第3章 科学发明(2)

【雪和盐】

中国雪、中国盐并不是指中国的雪和盐。这里是指一种叫“硝酸钾”的化合物。硝酸钾是制造火药的主要原料。

我国早在公元前6世纪时就发现了硝酸钾。那时，人们称硝酸钾为硝石，古书里有“硝石出陇道”的记载，可见硝酸钾是我国人民最早发现的。

在汉代药典《神农本草经》里，硝石被列为重要的药材，并用于炼丹术。唐朝时，硝石传到了伊朗，阿拉伯人看到硝石外表像雪，又是从中国传来的，就给它取名“巴鲁得”，意思就是“中国雪”。而波斯人看到它外表像食盐，则取名为“中国盐”。开始的时候，他们用硝石炼金、治病和制造玻璃，后来学会了用它制造火药。不久，硝石和火药又由阿拉伯传到欧洲。从此，硝石和火药便成为举世公认的中国发明。

【磁现象】

早在先秦时代，我们的祖先在探寻铁矿时就发现了磁铁矿，即磁石（主要成分是四氧化三铁）。这些发现很早就被记载下来了。《管子》的数篇中最早记载了这些发现：“山上有磁石者，其下有金铜。”其他古籍如《山海经》中也有类似的记载。

磁石的吸铁特性很早就被人发现了，《吕氏春秋》卷九“精通篇”就有：“慈招铁，或引之也。”那时的人称“磁”为“慈”。汉以前人们把磁石写作“慈石”，是慈爱石头的意思。

既然磁石能吸引铁，那么是否还可以吸引其他金属呢？我们的先民作了许多尝试，发现磁石不能吸引金、银、铜等金属，也不能吸引砖瓦之类的物品。西汉的时候人们已经认识到磁石只能吸引铁，而不能吸引其他物品。

当把两块磁铁放在一起相互靠近时，有时候互相吸引，有时候相互排斥。现在人们都知道磁体有两个极，一个称N极，一个称S极。同性极相互排斥，异性极相互吸引。那时的人们并不知道这个道理，但对这个现象还是能够观察到的。

到了西汉，有一个名叫栾大的方士，他利用磁石的这个性质做了两个棋子般的东西，通过调整两个棋子极性的位置，有时两个棋子相互吸引，有时相互排斥。栾大称其为“斗棋”。他把这个新奇的玩意儿献给汉武帝，并当场演示。汉武帝惊奇不已，龙心大悦，竟封栾大为“五利将军”。

【指南针】

指南针是我国古代的四大发明之一。早在战国时期，我国人民就利用磁铁制造了一种指示方向的工具——“司南”，司南就是指南的意思。

司南像一只勺子，由整块的天然磁铁琢磨而成，底圆，可以在平滑的“地盘”上自由旋转，等它静止的时候，勺柄就会指向南方。“地盘”是用青铜做的，有的是个涂漆的木盘。这种底盘内圆外方，四周刻有八干（甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸）和十二支（子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥），加上四维（乾、坤、巽、艮）共二十四向，用来配合司南定向。

到宋代，我国劳动人民已会制造人工磁体，这样就产生了更高一级的磁性指向仪器。制造人工磁体的方法之一是把钢针放在天然磁体上摩擦，因传磁而有了磁性。直到19世纪现代电磁铁出现以前，差不多所有的指南针都是采用这种人工磁化法制成的。

据沈括《梦溪笔谈》记载，北宋时有四种不同装置的针型指南针，即水浮法、缕悬法、指甲法和碗唇法。人们把经过磁化的钢针，穿上几根灯草，放在一只盛满水的碗里，它就能浮在水上为航海船只指示方向，这就是水浮法。水浮法指南针漂浮于水面，能相对保持磁针的水平和稳定，比较实用，正是这种指南针首先应用于航海事业。缕悬法是把一根磁针用单丝粘住，悬在木架上，针下则安放一个标有方位的圆盘，静止时，钢针就指示南北。缕悬法指针转动灵活，在指导方位上准确性较高，但使用时不能有风，物体不得晃动，有很多限制。

指南针在航海上的应用，又加速了指南针本身的发展。南宋时期开始把磁针与分方位的装置组成一个整体。这种仪器近代叫罗盘，古代则有不同的名称，或曰地罗，或曰针盘，还有的叫子午盘、定盘针、经盘等。1274年吴自牧《梦粱录》里面提到，舟船遇“风雨冥晦时，惟凭针盘而行”。最晚到这时，指南针已经发展成罗盘针了。但直到明代中叶，罗盘针仍然是水浮针。

