【百年化學 其他文明篇】 【百年化學 其他篇 No.177】點石成金失敗了，但他造的王水溶掉了諾貝爾獎章

先給你看個魔術 拿一枚金戒指扔進一杯橙黃色 冒着嗆人煙霧的液體裏 不用加熱 不用通電 就靜靜等着 幾分鐘之後 戒指沒了 不是燒沒了 不是被腐蝕出幾個坑 是真正意義上的沒了 乾乾淨淨 連一點渣都不剩 就像一塊方糖化進了水裏 這杯液體叫網水 化學界的頭號狠角色 在金屬這個江湖裏 黃金是公認的老大 號稱萬年不服 火燒不怕 鹽酸濺了繞着走 硫酸拿它沒辦法 硝酸潑上去跟潑礦泉水一個效果 結果就是這麼個油鹽不進的主兒 碰上網水當場下跪 連句狠話都來不及說 這杯狠水的配方 不是哪個現代實驗室搞出來的 它最早的源頭 要追溯到1200多年前的兩河流域 那會歐洲還在中世紀早期的泥坑裏打滾 而底格里斯河邊上 一位阿拉伯學者 正在鼓搗一堆鍋碗瓢盆 順手把人類化學史往前推了一大步 今天這篇 看看八世紀的阿拉伯鍊金術士 是怎麼把硫酸 硝酸這些液體猛獸 一頭一頭馴服出來的 順便把裏面藏着的化學原理徹底講透 先把鏡頭拉到公元八世紀的中東 750年 阿拔斯王朝幹翻了歐馬亞王朝 伊斯蘭世界換了化世人 首都從大馬士革挪到了伊拉克 後來建起了那座傳奇的原城巴格達 第二年 751年 阿拔斯的軍隊在達羅斯河邊 跟大唐安西軍打了一仗 史家廠把造紙術的西傳 別小看造紙這件事 對搞學問的人來說 紙就是當時的硬盤和雲計算 知識終於可以廉價地複製 傳播 批註了 緊接着的幾十年裏 波斯人 希臘人 印度人 敘利亞人的著作像潮水一樣湧進伊拉克 一場持續200年的翻譯運動即將拉開彈幕 後來哈里發瑪蒙還要在巴格達修一座智慧宮 給全世界的知識辦一個超大型收容所 我們的主角賈比爾 伊本哈揚就活躍在這個節骨眼上 大約721年出生 按後世書制學家伊本納迪姆的記載 他跟當時全清朝野的巴爾瑪克家族走得很近 這個家族世代給哈里發當宰相 是朝廷裏數一數二的文化贊助商 傳說裏他的老師還是實業派第六任 伊瑪木·賈法爾·薩迪克 這事兒的真僞咱先存疑 但可以確定的是 賈比爾確實得到了官方層面的資源支持 在庫法城擁有過自己的實驗室 請注意 我說的是實驗室 不是神壇 不是道觀 不是煉丹爐旁邊插幾根香那種氛圍感場所 這一點非常關鍵 在賈比爾之前 全世界搞鍊金術的人 操作風格基本接近玄學 方子寫在羊皮紙上 用詞雲山霧罩 什麼綠獅吞日 紅龍浴血 看完跟看了本玄幻小說似的 同一個方子 張三做出來是神藥 李四做出來是一鍋毒煙 問就是你心不誠 這種玩法別說推動科學了 連做個對照實驗都做不到 賈比爾乾的第一件大事 就是把這套玄學玩法給拆了 他要求把每一步操作 每一種用量 每一個現象都記下來 寫得清清楚楚 讓後來的人能照着復現 你看 這就是現代科學的基本功 控制 變量 規範 記錄 結果可重複 1200年前 就有人開始立這個規矩了 光憑這一條 後世把它尊爲化學之父之一 就不算吹捧 規矩立完了 該上硬菜了 第一頭要被馴服的猛獸 硫酸 原料叫氯煩 化學名汽水和硫酸亞鐵 一種綠色半透明的晶體 長得人畜無害 像劣質翡翠 古人拿它染布 制墨 頂多算個手工業原料 但甲鼻兒們發現 把這玩意兒放進驅警瓶裏猛燒 