古埃及,历史悠久的文明古国,由于过早地消失在历史的长河之中,她为人们留下丰硕人类遗产的同时也为后代人留下了许多至今无法用科学解释的谜团。这个充满神秘色彩的民族不仅是建筑的高手还是化学世界的探索者,他们在冶金、酿酒、医药、制陶工艺、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识,为后人留下了丰厚的遗产。
1扎实的冶金技术有一种说法,化学的英文单词chemistry就是起源于古埃及语“黑化”,拉丁译音为“Khem”,是古埃及炼金术的第一步工序。由此可见,古埃及人很早就发现并开始使用金属制品[1~3]。早在公元前4000年,古埃及人就已经掌握了有关铜矿的知识,并且掌握了提炼金属铜的技术。古埃及也成为历史上第一个从铜矿中提炼铜的国家。他们将铜矿与炭粉在鼓风设备的协助下,在坩埚内高温加热,从而提炼出金属铜。青铜,一种金属铜和金属锡为主形成的合金。早在公元前2000年左右,古埃及人已经普遍使用青铜器具。他们将进口的锡矿石(主要成分SnO2)和铜矿石或粗铜与炭粉一同放在锅炉中加热,得到青铜合金,由于合金的硬度要高于金属铜,因此在工具和武器的制造上都得到了广泛的应用。在图坦卡门(公元前1341-1323年)的墓中还发现大量的青铜和铜质器具。古埃及人还利用炭粉,从硫铅矿(PbS)和白铅矿(PbCO3)中提炼出了单质铅,化学反应如下:2PbS+3O2+C→2Pb+2SO2+CO2黄金最早是含金的石英砂被冲上河滩,因为这类沙子密度较大被滞留在河岸,经过河水的冲刷逐渐显露出金的光泽而被人们发现。随着技术的发展,古埃及人将含有杂质的黄金与铅盐在一起铸熔,去除杂质后得到更纯的黄金。古埃及的金匠也是手艺非凡,其中最杰出的作品当属法老图坦卡门的黄金面具。金匠们在厚厚的金板上镶上各类宝石,并精心敲打出人脸的造型,这些即使是现代机器工艺也难以复制。由于金属的所有权直接关系到皇室及神权的统治,自公元前2500年起,古埃及的法老们就已经控制了金属冶炼和金属矿石的采集及管理,并联系古埃及的神庙在实验室里开始进行化学研究。
2神秘的木乃伊提到古埃及的木乃伊(mummy),很多人会觉得毛骨悚然,但是在古埃及人看来人在死后生命还会延续,灵魂会依附在尸体或者雕像上。所以他们把尸体制成木乃伊,使其保存完整,与生前一样给予同样的关切,因此古埃及人十分重视木乃伊的制作。木乃伊的制作过程中同样渗透了很多化学道理。科学家们研究发现,人死以后将会用苏打水(Na2CO3溶液)洗净,送到被称为“美丽之地”的培尔?那非尔完成后续的防腐工作。尸体的面部采用涂抹大量松脂的方法防止过快干燥,以保护面部形象。身体内脏会被取出,但保留作为智慧象征的心脏。将身体的躯干部分在大量的泡碱粉末(Na2CO3?10H2O)中浸泡40天,达到完全脱水的目的。躯体水分吸干以后将在腹腔内填充大量碾碎的香料布包,包括末药、桂皮、泡碱、锯末等,再将切口缝合。为了保持皮肤的柔软度,还会在身体上涂抹牛奶、葡萄酒、香料、蜂蜡、松脂和柏油的混合物。尸体在经过上述处理后还会再涂上一层松脂来达到防潮防腐的目的,最后再用白色亚麻布将躯体包裹起来。当然这种昂贵的待遇一般只有法老、达官贵人以及富翁才能够享受。3金字塔建构材料“建造金字塔的材料是怎么运送的?”“普通的石头怎么可能建造出那样庞大的建筑?”这样的疑问一直困扰着很多人。直到2006年法国航天研究院(ONERA)的材料物理学家吉勒?