【元素家族——連載149】從哥德堡號說起

來自專欄 元素家族——從化學元素看人類文明

17世紀，在古斯塔夫二世的帶領下，瑞典已成北歐一霸，他們建立了北歐最大的海港：哥德堡。然而風雲突變，進入18世紀，北歐霸主卻連吃敗仗，依靠霸權擴張的夢想失敗了，他們只能另闢蹊徑，跟著荷蘭、西班牙這些海洋上的霸主學習，成立了「東印度公司」，走遠洋貿易的商路。在當時，大清帝國是歐洲列強心中的天堂，儘管乾隆大帝閉關鎖國，中西商人們還是在私下做著大量的生意。一大批歐洲商船不惜經歷千辛萬苦，也要來到中華大地，因為如果他們成功返航，那一船貨物的價值，可以抵得上一個小國一年的GDP。

【哥德堡號想像圖。】

1745年9月12日，哥德堡如同節日一般，港口上擠滿了人，因為這一天，瑞典最大的商船「哥德堡號」即將從中國遠航歸來。商人們準備數錢，各種服務行業也已經準備好迎接水手，讓他們縱情享樂。接近晌午，大船的身影慢慢顯露在海平面上，人群不禁歡呼起來。突然，有人發現了不對勁的地方，「哥德堡號」在自己的家門口竟然偏離了航道，駛進了著名的「漢尼巴丹」礁石區。剎那間，海水湧入船艙，「哥德堡號」慢慢在傾斜中下沉。附近的船隻迅速趕來救援，但是一切已經無法挽回，只打撈出1/4的貨物，卻已經讓東印度公司保證不虧了。

就在這座「鬼船」快要被人遺忘的時候，1984年，一次民間考古活動發現了沉睡海底的「哥德堡號」殘骸，兩年後發掘工作全面展開，打撈上來的精美物品讓人目不暇接，共5750件，僅瓷器的碎片就有8噸之多，更不用談各種茶葉、香料、針織品。最吸引化學家眼球的是，打撈出的物品中，竟然發現了一大批鋅錠，經過化學分析發現，其中鋅的含量竟然高達99.5%。

【從哥德堡號打撈出的青花瓷。】

這是改變化學界認識的一個事件，在這之前，化學界普遍認為，是德國人馬格拉夫1746年分離出了單質鋅。雖然在更早也有17世紀弗萊明（現比利時）的Respour、18世紀英國的查普林宣布自己分離出了鋅，但還是馬格拉夫的記錄更為詳細。他用碳還原爐甘石（氧化鋅）得到了一種青白色的新金屬，他詳細記錄了他的實驗，並尤其指出，必須用不含銅的容器，在報告中還用理論解釋了其中的各種現象。當然，囿於時代的局限性，他用的是燃素理論。

這種新金屬的熔點非常低，只有420度，我們在家裡用酒精燈就可以讓它熔化。它在熔化之後，邊緣經常出現鋸齒形狀，因此馬格拉夫用Zinc（鋅）來給新元素命名，意為「鋸齒」。

【馬格拉夫在實驗室煉鋅。】

為什麼不能用含銅的容器呢？這當然是有道理的。

鋅的性質活潑，自然界不存在天然的單質鋅礦，以閃鋅礦和鉛鋅礦的形式存在。在地質學上，鋅屬於「親銅元素」，很多時候，鋅礦和銅礦、鉛礦共生。

【元素的地質學分類，黃色為「親銅元素」，褐色為「親土元素」，紫紅色為「親鐵元素」，藍色為「親氣元素」。】

偶然的時候，祖先們在冶煉銅礦的時候混入了鋅礦石，卻發現冶煉出的金屬變色了，更像燦燦發光的黃金，這就是「黃銅」！所以，如果用銅容器來冶煉鋅的話，得到的不是新金屬，而會看到容器變成黃銅。

【較純凈的閃鋅礦。】

馬克思告訴我們，資本會驅動人們做任何事情，既然黃銅這麼像貴重的黃金，一開始是偶然，後面就是有意為之了。

在亞述的禊形文字中，首次出現了「山銅」的字眼。後來在柏拉圖記錄亞特蘭蒂斯的著作中，也出現了「山銅」，當時希臘語叫做「奧利哈康」。到了羅馬時期，「奧利哈康」更是成為當時的貨幣材料，大博物學家普林尼在他的著作中詳細描述了如何從塞普勒斯採礦，最後冶煉成「奧利哈康」。