也就是幹流 瓶口會冒出白霧 冷凝之後流出來的液體 腐蝕性極強 粘肉 爛肉 粘布 燒布 後人管它叫繁油 就是今天硫酸的老前輩 這個過程拆開看 每一步都有講究 氯煩晶體裏那個七個水 不是白掛名的 那是七份結晶水 像房客一樣 加熱一開始 這些房客先被趕出來 氯煩從綠色晶體 變成灰白色粉末 火繼續加大 硫酸亞鐵本身扛不住了 開始分解 兩分子硫酸亞鐵 裂解成一份氧化鐵 外加二氧化硫 和三氧化硫兩種氣體 氧化鐵是紅色的 留在瓶底 古人管它叫繁紅 真正的寶貝 是那兩種硫的氧化物 尤其三氧化硫 它一碰到水 就跟餓了三天的打工人 見到食湯一樣 你看 這個鏈條多漂亮 一塊看着像翡翠的石頭 一把火 先出水 再出煙 最後凝出一瓶 當時世界上最烈的酸 整個過程不需要任何神力 就是熱分解加化合反應 初中化學的水平 但對八十級的人來說 這等於從石頭裏 榨出了魔鬼的口水 硫酸這東西有多猛呢 濃硫酸見着有機物就脫水 白糖丟進去 滋拉一聲 變成一盆黑碳 因爲它把糖分子裏的 氫和氧 按水的比例硬拽出來 只留下碳 以至於後來衡量 一個國家的工業實力 有個特別樸素的指標 看它一年產多少硫酸 而這一切的源頭 就是鍊金術師 考慮煩的那把火 一頭猛獸不夠 賈比爾們又盯上了 第二頭 硝酸 這次的原料組合更有意思 硝石加繁肋 放在一塊供熱 硝石就是硝酸鉀 古人從牆角 廁所邊的鹽鹼地裏 刮出來的白色霜花 主要用途是做火藥和醃肉 屬於民間常見物資 繁肋 比如鳴帆 肚子裏裝着硫酸鹽 這兩樣東西 擱取景瓶裏一起燒 妙事就發生了 繁肋受熱後 提供了一個強酸性的環境 把硝石裏的硝酸根 給頂了出來 硝酸以蒸汽的形態跑掉 遇到冷玻璃管 重新凝結成液體 收集起來 就是硝酸 這裏藏着一個化工上 沿用至今的經典思路 用沸點高的酸 去制沸點低的酸 今天實驗室裏制硝酸 老老實實蹲在燒瓶裏不動 硝酸沸點只有80多度 一加熱就氣化跑掉 冷凝收集 完活 甲餅當年雖然沒有沸點表 但用繁肋加硝石的土辦法 實質上走的是同一條技術路線 這就好比 你想讓一個座位上的乘客下車 最好的辦法不是自己下車 而是讓一個比他更宅的人 坐得比他更穩 把他擠走 硫酸就是那個最宅的 硝酸的性格跟硫酸完全不同 硫酸是個沉默的壯漢 硝酸是個暴躁的瘋子 它見光就分解 四個硝酸分子 列成二氧化氮 氧氣和水 所以濃硝酸放久了會泛黃 那就是溶在裏面的二氧化氮 它往銅片上滴一滴 立刻 紅棕色的濃煙滾滾而起 銅片以肉眼可見的速度消失 銅可是出了名不愛搭理酸的金屬 吸鹽酸 吸硫酸潑上去 銅連眼皮都懶得抬 因爲銅的活潑性排在氫後面 致幻不出氫氣 但硝酸根本不跟你玩致幻那套 它靠的是氧化 直接把銅原子的電子搶走 江湖規矩都不一樣了 銅當然頂不住 好了 現在硫酸有了 硝酸有了 賈比爾們又往前邁了一步 也是最傳奇的一步 把硝酸和鹽酸按比例對在一起 搞出了網水 這裏先交代一句 鹽酸大概是硝石和食鹽 供熱的副產品路線裏被摸索出來的 賈比爾的時代 對這幾種酸的製備和配物 都有過系統記載 網水的經典配方 一體積濃硝酸配三體積濃鹽酸 現配現用 因爲配好之後 它自己內部就在緩慢反應 生成亞硝鮮氯和氯氣 放久了就失效 