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第55章 科技·发明(3)

在美洲,人们从一种小虫身上得到了一种胭脂虫洋红。那里的居民利用这种颜色,来制作一种鲜艳的红粉,方法是把捕获的雌虫晒干后碾碎。时至今日,加纳里群岛仍在生产这种颜料。人们用它为黑樱桃酒着上红色。栎皮粉取自北美橡树的内皮,于1775年获得专利。

在4世纪,人们就已经知道一种奇妙的树木——巴西木。巴西的国家名称就来自于这种用作染料的树木。18世纪时期,在氯漂白剂发明以前,人们漂白布匹还经常借助海藻。

人工染料是由英国化学家威廉·亨利·珀金发明的。当时他用煤焦油做实验,提取了一些人工奎宁。他从石脑油中发现的苯胺染料,后来被一名法国纺织厂商命名为苯胺紫染料,并日益受到人们的喜爱,很快成为流行之物。到19世纪90年代,这种染料被人们广泛采用,这个十年也因此有了“紫色的十年”之称。

珀金在1856年获得该染料的专利,那一年,他才18岁,称得上是年轻有为。珀金公司每天生产1吨多的茜素,这种黄中带红的颜色是他于1871年从煤中提炼出来的。他36岁将公司卖掉,从此不再做生意,而把心思全部放在学术研究方面。珀金实际上是合成印染业的开山鼻祖。

1905年,阿道尔夫·冯·贝耶尔发现了靛青的原子结构。到了1880年,他又发明了合成靛青工序,因而受到人们的赞许,获得了诺贝尔化学奖。

趣味链接:柏琴是怎么发现了化学染料的?

100多年前,给材料染色并不容易,当时,人们染布料时,只能利用茜草、郁金、大黄、蓝靛、红花等植物的根、叶和皮之类的汁,让布匹呈现出自己喜爱的颜色。因为植物染料数量不多,种类也很少,所以染出来的东西缺乏明亮的色泽,远不能满足人们对色彩的追求。

人们对色彩的需求,是在化学合成染料问世后才得到解决的。英国人柏琴是化学染料的发明人。

19世纪40年代,在非洲的英国殖民地,疟疾大肆流行。奎宁是治疗疟疾的特效药,但天然的奎宁产量少,满足不了需要。当时英国皇家化学院由霍夫曼任院长,霍夫曼为了解决非洲的困难,他费尽脑汁,想从煤焦油中提取出珍贵的奎宁。

1856年,他招收了一个研究生,这名研究生就是柏琴,当时年仅18岁。

柏琴参与到导师的研究中后,连节假日都放弃了,在自家庭院角落的一间小屋里辛勤地做实验。他从煤焦油提取了一种苯的化合物——甲苯胺,想让它发生化学变化,转化成奎宁。可是,他的多次试验却都以失败告终。

在这种情况下,他又把目光转向煤焦油的另一个成分——苯胺盐。在合成的最后阶段加重铬酸钾进行氧化时,白色的奎宁结晶没有出现,一种黑色的黏稠液体却意外地映入柏琴的眼帘。他并没有放弃信心,就将一些酒精倒入瓶子之中,盼望着能有奇迹发生。顿时,黑色液体沉淀溶解成了鲜艳的紫红色。这一来,更证明它不是奎宁。但柏琴却想到:这种东西虽不是药品,但能不能用它来做染料呢?

为了辨明这种物质有无染色功能,他在瓶内放入一块布片。结果,布片被染成了同样的色彩,美观鲜艳。于是,第一种合成染料——苯胺紫诞生了。

后来,柏琴为自己争取到合成染料的专利权,并劝说父亲在哈罗附近建起了一个印染厂,进行淡紫色染料的生产,他们的产品受到女士们的青睐。1881年发行的紫色便士邮票也要归功于它。就连维多利亚女王也非常喜欢这种颜色,她出席集会时就经常穿这种颜色的裙子,人们竞相模仿,该颜色风靡一时。