這傳說中的「奧利哈康」究竟是何方神聖？20世紀在西西里島附近打撈了一艘2600年前的沉船，裡面果真找到了「奧利哈康」銅錠和古羅馬的錢幣，經過X射線分析，其中含15-20%的鋅，其他都是銅，和現在黃銅合金的比例完全一樣。這「奧利哈康」就是黃銅。

【古羅馬第三任皇帝卡里古拉時期的黃銅幣，左邊的側面頭像是卡里古拉，右邊是卡里古拉的三個姐妹，模仿古羅馬神話中的三位女神的儀態。】

從古羅馬時代一直到黑暗的中世紀，黃銅工藝在歐洲緩慢而穩定的發展著，由於黃銅鮮艷的金黃色，加上它的延展性比青銅還好，有些教堂用黃銅來做銅像，後來西洋音樂更是將黃銅應用於銅管樂器上。西洋交響樂團里，一排銅管樂器出現：小號、圓號、長號，對比我們的嗩吶，那真是一派尊貴典雅。中西音樂藝術的分野，難道也由於黃銅技術掌握的早晚嗎？

【黃銅做的銅管樂器。】

在過去一般認為，中國人掌握黃銅的技藝較晚，要到明代，有記錄嘉靖皇帝用黃銅鑄錢。

更有十足的證據表明，明代的中國人可不是像西方人那樣用銅和鋅的礦石來煉製黃銅，他們已經掌握了煉鋅工藝，然後用煉出的鋅錠和銅混在一起生產黃銅。

這被記載於《天工開物》：「凡倭鉛古書本無之，乃近世所立名色。其質用爐甘石熬煉而成。繁產山西太行山一帶，而荊、衡為次之。每爐甘石十斤，裝載入一泥罐內，封裹泥固，以漸砑乾，勿使見火拆裂。然後逐層用煤炭餅墊盛，其底鋪薪，發火煅紅，罐中爐甘石熔化成團。冷定毀罐取出，每十耗去其二，即倭鉛也。」

這裡的「倭鉛」就是鋅。《天工開物》繼續寫道：「此物無銅收伏，入火即成煙飛去。以其似鉛而性猛，故名之曰倭。」

【天工開物中關於「升煉倭鉛」的示意圖。】

《天工開物》還繪製了「升煉倭鉛」示意圖，「升煉」就是升華煉製的意思。

原來，煉鋅的難度在於鋅的沸點，儘管鋅在420度下就熔化成液體，但氧化鋅要到1000度左右才能被碳還原成鋅，而鋅的沸點是906度，得到的鋅實際上是它的蒸汽，如果你想等它乖乖的冷卻成液體或固體，只要碰到氧氣或者二氧化碳，它就又被氧化成氧化鋅了。因此，要得到金屬鋅必須有特殊的冷凝裝置，這就是《天工開物》中關於「升煉倭鉛」記錄的精妙所在。

這就是為何，鋅一直到明代才被煉製出來的原因，比銅、鐵、鉛、錫晚了很多。難怪西方用黃銅用了那麼久，也沒從中冶煉出鋅單質了。

【改良版的土法煉鋅。】

由於滿清編纂四庫全書，《天工開物》被選擇性遺忘，差點失傳。幸虧後來在日本被發現，但有些帶著有色眼鏡的人認為「升煉倭鉛」是孤證，不足為信。從哥德堡號中打撈出純鋅錠後，這些人再無話可說，中國比西方至少早100多年煉出鋅單質，世所公認。

但是，究竟是哪一位工匠第一個發現了「倭鉛」已經很難知曉，類似的還有古印度可能比中國更早就掌握了煉鋅技術，鋅的發現者仍然被公認為德國的馬格拉夫。這不重要了，我們相信中華民族的智慧和勤奮，一定會有更多的和李冰、李春、畢升、蔡倫一樣偉大的工程師淹沒在漫漫長河之中，我們應該做的只能是立足當代，學習自己和其他文明的先進知識，奮發前行。

【追思過去不可謂無用，更重要的是立足當下，展望未來。】

小測試：

1， 西方世界公認的鋅元素髮現者是？

A） 馬格拉夫

B） 舍勒

C） 戴維

D）拉瓦錫

2， 鋅元素總是和哪些礦物共生？（多選）

A） 鐵礦

B） 銅礦

C） 鉛礦

D）金礦