艺术与化学----陶瓷与化学
陶瓷是人类生活中最早出现的的用具,从距今约一万年至现在，人类使用陶瓷的历史从未间断。从表面看，一只陶罐、一只瓷碗不如一只铜鼎、一件漆器雍容华贵，似乎也没有金银玉石器的内涵丰富，但在岀土的古代文物中陶瓷的数量远远超过金银铜木玉石器的数量，这固然是因为陶瓷不易受腐蚀而能长久保存于地下,然而其使用时间最长、使用范围最广乃是之中的主要原因。纵观陶瓷发展的历史，其丰富的科学与文化内涵是与人类悠久的历史同步发展的。现代化学理论在中国的发展虽然较晚，但中国古代在陶瓷等方面已积累了丰富的化学实践知识，宋代沈括的《梦溪笔谈》及古代文献中都散有记载。化学起源于人类的生产劳动，而陶瓷是人类获得化学知识的第一项成果。石器虽然发明于陶瓷之先，但石器的发明是人类改变物质的物理性质创造出来的，陶瓷的烧造才是人类利用化学变化将自然界的一种物质变成另一种物质的创造性生产劳动。 自从陶瓷发明以后，人类便与化学结下了不解之缘。随着陶瓷的进步，人类的化学知识也随之丰富。
制造陶瓷的原料是地球上含量最丰富、分布最广的粘土,粘土的化学名词是硅酸盐化学物质。它是由地壳中花岗岩里的正长石(KAiSi3O8。)长期经过风化，在二氧化碳和水的作用下分解而生成的。人类最先认识了这种与之朝夕相处的物质的物理化学性质并利用它来造福于本身，这就是粘土的可塑性与结合性，即粘土掺和水后能变得柔软可塑造成形，在高温下呈熔化状态冷却后变得坚硬不再变形。
陶瓷的原料与化学
粘土的种类繁多，成分复杂，地球上各地区粘土的化学成份不尽相同，因此化学属性也有所差异。我国在原始社会晚期制造出仰韶的红陶、良渚的灰陶、 龙山的黑陶。除了利用不同成份的粘土制造不同的陶瓷外,人们在制造炊器时在粘土中掺和一些砂砾以增加陶器的耐热性和坚固性。当人们发现了纯净的粘土一高岭土后(高岭土与一般粘的区别是杂质少，由较纯的高岭石细晶体组成)，白陶便制造岀来了。当人们进一步掌握了高岭土耐高温的化学性质后,质地致密坚硬洁白的瓷器便发明了。商代的原始青瓷、汉代的成熟青瓷、南北朝之后的白瓷反映了人们对髙岭土的化学性质的认识逐步加深。隋唐的白瓷的白度已达到百分之七十以上。据现代化学研究，白瓷是由于将髙岭土原料淘洗精细，除去杂质，使原料中的石英颗粒细小且分布均匀，烧炼时温度稳定适当，瓷胎中“莫来石”的含铝酸盐晶体发育好，烧成后的瓷器白度透光性就强。中国古代的文献中虽然未能留下从理论上总结陶瓷坯胎化学的纪录，但古代劳动人民已在实践中掌握了制造陶瓷的硅酸盐原料的化学性质。
陶瓷的釉与化学
釉也是一种硅酸盐的化合物。其主要原料是石英与长石等矿物，在一定的温度下融化、冷却后形成似玻璃质的半透明的化学物质附着于陶瓷的表面。
早在三千多年前的商代，劳动人民通过生产实践得到了这种化学物质，此后在长期的生产实践中对釉的化学成分及化学反应中的温度和气氮不断有新的认识,逐渐发明了各种各色的釉。
在唐代以前，陶瓷所施的釉基本是石灰粒。这种釉的成分主要是氧化钙。焙烧时氧化钙作助熔剂，与二氧化硅化合生成玻璃质物质，由于釉中还含有一定的氧化铁，故釉呈背色，（铁是呈色剂）所以唐以前的瓷器基本是青瓷。在长期的实践中，人们知道控制釉中氧化铁的不同含量能够烧造出淡青色的缥瓷、灰兰色的秘色瓷，青黄色的蟹壳青瓷、雨过天晴的天青色瓷以及东肯、粉青、梅子青、豆青、翠青等各种不同的青釉瓷器。
