Stofteori og kemi i antikken

Transkript

1 1 Stofteori og kemi i antikken (H. Kragh, 27.marts 2011) I dette oplæg gives et bud på, hvordan nogle af antikkens stofopfattelser samt kendskab til (kemiske) omdannelser af stoffer kan bruges i en kemirelateret toning af oldtidskundskab. 1. Almene bemærkninger Mens der ikke fandtes nogen egentlig, dvs. eksperimentelt baseret, kemi i oldiden, var der i den græsk-hellenistiske kultur flere bud på hvad stof består af og hvordan stoflige ændringer kan forstås (Partington 1970; Stillman 1960). Allerede før Thales og de første filosoffer var der en omfattende praktisk og teknisk viden, hvoraf en væsentlig del gik tilbage til det gamle Egypten (Bostrup ; Bostrup 1996). Denne tekniske kemi vedrørte især metallurgiske processer, fremstilling af ler- og glasvarer, samt farvestoffer til brug for malinger, tekstilfarvning og kosmetik. Disse og andre omdannelsesproceser blev dels beskrevet som de foregik i naturen, fx i miner og ved vulkanske udbrud, og dels som de kunne frembringes kunstigt. For sidstnævntes vedkommende var der oldtiden igennem tale om håndværksmæssige opskrifter, der ikke havde nogen teoretisk basis eller stod i væsentlig gæld til den naturfilosofiske tradition. Det foreslås at belyse de naturfilosofiske stofopfattelser, eller teoretisk kemi om man vil, gennem primært Empedokles og Aristoteles, måske med kort henvisning til den atomistiske tradition. De praktisk-empiriske aspekter, der mest er beskrevet i den hellenistiske periode, kan belyses gennem Theophrastus, Plinius, pseudo-demokrit og de anonyme opskrifter i de to papyri kendt som

2 2 Leiden- og Stockholm-kilderne. Nogle af disse beskrivelser eller opskrifter kan danne basis for eksperimentelt arbejde. 2.a. Empedokles stoflære Empedokles vigtigste bidrag er kemisk set hans påstand om at alt stof består af fire rødder eller elementer. Givet den betydning, 4-elementlæren fik gennem den aristoteliske naturfilosofi helt op til omkring 1700, er det vigtigt at forstå meningen med disse elementer og deres forskelle fra det senere grundstofbegreb. Fx indeholder Empedokles system de vanskelige men centrale begreber kærlighed og vrede (philotes; neikos), der ikke er oversættelige til nyere kemi. Endvidere er det relevant at fremhæve den direkte forbindelse, der hos Empedokles var mellem hans stoflære og hans cykliske kosmologiske system (O Brien 1969). På trods af disse og andre forskelle har nogle forfattere foreslået at han havde et begreb om kemiske forbindelser, endda at et bestemt fragment antyder formler som H2O og CO2 (McKirahan 1994, s. 236). Som tekster foreslås og 245 i Mejers oversættelse (Mejer 1971). Det kan være relevant at sammenligne med atomistiske forestillinger som i samme kilde. 2.b. Aristoteles opfattelse af stof og stoflige ændringer Selv om Aristoteles overtog Empedokles 4-elementlære, var det med væsentlige ændringer, idet han anså de fire elementer som bestående af det samme primære princip (hyle) kombineret med forskellige kvaliteter som varme, kulde, tørhed og fugtighed. Det primære stoflige princip havde selv ingen kvaliteter. Hans ide om såkaldt hylomorfisme satte ham i stand til at forklare simple fysisk-kemiske ændringer. Vand er således koldt og vådt; ved opvarmning ændres kulde til

