化工先驅 現代化學的建立，以及黑火藥傳播到歐洲後的演化

基輔羅斯和我國西州有點相像,搞分封制,諸侯林立。 1237年,蒙古大軍圍攻其中的梁讚公國。 當時天寒地凍,羅斯人在城上灑水成兵,堅守不出。 蒙古人築起了炮臺,開始炮擊。 在火球轟擊下,木構的梁讚城一片火海,最終陷落,歐洲人首次見識了黑火藥。 不久,蒙古人攻下了首都基輔,征服了這片土地。 後來,邊陲小城莫斯科興盛起來, 羅斯和烏克蘭相愛相殺的百年恩怨開始了。 八世紀的伊比利亞半島,開啟了持續八百年之久的收復失地運動, 是世界上唯二成功驅逐穆斯林的地區。 戰爭中,西班牙人學會了黑火藥技術, 這次交流在歐洲始料理,貌似影響更大些。 黑火藥的化學能取代了騎士的體能, 在當時是類似於原子彈的大殺器,對歐洲的影響不亞於蒸汽革命。 厚厚的城牆要塞取代了城堡, 國王不再需要貴族騎士,而是稅收和士兵。 製造火藥和熔鑄大炮很複雜,需要更大規模的社會組織。 王權逐漸擴大,地方貴族被削弱,統一的國家逐漸形成。 日漸式微的煉金師們有了出路, 在上一個時代,他們被國王僱傭,研究把錫鉛等金屬變成黃金。 這自然不可能,所以騙子居多,慢慢沒人信了。 中國煉丹術是無意間發明的黑火藥, 幫助歐洲同行們在就業,煉金師逐漸轉向化學。 他們也並沒有白忙,煉金留下了很多用具, 很多是用玻璃製成的,可以觀察反應過程,這對於研究至關重要。 蒸餾和冷凝是煉金的重要方法,煉金師們蒸餾氯氾或氯氾, 得到三氧化硫,冷凝加水,得到濃硫酸。 再加上消石或石煙蒸餾,得到硝酸和鹽酸,可以製成黃水。 它能溶解黃金,再用銅鉛等金屬置換出來,是哄騙國王的好辦法。 面對國王的黑火藥需求,煉金師們責無旁貸。 木炭很容易獲得,溫泉或火山附近有硫磺礦, 加熱黃鐵礦或氯氾和消石混合物,也能得到硫磺。 消石要麻煩一些,英國查理一世曾命令全民收集尿液, 不得阻攔採消人收集馬臼豬圈的寒淡泥土,用於熬製消石。 人們實驗配比,建造水利機械進行研磨, 十六世紀中期出現了濕篩工藝,將黑火藥製成顆粒狀,提高了能量釋放效率。 鑄鐵炮和火神槍出現了,戰場上開始硝煙瀰漫,火光沖天。 打得準和炸得猛,成了剛性需求。 前者催生了牛頓三大定律和現代彈道學,後者促使學者去探尋燃燒本質。 十五世紀達芬奇發現燃燒必須要有空氣, 1630年法國人雷伊用它來解釋斷燒錫和鉛石重量增加的現象,認為是空氣凝結進去了。 這有點接近真相了,但隨後人們就走了岔道。 十七世紀波耶爾認為火焰是一種物質,斷燒時火威力會鑽進錫鉛金屬而增重。 如果用乾鍋斷燒,火威力會穿過容器,聽起來很玄幻。 十八世紀初出現了燃塑學說,他認為燃燒是因為有燃塑的存在,木柴的燃塑燒完了會剩下殘渣。 斷打鐵器時燃塑會跑出來,表面會變成斷渣,斷渣會吸收炭中的燃塑而變回鐵。 鉛能置換出黃金,是因為燃塑轉移,它能解釋很多現象,貌似很合理,統治化學界一百多年。 當煉金師們用占星術等神聖刀刀的理論去哄騙國王時,終於有智者可以站出來,引經據典去駁斥了。 它推動了更多實驗,促進化學從煉金術走向科學,取得了階段性勝利。 在燃塑說佔主導的期間,氣體研究突飛猛進。 1654年,奧託弗格里克進行了中學生熟悉的馬德堡半球實驗,開啟了氣體研究熱潮。 羅伯特·波伊爾受到啟發,改進出更精密的抽氣機,發現了波伊爾定律,即恆溫下理想氣體的壓強和體積成反比。 他的實驗嚴謹,首次強調量化和可重複性。 到了18世紀,曾經與瓦特合作的格拉斯哥大學布雷克教授,在研究治療胃酸的碳酸美食,發現了二氧化碳。 