铁的呈色除与焙烧时的化学反应生成二价的铁还是三价的铁有关，还与铁的含量有关。如氧气供应充足，反应完全，则反应生成三价的黑褐色或赤色的三氧化二铁（Fe2O3），反之，则生成二价的氧化亚铁（FeO）；当氧化亚铁的含量达到8%时,瓷器的釉色就呈淡绿，大于8％并不断增加，釉色由淡绿逐渐加深。被誉为“千峰翠色”的越窑青瓷便是因釉中FeO的含虽加大钊3% 而获得的。
黑釉是我国劳动人民继青釉之后发明的又一种高温釉。黑釉的呈色剂也是氧化铁，当釉的配方中氧化铁的含量达到8%时生成物就呈赤褐色或暗黑色。随着釉层的加厚，黑色便趋深，当所度达到1.5mm左右,釉色便纯黑了 。如果在黑柚的原料中加入少量的其他氧化物（氧化镒或氧化钻）则可得到乌金釉和其它不同的黑釉产品。东晋至南北初时期的浙江德清窑是利用含铁量很高的紫金土来配制黑釉，其呈色黑如漆。到宋朝时，北方和南方都掌握了烧造黑釉瓷的化学配方。
继黑釉之后北朝制瓷工匠们又摸索了制造白釉的技术。白瓷的发明是中国制瓷化学工艺的 一个巨大进步。它的化学原理并非在釉料中加入白呈色剂，而是尽量降低釉和瓷胎中的氧化铁的含量，克服氧化铁的呈色干扰，当氧化铁的含虽小于0.7 5 %时，氧化铁的呈色便难以显现岀来，而成为无色透明釉，如果瓷胎是白色，瓷器便呈白色了。所以古代所训的白釉实际上是一种透明度较大的无色釉。
唐以前的陶瓷呈色除了用氧化铁外，还用氧化铜作呈色剂。汉代时用氧化铜与铅釉起反应烧造出低温绿柚陶器。唐代时在这种低温铅釉中再加入少量的钴和锰的氧化物，生成蓝紫绿色的化合物，成功发明了美丽的色釉---唐三彩。宋代的制瓷工匠又掌握了Cu在高温灰釉中、在还原气氛下能生成红色的氧化亚铜（CuO）的新技术。元代时又烧制成功了鲜艳的釉里红。铜红釉的烧制技术难度大，因为铜的氧化物在化学反应中对窑内的温度与气氛的变化十分敏感,釉料的配方和反应条件的细微变化都会导致生成物的色调改变， 所以在陶瓷中，纯正的红釉产品较少。由于高温铜红釉难以烧造,制瓷工匠就利用含氧化铁的青矾作呈色剂配入适量的铅和胶烧岀了低温红釉产品。
低温铅绿釉在汉代与唐代已获得，但高温绿釉在元以前还未烧造岀来。明清时期才烧造出了成熟的高温郎窑绿、苹果绿以及象孔雀绿、秋葵绿等高温绿釉产品。
黄釉最早出现于唐代安徽的寿州窑和河南密县窑。黄釉也有高温与低温两种。高温黄釉是以三价铁离子着色的石灰釉，低温黄釉亦属一种含铁铅釉。
蓝釉是用钴的金属氧化物作呈色剂。值得提出的是，钴蓝的发明开创了青花瓷装饰的新天地。这种装饰属釉下彩技术，即在瓷胎上用黑色的钴料绘画再罩以透明釉，在高温下,钴金属游离于成胶体熔融的釉药中，反应后生成明亮的蓝色。这种装饰的成功是古瓷化学工艺的又一巨大进步。
自钴金属作呈色剂发明之后，其它金属呈色剂不断被利用，新的化工产品层岀不穷地创烧成功。明代时，于红、绿、黄、蓝釉之外,以锰为主要呈色剂中 加进铁和钴，又发明了酱紫釉。明清时的粉彩、五彩等是多种金属氧化物起化学反应的产物。
以上材料表明，我国陶瓷由陶到瓷，由青釉、黑 釉、白釉到红釉、蓝釉、黄釉、绿釉以及五彩缤纷的粉彩、五彩的发明过程实际上是我国化学工艺不断提高发展的过程。
艺术与化学课程小论文：作者 / 生物—-于海爽
