【国学与化学】《周易》

                              周易

《周易》,即《易经》,相传系周文王姬昌所作,内容包括《经》和《传》两个部分。《经》主要是六十四卦和三百八十四爻,卦和爻各有说明(卦辞、爻辞),作为占卜之用。《传》包含解释卦辞和爻辞的七种文辞共十篇,统称《十翼》,相传为孔子所撰。

《周易》是一部阐述天地万物、宇宙万象变化的古老经典,是蕴涵着朴素深刻的自然法则、和谐和辩证思想的哲学典籍,是从宏观整体的角度去认识和把握世界、自然运行的规律,把人与自然看做是一个互相感应的有机整体,即“天人合一”。

《周易》是中国传统思想文化中自然哲学与人文实践的理论根源,是古代汉民族思想、智慧的结晶,被誉为“大道之源”。内容极其丰富,对中国几千年来的政治、经济、文化等各个领域都产生了极其深刻的影响。

                          1.宏观与微观

【经典原文】

日月丽乎天,百谷草木丽乎土,重明以丽乎正,乃化成天下。

                                ——《周易.离卦》

【白话释译】

丽,就是附丽,也就是附着的意思,重明,即日月。本句意思是:日月附着于天,百谷草木附着于大地。日月又依附正道,从而造化万物。

【化学解读】

“宏观辨识与微观探析”是五大化学核心素养之一。本段当中的日月、草木、天空等都是宏观的宇宙现象。《周易》与化学的关系就是宏观与微观的关系。

易的本义就是太阳的运动规律即变化规律。借移动的“移”声来说明通过观测太阳的移动规律,计算出一年为春夏秋冬四季,以及二十四节气。因此六经之首《周易》是研究自然社会中一切宏观事物的变化规律。

化,变化也,可引申为质变。我们常说的化学这个学科就是研究物质质变的过程。因此《周易》和化学都是研究事物变化的科学,只不过化学是研究物质的微观变化,研究离子、原子、分子的变化;易经研究自然界宇宙的宏观变化,天地人之间的变化。二者基本原理是有相似之处的。化学所研究的“物质结构理论”、“化学平衡移动原理”、“物质性质与变化”等都可在“易经”中找到切合点。

如在“物质结构”中sp轨道杂化理论中,“p轨道容纳6个电子”和易经中的“六爻”、“外层电子的8电子饱和稳定结构”与易经中“八卦”难道是巧合吗?微观电子绕原子核运动与宏观宇宙中行星绕恒星运动也极为相似。

纵观整部《周易》,守中庸之道,行中正之事,求中道之正,致中用之和成为它的基本思想方法和基本原则,如《周易.临卦》:“大君之宜,行中之谓”。北宋程颢、程颐认为:“不偏之谓中,不易之谓庸。中者,天下之正道;庸者,天下之定理。”《周易》的“中庸之道”和“化学平衡移动原理(即勒夏特列原理)很类似。根据勒夏特列原理,如果改变已达到平衡的可逆反应的条件(如浓度、压强、温度等),化学平衡就被破坏,并向减弱这种改变的方向移动,并重新达到平衡。可见化学平衡移动也遵循着不过分偏向任何一端的趋势。

易经中用“爻符”来说明物质的属性和变化,而化学是用元素符号来说明物质性质及变化。有学者还发现元素周期律和易经中64卦的变化规律吻合度很高。

万事万物,千变万化,变化的道很简单:足数则生,增数则长,减数则衰,数尽则亡。变是化之渐,是增减,是量变,化是变之度,是生灭,是质变。

                        2.石油

【经典原文】

泽中有火……上火下泽。

                                        ——《周易》

【白话释译】

湖泊里有火……火在上面,湖泊在下面。

【化学解读】

用“泽中有火”、“上火下泽”可能描述了石油蒸汽或天然气在湖泊池沼水面上起火的现象。这可能是目前为止世界上最早的发现石油的记载(我国现代著名科学史家戈革对此说持怀疑态度)。

我国其他古代典籍也对石油进行了记载。东汉班固《汉书》有“高奴(在今延安)有洧水(在陕西延长县),可燃”以及“定阳(陕西延安市东南)、高奴,有洧水,肥可蘸”的记载。南朝刘宋时期的历史学家范晔的《后汉书.郡国志》中记载有“延寿县(今甘肃玉门)南有山,石出泉水,大如筥(jǔ),燃之极明,不可食。县人谓之石漆”。西晋博物学家张华《博物志》载:“酒泉延寿县南山出泉水,大如筥,注地为沟,水有肥如肉汁,取着器中,始黄后黑,如凝膏,燃极明,与膏无异。甚佳,彼方人谓之石漆。”唐代段成式《酉阳杂俎》称:“高奴县石脂水,水腻,浮上如漆,采以燃灯极明。”唐代政治家、地理学家李吉甫《元和郡县志》记载:“玉门县(今甘肃)石脂水在县东南一百八十里,泉有苔,如肥肉,燃极明。水上有黑脂,人以草墨取用,涂鸱夷西囊及膏东。”这里的“洧可燃水”、“石漆”、“石脂水”都是指石油。

