在第二节内我们看见化学工业在整个工业中的比重是不小的，而且有若干对整个工业的发展是具有关键性的。这些事实还不足以说明化学在国民经济中所起的全部作用。第一节内我们曾经提出化学是掌握物质的组成、结构、性质及其相互转变规律的科学。一种或几种物质经过化学变化即成为一种新物质。（化学亦涉及能量改变的问题，虽然后者主要是属于物理学范围的。）在国民经济的重要因素当中，除人而外就要数自然环境和资源了。资源又包括物质和能两部分。而化学科学从它的本质来看，对物质资源的利用是应该处于决定性地位的。我们大家都知道，一个国家的资源总是和别人不同的，有的东西较多，有的较少，有的甚至完全没有，和全国的需要来比较常常会有很大的出入。但是如果经过化学家的研究与平衡，必然能够将这一个距离大大地缩小。

化学家运用什么方法来达到上面所说的要求呢？对于原料不缺而需要很大的产品可以用改进生产技术的办法来增加产量，提高品质和降低成本。要达到这三个目的可以采取多种办法，如改良方法、简化过程、提高效率、消除缺点、升高纯度、减少损耗和利用废物等，都是重要着眼之点。对于原料缺乏而需要大的产品则必须采用革命办法，特别是“合成方法”，改用来源丰富的而价值低廉的新原料或者制造代替品。对于原料甚多而用途不大的产品如苏联的铂、西班牙的汞、中国的锑，则应发明创造新的用途。一种原料可作多种用途的应当综合考虑，权衡轻重，既需照顾目前情况，更应看到长远打算，做出最合理的分配。最后，还须采用一切办法来创造具有特殊性能的新产品和新材料，以适应科学上、技术上和生活上的新需要。关于上面所提的若干条原则都有不少的实际例子可供参考。我们今天不可能，亦不必一一列举。现在只讲几个在化学历史上比较重要的掌故来作说明原则的帮助：

（甲）煤的合理利用和所产生的影响

在大城市工业区住过的人们，莫有不痛恨烟囱里内冒出的煤烟的。它将晴朗的天空变得十分暗淡，新鲜的空气充满了炱尘。同时，它又告诉我们在经济上这是一笔损失。因为燃料的目的是要使它所含的炭质和空气内的氧气化合而放出热能，这就是燃烧。燃烧煤的结果构成灰分（即金属氧化物）和二氧化碳、氮等气体，这些气体是透明无色的。烟囱如果冒出黑烟，即表明一部分炭质没有燃烧而逃走了。有人想到木材作燃料时常常有烟，如果将其变成木炭即无烟了。煤是否亦可同样处理呢？可以的，那就是老法炼焦。焦炭是冶金工业不可缺少的材料。老法炼焦是怎样地炼呢？在空旷地方将煤装入建在地面上馒头状的炉子里，内有通气的孔道，炉外面用黏土和泥涂盖严密只留两孔，下面近地处一个是进空气的，上面顶中心一个是喷烟吐火的。先在下孔进空气处点火，等炉子燃烧起来，然后将下孔封闭。这样一部分煤燃烧所发生的热力使其余的煤裂化（化学上的术语是破坏蒸馏或干馏），变成一部分气体、一部分液体和一部分固体。因为温度甚高，液体和气体都从顶上之孔逃出，遇见外面的空气当即燃烧起来，成为一个火柱，固体存留在炉内，因缺乏空气不能燃烧，即是焦炭。这样得到焦炭的量约为原来煤的百分之七十多，其余百分之二十几都付之于一炬！跑走的气体可以留作燃料利用，不应白白地烧掉，是很明显的道理，所以在1812年英国即开始用副产炉炼焦，将气体和液体收回作为炼焦的副产品。气体即是煤气，英国当时供给街道照明之用，后来逐渐推广为家庭和工厂的燃料，因其极为方便而效能又高。液体为煤焦油，当时是一个废品，没有用途。从煤气的洗涤液内又获得氨，加入硫酸即是我们所要的肥田粉硫酸铵了。

英国煤气工厂对于煤焦油的处理感觉十分苦恼，因为它是一种又黏又黑、气味很大、具有毒性而又容易着火的半流体，不能随便抛弃，到处受到群众和公安机关的指摘，最后只好将它运出港外投入海中。到19世纪50年代，德国基森大学一位青年化学讲师霍夫曼受英国政府的延聘，在伦敦皇家化学院讲学。他立即进行了煤焦油的研究工作。他的英国学生白尔金在从煤焦油内取得物质来合成金鸡纳霜的尝试中，无意地获得了一种紫色的染料。数年后霍夫曼被德国召回柏林任教，他将煤焦油的研究工作在德国大规模地开展起来。1868年德国化学家葛雷伯和李伯门找出了天然染料“火鸡红”（从茜草^[3]取得的）的化学分子结构，又从而进行从煤焦油产品蒽合成这一染料。英国白尔金氏亦同时进行此项研究，与葛李二氏不谋而合，采取同样方法将其制成，但至专利局登记时发现迟了一日，专利权已为葛李二氏捷足先得矣。这一发明为德国带来了每年800万美金的收入，使许多欧洲国家历来栽培茜草的都不得不改种其他作物了。

