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第2章 古代应用化学(2)

中国使用铜的历史年代久远。大约在六、七千年以前我们的祖先就发现并开始使用铜。1973年陕西临潼姜寨遗址曾出土一件半圆型残铜片,经鉴定为黄铜。1975年甘肃东乡林家马家窑文化遗址(约公元前3000左右)出土一件青铜刀,这是目前在中国发现的最早的青铜器,是中国进入青铜时代的证明。相对西亚、南亚及北非于距今约6500年前先后进入青铜时代而言,中国青铜时代的到来较晚,但却不能否认它是独立起源的,因为中国存在一个铜器与石器并用时代,年代距今约为5500~4500年。中国在此基础上发明青铜合金,与世界青铜器发展模式相同,因而可以排除中国青铜器是由境外传播而来之说。

“国之大事,在祀及戎”。对于中国先秦中原各国而言,最大的事情莫过于祭祀和对外战争。作为代表当时最先进的金属治炼、铸造技术的青铜,也主要用在祭祀礼仪和战争上。夏、商、周三代所发现的青铜器,其功能(用)均为礼仪用具和武器以及围绕二者的附属用具,这一点与世界各国青铜器有区别,形成了具有中国传统特色的青铜器文化体系。

青铜文化的发展

中国青铜器文化的发展一般包括三大阶段:形成期、鼎盛时期和转变期。形成期即龙山时代,距今4500-4000年;鼎盛期是指中国青铜器时代,经历了夏、商、西周、春秋直至战国早期,延续时间约一千六百余年,也就是中国传统体系的青铜器文化时代;转变时期指战国末期-秦汉时期,青铜器已逐步被铁器取代,不仅数量上大减,而且也由原来礼乐兵器及使用在礼仪祭祀,战争活动等等重要场合变成日常用具,其相应的器别种类、构造特征、装饰艺术也发生了转折性的变化。

一、形成期

距今4500~4000年的龙山时代,大约相当于尧舜禹传说时代。据古文献记载,当时人们已开始冶铸青铜器。在黄河、长江中下游地区的龙山时代遗址里,也曾发掘出了青铜器制品。从现有的材料来看,形成期的铜器主要有以下几个特点:

1.红铜与青铜器并存,并出现黄铜。甘肃省东乡林家遗址,出土一件范铸的青铜刀;河北省唐山大城山遗址发现两件带孔红铜牌饰;河南省登封王城岗龙山城内出土一件含锡7%的青铜容器残片;山西省襄汾陶寺墓地内出土一件完整铜铃,系红铜;山东胶县三里河遗址出土两件黄铜锥;山东省栖霞杨家圈出土黄铜残片。发现铜质制品数量最多的是甘肃、青海、宁夏一带的齐家文化,有好几处墓地出土刀、锥、钻、环和铜境,有些是青铜,有些是红铜。制作技术方面,有的是锻打的,有的是用范铸造的,比较先进。

2.青铜器品种较少,多属于日常工具和生活类,如刀、锥、钻、环、铜镜、装饰品等。但是应当承认当时人们已能够制造容器。此外,在龙山文化中常见红色或黄色陶鬶,且流口,腹裆部常有模仿的金属柳钉,如果认为这时的铜鬶容器与夏商铜鬶,爵、斝容器功能一样的话,当时的青铜器已经在或开始转向礼器了。

3.一般小遗址也出土铜制品,一般居民也拥青铜制品。此外,这个时期的青铜制品多朴实无饰,就是有纹饰的铜镜也仅为星条纹、三角纹等等的几何文饰,绝无三代青铜器纹饰的神秘感。

二、鼎盛期

这个时期的青铜主要用于制造礼乐器、兵器及杂器。当时的乐器主要用在宗庙祭祀活动中;礼器则用在古代繁文缛节的礼仪中,带有一定的神圣性,或陈于庙堂,或用于宴饮、盥洗;另外还有一些是专门做殉葬的明器。所有青铜器中,礼器数量最多,制作也最精美。礼乐器可以代表中国青铜器制作工艺的最高水平。礼器种类包括烹炊器、食器、酒器、水器和神像类。这一时期的青铜器装饰最为精美,文饰种类也较多。