3 3 varme, så der opstår et vådt-varmt element, nemlig luft (well, vi ville kalde det vanddamp ). Hos Friis Johansen 1991 (s ) findes en koncis gennemgang af Aristoteles ideer herom (se evt. Freudenthal 1995 for en moderne og omfattende lærd diskussion). Lige som tilfældet var hos Empedokles, var der hos Aristoteles en tæt forbindelse mellem hans stoflære og kosmologi, idet de fire elementer var begrænset til den sublunare region, mens alt hinsides Månen var lavet af det æteriske femte element (quinta essentia). De kemi-relevante tekster findes især i De generatione et corruptione og Meteorologica, der mig bekendt ikke findes i dansk oversættelse (?). Bog IV af sidstnævnte værk bliver ofte betegnet som den første kemibog i historien (Sarton 1952, s. 518; Farrington 1962, s. 154) eller den først kendte teoretiskkemiske afhandling (Pedersen & Pihl 1963, s. 140). I øvrigt har det været hævdet at Bog IV af Meteorologica ikke er skrevet af Aristoteles, men måske af Straton. Fra De generatione et corruptione kan bruges oversatte uddrag fra Bog II, kap. 2-5 (jf. Barnes 1984, bd. 1, s ). For Meteorologica tilsvarende Bog I, kap. 2-3, evt. Bog II, kap. 3, Bog IV, kap (Barnes 1984, bd. 1, s , 583, ). Aristoteles henviser i disse uddrag til en rigdom af eksempler, men karakteristisk nok ikke til eksperimenter. 3.a Theophrastus; Plinius; pseudo-demokrit Theophrastus skrift kendt som De lapidibus, forfattet omkring 310 f.kr., handler primært om stene og mineraler. Disse beskrives nøgternt, og der er næsten intet spor af den lapidarisk-mystiske tradition, der senere blev almindelig. I skriftet findes der flere passager af en praktisk-kemisk karakter, især VIII, 54-60, der omhandler kobber, bly, cinnober mv. (Eichholz 1965, s ). Disse kan i uddrag og oversættelse bruges, ligesom uddrag af Plinius naturhistorie om tilsvarende

4 4 emner er en mulighed. Plinius skriver bl.a. om guld, sølv, cinnober og om hvad vi kan identificere som visse metalsulfider og -oxider (fx Cohen & Drabkin 1958, s ; Plinius 1961, s , 85-97). Med passende noter vil de valgte passager kunne forstås, og de kan bruges som udgangspunkt for opgaver, evt. simple eksperimenter. Selv om Theophrastus overtog det meste af Aristoteles 4-elementlære, mente han at ilden adskilte sig fra de fire øvrige elementer. Skriftet kendt som De igne, der mest handler om ild og varme, indeholder enkelte passager af fysiskkemisk relevans (Coutant 1971) , 38: Om forbrænding af stoffer og flammer fra dem; forskellige flammefarver og former; hvorfor varmen fra Solen gør huden mørkere, mens varmen fra ild ikke gør det : Flammens form og sammensætning; synlige og usynlige dele af flammen, og forklaringer herpå. 65: Kalk, brændt kalk og læsket kalk; varmeforhold ved omdannelse af kalk. Disse passager kan bruges til simple observationer og eksperimenter, om kalk jf. Bostrup 1996, s (den kemiske forklaring på kalcinering er opsummeret i Kragh & Styhr Petersen 1995, s ). Det pseudo-demokritske skrift med engelsk titel On Things Natural and Mystical stammer måske fra ca. 150 e.kr. Det indeholder en række opskrifter af omtrent samme slags som hos Theophrastus, med metaller og deres udseende og omformning i fokus. Opskrifterne findes bl.a. i Linden 2003, s Selv om pseudo-demokrit var kendt som alkymist, er der ikke megen egentlig alkymi i hans opskrifter. Hverken Theophrastus, Plinius eller pseudo-demokrit inddrager religiøse eller esoteriske aspekter. Guldmageri (aurifaction) optræder i teksterne, men imitation af guld (aurifiction) er hyppigere. I øvrigt var der intet odiøst i at tro på forvandling af uædle metaller til ædle, da der ikke var noget grundstofbegreb eller sikre metoder til at identificere grundstoffer.

5 5 3.b Leiden og Stockholm papyri Disse papyri (Leiden X; Stockholm) blev skrevet i det 3. århundrede e.kr., muligvis af samme ukendte forfatter. De findes i engelske oversættelser fra (Caley 1926; Caley 1927; uddrag i Cohen & Rabkin 1958, s , ). Leiden X indeholder 111 opskrifter af kemisk art, de fleste af dem om metaller og legeringer og metoder til at imitere ædle metaller som guld og sølv. I papyrus Stockholm er der 152 opskrifter, hvoraf en stor del drejer sig om ædelstene og kunstige imitationer af dem. Der er også en del opskrifter om farvestoffer til tekstilfarvning. For mange af opskrifterne fra denne tid gælder det, at de er vanskeligt forståelige, idet de ikke kan oversættes til moderne sprog, da mange af ordene for substanser er flertydige og ikke klart kan identificeres. Der er en alkymistisk webside med en nyttig liste over ældre kemisk/alkymistiske navne og deres moderne ækvivalenter: (Mange elever vil generelt finde denne webside interessant.) Der er dog adskillige opskrifter som er ret klare og kan reproduceres i et laboratorium. Jeg kunne fx forestille mig oversættelser af Leiden # 5, 6, 9, 18, 43, 61, 64, 89 og Stockholm # 9. Som eksempel gengiver jeg sidstnævnte opskrift: Fremstilling af sølv. Køb noget trækul af den slags smedene bruger, og blødgør det med vineddike i en dag. Tag derefter 1 ounce kobber, gennemvæd det grundigt med alum og smelt det. Tag så 8 ouncer af kviksølv, men hæld det således afmålte kviksølv i et sekret af valmueudtræk. Tag også 1 ounce sølv. Bland disse substanser og smelt dem; og når du har smeltet dem, overfør de derved dannede klumper til en kobberkedel sammen med urin fra et drægtigt dyr og støv fra jernfilspåner, hvor det skal være i 3 dage. Og den enestående uklarhed som du får, når du tager det ud, er et tegn på den naturlige fluktuation hvorigennem blandingen får en ligelig sammensætning, som målt efter vægt.