北宋科学家沈括对于“高奴县有洧水,可燃”这句话,觉得很奇怪,“水”怎么可能燃烧呢?他决定进行实地考察。考察中,沈括发现了一种褐色液体,当地人叫它“石漆”、“石脂”,用它烧火做饭,点灯和取暖。沈括弄清楚了这种液体的性质和用途,给它取了一个新名字,叫石油。沈括在其著作《梦溪笔谈》中写道:

“鄜延境内有石油,旧说‘高奴县出脂水’,即此也。生于水际,沙石与泉水相杂,惘惘而出,土人以雉尾裛之,乃采入缶中。颇似淳漆,燃之如麻,但烟甚浓,所沾幄幕皆黑。予疑其烟可用,试扫其煤以为墨,黑光如漆,松墨不及也,遂大为之,其识文为‘延川石液’者是也。此物后必大行于世,自予始为之。盖石油至多,生于地中无穷,不若松木有时而竭。今齐、鲁间松林尽矣,渐至太行、京西、江南松山大半皆童矣。造煤人盖未知石烟之利也。石炭烟亦大,墨人衣。予戏《延州诗》云:“二郎山下雪纷纷,旋卓穹庐学塞人。化尽素衣冬未老,石烟多似洛阳尘。”

沈括大力提倡使用石油这种“新能源”,因为它非常多,在地下多到“无穷无尽”的程度,虽然沈括有些嫌弃这种新能源烧起来烟大,而且比较脏,沾得哪哪都黑乎乎的,但是使用这种能源就可以避免大量的砍伐树木。沈括还试着用石油燃烧生成的煤烟制墨,“黑光如漆,松墨不及也”。这是用石油开发出来的周边产品,其聪明智慧让人惊叹。《梦溪笔谈》中“此物后必大行于世”的论述,让沈括成了关于石油的未来发展的预言家。

沈括之后,文献中记载石油便用“石油”一词来记载。元代孛兰盻等编撰的《元一统志》记述:“延长县南迎河有凿开石油一井,拾斤,其油可燃,兼治六畜疥癣,岁纳壹佰壹拾斤。又延川县西北八十里永平村有一井,岁纳四百斤,入路之延丰库”。清朝黄文炜的《乾隆新编肃州志》载:“嘉峪关西有石漆,今按赤金东南一百五十里有石油泉,土人取之燃灯”。清末蒙古族大臣升允的《甘肃新通志》载:“石脂水,即石油河,出肃州南山”。

现在我们已经知道石油是一种黏稠的、深褐色液体,被称为“工业的血液”。石油主要成分是各种烃(碳氢化合物),如烷烃、环烷烃、芳香烃等。此外,石油中所含微量的氯、碘、砷、磷、镍、钒、铁、钾等元素,也是以化合物的形式存在。其含量虽小,对石油产品的影响不大,但其中的砷会使得催化重整反应的催化剂中毒,铁、镍、钒会使催化裂化的催化剂中毒。故在进行石油的这类加工时,对原料要有所选择或进行预处理。石油主要被用来作为燃油和汽油,也是许多化学工业产品,如溶液、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。

石油储存于地壳上层部分地区。石油成因有有机成因学说和无机成因学说,二者基本都起源于18世纪和19世纪的俄国,但石油有机成因理论现在被全世界石油界所接受,成为指导全球石油公司油气勘探的重要基础理论。

石油有机成因理论认为生物体,包括细菌、浮游植物、浮游动物和高等植物是生成油气的来源。这些生物死亡之后,它们的残体与沉积物一起沉积埋藏,在成岩过程或成岩作用晚期,沉积岩中的不溶有机质发生热降解,生成石油和天然气。因此石油不可再生。能够生成油气的岩石称为烃源岩,烃源岩生成的油气经一次运移(从烃源岩运移到高渗岩层)和二次运移(在高渗层中运移)在具有隔层和圈闭的构造部位形成油气藏。石油勘探专业人员主要工作内容就是寻找烃源岩和油气藏,而石油开发专业人员主要工作内容则是把油气藏中储集的油气经济高效地采出地面。无机成因认为石油是由地壳内本身的碳生成,与生物无关,可再生。

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