“曾青得铁则化为铜”辨异

　

（常熟高等专科学校化学系 江苏陆德文）

　

人民教育出版社化学室编著的1994年新版初中化学第120页上，对现代湿法冶金技术的先驱——“胆水浸铜”作了简要介绍：“早在西汉时期，我国劳动人民就已发现铁能从某些含铜化合物的溶液中置换出铜。在西汉刘安所著的《淮南万毕术》中，就有“曾青得铁则化为铜”的记载。在宋朝，已开始将这个反应应用于生产。”

无疑，这一重要化学史实是对学生进行爱国主义教育的有益材料。然而，关于《淮南万毕术》有关条文的表述、却值得探讨。

是“曾青”得铁，还是“白青”得铁？

这在化学史研究中至今尚未取得一致见解。著名化学史家曹元宇先生编著的《中国化学史话》中叙述为：在西汉的《淮南万毕术》上有“曾青得铁，则化为铜”的话。……

郭正谊在“水法炼铜史料新探”一文中则指出《淮南万毕术》中文字表述为“白青得铁即化为铜”。

吴一琦等在“胆水浸铜法史略”一文中叙述为：西汉《淮南万毕术》已有“曾青得铁则化为铜”的记载。这与曹元宇先生的论点相同。文章还介绍了《抱朴子》上记载的“以曾青涂铁，铁赤色如铜”的史料。

对此，笔者查考了西汉初淮南王刘安主持撰著的“多言黄白变幻之事”的《淮南万毕术》一书，书中明确记载为“白青得铁，即化为铜。”

在《淮南万毕术》中，“白青”与“曾青”是有明确区分的，书中记曰“曾青为药、令人不老”。

关于“白青”与“曾青”的化学成分，戴安邦教授等著的《无机化学教程》中指出，“曾青”即为蓝铜矿或孔雀石Cu（OH）2·CuCO3。而“白青”、笔者认为这是秦汉之交时的炼丹家对蓝色天然晶体胆矾的指称。因为胆矾受热易失去结晶水而变成白色的硫酸铜粉末：

而“曾青”受热则分解生成黑色的氧化铜：

“白青”溶于水即为蓝色的胆矾溶液，铁与之作用即置换出铜：

Fe+CuSO4=Cu＋FeSO4

从《淮南万毕术》的成书背景，可以推测这是秦汉之交时的炼丹家在炼丹实践中的一种偶然发现。这就是“胆水浸铜”的化学原理。而“胆水浸铜”形成规模生产，则是千余年后的北宋中后期之事了。

“曾青”与铁反应的实验结果如何？

“曾青”的成分为难溶于水的碱式碳酸铜。笔者用CuSO4溶液中滴加Na2CO3溶液的方法制备得浅蓝色的碱式碳酸铜粉末固体，并做了以下实验：

实验1．取新制备的碱式碳酸铜（过量）、加水、充分搅拌，过滤取其饱和水溶液，用光亮铁片浸入其中，24h内未见到有铜析出。

实验2．在广口瓶中盛“曾青”数克、加水充分搅拌、静止，溶液下部为浅蓝色“曾青”固体粉末，取光亮铁片浸没在上层清液中，瓶口用薄膜密封。8h内未有明显变化，放置一昼夜后，铁片上可见有少量红棕色的铜析出，表明的确发生了如下反应：

Fe+Cu2+=Fe2++Cu

实验3．按《抱朴子内篇》中所述“以曾青涂铁、铁赤色如铜”的记载，用新制备的碱式碳酸铜，在湿润状态下将其涂在光亮的铁片上，放置数分钟后，即见铁片上有薄薄一层紫红色的铜生成。

查Cu（OH）2·CuCO3在室温下的溶度积，其数值KSP=1.7×10-34。可见其饱和水溶液中铜离子的浓度是极微小的，因此实验1未见有铜析出。

从实验2可知，虽然Cu（OH）2·CuCO3的饱和水溶液中［Cu2+］极微小，然而Fe与Cu2+的反应是不可逆反应，故能促使下部固体Cu（OH）2·CuCO3陆续溶解，以维持其饱和状态，故较长时间的反应后，可见铁片上有少量红棕色铜析出。但其反应速率是十分缓慢的，实验2持续了三个月、仍可见瓶下部还有部分浅蓝色固体粉末。因此，这在生产实践中是没有意义的。

从实验3可知，“以曾青涂铁、铁赤色如铜”，一个“涂”字用得十分恰当，可见葛洪著述用词之严谨。然而这种反应只可能发生在铁片的表面，其内部是无法继续这种反应的，因此，实际上也是不可能用此法来制取铜的。

综上所述，可见在《淮南万毕术》中记载为“白青得铁、即化为铜”是必有其道理的。