6 6 Netop dette forsøg er dog næppe egnet til kemilaboratoriet. Ikke blot er brug af kviksølv forbudt, det er heller ikke sikkert at urin fra en gravid hund, kat eller hest er at finde blandt skolens kemikalier. 4. Implementering i undervisningen Jeg forestiller mig at et forløb omkring nævnte koncept kan etableres tværfagligt oldtidskundskab-kemi. Da der kun kræves en rudimentær kemisk viden, kan det ske fra starten af gymnasiet. Som nævnt kan der laves eksperimenter relateret til nogle af opskrifterne. Disse kan gerne være i modificeret form og må under alle omstændigheder først gennemprøves i laboratoriet. Ud over eksperimenter vil det være nemt at formulere opgaver og diskussionsoplæg knyttet til teksterne. For at omsætte ideen til praksis må et undervisningsforløb formuleres mere konkret og en del tekstuddrag må oversættes fra engelsk til dansk (oversættelser fra latin eller græsk er i denne sammenhæng unødvendige). Der er dog kun tale om en ret lille mængde, så det burde være overkommeligt. Litteratur Barnes, Jonathan (1984). The Complete Works of Aristotle, vol. 1. Princeton: Princeton University Press. Bostrup, Ole ( ). Oldtidens kemi, 2-6, Dansk Kemi 71: 11, ; 72: 2, 54-56; 72: 2, ; 72: 5, ; 72: 6-7, ; 72: 11, ; 73: 1, Bostrup, Ole (1996). Oldtidens Kemi. Århus: Systime. Caley, Earle R. (1926). The Leyden papyrus X, Journal of Chemical Education 3, Caley, Earle R. (1927). The Stockholm papyrus, Journal of Chemical Education 4, Cohen, Morris R. & I. E. Drabkin (1958). A Source Book in Greek Science. Cambridge, Mass.: Harvard University Press.

7 7 Coutant, Victor (1971). Theophrastus: De Igne. Assen: Royal Vangorcum. Eichholz, D. E. (1965). Theophrastus: De Lapidibus. Oxford: Clarendon Press. Farrington, Benjamin (1962). Græsk Naturvidenskab. København: Hans Reitzel. Freudenthal, Gad (1995). Aristotle s Theory of Material Substance: Heat and Pneuma, Form and Soul. Cambridge: Clarendon Press. Friis Johansen, Karsten (1991). Den Europæiske Filosofis Historie: Antikken. København: Nyt Nordisk Forlag. Kragh, Helge & Styhr Petersen, H.-J. (1995). En Nyttig Videnskab: Episoder fra den Tekniske Kemis Historie i Danmark. København: Gyldendal. Linden, Stanton J. (2003). The Alchemy Reader: From Hermes Trismegistus to Isaac Newton. Cambridge: Cambridge University Press. McKirahan, Richard D. (1994). Philosophy Before Socrates. Indianapolis: Hackett Publ. Company. Mejer, Jørgen (1971). Filosofferne Før Sokrates. København: Munksgaard. O Brien, D. (1969). Empedocles Cosmic Cycle: A Reconstruction from the Fragments and Secondary Sources. Cambridge: Cambridge University Press. Partington, James R. (1970). A History of Chemistry, vol. 1. London: Macmillan. Pedersen, Olaf & Mogens Pihl (1963). Historisk Indledning til den Klassiske Fysik. København: Munksgaard. Plinius (1961). Pliny: Natural History, vol. 9. London: Heinemann. Sarton, George (1952). Ancient Science Through the Golden Age of Greece. New York: Dover Publications. Stillman, John M. (1960). The Story of Alchemy and Early Chemistry. New York: Dover Publications.