1、1穿越时空的“碳”和“炭”希腊神话中有这样一个故事：雅各布做梦沿着登天的梯子取得了“圣火” ，后人把这神话中的梯子，称为雅各布天梯。随着科技的日新月异，人们创造出新的“登天”设想：利用碳纳米管制作太空天梯，可以使人类沿着天梯直接从地球通往太空。准备用来制作太空天梯的碳纳米管重量轻，碳原子六边形结构连接完美，具有极高的拉伸强度，是人类目前发现的力学性能最好的材料。碳纳米管单位质量上的拉伸强度是钢铁的 200 多倍，远超其他任何材料。此外，用石灰石造纸现在也不是天方夜谭，原理就是将石灰石的主要成分碳酸钙研磨成超细微粒后吹塑为纸。无论是制作太空天梯，还是用石灰石造纸，这些都离不开碳元素的功劳。 整个
2、人类文明，可以说就是一个以“碳”为基础的碳基文明。最早出现在地球上的微生物，因为碳而存活、复制自身。二氧化碳在生命形成之初，就像温室般保存了太阳照到地球的热量，让生命得以生长。可以说，碳是人类跨入文明史的第一步。 从茹毛饮血到熟食，是人类发展史上的一个重要阶段。人类进化以来，首先学会的是用植物作燃料来取暖和烹煮食物，后来人类利用木炭中的碳作为能源和还原剂还原矿石以获取铜、铁等金属，使人类进入到青铜时代和铁器时代。随着蒸汽机的发明，碳在人类生活中扮演的角色越来越重要。作为提供动力的化石能源，碳被人类利用得更充分，创造2了巨大的社会财富。大气中的二氧化碳被植物吸收，然后通过生物和地质过程以及人类活
3、动，又以二氧化碳的形式回到大气中。这样的碳循环，在工业社会遭到了严重破坏。气候异常和环境恶化迫使我们不断提高对碳的认识，增强碳意识。 中国古人虽然不知道碳元素，但是，中国古代的木炭种类繁多，它们的生产和应用关乎古人的取暖，关乎古代冶铜、冶铁业的兴起，还关乎古代墓葬型制、雕塑、制墨等领域的发展。透过碳和炭，可以窥见中国古代社会及科技发展的一个侧面。 由恨铁不成钢到百炼成钢 “恨铁不成钢”的意思是形容对寄予期望的人不争气、不上进而感到不满，希望他变好。为什么“恨铁不成钢”呢？因为从高炉中冶炼出来的是生铁，不是钢。我们通常所说的“钢铁”中的“钢”和“铁”是两回事。钢的性能比生铁优越，其根本原因在于两
4、者的含碳量不同，生铁的含碳量为 2%4.3%，钢的含碳量为 0.032%。其实，在后天等讲述气候危机的灾难电影热映之前，人们对气候变暖等问题还未广泛关注， “碳”和“低碳” ，往往只是物理和化学术语，多与钢铁和冶金联系在一起。 “恨铁不成钢”出自红楼梦第九十六回：“只为宝玉不上进，所以时常恨他，也不过是恨铁不成钢的意思。 ”红楼梦中，贾宝玉因丢失通灵宝玉而生病，贾母与王熙凤商量要把薛宝钗嫁给宝玉冲喜，以挽救宝玉的生命。贾政也希望这个“恨铁不成钢”的儿子早日康复，成家立业好继承祖业，也同意立即办喜事。 3钢在中国古代非常宝贵，所以才会有“好钢用在刀刃上” “人是铁，饭是钢，一顿不吃饿得慌” “铁
5、不炼不成钢”的说法。 “百炼成钢”出自东汉末年“建安七子”陈琳的武军赋：“铠则东胡阙巩，百炼精刚（钢） 。 ”这个成语就是比喻人只有经过长期艰苦的锻炼，才可以变得非常坚强。在冶金工业中，炼钢工人要经过辛苦的劳动和复杂的工艺才能把生铁炼成钢。生铁经过反复捶打，机械能转化为热能，为生铁中的碳和氧气发生化学反应提供条件，固态的碳转化为气态的二氧化碳而散发到空气中，从而降低了含碳量，变得越来越坚韧，变成了钢。 由“滴水穿石”谈“消失的客珠” 成语“滴水穿石”所说的“石”通常是指大理石。大理石的主要成分是碳酸钙。碳酸钙虽然坚硬、不溶于水，但是长期在潮湿环境中，会与空气中的二氧化碳、水发生反应生成可溶于水
6、的碳酸氢钙。 “滴水穿石”就包含了这个化学反应，天长日久，大理石才会被滴穿。 了解了“滴水穿石”的原理，就可以帮助“诗圣”杜甫解开一个谜团。杜甫在客从中记述了一件他迷惑不解和懊恼的事情：“客从南溟来，送我泉客珠。珠中有隐字，欲辨不成书。缄之箧笥久，以俟公家须。开视化为血，哀今征敛无。 ”诗的大意是说，从南方来了一位客人，送给我一颗珍珠，珍珠上似乎有字迹，我珍藏在箱子中。过了好久，我打开箱子，却发现珍珠不翼而飞，只剩下一些红色的液体，可悲的是我现在再也没有什么可以应付官家的征敛了。1000 多年前，杜甫就直观描述了珍珠化为“血”的现象，但无法解释其中的奥秘。珍珠之所以消失，4这是因为珍珠的主要成