现在我们再来谈一下从煤焦油提取出的苯、萘等物，从而制造蓝靛的故事吧。蓝靛是中国人过去所最喜用的染料，它是从靛草得来的，中国亦曾栽培过，但原产于印度。在1897年的时候，印度蓝靛的产量约为550万吨，产值为1800万美元左右，栽培面积达184万英亩，几乎全部出口，所以它在国家税收上是一个大宗。但是在十几年中间发生了极大的变化，我们可以从下表看出：

17年间印度出口的蓝靛价值从1700万美元跌落到30万美元，使它148万英亩土地上的农户和千百个蓝靛加工工厂都不得不改业，国家财政收入遭受到不可弥补的损失。这个巨大变化的原因，只是由于一个德国化学家拜耳在1865年起从事蓝靛的化学研究，找出它的分子结构，然后再从苯、萘等原料进行合成。什么是分子结构呢？从化学家的眼光看来，任何纯的物质都含有无数的、一种类型的微小单位，叫作分子。分子的性质代表着这个物质的性质。而分子则是由若干原子构成的，可能是一种或多种原子。每一分子都有它一定的结构图样，正如建筑师有房子的图样一般。工人们看到了建筑图样，就晓得如何去造房子，化学家有了分子结构，亦就晓得如何去合成它。合成就是用比较简单的几种原料，制成复杂的化合物。化学家从便宜的原料造出了所要的产品之后，他的工作仍未完毕，因为合成方法的费用可能还是高，经济上不合算，必须再设法来降低。拜耳和他的同事们先后完成三种方法，使蓝靛的成本降低到每磅一角多美金（原来每磅售价四元美金），使世界上最低廉的劳动力亦无法与之竞争。同时，产品的纯度是百分之百，而天然蓝靛则含有少量其他两种结构相似的杂质色素，一红一黄。三者之间没有固定的比例，要看靛草的品种和产地而不同。那么在实际使用的时候就会发生颜色前后不一致的现象，尽管我们用的数量是一致的。用合成的蓝靛就不会有这一困难。拜耳前后用了20多年的时间，花去500万美金的研究费用，但为德国人民壮大了新生的合成染料工业，并奠定了全部有机合成工业的基础，所付出的代价还是很小的。这一生动的例子教育了世界上许多国家的科学家、工商业者和行政领导，尤其是英国。因为印度当时是英国的殖民地，印度税收的损失直接影响了英国的国库。而制造蓝靛的原料又是从煤焦油获得的。英国是世界上第一个生产大量煤焦油的国家，但将其抛弃不知研究利用。合成染料工业本来是应当在英国发展起来的，结果被德国拿去了。这碗药的味道甚苦，使英国人能够立刻觉悟起来，在化学研究上投入了力量，储备了人才，大力发展了关键性的化学工业。所以，在此后一系列国际化学竞赛中，如液体燃料、人造橡胶、各种合金与钢材、人造药、合成纤维等等，尚能追踪先进，维持前列。

（乙）德国当初怎样解决液体燃料的供应问题

由于近代交通工具如汽车、飞机、高速船艇等的蓬勃发展，它们的发动机都需要大量的液体燃料，特别是汽油和醇类。在作战的时候消费量更要增加若干倍，因为许多武器亦都需要它们。汽油主要是从石油得来的，油页岩和天然气亦能供给一小部分，但是这几项资源许多国家是没有的。醇类的一种为我们所常见的就是酒精，它通常是从糖类或粮食制成的，故价值较昂而性能亦较汽油差，往往须与汽油掺杂使用。德国既没有石油、油页岩和天然气的矿藏，而糖类、粮食又不充裕，如果专靠外来接济，供应线一旦被切断（如战事发生时），则情况将不堪设想。在第一次世界大战期间，它曾依靠事前长期储蓄和酒精的大量代替，因它的化学家发明自木材制出酒精的方法，但那并不是一个很好的办法。于是它让化学家来彻底解决这一问题，从最多最廉价的原料——煤出发。化学家一共完成了三个方法，其中一个是将煤全部制成液体燃料的，其余两个是部分制成，这样在经济上更合算一些。第一个方法（费雪尔方法）是将煤变成水煤气，那是一氧化碳和氢的混合物，再用含有钴、钍等金属的催化剂，使一氧化碳和氢发生化学作用变成液体燃料。这些反应用化学方程式来表达十分简单：(www.daowen.com)

在第二次世界大战期间，德国共有九个这一类型的厂，每天可出18000桶的汽油（每桶42加仑）。第二个方法（伯尔几司方法），是将煤磨成粉末，同柴油、催化剂调成糊状，在高压高温下加入氢气（压力约为300大气压，温度约为450摄氏度），每四吨煤约可产一吨汽油，此外尚有柴油、焦炭等。第三个方法是将煤低温蒸馏，上面我们已经提到煤的破坏蒸馏，那是用高温在900～1200摄氏度，将煤破坏得较彻底，所以得到大量的煤气。现在用700度左右的温度，则得到的气体减少了，而液体的煤焦油量加多了，另有一部分焦炭。这个类型的煤焦油，在高压高温和催化剂的作用下加氢亦可变成汽油。这个方法在正常情况下是比较经济的。这几种方法的成功和采用，保证了德国在平时和战时对于液体燃料需要的全部供应。

