【國學與化學】《周易》

                              周易

《周易》,即《易經》,相傳系周文王姬昌所作,內容包括《經》和《傳》兩個部分。《經》主要是六十四卦和三百八十四爻,卦和爻各有說明(卦辭、爻辭),作爲占卜之用。《傳》包含解釋卦辭和爻辭的七種文辭共十篇,統稱《十翼》,相傳爲孔子所撰。

《周易》是一部闡述天地萬物、宇宙萬象變化的古老經典,是蘊涵着樸素深刻的自然法則、和諧和辯證思想的哲學典籍,是從宏觀整體的角度去認識和把握世界、自然運行的規律,把人與自然看做是一個互相感應的有機整體,即“天人合一”。

《周易》是中國傳統思想文化中自然哲學與人文實踐的理論根源,是古代漢民族思想、智慧的結晶,被譽爲“大道之源”。內容極其豐富,對中國幾千年來的政治、經濟、文化等各個領域都產生了極其深刻的影響。

                          1.宏觀與微觀

【經典原文】

日月麗乎天,百穀草木麗乎土,重明以麗乎正,乃化成天下。

                                ——《周易.離卦》

【白話釋譯】

麗,就是附麗,也就是附着的意思,重明,即日月。本句意思是:日月附着於天,百穀草木附着於大地。日月又依附正道,從而造化萬物。

【化學解讀】

“宏觀辨識與微觀探析”是五大化學核心素養之一。本段當中的日月、草木、天空等都是宏觀的宇宙現象。《周易》與化學的關係就是宏觀與微觀的關係。

易的本義就是太陽的運動規律即變化規律。借移動的“移”聲來說明通過觀測太陽的移動規律,計算出一年爲春夏秋冬四季,以及二十四節氣。因此六經之首《周易》是研究自然社會中一切宏觀事物的變化規律。

化,變化也,可引申爲質變。我們常說的化學這個學科就是研究物質質變的過程。因此《周易》和化學都是研究事物變化的科學,只不過化學是研究物質的微觀變化,研究離子、原子、分子的變化;易經研究自然界宇宙的宏觀變化,天地人之間的變化。二者基本原理是有相似之處的。化學所研究的“物質結構理論”、“化學平衡移動原理”、“物質性質與變化”等都可在“易經”中找到切合點。

如在“物質結構”中sp軌道雜化理論中,“p軌道容納6個電子”和易經中的“六爻”、“外層電子的8電子飽和穩定結構”與易經中“八卦”難道是巧合嗎?微觀電子繞原子核運動與宏觀宇宙中行星繞恆星運動也極爲相似。

縱觀整部《周易》,守中庸之道,行中正之事,求中道之正,致中用之和成爲它的基本思想方法和基本原則,如《周易.臨卦》:“大君之宜,行中之謂”。北宋程顥、程頤認爲:“不偏之謂中,不易之謂庸。中者,天下之正道;庸者,天下之定理。”《周易》的“中庸之道”和“化學平衡移動原理(即勒夏特列原理)很類似。根據勒夏特列原理,如果改變已達到平衡的可逆反應的條件(如濃度、壓強、溫度等),化學平衡就被破壞,並向減弱這種改變的方向移動,並重新達到平衡。可見化學平衡移動也遵循着不過分偏向任何一端的趨勢。

易經中用“爻符”來說明物質的屬性和變化,而化學是用元素符號來說明物質性質及變化。有學者還發現元素週期律和易經中64卦的變化規律吻合度很高。

萬事萬物,千變萬化,變化的道很簡單:足數則生,增數則長,減數則衰,數盡則亡。變是化之漸,是增減,是量變,化是變之度,是生滅,是質變。

                        2.石油

【經典原文】

澤中有火……上火下澤。

                                        ——《周易》

【白話釋譯】

湖泊裏有火……火在上面,湖泊在下面。

【化學解讀】

用“澤中有火”、“上火下澤”可能描述了石油蒸汽或天然氣在湖泊池沼水面上起火的現象。這可能是目前爲止世界上最早的發現石油的記載(我國現代著名科學史家戈革對此說持懷疑態度)。

我國其他古代典籍也對石油進行了記載。東漢班固《漢書》有“高奴(在今延安)有洧水(在陝西延長縣),可燃”以及“定陽(陝西延安市東南)、高奴,有洧水,肥可蘸”的記載。南朝劉宋時期的歷史學家范曄的《後漢書.郡國志》中記載有“延壽縣(今甘肅玉門)南有山,石出泉水,大如筥(jǔ),燃之極明,不可食。縣人謂之石漆”。西晉博物學家張華《博物志》載:“酒泉延壽縣南山出泉水,大如筥,注地爲溝,水有肥如肉汁,取着器中,始黃後黑,如凝膏,燃極明,與膏無異。甚佳,彼方人謂之石漆。”唐代段成式《酉陽雜俎》稱:“高奴縣石脂水,水膩,浮上如漆,採以燃燈極明。”唐代政治家、地理學家李吉甫《元和郡縣誌》記載:“玉門縣(今甘肅)石脂水在縣東南一百八十里,泉有苔,如肥肉,燃極明。水上有黑脂,人以草墨取用,塗鴟夷西囊及膏東。”這裏的“洧可燃水”、“石漆”、“石脂水”都是指石油。

