古诗《石灰吟》中的科学,跨越千年的化学知识 |科学夜读

石灰吟

于谦

千锤万凿出深山,

烈火焚烧若等闲。

粉骨碎身浑不怕,

要留清白在人间。

在中国浩如烟海的古诗词中,这首短小精悍的七言绝句常被人们诵读、引用,用以赞颂坚韧不屈的品格。但鲜为人知的是,在这首诗作中不仅蕴含着深刻的人生道理,更隐藏着一幅中国古代科学技术发展的缩影。

石灰,是建筑和工业中广泛应用的材料,它的生产过程涉及了复杂的化学反应,而其制备也需要精湛的工艺技术。在遥远的新石器时期,人们尚未掌握金属冶炼技术,只能用土、木、石等容易获得的材料来修建房屋。而在开采石块的过程中,人们意外发现了石灰。

古代的工匠在获取石块时,除了用蛮力去敲、砸,也会使用巧劲儿,比如用火烧大石块促进其开裂,就是一个常用的方法。在这个过程中,人们意外发现一些石头被烧灼后,居然产生了一种颜色白净又细腻的粉末,这种粉末吸水后会释放热量、并膨胀,可以用来填建筑中的空隙,或者平整地面。因为这种粉末是石头燃烧后形成,于是人们便称之为“石灰”。

在我国新石器时代的遗址中,我们就已经能看到石灰被用来加固建筑或平整地面,因为它洁白细腻又吸水的特性,古人就用它来实现采光、防潮的效果。到诗人于谦所处的明朝时,我国的石灰制造技术早已逐趋成熟,而诗中描写的正是诗人观察到的锻造石灰的工艺流程。

制作石灰的主要原材料是石灰岩、白云岩等碳酸盐岩,因此制作石灰的第一步便是从深山开采岩石,“千锤万凿出深山”描绘的正是原材料的开采过程。

得到了这些粗质的碳酸钙矿,就需要通过进一步的高温煅烧来去除其中的杂质,并且使岩石中的碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳,其中的氧化钙便是我们所说的生石灰。“烈火焚烧若等闲”,描绘的便是这个高温煅烧的过程。

获取了生石灰,工匠们便会将之进一步加工为熟石灰膏,当水与生石灰接触后,一经搅拌、混匀,便会形成洁白如雪的熟石膏,这便是“粉身碎骨浑不怕,要留清白在人间”。

青灰的岩石,从深山被开凿出来,经历一步步地锤炼、烈火焚烧,最终化身洁白的石灰。诗人于谦,正是有感于这个过程,写出了这首流传千古的咏物诗。

在他的眼中,石灰的锻造过程就像是人世间的种种磨炼。无论遇到了什么艰难险阻,都要从容不迫,等闲视之。即便是粉身碎骨,也毫不畏惧。而这些诗词中暗藏的对当时科技工艺的细致观察,也为我们回顾先辈们科技智慧提供了一种全新的视角。

其实,在这首诗中蕴含的传统技艺之光,还不止于此。

“千锤万凿”不仅仅是对于工匠们辛苦开采石块的描绘,还暗示出了当时已经相当发达的冶金技术。中国古代的冶金技术在世界上一直处于领先地位,早在战国时,中国就已经掌握了使用高炉炼铁的技术,到明代时,随着冶炼技术的进一步发展,各种金属工具的制造工艺也日渐精湛。

而石灰在冶炼过程中,也起到了关键作用,它可以被作为助溶剂,降低金属的熔点缩短冶炼时间,同时帮助去除金属中的杂质,提高合金的品质。这种将石灰应用于冶炼的智慧,正是古人对材料性质的深入理解和创新应用能力。

合金的制成工具,能更有效地进行石材开采,“千锤万凿”背后正是工匠们使用合金工具,高效开采石材的场景,是古代冶金发展技术的一个缩影。

石灰的使用,还是中国传统建筑工艺的关键。工匠们会将熟石灰作为黏合剂,填充在砖石间的缝隙,不仅能增强建筑结构本身的整体性和稳固性,还能起到防水、防潮的作用。

而到明朝时,建筑工匠又对这种工艺进行了改良,在其中加入糯米汤形成了糯米砂浆,这种砂浆,无论是强度还是稳固性都远超于普通砂浆。中国古代的许多宏伟建筑,如万里长城、故宫等,都大量使用了这种独特的黏合剂。

等到砂浆凝固后,砖石间就出现了一道道洁白的线条,它们撑起了建筑的骨架,也随着建筑们屹立百年不倒,默默向后代们述说着中国传统建筑技艺的精湛巧思。

《石灰吟》不仅仅是一篇文学佳作,更是暗藏着对于中国古代科技智慧的洞察。它不仅仅展现了当时石灰生产过程的场景,更是对中国古代化学、冶炼、建筑等多个领域科技成果的凝练总结。

当我们诵读这首《石灰吟》时,不仅仅能感受到诗人那不畏磨难的坚强意志,也能从他白描的这一幅古代工匠作业图中,感受到千百年来中国先辈们不畏艰难,于困苦中寻找出路,于混沌中探寻科学本质的无畏精神。

参考资料:

[1]容志毅. (2011). 中国古代石灰的燔烧及应用论略. 自然科学史研究, 30(1), 10.

[2]刘照军, 王继英, 王文佳, & 杨蕊. (2016). 中国古建筑石灰灰浆的光谱分析技术. 光散射学报, 28(1), 6.

[3]杨华山, 车玉君, & 马小满. (2015). 中国传统糯米-石灰砂浆的原材料和结构. 混凝土(1), 6.

[4]王志豪, & 王前进. (2018). 浅析中国古代冶铁技术. 中国铸造装备与技术, 53(5), 4.

[5]钢铁冶金与秦汉时期中华文明的发展.李延祥.光明日报

[6]暗号、小山《古诗词里的科学现象》,中华书局2021年版

来源:中国科协之声

评论一下
评论 0人参与,0条评论
还没有评论,快来抢沙发吧!
最热评论
最新评论
已有0人参与,点击查看更多精彩评论