埃及法老以及達官貴人墓穴中的壁畫經(jīng)歷幾千年的時光,依然保留著當(dāng)初的神采。其中的秘訣在于繪畫的顏料都是采用有色的無機化合物,主要的有色顏料見表1。古埃及人除了擅長使用天然的有色化合物以外,他們還利用化學(xué)反應(yīng)積極創(chuàng)造新的色彩[4]。例如埃及藍,主要成分為CaCuSi4O10,是一種鈣銅硅酸鹽,它是由石英砂、碳酸鈣、銅的化合物以及少量的堿在高溫下加熱產(chǎn)生的,主要反應(yīng)見下:Cu2CO3(OH)2+8SiO2+2CaCO3→2CaCuSi4O10+3CO2+H2O7染料的提取古埃及是一個十分擅長印染的民族,他們很早就已經(jīng)利用明礬(KAl(SO4)2?12H2O)印染布料。因為明礬中會摻雜部分鐵元素,在印染過程中常常達不到想要的顏色,而古埃及人利用重結(jié)晶的操作方法,將明礬凈化較好地避免了這樣的困惑。除了礦石染料,古埃及人還利用蔬菜汁作為染料使用。他們從茜草中提取紅色物質(zhì)1,2-二羥基蒽酮,即茜草素作為紅色染料,從靛藍植物和菘藍中,利用揉碎發(fā)酵的方法提取出其中的靛藍色素,作為藍色染料。最高貴的顏色當(dāng)屬泰爾紅紫即皇紫,它的主要成分是一種二溴靛青類化合物。古埃及人還遠赴地中海捕獲一種有殼生物并從其體內(nèi)提取出一種無色的物質(zhì),作為染料的前身,當(dāng)這種物質(zhì)經(jīng)過陽光的照射以后,高貴的紫色就顯現(xiàn)出來了。古埃及人在化學(xué)工藝的發(fā)展中留下了濃墨重彩的一筆,雖然沒有高深的理論知識支撐,他們確實利用化學(xué)不斷地改善著自己的生活。
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