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冷知识:火药与微生物之间“不为人知”的故事

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中国四大发明传到世界各地,其中的指南针和火药更是让西方开始了四处讨伐的战争。

在19世纪末20世纪初,西方发动了第一次世界大战。这次战争中,各国人民伤亡惨重,为了争夺霸权,大规模发展军事科技,其中火药更是成为了战争中的“主力军”。

火药起源

火药的研究最早起于中国古代炼丹术。起初是为了古代帝王追求长生不老,虽然长生不老一事很荒谬,但炼丹的技术却为中国乃至世界的科学发展做出了巨大贡献。

  • 原料

商周时期,人们就开始广泛使用木炭,后来人们渐渐发现了硫磺。

人们后来在墙角处发现了硝石。硝的化学反应很活泼,可以与很多物质发生反应,且外貌与盐相似。

南北朝时的陶弘景在《草木经集注》中写过分辨盐和硝石的方法:

以火烧之,紫青烟起,云是硝石也。

由此可见,在很久以前,古人就已知晓了灼烧分辨物质的方法。

硫磺

  • 方法

在知晓木炭、硫磺、硝石这些物质的用处之后,人们只是简单地燃烧木炭,硝石和硫磺则作为中药材

而将它们放在一起,按一定比例,确是由于炼丹术的兴起。

华家池炼丹炉

早在《战国策》中就有方士进供“不死仙丹”的记载。

自秦始皇起,迫切寻找不死药,历代君王对“不死仙丹”都有种执念,于是炼丹家们就开始了为君王炼丹的尝试。

虽然根本没有“不死药”,但炼丹的方法却是人们最早使用化学方法炼制一些化合物。

炼丹家对于硫磺、砒霜等具有猛毒的金石药,在使用之前,常用烧灼的办法“伏”一下,“伏”是降伏的意思。使毒性失去或减低,这种手续称为“伏火”。

唐初的名医兼炼丹家孙思邈在《丹经内伏硫磺法》中记有:

硫磺、硝石各二两,研成粉末,放在销银锅或砂罐子里。掘一地坑,放锅子在坑里和地平,四面都用土填实。把没有被虫蛀过的三个皂角逐一点着,然后夹入锅里,把硫磺和硝石起烧焰火。等到烧不起焰火了,再拿木炭来炒,炒到木炭消去三分之一,就退火,趁还没冷却,取入混合物,这就伏火了。

唐朝中期的清虚子,同样也提出了一个伏火的方子:

硫二两,硝二两,马兜铃三钱半。右为末,拌匀。掘坑,入药于罐内与地平。将熟火一块,弹子大,下放里内,烟渐起。

清虚子用马兜铃代替了孙思邈方子中的皂角,这两种物质代替碳起燃烧作用的。

马兜铃

然而在炼丹的过程中,炼丹家们发现如果控制不好物质的比例,极容易失火,因此炼丹家们便渐渐积累了经验,硫、硝、碳三种物质可以构成一种极易燃烧的药,这种药被称为“着火的药”,即火药。

在火药发明之后,曾被当做药类。《本草纲目》中就提到火药能治疮癣、杀虫,辟湿气、瘟疫。

后来被军事家发现,广泛用于战争中。

火药

火药发明之前,攻城守城常用一种抛石机抛掷石头和油脂火球,来消灭敌人。火药发明之后,利用抛石机抛掷火药包以代替石头和油脂火球。

据宋代路振的《九国志》记载,唐哀帝时,郑王番率军攻打豫章,“发机飞火”,烧毁该城的龙沙门。

金与北宋的战争使火炮进一步得到改进,震天雷是一种铁火器,是铁壳类的爆炸性兵器。元军攻打金的南京(今河南开封)时金兵守城时就用了这种武器。

《金史》曾记载:

“火药发作,声如雷震,热力达半亩之上,人与牛皮皆碎并无迹,甲铁皆透”。

到了元明之际,改造了南宋时期发明的用竹筒制作的原始管状火器,将竹筒改用铜或铁,铸成大炮,称为火铳”。

传播

火药早在八、九世纪时,和医药、炼丹术的知识一起传到国外,硝也由中国传到阿拉伯。

当时的阿拉伯人称它为“中国雪”,而波斯人称它为“中国盐”。他们用硝来治病、冶金和做玻璃。

公元1260年元世祖的军队在与叙利亚作战中被击溃,阿拉伯人缴获了火箭、毒火罐、火炮、震天雷等火药武器,从而掌握火药武器的制造和使用。

元世祖 忽必烈

后来,阿拉伯人与欧洲的一些国家进行了长期的战争,战争中阿拉伯人使用了火药兵器。

在与阿拉伯国家的战争中,欧洲人逐步掌握了制造火药和火药兵器的技术。由此, 火药和火药武器传入欧洲。

微生物与火药

战争的开始必定需要军事和国力的强大。

在第一次世界大战中,德国发现将甘油作为原料,可以使火药威力大增,因此开始大量生产甘油,高达1000吨/月。

甘油结构式

由此微生物的Ⅲ型发酵被发现:利用一种名为Dunaliella aslina的噬盐藻类,在弱碱环境下生成甘油。

因此德国在军事准备上取得了优势

但协约国也没有坐以待毙。在德国发现了酵母菌第三种发酵途径之后,作为敌对阵营的英国发现了细菌发酵产物可以生产出丙酮和丁醇,同样可以用作生产火药。

微生物

当时的常规的生产方法:对木材进行干热分解,大约80至100吨桦树、山毛榉、或枫木生产1 吨丙酮。

丙酮:用于生产人造橡胶,丁醇:用于生产无烟火药。

第一次世界大战后,一名英籍犹太人查姆魏兹曼帮助英国成功研制出新型炸药——无烟炸药,使当时处于劣势的英国反败为胜。

因此英国答应帮助犹太人在巴基斯坦复国。

无烟火药

总结

火药是实质是一堆化学物质,而微生物却是实实在在的生命体。虽然我们只有借助显微镜这些工具才能看到他们,但他们确确实实生活在我们身边,我们也离不开他们。

我们每个指甲缝里大约会含有3到4万个细菌。

谁又曾想到那么微不可见、与人们息息相关的微生物,却可以在战争中产生巨大的作用呢?

虽然战争的后果很惨烈,但不可否认的是,战争确确实实推动了科学技术的发展。

参考文献:

《金史》

《本草纲目》

《九国志》

《战国策》

《诸家神品丹方》

《草木经集注》

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