柏琴终于因为生产这种人人喜爱的染料而成为巨富,那一年,他才35岁。后来,他对做生意感到厌倦,就重新回到实验室里,从事化学研究工作。

发明苯胺紫在化学史上是一个重大突破。虽然这一物质的发明带有一定偶然性,但柏琴仍是当之无愧的科学家,他为化学工业作出的贡献将永远载入史册。

013颜料的由来

颜料与染料相比,历史要早得多。它的构成部分是干的色素和溶剂。

根据考古资料,早在两三万年前,就出现了为数不少的绘画作品。那时原始人还居住在洞穴里,由于审美的需要和好奇心的驱使,在洞壁上画了不少的画(岩画),描绘的对象多为动物和人。

那时,他们绘图时使用的颜料主要是铁、锰的氧化物。这些颜料分为黄色、红色和黑色三种。他们使用了多种方法,把颜料涂抹到墙壁上。有人用手直接绘制,有人则开始使用小块的毛皮,还有人独出心裁,将棍子的一端咬碎,做成笔来绘图。特别值得一提的是,原始人还弄来动物的肩胛骨,当做调色板来使用。

在西亚、北非地区,从6000年前的古埃及巴达利亚时代起,人们经常用到的颜料依然是天然赭石。将它进行细致的加工,可以制成黄、红和棕三种颜料。另外,他们把碳酸铜打成粉末,可以做成绿色颜料。又有人用天青石、加热硅石、碳酸铜、碳酸钙和泡碱生成的办法做成蓝色颜料。至于白色颜料,是用白垩、石膏、铅白来做成的。

那时候,绘画的基本材料,有石膏、陶器、象牙、石头和木头等物。如果想在石头和木头上作画,就要先涂上一层石膏。颜料的溶剂非常简单,有时用的是清水,有时则用植物胶汁液,还有蛋清之类的东西。有意思的是,原始人为了保护自己的得意之作,往往还要在画上涂一层蜡。

其实,真正的壁画是在公元前2500年出现的。克里特岛上留下的壁画,包括作画人运用的颜料,都对后来的画家产生巨大影响。16世纪杰出的绘画大师米开朗琪罗,在画西斯廷教堂天顶的时候,就将这种古老的画法体现在绘画之中。

从公元前5世纪起,一种新奇的画法出现了,这就是蜡画法。它不仅用于绘画,还用来装饰战船。这种画法的最大特点是,用热蜡做颜料的溶剂,较之于用蛋白做溶剂来调颜料的画法,画出的色彩会更浓重一些。

油画,尽管人们在6世纪已经了解它了,但这种艺术到了15世纪才逐渐成为时尚。先是在比利时的佛兰德,后来自然是在意大利,油画兴盛起来。其实,这种画没有任何神秘之处,所用的油画颜料是用亚麻籽油作为溶剂的。

用油画颜料作画的效果是非常理想的。人们在无色或有色的光滑面上,尽情使用油画颜料作画,颜料能够达到的深度和精细度,是用蛋白做溶剂的壁画画法所无法比拟的。这样一来,油画终于成为西方绘画艺术的主流并长盛不衰。

至于别的画法,比如水彩画、彩色蜡画和树胶水彩画,近年来采用很多新的颜料代替了已有的颜料。

014纺织的由来

大约在公元前6500年前,纺织由草席和篮筐编织的技术发展而来。几种自然纤维是纺织的理想材料。我们所知道的最早的布就是亚麻布,是用亚麻织成的。

可是令人感到惊奇的是,当时要把亚麻变成织布材料并不是一件简单的事情。这需要好几个步骤:把亚麻置于水中浸泡几个星期,晒干并敲打,然后再将亚麻分成粗和细两种纤维。

在古埃及,人们喜欢种植亚麻,它就好像棉花一样。

新石器时期,纺织是一种核心技术,这种技术显然是从近东创造出来的,随着农业的发展而渐渐传到欧洲。但是,在欧洲的不同地区,纺织的传统和风格是迥异的。在欧洲的偏远地区,纺织品取代皮革的进程非常缓慢。在这些地区,绵羊的产毛量是微小的,亚麻和其他植物纤维则在较先进的、加重的织布机上得到采用。