北宋科學家沈括對於“高奴縣有洧水,可燃”這句話,覺得很奇怪,“水”怎麼可能燃燒呢?他決定進行實地考察。考察中,沈括發現了一種褐色液體,當地人叫它“石漆”、“石脂”,用它燒火做飯,點燈和取暖。沈括弄清楚了這種液體的性質和用途,給它取了一個新名字,叫石油。沈括在其著作《夢溪筆談》中寫道:

“鄜延境內有石油,舊說‘高奴縣出脂水’,即此也。生於水際,沙石與泉水相雜,惘惘而出,土人以雉尾裛之,乃採入缶中。頗似淳漆,燃之如麻,但煙甚濃,所沾幄幕皆黑。予疑其煙可用,試掃其煤以爲墨,黑光如漆,松墨不及也,遂大爲之,其識文爲‘延川石液’者是也。此物後必大行於世,自予始爲之。蓋石油至多,生於地中無窮,不若松木有時而竭。今齊、魯間松林盡矣,漸至太行、京西、江南松山大半皆童矣。造煤人蓋未知石煙之利也。石炭煙亦大,墨人衣。予戲《延州詩》雲:“二郎山下雪紛紛,旋卓穹廬學塞人。化盡素衣冬未老,石煙多似洛陽塵。”

沈括大力提倡使用石油這種“新能源”,因爲它非常多,在地下多到“無窮無盡”的程度,雖然沈括有些嫌棄這種新能源燒起來煙大,而且比較髒,沾得哪哪都黑乎乎的,但是使用這種能源就可以避免大量的砍伐樹木。沈括還試着用石油燃燒生成的煤煙制墨,“黑光如漆,松墨不及也”。這是用石油開發出來的周邊產品,其聰明智慧讓人驚歎。《夢溪筆談》中“此物後必大行於世”的論述,讓沈括成了關於石油的未來發展的預言家。

沈括之後,文獻中記載石油便用“石油”一詞來記載。元代孛蘭盻等編撰的《元一統志》記述:“延長縣南迎河有鑿開石油一井,拾斤,其油可燃,兼治六畜疥癬,歲納壹佰壹拾斤。又延川縣西北八十里永平村有一井,歲納四百斤,入路之延豐庫”。清朝黃文煒的《乾隆新編肅州志》載:“嘉峪關西有石漆,今按赤金東南一百五十里有石油泉,土人取之燃燈”。清末蒙古族大臣昇允的《甘肅新通志》載:“石脂水,即石油河,出肅州南山”。

現在我們已經知道石油是一種黏稠的、深褐色液體,被稱爲“工業的血液”。石油主要成分是各種烴(碳氫化合物),如烷烴、環烷烴、芳香烴等。此外,石油中所含微量的氯、碘、砷、磷、鎳、釩、鐵、鉀等元素,也是以化合物的形式存在。其含量雖小,對石油產品的影響不大,但其中的砷會使得催化重整反應的催化劑中毒,鐵、鎳、釩會使催化裂化的催化劑中毒。故在進行石油的這類加工時,對原料要有所選擇或進行預處理。石油主要被用來作爲燃油和汽油,也是許多化學工業產品,如溶液、化肥、殺蟲劑和塑料等的原料。

石油儲存於地殼上層部分地區。石油成因有有機成因學說和無機成因學說,二者基本都起源於18世紀和19世紀的俄國,但石油有機成因理論現在被全世界石油界所接受,成爲指導全球石油公司油氣勘探的重要基礎理論。

石油有機成因理論認爲生物體,包括細菌、浮游植物、浮游動物和高等植物是生成油氣的來源。這些生物死亡之後,它們的殘體與沉積物一起沉積埋藏,在成巖過程或成岩作用晚期,沉積岩中的不溶有機質發生熱降解,生成石油和天然氣。因此石油不可再生。能夠生成油氣的岩石稱爲烴源巖,烴源巖生成的油氣經一次運移(從烴源巖運移到高滲岩層)和二次運移(在高滲層中運移)在具有隔層和圈閉的構造部位形成油氣藏。石油勘探專業人員主要工作內容就是尋找烴源巖和油氣藏,而石油開發專業人員主要工作內容則是把油氣藏中儲集的油氣經濟高效地採出地面。無機成因認爲石油是由地殼內本身的碳生成,與生物無關,可再生。

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