青铜器最常见花纹之一,是饕餮纹,也叫兽面纹。这种纹饰最早出现在距今五千年前长江下游地区的良渚文化玉器上,山东龙山文化继承了这种纹饰。饕餮纹,本身就有浓厚的神秘色彩。《吕氏春秋·先识》篇内云“周鼎著饕餮,有首无身,食人未咽,害及其身”。因此,一般把这种兽面纹称之为饕餮纹。饕餮纹在二里头夏文化中青铜器上已有了。商周两代的饕餮纹类型很多,有的像龙、像虎、像牛、像羊、像鹿,还有像鸟、像凤、像人的。西周时代,青铜器纹饰的神秘色彩逐渐减退。龙和凤仍然是许多青铜器花纹的母题。可以说许多图案化的花纹,实际是从龙蛇、凤鸟两大类纹饰衍变而来的。

蝉纹,是商代西周常见的花纹,到了春秋,还有变形的蝉纹。春秋时代,螭龙纹盛行,逐渐占据了统治地位,把其他花纹差不多都挤掉了。

中国古代青铜器的另一个突出特征是制作工艺的精巧绝伦,充分显示了古代匠师们巧夺天工的创造才能。用陶质的复合范浇铸制作青铜器的和范法,在中国古代得到充分的发展。陶范的选料塑模翻范,花纹刻制均极为考究,浑铸、分铸、铸接、叠铸技术非常成熟。随后发展出来毋需分铸的失蜡法工艺技术,无疑是青铜铸造工艺的一大进步。

在青铜器上加以镶嵌以增加美观,这种技术很早就出现了。镶嵌的材料,第一种是绿松石,这种绿色的宝石,至今仍应用在首饰上。第二种是玉,有玉援戈,玉叶的矛,玉刃的斧钺等。第三种陨铁,如铁刃铜钺,铁援铜刃,经鉴定,铁刃均为硕铁。第四种是嵌红铜,用红铜来组成兽形花纹。春秋战国时也有用金、银来镶嵌装饰的青铜器。

东周时代冶铸技术发展较高,出现了制造青铜器的技术总结性文献《考工记》。书中对制作钟鼎、斧斤、弋戟等各种器物所用青铜中铜锡的比例作了详细的规定。由于战争频繁,兵器铸造得到了迅速发展。特别是吴、越的宝剑,异常锋利,名闻天下,出现了一些著名的铸剑的匠师,如干将,欧治子等人。有的宝剑虽已在地下埋藏两千多年,但仍然可以切开成叠的纸张。越王勾践剑等一些剑,其表面经过一定的化学处理,形成防锈的菱形、鳞片形或火焰形的花纹,异常华丽。

中国青铜器还有一特点,就是迄今为止没有发现过任何肖像。不少的青铜器用人的面形作为装饰品,如人面方鼎、人面钺等,但这些人面都不是什么特定人物的面容。更多的器物是人的整体形象,如人形的灯或器座;或者以人的整体作为器物的一部分,如钟架有佩剑人形举手托住横梁,铜盘下有几个人形器足之类,这些人形大部分是男女侍从的装束,而且也不是特定婢奴的肖像。四川广汉三星堆出土的立体像、人头像,大小均超过正常人,均长耳突目,高鼻阔口,富于神秘色彩,应是神话人物。

商周青铜器中数以万计的铜器留有铭文,这些文字,现在一般叫金文。对于历史学者而言起着证史、补史的作用。

中国青铜器的铭文,文字以铸成者为多。凹入的字样,称为阴文,少数文字凸起,称阳文。商代和西周,可以说铭文都是铸成的,只有极个别用锋利的工具刻字的例子。

西周晚期,开始出现完全是刻成的铭文。战国中期,大多数铭文已经是刻制的,连河北省平山中山王汉墓的三件极为典重的礼器,都是契刻而成,其刀法异常圆熟,有很高的艺术价值。

