（九）工业化学

十八世纪里，工业化学兴起。工业化学也就是工业用化学制品的较大规模生产。这起先基本上没有带来任何真正的化学科学进步，也没有直接增进实用的化学知识。所采用的方法是那些用试错法经验地发现的传统老方法。引入的改良几乎全都着眼于更加方便、迅速以及生产成本低廉。成长中的工业越来越需要某些化学制品，在这种压力的影响之下，逐渐发展出了较大规模而又生产成本较低地生产这些化学制品的方法。十八世纪需要量最大的工业用化学制品是硫酸和碱。它们主要用于金属工业、漂白工业和染色工业。

硫酸的制备和应用自古以来就已知道（以各种不同名称）。这个问题的早期史将在另一卷书里研讨。这里只要说明十八世纪大规模硫酸生产之前最近几个阶段里最有关的东西，就已够了。

硫酸的早期应用非常有限。它似乎用于皮革染色、羊毛染色以及医疗。这种酸那时是少量制备的。十八世纪以前很久，就已知道两种制备方法。一种方法是对矾干馏。这是比较古老的方法。另一种制备硫酸的方法是燃烧硫，有时还加入硝石作为掺和剂。起先，人们并不知道，这两种制备方法得到的是同一产品。因此，它们得到不同的名称。当这种酸通过蒸馏矾获得时，它称为“矾精（或矾油）”；当它通过冷凝燃硫的烟获得时，称为“硫精（或硫油）”。这两种酸的同一性最初是在十七世纪确定的。利巴维乌斯指出了它们的相似性（Arcana Alchymiae，1615，p.437）。不过，比较明确的鉴别是安琪罗·萨拉作出的（Collectanea Chimica Curiosa，1693，p.411）。他系根据它们共同的物理性质和疗效。萨拉说，“无疑，它们在味道、气味和颜色等方面是一致的。取同样的数量，它们显出同样的效果和鲜明征象，无论内部还是外部都如此。”

现在回到两种制备硫酸的方法上来。到了十七世纪，这两种方法都已很出名。关于干蒸馏制备硫酸（“矾油”），已知最早的英文说明载于《卫矛属植物之宝》（The Treasure of Evonymus）（1559，p.307），那里这样记叙：“取四磅罗马矾，放在一个陶器中干燥，直到渐渐变红。在搅拌之后，把它放入一个用黏土严实围起来的玻璃钟之中……先用文火蒸馏，再一点一点提高火力，直到从这钟口开始冒出白烟。然后，放置一个用黏土围住的大容器，用木柴点火，烧十二个小时，最后流出来红色的沉重的液滴。当这容器开始变得清楚时，硫酸也就制成了。于是，就停止操作。陶器可以让它冷却。”附图（图314）示出一般的干蒸馏方法，此图采自《卫矛属植物之宝》（p.309），但图示系用于其他目的。

第二种也是比较晚的制备硫酸方法是燃烧硫或硫加硝石，再冷凝所散发出来的烟。关于这种制备硫酸方法的最早英文说明，也载于《卫矛属植物之宝》（p.304）。“取一个玻璃器皿……同一个小钟有点相像，涂抹上陶土，用一根铜丝或铁丝把它悬挂在离地面1 腕尺高的空中，在它下面放一个大盆，另外还把一个罐倒放。另外，在罐的底部放一块四指宽铁板，使它变得炽热，硫黄可以放在它上面燃烧。在这硫黄燃烧时，切莫再添加。于是，烟向上升起。悬挂的器皿在狭小空间中蒸馏液滴，使之跌落进下面的盆中，而你要勤快地把油状物收集在一个小玻璃瓶之中。”由于种种显而易见的理由，这种方法后来称为“钟法”（拉丁文为per campanam）。它标志着一个开端，后来变为最重要的生产工艺。约翰·弗伦奇在他的《蒸馏艺术》（Art of Distillation）（1651 年，第68 页）之中，提供了说明这种方法的一幅令人感兴趣的早期的图，现在复制在这里（图315）。

一种有所改进的制备硫酸的钟法示于利巴维乌斯著作中描述的装置里（Arcana Alchymiae，1615，p.438）。“一个玻璃钟抹上泥，或者一个蒸馏器带广口，用一根铁丝悬吊。在这下面放置一个宽阔的盘，或者用一种钟。不过，如果不用蒸馏器，那就要用一个带广口的器皿。把一个牡蛎壳放在一块平铁板上。硫放进里面，用一块炽热的铁点燃。这样，硫就燃烧起来，并使烟笔直地上升。如果在顶上有一个狭窄的通风孔，那你就更容易做到这一点。”采自利巴维乌斯的附图表明了它的所有主要特点（图316）。

还有一种令人感兴趣的钟法工艺图见诸N.勒费比雷的《化学简论》（Traité de la Chymistry）（巴黎，1664 年）（P.D.C.英译：A Compendious Body of Chymistry，1664），这里录自1669 莱顿版。（图317）

N.莱默里（1645—1715）在安排燃烧产物在一个约束空间中混合时，对生产硫酸的钟法作了一个重要改良。他的《化学教程》（Cours de Chymie）第九版（巴黎，1697 年，第420 页）描述了，用“一个大陶罐提取硫精”的情形。莱默里写道：“取一个大的圆陶罐，它能盛约2 桶水，带一个陶制的盖。往它里面灌入二三磅泉水，再在水中间放一个长陶罐，头朝下，它的一半或三分之一高度露出水面。”把四磅硫和四盎司硝石的混合物渐渐地放在一个陶器中，后者置于那倒置的陶罐之上，再点燃之。莱默里继续写道：“立即盖上你的陶罐，务使蒸汽找不到出口而下行，结果在水中冷凝。”所得之液体加以过滤，再蒸发而产生硫酸。大陶罐的应用是一个重要改良，因为它使蒸汽得以循环和混合。（图318）