【胆水炼铜】

胆水炼铜，也叫胆铜法，这是水法冶金的起源。它是中国的一项伟大发明，在世界冶金史和化学发展史上占有重要地位。

我们的祖先在冶炼铜的实践中，以及在探索各种物质所进行的变化的一些实践中，逐渐对铁和铜的盐类相接触而发生化学作用有了认识。胆铜法是把铁放在胆矾（硫酸铜）溶液（俗称胆水）中，使胆矾中的铜离子被金属铁置换而成为单质铜沉积下来的一种产铜方法。

胆水炼铜法约始于西汉。西汉成书的《淮南万毕术》有“曾青得铁则化为铜”的记载，“曾青”又有“石胆”、“胆矾”等名称，是天然的硫酸铜。东汉的《神农本草经》也说：“石胆……能化铁为铜。”到了南北朝时期，梁代的陶弘景又进一步发现胆铜法的原料不限于硫酸铜，只要是可溶性的铜盐，就会和铁起置换反应。

胆铜法有许多优点。它可以就地取材，在胆水多的地方设置铜场，设备比较简单，技术操作容易，成本低廉。同时，因为在常温下提取铜，不像火法炼铜那样需要高温，既节省燃料，又不必使用鼓风、熔炼等设备，且不论含铜量多寡，贫矿富矿都能应用。

宋代，由于社会经济的发展，铜的需要量增大，水法炼铜的胆铜法得到了推广。北宋时，胆铜产量每年达100多万斤，占当时铜总产量的15.5%；南宋铜产量虽然大减，但胆铜比重大大增加，曾占总产量的85%以上。

《宋史·食货志》记载过宋代所采用的胆铜法中一种具体操作方法，就是在胆水产地设胆水槽，“以生铁锻成薄铁片，排置胆水槽中，浸溃数日”，薄铁片表面便有一层“赤煤”（铜的粉末）覆盖。把薄铁片从胆水槽中取出，刮取铁片上的“赤煤”。因“赤煤”几乎全是单质的铜，把它放在炼炉里略加炼制，即可得到纯铜。当时，人们已经根据不同情况掌握了合适的浸铜时间。水法炼铜的胆铜法，在宋代已经发展成一套比较完善的工艺了。

在欧洲，水法炼铜出现得比较晚。直到15世纪50年代，欧洲人把铁片浸入硫酸铜溶液中，偶尔看到铜出现在铁片表面，还十分惊讶，当然就更谈不上应用水法炼铜的原理来生产铜了。

【灌钢法】

灌钢法是由南北朝时的北齐人綦母怀文发明的。根据《北齐书·方伎传》的记载，东魏、北齐年间（534—577年），綦母怀文选用宿铁作为刀刃，造出了锋利异常的宝刀，可以在一斩之下劈断30片金属甲片。

在制作宿铁刀时，綦母怀文没有用通常的水冷法铸刀而是“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”，就是用牲畜的尿和脂肪来辅助炼钢。因为牲畜尿中含有盐类，具有比水更高的冷却速度，所以能使淬火后的钢获得较高的硬度；牲畜油脂冷却速度较低，能避免钢淬火时脆裂，且提高钢的韧性，减少它的变形。

綦母怀文知道使用不同类型的淬火剂，表明他已清楚地认识到淬火剂同淬火后钢的性能之间的关系，并成功地使用了油淬和尿淬的金属热处理工艺。

【颇黎】

玻璃古名颇黎。中国目前所藏最早的玻璃制品被认为是战国时代的遗物，至于是自制还是国外运来的还待考证。

古时候，对玻璃的传说各异。曾有人认为玻璃是天然的东西，不是人造的，因而人们视玻璃制品为珍宝而用于随葬。

战国至秦汉时期，我国玻璃制造业进一步发展，品种增加，有蓝、绿、翠绿、黑等单色玻璃，有俗称“蜻蜓眼”的多色玻璃珠。三国以后，玻璃制造方法一度失传。北魏时，大月氏商人曾到山西大同传授烧制玻璃的技术。

据《隋书》卷六十八记载：把玻璃视为奇珍异宝的情况一直到唐代，由于国人（6世纪）何稠学问渊博，工于技艺，鉴于中国玻璃难得，他就改传统的制瓷方法制造玻璃，制得的玻璃质量良好，从此中国就可以自制玻璃了。

自唐朝到明初700多年间，完成了对玻璃从奇珍异宝到普通物体的看法的根本转变。清末，山东博山玻璃工厂林立，为全国玻璃生产的中心。民国初年，湖南省的玻璃制造业也渐渐发达起来，有300多个工厂，江苏最盛时期也有200多家工厂。