（丙）苏联没有热带领土，如何保证橡胶的需要呢？^[4]

橡胶是从热带生长的橡胶树树皮划破后流出的乳液，加热凝固而成的。它具有很多宝贵的性质如弹性、塑性、高度的坚固性、绝缘性、对于水和气体的不渗透性等等。所以它的用途真是成千累万，成为国民经济一切部门所必需的材料。苏联国内没有橡胶树园，国外没有热带领土，那么，怎样来满足苏联对于橡胶的越来越多的需要呢？除热带的橡胶树外，尚有其他含橡胶的植物如橡胶草、杜仲等等，苏联境内可以栽培，这样可以部分解决这个问题，但还是大大不够的。1926年苏联国民经济最高苏维埃宣布了国际悬赏，来征求工业上合成橡胶的制法。最高苏维埃规定：人造橡胶一定要质地好，价钱便宜，而且要用苏联国内所有并且容易得到的原料来制造。

苏联化学家列别杰夫获得了胜利。早在1931年1月，就已经在一座实验工厂里，按照列别杰夫所发明的方法，制得了最初的260公斤合成橡胶。而现在，不但在苏联，世界许多国家的人们亦都应用这个方法来制得数十万吨的合成橡胶了。工业上合成橡胶这个困难问题，究竟是怎样解决的呢？远在19世纪的前半期，我们就已经知道橡胶分子内只含碳和氢两种原子，并且知道橡胶的分子很大。就像锁链是由一个个的环节构成的那样，橡胶分子是由一个个的异戊二烯这种烃分子构成的：

那么橡胶分子的一小部分即可用下图来表达：

每个括弧内表示一个异戊二烯的环节。一个橡胶分子内，差不多有2000～3000个这样的环节。所以这类的物质，叫作高分子化合物。化学家知道了橡胶分子的构造以后，他们就开始想办法，把普通烃类分子集合在一起，来制取人造橡胶。这种方法俄国化学家孔达阔夫在1900年试验成功。他发现有一种液体烃，叫作二甲基丁二烯，成分是C6H10，这种烃一搁置就可以变成橡胶，如果把它加热，就变得更快。至于二甲基丁二烯，他是用丙酮（CH3COCH3）来制取的。在第一次世界大战期间德国被联军封锁，曾利用孔达阔夫的方法来大规模地制造橡胶。但是他们所制的橡胶性能不好，所以到1918年（战事结束后）就停止生产了。1909年12月，俄国的青年化学家列别捷夫发现一种叫作丁二烯（C4H6）的气体，这种气体如有金属钠存在的时候就能聚合起来（许多分子结合变成一个大的集团），变成最好的橡胶，唯一的缺点就是丁二烯的成本太贵了。1926年宣布悬赏征求的时候，列别杰夫决定要研究出廉价制取丁二烯的方法。他和他的许多合作者进行了紧张的研究工作，终于获得了辉煌的成功。列别捷夫发现了在工业上用低廉的原料——酒精来制取丁二烯的方法。工业上合成橡胶的困难问题就这样解决了。这件事在苏联国外引起了很大的骚动。有些人表示怀疑，他们甚至于不相信这个成功的消息。美国发明家爱迪生写道：“据说苏联已经研究出了人造橡胶的方法，这消息是靠不住的，这种方法是无论如何亦办不到的。这个消息根本可以说是撒谎。根据我和别人的经验，我们很清楚：人工制造合成橡胶，恐怕总是不可能的。”爱迪生没有学习马克思列宁主义，所以就犯了唯心主义和经验主义的错误，做出了很不科学的结论。

现在制造丁二烯，不但可以用酒精，而且还可以用裂化石油得出的气体来制造。俄国化学家贝佐夫首先发明了石油裂化气体来制造丁二烯的方法。在1913年他就获得了石油制造丁二烯的专利权。在苏维埃政权的年代里，谢林斯基和他的合作者们又改良了这个合成丁二烯的方法，并且在工业上用了起来。近年来，美国合成橡胶工业中所用的丁二烯，就是根据这个方法制造的。

我们由下面的数字中可以明显地看出，合成橡胶的生产能省去多么大的劳动力。要得到10万吨天然橡胶，就需要在12公顷的土地面积上种植2700万棵橡胶树，这项工作要用10万人，要费五年半的工夫。但是，在工业上制造10万吨合成橡胶，只需要1500人，有一年工夫足够了。工业上需要多种的橡胶，有的情形需要特别坚固的，有的需要弹性大的，有的需要能抗酸的或抗油的，有的又需要在加热时特别坚固的。于是，化学家就研究出各种人工合成橡胶来满足各式各样的需要。所有这些橡胶的分子构造都是链状的，但是链上一个个的环节却不一样。现在人们已经研究出了25000种橡胶合成方法，由此可见，研究合成橡胶的规模是多么大了。