沈括是北宋時(shí)期少有的全能型人才。
沈括早年支持王安石的政改。晚年,沈括從政隱居于江蘇鎮(zhèn)江夢(mèng)溪園。他寫(xiě)了一部輝煌的杰作《夢(mèng)溪筆談》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)筆談)。這本書(shū)充分體現(xiàn)了沈括博大精深的自然科學(xué)知識(shí),也展示了中國(guó)古代勞動(dòng)人民的智慧和智慧。它也是我們研究古代科技史的寶貴資料?!豆P談》是一部包羅萬(wàn)象的百科全書(shū)。事實(shí)上,這本書(shū)沒(méi)有多少化學(xué)知識(shí)。但縱觀世界化學(xué)史,這些成就也令人眼花繚亂。
石油燒墨
在我國(guó),石油的發(fā)現(xiàn)很早,利用歷史悠久。沈括《筆談》第421條記載:“鄜延境內(nèi)有石油。舊說(shuō)高奴縣出‘脂水’即此也。生于水際,沙石與泉水相雜,惘惘而出……燃之如麻,但煙甚濃,所沾帷幕皆黑。予疑其煙可用,試掃其煤以為墨,黑光如漆,松墨不及也……此物后必大行于世,自予始為之。蓋石油至多,生于地中無(wú)窮。”
從這一記載中,我們可以知道北宋時(shí)期是以石油為燃料的。就連當(dāng)時(shí)帶兵作戰(zhàn)的沈括也在帳篷里用油當(dāng)燃料。結(jié)果,燃燒產(chǎn)生的濃煙把帳篷熏黑了。在這種現(xiàn)象的啟發(fā)下,沈括認(rèn)為黑煙可以用來(lái)制墨。以石油為原料生產(chǎn)炭黑是石油化工生產(chǎn)的新起點(diǎn)。然而,當(dāng)時(shí)由于沈括受到頑固派司馬光等人的鎮(zhèn)壓,北宋沒(méi)有聽(tīng)從他的建議,開(kāi)采和利用石油。
然而,目前,由石油或石油氣制成的炭黑已廣泛應(yīng)用于油墨、油漆和橡膠加工等行業(yè)。早在11世紀(jì),沈括就預(yù)言“這東西會(huì)在世界上廣泛使用”,這是很有遠(yuǎn)見(jiàn)的。古時(shí)候,石油有石漆、石制水、火井油、硫磺黃油、泥油等十余種名稱(chēng),沈括在《筆談》中首次將其命名為“石油”。自北宋以來(lái),也有一些石油的別稱(chēng),但已逐漸被淘汰。直到今天,只有“石油”被使用,并成為公認(rèn)的統(tǒng)一名稱(chēng)。
濕法制銅
從明礬制取銅的濕法煉銅原理是現(xiàn)代化學(xué)中的“置換反應(yīng)”:Fe+CuSO4=FeSO4+Cu。這種現(xiàn)象不是沈括發(fā)現(xiàn)的。其實(shí),早在秦漢時(shí)期,我國(guó)勞動(dòng)人民就知道了。然而,濕法煉銅工藝在《筆談》中有詳細(xì)描述:“信州鉛山縣有苦泉,流以為澗,挹其水傲之,則成膽礬,烹膽礬則成銅;熬膽礬鐵釜,久之亦化為銅?!睗穹ㄣ~起源于中國(guó),這在世界化學(xué)史上是一個(gè)巨大的貢獻(xiàn)。這項(xiàng)技術(shù)在宋代已大規(guī)模投入生產(chǎn),也是化學(xué)應(yīng)用于生產(chǎn)的一個(gè)很好的例子。
朱砂化毒
沈括的許多發(fā)現(xiàn)也源于他對(duì)生活的細(xì)致觀察?!豆P談》第432條記載了朱砂的熱轉(zhuǎn)變現(xiàn)象:
“予中表兄李善勝,曾與數(shù)年輩煉朱砂為丹,經(jīng)歲余,因沐砂再入鼎,誤遺下一塊,其徒丸服之,遂發(fā)懵冒,一夕而斃。朱砂至涼藥,初生嬰子可服,因火力所變,遂能殺人。以變化相對(duì)言之,既能變而為大毒,豈不能變而為大善?既能變而殺人,則宜有能生人之理,但未得其術(shù)耳?!?/p>
現(xiàn)在我們知道“朱砂中毒”是由于朱砂(HGS)在水中的溶解度很低,加熱后變成一種劇毒的可溶性汞鹽。沈括接著指出,既然朱砂經(jīng)過(guò)一番轉(zhuǎn)化就可以變成毒藥,那為什么毒藥不能通過(guò)另一種轉(zhuǎn)化變成良藥呢?他的結(jié)論是,在一定條件下,大毒與大善可以相互轉(zhuǎn)化。只要我們努力,人們就能掌握物質(zhì)變化的規(guī)律。這實(shí)際上是一種簡(jiǎn)單的辯證思維,這在沈括的許多科學(xué)觀點(diǎn)中都可以看到。沈括的思想在中國(guó)古代儒家“理在心,士不求遠(yuǎn)”的思想中尤為可貴。
百煉成鋼
由于沈括有富國(guó)強(qiáng)軍的思想,他非常重視冶煉鋼鐵和生產(chǎn)武器。《筆談》第五十六條描述了北宋時(shí)期兩種常見(jiàn)的煉鋼方法。一種方法是
“用柔鐵屈盤(pán)之,乃以生鐵陷其間,泥封煉之,鍛令相入,謂之‘團(tuán)鋼’,亦謂之‘灌鋼’”。也就是說(shuō),在煉鋼爐內(nèi),將熟透的鐵棒彎折,將生鐵塊嵌入其中,爐內(nèi)用泥封嚴(yán),燒后再鍛打,制成“灌鋼”。
另一種方法是“但取精鐵,鍛之百余火,現(xiàn)鍛稱(chēng)之,一鍛一輕,至累鍛而斤兩不減,則純鋼也,雖百練不耗矣”。這種方法即為熱鍛技術(shù)。
在煉鋼過(guò)程中,由于碳元素分布比較均勻,所以在煉鋼過(guò)程中被稱(chēng)為“多晶硅”,即在煉鋼過(guò)程中,碳元素相對(duì)均勻地分布在煉鋼爐中。用該方法生產(chǎn)的鋼性能良好,可作為武器、農(nóng)具的優(yōu)質(zhì)材料。1000多年前,這種煉鋼工藝絕對(duì)是世界領(lǐng)先的工業(yè)技術(shù),也是中國(guó)古代勞動(dòng)人民經(jīng)驗(yàn)和智慧的結(jié)晶。