跟開了蓋的可樂一個道理 然後就是那個千古之謎了 憑什麼 鹽酸單獨融不了金 硝酸單獨也融不了金 兩個失敗者加在一起 怎麼就把金屬之王給辦了 這背後是現代化學裏 最漂亮的團隊配合之一 值得掰開揉碎講 金爲什麼耐腐蝕 因爲金原子特別戀戰 它的電子被原子核攥得死死的 想從它手裏搶走電子 難如登天 用化學的語言說 金離子變回金單質的電極電視 高達正1.5伏 這是個非常傲慢的數字 濃硝酸算是氧化劑裏的狠人了 它能提供的氧化電視大約0.96伏 對付銅銀綽綽有餘 但對上金的1.5伏 就是螞蟻旱大樹推不動 這時候氯離子登場了 鹽酸貢獻出來的氯離子 它見着金離子就往上貼 四個氯離子抱住一個金離子 形成一種叫四氯合金酸根的氯離子 結構極其穩定 關鍵就在這 硝酸費盡力氣 偶爾從金表面撬下來一個金離子 按理說這金離子很快會把電子搶回去 重新變回金子 反應根本進行不下去 可氯離子在旁邊等着呢 金離子一露頭 四個氯離子一擁而上 直接綁走 壓進落核物裏 關起來 溶液裏自由活動的金離子濃度 瞬間被壓到一個低到塵埃裏的水平 這一壓 天平就徹底翻了 化學平衡這東西講究此消彼長 生成物濃度被無限拉低 反應就只能拼命往正方向跑 這就是勒夏特烈原理的精髓 而且金被落核之後 它的實際電極電勢 從1.5V一路跌到1.0V左右 硝酸那0.96V本來夠不着 現在點點腳就夠着了 再加上高濃度和微熱的助攻 局面從絕對推不動 變成越推越順 金子表面每掉一個金離子 就被綁走一個 平衡不斷右移 金就這樣一點一點的 被自己人的兩面包抄給磨沒了 你品品這個配合 硝酸負責出拳 把金離子從金屬表面打下來 氯離子負責收屍 把金離子綁得死死的 斷了它復活的念想 一個主攻一個主控 這就是亡水的恐怖之處 古人不知道什麼叫電極電勢 不知道什麼叫落核物 但他們硬是靠無數次試錯 摸到了這個 讓兩個弱者聯手勢均的完美配方 亡水這個名字起的也直白 有意思的是 亡水也不是無敵的 銀扔進亡水裏 表面立刻結一層氯化銀 這玩意兒不溶於水 像給銀穿了層盔甲 反應直接被自己生成的保護膜悶死 所以亡水溶金不溶銀 江湖上各有各的命門 亡水最傳奇的實戰應用 發生在1940年的哥本哈根 德軍佔領丹麥 波爾的理論物理研究所裏 存着兩塊諾貝爾金質獎章 是德國物理學家勞厄和弗蘭克 寄存於此的 納粹對黃金的管制到了變態的程度 獎章要是被搜出來 物主麻煩就大了 匈牙利化學家德海韋西 想了個絕護計 找平亡水把兩塊獎章直接溶了 黃澄澄的溶液裝在一個普通瓶子裏 往實驗室架子上隨手一放 德軍後來真把研究所翻了個底朝天 對着那瓶化學廢液 看都沒多看一眼 戰爭結束 德海韋西把金子從溶液裏還原出來 送回諾貝爾基金會 這個故事被諾貝爾基金會官方記錄在案 堪稱化學史上最優雅的藏東西方式 最危險的地方 就是把金子變成一瓶沒人認得的酸 講到這兒 容器 強酸 實驗方法都有了 你可能會問 賈比爾搞這麼大陣仗 圖啥 圖 點石成金 這就是他思想體系的核心 流汞理論 按照賈比爾的設想 大地深處會產生兩種精華性的煙霧 一種乾燥可燃 叫流性精華 一種溼潤如液 這倆在地底下 按不同比例 不同純度混合 凝成不同的金屬 配比完美 純度拉滿 