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                    微觀世界:火藥,化學發展的基石

                    火藥是中國古代四大發明之一,又稱黑火藥, 起源于唐代醫學家孫思邈的煉丹術, 隨后流傳至西方,開創了全世界化學研究的先河。



                    火藥發明自古代東方的醫學家,他們為了研發靈丹妙藥卻無心插柳,成為全世界化學研究的先驅。西方起步雖較晚,卻在火藥的應用上大放異采,例如發明苦味酸、硝化甘油、矽藻土炸藥等。



                    據《范子計然》的記載,春秋時代中國就已經用于民間民生應用,范子計然說“硝石出隴道”。我國現在看到的第一部記載火藥配方的書,約成書于八九世紀。書中說“以硫磺、雄黃合硝石,并蜜燒之”,會發生“焰起,燒手面及火盡屋舍”的現象。這里的“密”應該是蜂蜜的“蜜”。蜜加熱能變成炭。硫磺、硝石與炭混合,這就是火藥的配方。

                    火藥的發明是人們長期煉丹,制藥實踐結果,至今已有一千多年歷史。


                    古代皇帝為了尋求長生不老,鼓勵專家嘗試各種動植物、藥物、礦物與金屬的炮制與煉制,以 求得不死之藥。煉制丹藥的過程實際上就是對藥物、礦物及金屬進行各種化學實驗,由此無意間促成了化學的發展。



                    在煉丹時,煉丹家及醫學家發現若把硝石、硫黃及含碳物質混合放入丹爐提煉時,會發生猛烈燃燒甚至爆炸。為了避免意外爆炸,唐代醫學家孫思邈便發明了所謂的伏火法, 并記載于《丹經內伏硫黃法》一書中。把硝石硫黃各二兩研磨成粉末,加入炭化皂角子一起燃燒,燒完再取三斤木炭煅炒,等炭消去三分之一后,退火并冷卻取出煉丹產物。

                    原先混合藥物易劇烈燃燒或爆炸的性質,透過這方法處理后可被蟄伏,因此稱為伏火法,這也是現存記載最早的火藥配方。


                    隨后唐代煉丹家清虛子在《太上圣祖金丹秘訣》記載改良后的伏火礬法,使硝石硫黃、含碳馬兜鈴混合成為原始火藥,并逐漸發展為軍事及醫藥用途。上述文史記載點出了火藥的發明與發展。


                    火藥應用于軍事,最早出現在10世紀五代時期的敦煌絹畫,畫上描繪有類似火槍與手榴彈的圖形。另外,在唐代末年有火藥使用于軍事的書面記載。北宋時期, 軍事書籍《武經總要》記載了3種復雜的火藥配方,其中詳細描述火箭、火球火炮、投石機、炸彈等多種火藥所制成的兵器。



                    到了13-14世紀,中西方都有許多火藥做為武器彈藥推進劑與大炮的記錄。15-17世紀時,由于歐洲的冶金術有了突破性的進步,促使手持火藥兵器及火炮的大量制造。在這個時期,歐洲的火藥科技與兵器技術逐漸回傳中國,火藥在軍事上 的應用于是與日具增。



                    火藥兵器在戰場上的出現,預示著軍事史上將發生一系列的變革。從使用冷兵器階段向使用火器階段過渡。

                    遺憾的是,古代先賢們知道如何制造火藥,也不斷思考火藥為何會爆炸,最終由宋應星在他的著作《天工開物》中得出結論:“硝性至陰,硫性至陽,陰陽兩神物相遇于無隙可容之中,其出也”,即火藥的爆炸是陰陽相克的結果。

                    后來火藥傳到了歐洲,歐洲人的思想沒有“陰陽五行”的牽絆,沒有解釋一切的哲學,所以他們在顯微鏡下,在實驗室中把火藥爆炸的原理弄清了:“硝酸鉀分解釋放出氧氣,使木炭和硫磺劇烈燃燒,瞬間產生大量的熱和氮氣、二氧化碳等,由于體積急劇膨脹,壓力猛烈增大,于是發生了爆炸”。


                    19世紀火藥在工業方面的應用大放異采,1771年發明苦味酸用來做黃色染料,醫學上則做為外科收斂劑或化學酸堿指示劑。后來發現它具爆炸性質,因此又稱為黃色炸藥,是世界上最早的合成炸藥。

                    1800年英國化學家Edward Charles Howard合成出雷酸汞,可做為引爆炸藥的雷管,從此帶動化學爆裂物的研發。1866年,瑞典科學家諾貝爾利用硝化甘油為關鍵配方,研發出近代最知名且高穩定性的矽藻土炸藥,除了大量運用于軍事外,也用于工業采礦及開挖隧道。

                    1953年,美國工程師約翰·海崔克研發汽車安全氣囊,氣囊內部含有疊氮化鈉(NaN3)或硝酸銨(NH4NO3)等化學物質。當汽車行駛受到撞擊時,經控制系統判定觸發后就可引爆氣囊,化學物質快速裂解產生大量氣體并充滿氣囊,借由氣囊分散沖擊力,因此對乘客產生了保護的效果。

                    火藥發明后帶動了全世界軍事與化工科技的發展。炸藥帶來的龐大利益使愛好和平的諾貝爾在1895年捐贈遺產并創立諾貝爾獎,于1901年開始頒獎給在物理、化學等領域有重大貢獻的杰出人才。象征科學界最高榮譽的諾貝爾獎加速了各科學領域的發展,造就了今日的科技文明。

                    這是一個充滿化學物質及化學反應的世界,從1869年俄國科學家門德列夫發表元素周期表至今已知共發現了118種元素,各種化學元素交織構成我們眼中的地球,而一切化學研究在中國古代醫學家合成火藥的那一刻開啟了其神秘的大門。生活中常見的慶典煙火、汽車安全氣囊、火箭等都與火藥息息相關。請想一想,您生活周遭還有哪些應用與火藥有關?













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