他認為這是燃塑的飽和氣體,稱為固定空氣。 人們認識到,空氣的成分並不止一種。 到1766年,卡文迪許發現鐵與酸反應會放出氫氣,他稱為可燃空氣。 這個時期,成就最大的是英國普利斯特里,他發現了眾多氣體,如氮氧化物、硫化氫、氨氣、氧氣和氮氣等。 他把老鼠扔進氧氣裡,發現會活得更久,命名為脫燃素空氣。 瑞典的舍勒更進一步,他發現蠟燭在氧氣裡會猛烈燃燒,得到空氣中有火空氣的結論,這很接近成功了。 但舍勒並不知道,仍然試圖用燃素去解釋。 經過化學家不斷探索,燃素學說已經千瘡百孔,距離揭開燃燒的祕密已經不遠了。 歷史把發現燃燒祕密的榮譽交給了拉瓦西,他做了斷燒錫鉛金屬,以及燃燒林的實驗,這些前人都曾經實驗過。 但拉瓦西首次使用封閉容器進行精確稱重,發現燃燒前後,總質量是不變的。 他按照普利斯特里的方法,加熱氧化汞得到氧氣,研究它的性質,最終在1777年提出了氧化學說,即燃燒是物質與氧氣反應的過程。 隨後,拉瓦西驗證了質量守恆定律,定義了元素的概念,設計了化學命名法。 他推翻了燃素學說,確立定量分析原則,開啟了現代化學時代。 1778年,拉瓦西開始領導巴黎科學院,達到學術領域的巔峯,這一榮譽當之無愧。 俄國的羅蒙·莫索夫也得到相同結論,比拉瓦西還早21年,不過西歐一貫視俄國為打打野蠻人,影響並不大。 在17世紀中期,路易十四下令創建巴黎科學院和天文臺,聘請惠更斯當院長,卡西尼當臺長,大舉招攬人才。 在強大的財政支持,以及惠更斯·卡西尼雙核心吸引下,巴黎科學院像磁石一樣吸引各國才俊。 他發起了著名的徵文大獎,研究實際問題,包括如何在船上放置桅杆,觀測星體高度和運動,腳車的建造等等。 歐拉經常參加,伯努利家族和拉德朗日也貢獻很多。 到拉瓦西執掌巴黎科學院時,集結了達朗貝爾,拉普拉斯,拉德朗日等數學巨頭,此時的法蘭西群星璀璨,英傑輩出,數理化水平遠超其他國家。 法國學者有從政的傳統,庫倫在軍隊服役,猛日培養炮兵軍官,卡諾家族裏多人從政,被譽為滿門忠烈。 拉瓦西當過包稅官,替國王收稅,這是個得罪人的崗位。 1789年法國大革命開始,砍頭顱切瓜,不幸的拉瓦西被推上斷頭臺。 拉德朗日悲嘆說,砍下他的頭顱只需要一眨眼功夫,但是那樣的大腦,一百年也長不出來。 1799年五月政變後,法國進入拿破崙時代,拉瓦西生前曾在火藥局工作,他改進消失工藝,提高了黑火藥純度,此時開始顯現作用。 拿破崙改革炮兵,加速火藥生產,實現標準化,開發出用於槍械的細粒火藥,以及用於火炮的粗粒火藥,改進了存儲運輸方式。 法國火藥在技術、質量和數量上有了顯著提升,有力支撐了戰爭需求。 拿破崙重建了科學院,聚攏起碩果僅存的人才。 在拉普拉斯和拉德朗日主持下,聘請一流教授,培養出了十九世紀的一批耀眼新星,如電學安培、熱學卡諾、光學菲涅爾、力學伯松等。 在科學理論指導下,化學開啟了嶄新的篇章。 非火藥開始了進化腳步,十九世紀初期出現了褐色火藥,1867年諾貝爾發明雷管,1884年出現無煙火藥,十九世紀末苦味酸用於戰爭,出現了起爆藥,發射藥和猛炸藥等細分領域,種類越來越多。 人類在燒開水和扔石頭上越走越遠,燃燒學成為一門專業學科,火車輪船,工廠的大小鍋爐,此後出現的內燃機和燃氣輪機都離不開它,出現各種燃燒理論和模型,對相關工程產生了深遠影響。 人類對於燃燒的認識,經歷了從實踐到理論,從謬誤到科學的轉變,它已經成為我們改造世界的有力工具。 但更深層次的探索,永不停止。