出來的就是黃金 配比失調 雜質太多 出來的就是銅 鐵 鉛 錫 這些並金屬 這個理論在今天看當然錯得離譜 金屬是元素 原子敘述寫死的 金就是金 鉛就是鉛 跟流和汞半點關係都沒有 但你別急着笑話它 這個理論在歷史上 幹了一件功德無量的事 它是人類第一個 成體系的物質組成學說 它告訴所有人 物質的差異不是神異 不是命運 而是成分和比例的問題 既然病的根源是配比 那理論上就能治 把鉛裏多餘的成分去掉 把缺的補上 鉛就能康復成金 鍊金屬的全部實驗 本質上都是給金屬看病的臨牀操作 更妙的是 這套理論逼出了技術 爲了調整成分 你得會分解物質 於是有了斷燒和幹流 爲了提純 你得會蒸留 昇華 結晶 過濾 爲了反應 你得會制酸 制鹼 賈比爾把當時已知的物質分成三類 受熱會跑掉的晶 比如硫 汞 樟腦 銨鹽 能錘成片 會融化的金屬 錘不碎 融不動的礦石 這個分類粗糙 但已經是把雜亂無章的物質世界 往貨架上擺的第一步 點石成金這個目標是錯的 可爲了這個錯誤目標修出來的路 條條通往真化學 這一事就像你爲了找傳說中的寶藏 挖了條隧道 寶藏是假的 隧道是真的 後來整條地鐵都從這兒過 賈比爾留給後世的 還有一堆看不見的遺產 就藏在你每天說的詞裏 化學chemistry這個詞 詞根就是阿拉伯語的alchemia 蒸餾氣alembeq來自alembeq 鹼alkali來自alkoli 本意是燒過的草木灰 酒精alkol來自alkoli 原本指梯礦石磨的鹽飲粉 這些帶着AL潛質的詞 就是阿拉伯化學搭船進入歐洲時 留在船身上的藤壺 扣都扣不掉 13世紀 署名葛博的拉丁文著作 在歐洲瘋傳 葛博就是賈比爾的拉丁話名字 羅傑爾·培根那一代歐洲學者 就是讀着這些書入門化學的 不過這裏得給你一個負責任的交代 今天的學者 尤其是研究過 賈比爾文集的保羅·克勞斯這一脈 普遍認爲 船事的上百部賈比爾著作裏 有相當一部分 是9-10世紀後輩學者的脫名之作 歐洲流行的拉丁文蓋博 更可能乾脆是 但這動搖不了核心事實 以賈比爾爲旗幟的 這股8-9世紀的阿拉伯化學傳統 真實存在過 他第一次把實驗 記錄 分類 儀器 這些科學的基本零件 攢成了一臺能跑的機器 一個人有沒有親手寫下每一本書 不重要 重要的是這門學科的開工儀式 是在他的工地上辦的 再往後的事 大家就比較熟了 1661年 波依爾出版《懷疑的化學家》 正式給元素下了現代定義 跟流鞏理論那套鍊金術世界觀切割 1789年 拉瓦西出版《化學基礎論》 質量守恆 養化學說 第一張現代元素表 化學徹底成年 追根溯源 這條線的上游 站着一個在庫法城裏考綠凡的阿拉伯人 所以歷史最愛開這種玩笑 賈比爾一輩子想找的是折人石 想把鉛變成金 這個夢想徹頭徹尾地破產了 2000年鍊金術 沒有煉出哪怕一克真金 但他順手幹成的那些事 他馴服了硫酸和硝酸 配出了網水 立下了實驗科學的規矩 給化學留下了自己的名字 點石成金是假的 點石成穴是真的 下次再看到網水溶金的視頻 別光顧着喊臥槽 那杯橙黃色的液體裏 沉着一部1200年的技術史 一半是一個文明對知識的飢渴 一半是人類最早的化學家 用石頭 硝石 和一把火 替我們撬開的那道門縫