绵羊、山羊和各种骆驼产的毛,是用来纺织的优秀材料。在显微镜下,毛是鳞状的,而且,由于毛纤维的鳞状体总是联结在一起,所以很容易将空气兜住,这就使毛织品的保暖性非常强。

丝作为一种天然纤维,也是纺织的重要原料。它是公元前3000年前在中国被发现的。人们在桑树上发现了蚕所做成的茧,从而发现了丝。如果茧在蚕出来以前收获,就可以把茧置于水中,使蚕死掉。人们从一只茧中抽出的每根丝,可以有l000码的长度。

在古代文化中,纺织技术可能是各自独立发展的。最早的织布机很可能在公元前5000年就被发明出来。非洲有一种小型的膝上织布机,只有5英寸宽,显示出那里纺织技术的特色。这种技术现在作为一种神奇的手工技术,仍在尼日利亚和象牙海岸流行,养活了很多聪明的纺织者。

在1298年,关于纺车的记载就出现了。据说,纺车的发明者是中国人。在罗马帝国时期,它通过中东传到了欧洲。1480年的一本书中就画着一个完整的纺车。

使用纺车时,可以把整整一根长线绕到锭子上。在梭子里装着必不可少的纱绽,梭子则在织布机上装好的经线里不断地穿行。

把丝绕成纺织用的丝线的工作,一开始是用手工来完成的。但那样又慢又累,是不合算的。到了后来,人们发明了纺纱轮。后来的发明,如1733年发明的飞梭和1767年发明的珍妮纺纱机,都极大地推动了欧美的工业革命。

015辘轳的由来

自古以来,中国人民就很注重灌溉技术。人们除了挖渠引水之外,还要手抱汲水陶瓶到河边找水浇灌农田,这种方法非常原始,效率很低,到了商代,人们创制出桔槔,利用它来取水灌溉。

据《庄子》描述分析,桔槔是利用杠杆原理而制成的重要汲水工具。它的结构并不复杂,就是派人在河边、井边用一根长杠在树丫杈或木架上横支起来,在横木杠的一端,捆绑上像大石块等重物,将水桶挂在另一端。汲水时,利用杠杆原理,轻轻一拉绳子,使水桶浸入水中装满水,把绳子一放,另一端的重物就往下压。这样只需要花费很小的力气,就能把水桶提上来。

这种古老的汲水工具,时至今日,在某些地区仍在使用。

秦汉至南北朝,中国人更加重视本国的灌溉技术。所使用的水源有两个:一个是凿井,一个是开沟挖渠塘。可是井如果很深,用桔槔提水就会费时费力。于是,人们开动脑筋,创造出一种新的提水工具——辘轳。

一般都认为,是西周初年的史夫创造了辘轳。可见,辘轳已有3000多年的历史了。大约在秦汉之际,这种工具得到广泛运用。不但农田灌溉离不了它,它还用于盐井中取盐水来生产盐。

到了宋代,一种手摇辘轳出现,它被设置在水井上,并安装有曲柄。当时的辘轳是用木料做成的,后来,曲柄才改由铁制。人们发明了在缠绳下装置铁钩连接水桶的技术,这个发明是非常了不起的。人们可以手摇曲柄,让绳子一圈儿一圈儿地缠绕在辘轳上,这样就很容易地把盛满水的水桶从井中提上来。

到了明清时期,人们又在绳索、挂钩及传动部件上进行了革新,辘轳技术也大致定型了。人们在井口上安个架子,装上一个曲柄空心较长的横轴,轴上绕条粗绳,绳子的一端固定在轴上,一端系上水桶,提水时将曲柄轻轻摇动,放桶入井内装水,再摇动曲柄,使轴转动绞绳,一桶水就被提上来了。

辘轳虽然很古老,但直到今天,许多乡村提水时仍少不了它。村头水井台上的辘轳,成了农村的一种非常独特的景观。

趣味链接:龙骨水车是古代最先进的提水灌溉工具吗?