古人认为青铜器极其牢固,铭文可以传流不朽,因此要长期流传的事项必须铸在青铜物之上。因此,铭文已成为今天研究古代历史的重要材料。

三、转变时期

转变时期一般指战国末年至秦汉末年这一时期。经过几百年的兼并战争及以富国、强兵为目的的政治、经济、文化改革,以郡县制取代分封制,具有中央集权性质的封建社会最终建立,传统的礼仪制度已彻底瓦解,铁制品已广泛使用。社会各领域均发生了翻天覆地的变化。

青铜器在社会生活中的地位逐渐下降,器物大多日用化,但是具体到某些青铜器,精美的作品还是不少的。如在陕西临潼秦始皇陵掘获的两乘铜车马,第一乘驾四马,车上有棚,御者为坐状。这两乘车马均为青铜器铸件构成,大小与实际合乎比例,极其精巧。车马上还有不少金银饰件,通体施以彩绘。第二乘马,长3.17、高1.06米,可以说是迄今发掘到的形制巨大、结构又最复杂的青铜器。

到了东汉末年,陶瓷器得到较大发展,在社会生活中的作用日益重要,从而把日用青铜器皿进一步从生活中排挤出去。至于兵器,工具等方面,这时铁器早已占了主导地位。隋唐时期的铜器主要是各类精美的铜镜,一般均有各种铭文。自此以后,青铜器除了铜镜外,可以说不再有什么发展了,因而本章对中国古代铜器发展的研究,至隋唐为止。

四、青铜冶炼——冶金技术的萌芽

在新石器时代的晚期,人类已开始加工和使用金属,最先使用和加工的金属是铜。

关于冶铜技术发明的具体过程,人们作过不同的推测。有的认为可能与森林失火有关,有的认为与火爆法取石有关,更多的认为铜的冶炼是从熔铸夹杂铜矿的自然铜开始的,这些说法的共同点都认为“焙烧”了矿石后,铜从矿石中还原出来。从化学的角度看,要把金属从矿石中还原出来,必须有两个基本的技术条件,即足够高的温度和足够强的还原性气氛。到新石器中晚期,人们已从制陶技术中掌握了一些高温技术以及火焰的气氛控制技术,所以发明人工冶炼金属的基本条件是具备的。

铜的冶炼包括采矿、冶炼、熔铸等主要工序。

在采矿之前,首先要探矿。战国时期的著作《管子·地数篇》曾载有古时探矿的知识。1974年在湖北大冶铜绿山发掘出了春秋晚期规模颇大的采矿和冶铜遗址,就地采集矿石,就地冶炼,是十分合理的。当时用于炼铜的主要矿石是孔雀石,主要燃料是木炭。木炭不仅是燃料,在冶炼中还充当还原剂。

冶炼主要是在熔锅或熔炉中进行。炼铜时在炉内放置孔雀石和木炭,让木炭在里面燃烧,用吹管往里面送风,产生高温,熔化矿石,同时产生一氧化碳使铜析出。这种内熔法,冶炼温度较高,说明冶铸的技术也达到相当高的水平。这是我国古代冶铸的一个显著特点。

冶炼青铜是在冶炼纯铜的基础上发展起来的,它经历了一个由低级到高级的发展过程。该过程可能是:初始时,将铜矿石与锡矿石或含多种元素的铜矿石一起冶炼。这样获得的青铜,成分不易控制,后来则采用先炼出铜,再加锡或铅矿石一起冶炼的方法。但锡矿石和铅矿石中的锡、铅含量不固定,因此仍不能解决根本问题。最后发展到分别先炼出铜、锡、铅,再按一定的配比,熔炼出青铜,这就保证能得到预期的配比,成分稳定的青铜。我国先秦古籍《考工记》里记载的“六齐”说,是世界上最早的合金工艺总结。所谓六齐即为“六分其金(指铜)而锡居一,谓之钟鼎之齐;五分其金而锡居一,谓之斧斤之齐;四分其金而锡居一,谓之戈戢之齐;三分其金而锡居一,谓之大刃之齐;五分其金而锡居二,谓之削杀矢之齐;金锡半,谓之鉴燧之齐。”这张青铜比例表就今天来看,大体还是合理的。因为青铜中锡的成分占15%-20%左右时最为坚韧,过此逐渐变脆。斧斤是工具,戈戢是兵器,都需坚韧。青铜中锡的成分占30%左右,硬度较高,而削杀矢都是兵器,既需要锋利且硬度要大,又要坚韧。青铜的颜色随着锡含量的增加而发生变化,由赤铜色(红铜)经赤黄色、橙黄色,最后变为灰白色。钟鼎要辉煌灿烂,故含锡七分之一,具有美丽的橙黄色。六齐是奴隶们血汁的结晶。浇铸也是一项复杂的技术。浇铸一般的青铜器,只要将精炼好的青铜液倒入预先已布置好的合范(模具)中就成了。对于那些较复杂的器具,当时大多数采用分铸技术,然后再按合而成。