于格(GillesHug)和美国费城德科赛尔大学材料科学与工程学教授?巴尔苏姆(MichelBar-soun)的文章中指出:古埃及金字塔群的一部分石块是合成石灰石。金字塔建材为混凝土石方的传言才得到有力证实。他们通过将胡夫金字塔顶部的石料样品与附近采石场石料对比发现,胡夫金字塔的石材成分要比后者复杂得多。前人的研究成果也显示,金字塔顶部石块中的某些显微部分带有快速化学反应的痕迹,因为一旦反应过快,这些显微部分未能自然结晶。
4传统的酿酒工艺古埃及人很早就开始酿造美味的葡萄酒和啤酒了。他们将葡萄在大盆中踩碎,汁液就会被挤压出来。收集来的葡萄汁液首先在大木桶里静置发酵,然后再将其倒入双耳细颈瓶中进一步发酵,过程中细颈瓶的瓶口要用泥塞塞紧,为了让发酵过程中的二氧化碳(CO2)释放出来,还特别在泥塞上戳上几个小孔。古埃及的葡萄酒种类繁多,其中以甜酒“Mareotis”最为着名。古埃及的啤酒厂多建造在面包房附近,因为古埃及人是用圆面包来酿造啤酒的。他们用枣来培养发酵啤酒所用的酵母菌,大致过程为:将面包切碎,加水和枣制成糊状放在很大的容器里,待汁液从纱布中流出后就成了美味的啤酒。为了加强啤酒的香味,他们还会在里面添加很多草药,其中“zythus”啤酒受到很多人的喜爱。
5备受喜爱的黑色眼影古埃及王室使用黑色眼部化妆品,不仅变得更加美丽迷人,据称,这种“魔力”化妆品使用后会受到埃及太阳神的保护,避免感染某些疾病。科学家研究发现,这些黑色眼影的主要成分是含铅化合物PbS和Sb2S3,可促进人体皮肤细胞多形成240%的NO,NO恰恰是人体内一种重要物质,可促进人体免疫系统预防疾病。这项最新研究完全支持古埃及人的观点———“魔力”眼部化妆品可预防疾病,但事实上这种保护作用并非是埃及太阳神所赐予的,而是基于化妆品中的成分。
6多彩的颜料古埃及法老以及达官贵人墓穴中的壁画经历几千年的时光,依然保留着当初的神采。其中的秘诀在于绘画的颜料都是采用有色的无机化合物,主要的有色颜料见表1。古埃及人除了擅长使用天然的有色化合物以外,他们还利用化学反应积极创造新的色彩[4]。例如埃及蓝,主要成分为CaCuSi4O10,是一种钙铜硅酸盐,它是由石英砂、碳酸钙、铜的化合物以及少量的碱在高温下加热产生的,主要反应见下:Cu2CO3(OH)2+8SiO2+2CaCO3→2CaCuSi4O10+3CO2+H2O7染料的提取古埃及是一个十分擅长印染的民族,他们很早就已经利用明矾(KAl(SO4)2?12H2O)印染布料。因为明矾中会掺杂部分铁元素,在印染过程中常常达不到想要的颜色,而古埃及人利用重结晶的操作方法,将明矾净化较好地避免了这样的困惑。除了矿石染料,古埃及人还利用蔬菜汁作为染料使用。他们从茜草中提取红色物质1,2-二羟基蒽酮,即茜草素作为红色染料,从靛蓝植物和菘蓝中,利用揉碎发酵的方法提取出其中的靛蓝色素,作为蓝色染料。最高贵的颜色当属泰尔红紫即皇紫,它的主要成分是一种二溴靛青类化合物。古埃及人还远赴地中海捕获一种有壳生物并从其体内提取出一种无色的物质,作为染料的前身,当这种物质经过阳光的照射以后,高贵的紫色就显现出来了。古埃及人在化学工艺的发展中留下了浓墨重彩的一笔,虽然没有高深的理论知识支撑,他们确实利用化学不断地改善着自己的生活。
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