莱默里的硫酸制造装置很适用于相当大规模的商品生产。十八世纪里，硫酸的需求日益增长，乔舒亚·沃德便利用了莱默里的方法。沃德是伦敦的滴剂、丸剂和万应药征发官，是伦敦医生最头痛的人。沃德制造硫酸的方法是把硫和硝石的混合物放在带有陶塞的大玻璃球中燃烧。每个球中先放入约一加仑水，然后，把五份硫和一份硝石组成的混合物放在里面燃烧，这混合物的数量足以在每个球中产生三四加仑硫酸。在这些大玻璃球中，蒸汽接触足够长时间，因为它们据说每个都有40 到66 加仑的容积。沃德从1736年开始生产硫酸，花费了许多年，才成功地把这种商品的价格从每盎司两先令半降低到每磅1 先令6 便士。

十八世纪里对生产硫酸的钟法工艺的下一个最重要改进是约翰·罗巴克（1718—94）作出的。他是卡伦铁工厂的顾问化学家和创办人，一度还是詹姆斯·瓦特的合伙人。如上所述，沃德大幅度降低了硫酸价格。然而，由于他所用的玻璃球易碎，因此，生产成本仍相当高。罗巴克同伯明翰工业的兴起密切相关。他想出一个主意，就是用铅室取代玻璃球。实质上，这没有包含特别的新东西，因为莱默里陶罐和沃德的玻璃球实际上都是“室”。不过，尽管它没有引入有科学意义的新原理，但铅室（即现在所称的“室法”）的引入在经济上大有好处，因此，具有相当重要的工业意义。罗巴克于1746年在伯明翰建立了第一座铅室工厂。每个铅室占地6 英尺见方，地面上散布一点水。硫和硝石的混合物用在轨道上行进的小铁车运送到室（那时也叫“房”）中。直接的经济效果是硫酸价格降低到一磅六便士。

其他生产硫酸的工厂也逐渐在各地建立。我们现在掌握一部分这些铅室即“房”的详细资料。其中有几个室长6英尺、宽4英尺、高8.5英尺。在一个房间里放置多达30 个这种铅室，它们的一侧由墙支持，另外几侧由木架支承。每个室的地面上灌些水。精细研磨的硫和硝石混合物被点燃后，通过墙上的一个孔送入（装载量为1 磅）置于灌水地面之上的一个铅碟之中。然后，用一个铅塞封闭这孔，让燃烧持续2 小时。再把铅塞拿掉，等一小时。然后，用一个铅虹吸管把硫酸液吸出，放在铅盘中浓缩。

后来，更大型的铅室也建造了起来。荷兰、法国、德国和美国也都开始采用“室法”。但是，英国制造厂长期以来供应各国应用的硫酸的绝大部分。因此，“室法”生产的硫酸常被称为“英国硫油”。

上述的室法有一个严重障碍。每个室都必须单独操作，还必须不时重新送入硫和硝石。因此，这整个工艺过程是间断的、不连续的。1774 年，德·拉福利（Observations sur la Physique，Vol.IV，p.333）提出，硫和硝石应当放在一个外面的炉中燃烧，烟则应当通入铅室；他还提出，水应当喷入铅室内。1777 年（上引著作，Vol.X，p.139），他提议用蒸汽取代冷水，力主更新室内空气。一种连续的生产硫酸方法似乎已经在望。但是，技术和财政的困难阻止了它在十八世纪实现。不过，在十九世纪头十年里，它终于被引入了。

像硫酸一样，碱的生产也是在经济压力下形成的。不过，在这种情况下，经济压力本身是政治动乱的结果。在拿破仑战争期间，法国断绝了正常的天然碱来源。于是，为了刺激法国化学家的发明创造力，巴黎科学院颁发一项奖金，征求最优制碱方法。尼古拉·勒布朗（1742—1806）于1790 年获得这项奖金，遂成为碱工业奠基人。勒布朗的方法（称为“勒布朗法”）利用普通盐、硫酸、石灰石和煤作为原料。首先，通过同硫酸一起加热，把盐转变成硫酸钠。这种转变的本质当时未得到正确理解，但可以用后来的化学记法表达如下：2NaCl+H₂SO₄→Na₂SO₄+2HCl

硫酸钠然后用石灰石和煤加热，产物是碱和硫化钙的混合物，称为“黑灰”。这种转变也可以用后来的化学记法表达为：Na₂SO₄+CaCO₃+2C→Na₂CO₃+CaS+2CO₂。“黑灰”用水提取，从而给出碱溶液和残留的不可溶硫化钙。碱从这溶液通过结晶获得。

工业规模的碱生产开始于1791 年，并且迅速发展。在英国，碱的生产直到1823 年才开始，那年马斯普拉特在利物浦开设了一爿工厂。

勒布朗享用他的发明成果为时并不长久。像通常目光短浅的革命政府一样，法国革命政府也没收了他的工厂，剥夺了他对自己发明的方法的专利权。勒布朗在穷困潦倒中死去。1856 年，他的后裔得到了一些补偿。

（亦见第二十章关于“漂白和染色”的章节。）