火药的发明与利用

火药,也称黑火药,距今已有1000多年历史了,是我国古代四大发明之一。在古代,火药常作为人类生存、生活的工具使用,猎人靠它布设陷井捕捉猎物。老百姓靠它开山、筑路、修渠……火药作为武器在战争中的使用,自是不必再提了。

随着科学技术的发展,黑火药逐渐被爆炸力更强、更安全、爆炸时间易控的现代炸药所替代,但在某些行业中,黑火药至今仍在被使用。

火药的发明其实与中国古代的炼丹术有着密切的联系。火药的主要原料为木炭、硫磺和硝石。硫磺在我国古代也被称作石流黄、留黄、流黄等。我国古籍中最早提到“流黄”的是《淮南子》一书(公元前150年前后)。而西汉末年问世的我国第一本药物典籍《神农本草经》上,则把石流黄归入“中品药”的第三种,可见当时硫磺已被广泛用于入药。

硝石是黑色火药里的氧化剂。它的化学成分是硝酸钾,受热能产生氧气,有很强的助燃作用。火药爆炸力的大小主要根据含硝量的多少来决定。最迟在公元前后,我们的祖先已经发现了硝,并能掌握利用它。古代人民在实践中慢慢发现硝石有消除积热和血瘀等医疗作用,便将它入药。《神农本草经》把硝石列入“上品药”的第六种。古代的炼丹家十分熟悉硝石的性能,常把硝石作为主要的氧化剂和溶剂。公元500年左右的炼丹家陶弘景就指出硝石有“强烧之,紫青烟起”的现象。

炼丹家们在炼丹时既用硫磺又用硝石,渐渐发明了可以燃烧的火药。

唐朝初年,有名的药物学家孙思邈也炼过丹药。在他所写的《丹经》一书中,有一种“伏硫磺法”,记载着类似火药的方子。

由于这种伏硫磺法经常在制作过程中发生燃烧,烧伤炼丹者的手脸,甚至烧掉炼丹房,古人明白了硫磺、硝石和木炭的混合物极易猛烈起火,甚至发生爆炸,制作时必须十分当心。

经过一次次的爆炸起火,炼丹家们从最初的恐惧中逐渐认识到,硫磺、硝石和木炭,如按一定比例配制,可制成会爆炸的“火药”。

火药是在炼丹家们炼药时发明的。具体年代已无从查考,但根据资料可以推断,火药发明的时间应在唐代以前。由于这种火药的颜色是黑色的,所以叫作“黑火药”。

火药虽是由炼丹家发明,但炼丹家的本意是为了制作药物,他们并不希望它有强大的爆炸力和破坏力。可是当火药的配方一旦为军事家们所知晓,情况就完全不同了。他们明白,用火药制成的武器,一定具有强大的杀伤力。于是军事家们不断探索研制,强化它的毒性、燃烧力和爆炸力。火药发明后,引起武器制造的重大改革,逐渐由兵刃时代进人了火器时代。

约在唐朝末年,火药已开始用于战争。宋朝有个叫路振的人,他所著的《九国志》一书中有这样一段记载:唐哀帝时(公元904-906年),郑播攻打豫章(现在的江西南昌),他命令兵士“发机飞火”,烧了龙沙门。据解释,飞火是火炮一类的东西,是用火药制造的燃烧性武器。可见,当时火药已用于战争。到了宋朝,人们发明了更多种类的火药武器,从最初的燃烧型火药武器逐渐过渡到威力更大的爆炸型火药武器。

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