古埃及,歷史悠久的文明古國,由於過早地消失在歷史的長河之中,她為人們留下豐碩人類遺產的同時也為後代人留下了許多至今無法用科學解釋的謎團。這個充滿神祕色彩的民族不僅是建築的高手還是化學世界的探索者,他們在冶金、釀酒、醫藥、製陶工藝、染料製作、香水製造、玻璃加工以及木乃伊製作等方面所掌握的知識,為後人留下了豐厚的遺產。
1紮實的冶金技術有一種說法,化學的英文單詞chemistry就是起源於古埃及語“黑化”,拉丁譯音為“Khem”,是古埃及鍊金術的第一步工序。由此可見,古埃及人很早就發現並開始使用金屬製品[1~3]。早在公元前4000年,古埃及人就已經掌握了有關銅礦的知識,並且掌握了提煉金屬銅的技術。古埃及也成為歷史上第一個從銅礦中提煉銅的國家。他們將銅礦與炭粉在鼓風裝置的協助下,在坩堝內高溫加熱,從而提煉出金屬銅。青銅,一種金屬銅和金屬錫為主形成的合金。早在公元前2000年左右,古埃及人已經普遍使用青銅器具。他們將進口的錫礦石(主要成分SnO2)和銅礦石或粗銅與炭粉一同放在鍋爐中加熱,得到青銅合金,由於合金的硬度要高於金屬銅,因此在工具和武器的製造上都得到了廣泛的應用。在圖坦卡門(公元前1341-1323年)的墓中還發現大量的青銅和銅質器具。古埃及人還利用炭粉,從硫鉛礦(PbS)和白鉛礦(PbCO3)中提煉出了單質鉛,化學反應如下:2PbS+3O2+C→2Pb+2SO2+CO2黃金最早是含金的石英砂被衝上河灘,因為這類沙子密度較大被滯留在河岸,經過河水的`沖刷逐漸顯露出金的光澤而被人們發現。隨著技術的發展,古埃及人將含有雜質的黃金與鉛鹽在一起鑄熔,去除雜質後得到更純的黃金。古埃及的金匠也是手藝非凡,其中最傑出的作品當屬法老圖坦卡門的黃金面具。金匠們在厚厚的金板上鑲上各類寶石,並精心敲打出人臉的造型,這些即使是現代機器工藝也難以複製。由於金屬的所有權直接關係到皇室及神權的統治,自公元前2500年起,古埃及的法老們就已經控制了金屬冶煉和金屬礦石的採集及管理,並聯系古埃及的神廟在實驗室裡開始進行化學研究。
2神祕的木乃伊提到古埃及的木乃伊(mummy),很多人會覺得毛骨悚然,但是在古埃及人看來人在死後生命還會延續,靈魂會依附在屍體或者雕像上。所以他們把屍體製成木乃伊,使其儲存完整,與生前一樣給予同樣的關切,因此古埃及人十分重視木乃伊的製作。木乃伊的製作過程中同樣滲透了很多化學道理。科學家們研究發現,人死以後將會用蘇打水(Na2CO3溶液)洗淨,送到被稱為“美麗之地”的培爾?那非爾完成後續的防腐工作。屍體的面部採用塗抹大量松脂的方法防止過快乾燥,以保護面部形象。身體內臟會被取出,但保留作為智慧象徵的心臟。將身體的軀幹部分在大量的泡鹼粉末(Na2CO3?10H2O)中浸泡40天,達到完全脫水的目的。軀體水分吸乾以後將在腹腔內填充大量碾碎的香料布包,包括末藥、桂皮、泡鹼、鋸末等,再將切口縫合。為了保持面板的柔軟度,還會在身體上塗抹牛奶、葡萄酒、香料、蜂蠟、松脂和柏油的混合物。屍體在經過上述處理後還會再塗上一層松脂來達到防潮防腐的目的,最後再用白色亞麻布將軀體包裹起來。當然這種昂貴的待遇一般只有法老、達官貴人以及富翁才能夠享受。3金字塔建構材料“建造金字塔的材料是怎麼運送的?”“普通的石頭怎麼可能建造出那樣龐大的建築?”這樣的疑問一直困擾著很多人。