龙骨水车也有“翻车”之称,是一种独特的水利灌溉机械,它的发明者是中国人。在中国南方的一些山区,时至今日,人们还愿意使用它。西南的农民更直截了当地将它简称为“水车”。

龙骨水车的发明者是东汉时期的毕岚。汉灵帝时期,他在朝中担任“掖庭令”,专门负责宫廷手工制作。龙骨水车被安置在都城洛阳一座大桥的西面,其功能是给市郊南北大道洒水。龙骨水车的得名,是因为它的关键构造与传说中的龙骨非常相似。

在元代的《农书》和清代辚庆《河工器具图说》这两部典籍中,人们这样记述龙骨水车:车身是一个槽,用木板制成,长约1丈,宽4~7寸,大约有l尺高。槽中安装一条行道板,宽窄与槽一致。在槽板两端,又设置了大小不一的轮轴。行道板上下一圈,用龙骨板叶一节一节地连接在一起。在上端大轴的两端,各带拐木四根,在岸上木架之间安装停当。人们手扶木架,用脚将拐木踏动,像蹬自行车一样,龙骨板紧随着转动循环,在行道板上把水刮上岸。这是脚踏式龙骨水车的最常见样式。

如果河、溪与要浇的田地没有多大的落差,手摇龙骨水车就很适用了。它的构造与脚踏水车基本相似,所不同的只是没有脚踏拐木,而是改为用手摇转的木把而已。

最初,龙骨水车的运转主要靠人脚踏或手摇。大约到了宋元时期,龙骨水车在动力方面出现了重大革新,出现了用畜力和水力驱动的龙骨水车。

中国人发明的龙骨水车是古代世界上最先进的提水灌溉工具,中国人完全可以为这项发明而自豪。

016农药的由来

自从农业出现后,人类就在寻找使农作物免除病虫害的方法。

在3000多年前的西周时期,人们利用硫黄熏蒸的方法来杀灭鼠类。在《山海经》一书中,还记载着用矿石来灭鼠。北魏农学家贾思勰在《齐民要术》中,记载了用艾蒿来防治虫害的先进方法。

明代时期,宋应星在《天工开物》一书中,记录了利用砒石对付虫害的奇妙方法;医学家李时珍在其着作《本草纲目》中,提到的具有农药性能的药物也有很多。

进入18世纪后半叶时,欧洲人开始重视硫黄、除虫菊、烟草浸出液的杀虫效力。近代化学工业诞生后,很多化工产品因为具有杀虫功能被当做农药来用。同时,伴随农业科学研究的开展,农药的使用逐渐有了科学依据。

舒尔斯特第一个把化学药剂当成农药,在农业领域中使用。1761年,他将硫酸铜当做种子的杀菌剂。可是,在以后的一个多世纪里,农药的发展不够理想,仅有几种农药被农民使用,它们是石灰硫黄合剂、染料巴黎绿、波尔多液、硫酸铁溶液等。这对农业生产是大大不够的。

20世纪初期,这种情况的改变相当大。由于化学工业得到较大的发展,农药作为化工产品的一个分类的概念开始形成。20~30年代,有机合成化学和昆虫学、植物病理学、植物生理学得到了重大发展,有机农药的研究开发借助这些学科的成果,开始进行一系列有益的研究。于是,有机农药大量出现,依据用途的不同而分为杀虫剂、杀菌剂、除草剂三种。

从上世纪40年代开始,农药工业家通过不懈努力,使农药业逐渐形成为一个新的精细化工行业。1938年,瑞士人米勒经过仔细研究,终于发现DDT的杀虫作用。它是第一个重要的有机氯杀虫剂,在农业和卫生保健方面得到广泛使用。正因为米勒作出这样重大的贡献,他获得了诺贝尔生理学和医学奖。

1942年,英国的斯莱德和法国的迪皮尔各自展开研究,同时发现“666”的杀虫作用。之后的50~60年代,有机农药发展得非常好,许多新的系列化品种出现在商店的柜台里。

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