7、分是碳酸钙，另外有少量氨基酸和水。正如杜甫在茅屋为秋风所破歌中所言：“床头屋漏无干处，雨脚如麻未断绝。”杜甫住的房子漏雨潮湿，竹箱也没有防潮的功能。在潮湿的酸性环境中，珍珠发生了化学变化，转变为酸式盐而溶解，变成了液体。杜甫不知道这些知识，所以会迷惑不解。 中国古人不仅喜欢佩戴珍珠，而且往往在逝者的口中放入珍珠，让其“含珠九泉” 。但是，珍珠容易分解，很难流传百年以上，所以古墓之中很少发现陪葬的珍珠。此外，珍珠佩戴在身上，皮肤不断分泌出油脂与碱性汗液，珍珠的颜色会逐渐变黄、失去光泽，这也是成语“人老珠黄”的来源。 “滴水穿石”的成因还可以解释一种奇妙的自然景观溶洞。溶洞中有千姿百态的石笋、石柱
8、和钟乳石。溶洞都分布在由石灰岩组成的山地中，石灰岩的主要成分是碳酸钙，当遇到溶有二氧化碳的水时，会发生反应生成碳酸氢钙；溶有碳酸氢钙的水遇热或当压强突然变小时，溶解在水里的碳酸氢钙会分解，重新生成碳酸钙沉积下来，同时放出二氧化碳。洞顶的水向下渗漏时，水中的碳酸氢钙重新生成碳酸钙，有的沉积在洞顶，有的沉积在洞底，天长日久在洞顶形成钟乳石，在洞底形成石笋。当钟乳石与石笋相连，就会形成石柱。 由石灰吟看烧制石灰的过程 石灰吟是明代诗人于谦 12 岁时写的一首诗。这首诗不但表达了他高尚的情操和坚强不屈的意志，还阐述了烧制石灰的过程。 “千锤万凿出深山”的过程属于物理变化，没有生成新物质，也从侧面5说明
9、原料来源主要成分是大理石或石灰石；“烈火焚烧若等闲”是指高温煅烧石灰石（碳酸钙） ，即碳酸钙的分解，生成了氧化钙和二氧化碳，属于化学变化，这也是工业制取二氧化碳的反应原理；“粉骨碎身浑不怕”是指将白色块状的生石灰（氧化钙）与水反应，生成了白色粉末状的熟石灰（氢氧化钙） ，属于化学变化；“要留清白在人间”是指氢氧化钙与二氧化碳的反应生成碳酸钙（颜色为白色） ，属于化学变化。建筑工业上常利用石灰浆体的硬化，也就是用这个反应来砌砖砌墙、粉刷墙体；化学上也经常利用这个反应来检验二氧化碳气体；实验室里盛放石灰水的试剂瓶内壁上常附有一层白色固体，这种白色固体的形成也是因为发生了这个反应。 焰火与卖炭翁 我
10、国古代的炼丹家在炼制丹药过程中发现，木炭、硝和硫磺的混合物能够燃烧爆炸，由此诞生了中国古代四大发明之一的火药。火药最初主要用于医药，从其名称中的“药”字可见一斑。在火药中加入发光剂或发色剂，就可以制成瑰丽多彩的焰火。 “爆竹声中一岁除，春风送暖入屠苏”中的“爆竹”的化学原料就是火药；隋炀帝也有诗描写焰火，如“灯树千光照，花焰七枝开” ；宋代辛弃疾的青玉案?元夕中有“东风夜放花千树，更吹落，星如雨”之句可见唐宋时期，中国古人就在实践中摸索并总结出了火药的使用方法。 不光是由炭制成的火药，炭也经常出现在中国古人的诗词歌赋中。唐朝诗人白居易在卖炭翁的开头四句，就描写了卖炭翁的炭来之不易：“卖炭翁，伐
11、薪烧炭南山中，满面尘灰烟火色，两鬓苍苍十指黑。 ”6“伐薪烧炭”是树木燃烧过程，有新物质木炭生成，是化学变化；“满面尘灰烟火色”说的是树木燃烧过程中会产生烟尘，这是一个不完全燃烧的过程；“两鬓苍苍十指黑”说明了木炭是黑色的。白居易在和自劝二首一诗中写道：“日暮半炉麸炭火，夜深一盏纱笼烛。 ”此处的麸炭就是桴炭，是轻而易燃的木炭。再如，南宋诗人范成大有一首大雪送炭与芥隐 ，诗云：“不是雪中须送炭，聊装风景要诗来。 ”成语“雪中送炭”就来源于此诗，指在下雪天给人送炭取暖，比喻在别人急需时给予帮助。 今天，随着电、天然气、沼气、太阳能及其他新能源“飞入寻常百姓家” ，即使在农村，木炭也逐渐退出了人们的生活舞台。随着生态环保观念逐渐深入人心，使用木炭差不多成了污染环境的代名词。木炭与我们的生活渐行渐远，只能留在文献中，留在人们的记忆里，留在博物馆的展柜里 【责任编辑】张小萌