直到2006年法國航天研究院(ONERA)的材料物理學家吉勒?于格(GillesHug)和美國費城德科賽爾大學材料科學與工程學教授米歇爾?巴爾蘇姆(MichelBar-soun)的文章中指出:古埃及金字塔群的一部分石塊是合成石灰石。金字塔建材為混凝土石方的傳言才得到有力證實。他們通過將胡夫金字塔頂部的石料樣品與附近採石場石料對比發現,胡夫金字塔的石材成分要比後者複雜得多。前人的研究成果也顯示,金字塔頂部石塊中的某些顯微部分帶有快速化學反應的痕跡,因為一旦反應過快,這些顯微部分未能自然結晶。
4傳統的釀酒工藝古埃及人很早就開始釀造美味的葡萄酒和啤酒了。他們將葡萄在大盆中踩碎,汁液就會被擠壓出來。收集來的葡萄汁液首先在大木桶裡靜置發酵,然後再將其倒入雙耳細頸瓶中進一步發酵,過程中細頸瓶的瓶口要用泥塞塞緊,為了讓發酵過程中的二氧化碳(CO2)釋放出來,還特別在泥塞上戳上幾個小孔。古埃及的葡萄酒種類繁多,其中以甜酒“Mareotis”最為著名。古埃及的啤酒廠多建造在麵包房附近,因為古埃及人是用圓麵包來釀造啤酒的。他們用棗來培養髮酵啤酒所用的酵母菌,大致過程為:將麵包切碎,加水和棗製成糊狀放在很大的容器裡,待汁液從紗布中流出後就成了美味的啤酒。為了加強啤酒的香味,他們還會在裡面新增很多草藥,其中“zythus”啤酒受到很多人的喜愛。
5備受喜愛的黑色眼影古埃及王室使用黑色眼部化妝品,不僅變得更加美麗迷人,據稱,這種“魔力”化妝品使用後會受到埃及太陽神的保護,避免感染某些疾病。科學家研究發現,這些黑色眼影的主要成分是含鉛化合物PbS和Sb2S3,可促進人體面板細胞多形成240%的NO,NO恰恰是人體內一種重要物質,可促進人體免疫系統預防疾病。這項最新研究完全支援古埃及人的觀點———“魔力”眼部化妝品可預防疾病,但事實上這種保護作用並非是埃及太陽神所賜予的,而是基於化妝品中的成分。
6多彩的顏料古埃及法老以及達官貴人墓穴中的壁畫經歷幾千年的時光,依然保留著當初的神采。其中的祕訣在於繪畫的顏料都是採用有色的無機化合物,主要的有色顏料見表1。古埃及人除了擅長使用天然的有色化合物以外,他們還利用化學反應積極創造新的色彩[4]。例如埃及藍,主要成分為CaCuSi4O10,是一種鈣銅矽酸鹽,它是由石英砂、碳酸鈣、銅的化合物以及少量的鹼在高溫下加熱產生的,主要反應見下:Cu2CO3(OH)2+8SiO2+2CaCO3→2CaCuSi4O10+3CO2+H2O7染料的提取古埃及是一個十分擅長印染的民族,他們很早就已經利用明礬(KAl(SO4)2?12H2O)印染布料。因為明礬中會摻雜部分鐵元素,在印染過程中常常達不到想要的顏色,而古埃及人利用重結晶的操作方法,將明礬淨化較好地避免了這樣的困惑。除了礦石染料,古埃及人還利用蔬菜汁作為染料使用。他們從茜草中提取紅色物質1,2-二羥基蒽酮,即茜草素作為紅色染料,從靛藍植物和菘藍中,利用揉碎髮酵的方法提取出其中的靛藍色素,作為藍色染料。最高貴的顏色當屬泰爾紅紫即皇紫,它的主要成分是一種二溴靛青類化合物。古埃及人還遠赴地中海捕獲一種有殼生物並從其體內提取出一種無色的物質,作為染料的前身,當這種物質經過陽光的照射以後,高貴的紫色就顯現出來了。古埃及人在化學工藝的發展中留下了濃墨重彩的一筆,雖然沒有高深的理論知識支撐,他們確實利用化學不斷地改善著自己的生活。