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1、中国古人在2000年前，是怎么用热水造冰的？困扰物理学家的难题

冰的制造简单方便，只需要一个冰箱足矣，冰制的产品在炎热的夏天已经成为了人们必不可少的东西。

夏日中的续命救星

让人难以相信的是，中国古人可能早在2000年前就已经可以制造出冰块，而且古人使用的还是热水，让物理学家们非常疑惑。

古代的冰块

古人使用冰块的历史以追溯到商周时期，那一时期的古人们将冬天的冰块储存在冰窖当中，供给到夏天使用。

根据热量传递的规律，物体越厚，热量传递的的效果也就越低，深深的地窖当中几乎无法接受到来自外界的热量。

热量传递示意图

所以地窖当中一直处于恒温的状态，位于地窖当中的块冰也能很好地保存到夏天。

拥有冰块的古人玩得还是很花的，古人们利用自己的智慧，设计出来一款简易冰箱。

早期简易冰箱是由青铜制成，彰显皇室的大气与华贵，简易冰箱整体看上去是一个正方形的盒子，盒子的周边铸造了几处专门放置冰块的地方。

青铜冰鉴

都能够冰块放入到周边之后，冷气传递过去，盒子内部迅速降温，最终形成冰箱的效果。

古人们将其称作是“冰鉴”，“冰鉴”被古人们放在房间当中，既能用于储存食物，又能达到降温的目的，非常的便捷。

冰鉴妙用

随着南方经济的开发，不少人开始南迁，达官贵族们想要在炎热的南方用上“冰鉴”成为了一个难题。

因为南方的冬天根本不结冰，即便是有冰块，也是薄薄碎冰，别说储存到夏天，就是将它捞起来一会儿，也得融化。

南北方的冬天不是一个重量级

而且由于技术方面的欠缺，很多北方地区储存冰块不当也容易化掉，以至于夏天的冰块根本供应不上来。

这个时候古人想要是能够人工制作冰块就好了，正所谓只要思想不滑坡，办法总比困难多，还真让古人找出了制冰块的方法。

古人一般是冬天存冰块夏天用

古代制冰办法

在我国的著作《淮南万毕术》当中，记载有一种热水制冰的方法，古人称：“取沸汤置瓮中，密以新缣，沈(井)中三日成冰。”

大致的意思是，将沸腾的水放在瓮中，顶部密封完成之后，将其放置在井中三天，三天之后即可成冰。

井在古代可谓是天然冰箱

看到这里，不少人有疑问，冷水制冰都困难，为何还用热水制冰？而且井水当中的温度达不到凝结点，就连井水自己都无法结冰，怎么可能让沸水结冰呢？

对此，物理学家们刚开始也跟大家一样，看到之后是蒙圈的，后来展开实验，一探究竟。

结冰实验

根据物理学原理，气压越低，水的凝固点越高，想要让水结冰，就必须改变水体所在的气压。

这个时候密闭的瓮和沸腾的水成为了解题的关键。

热水比冷水更容易结冰

当沸腾的水进入到瓮当中的时候，水汽温度高，将原本在内的空气排除出一部分，古人在将其封存起来，气体通过细小的孔洞排除，在翁内形成高温低压的状态。

根据焦耳汤姆逊效应，气体通过多孔膨胀之后，会使得温度迅速变化。

这个时候古人只需要寻找到3摄氏度左右的井水，放置在当中，瓮内的热水就可以结冰。

经过如此复杂的原理工序之后，瓮内才可以结出少量的碎冰。

物理学家不理解的是，古人们究竟是如何在这些变量当中，找到结冰方法的。

要知道这个结冰的步骤一步也不能错，为什么在科学落后的古代，古人们用的是热水而不是冷水？

古人的智慧不可小觑

有专家猜测，古代人其实对两种水源都进行尝试过，而古人利用沸水的原因，是水沸腾之后冒出的水蒸气，与冰块冒出的冷气极为相似。

在生产力落后的古代，人们会认为这两种东西具有紧密的关联性，沸水和冰块之间能够相互转化。

所以才用沸水进行了大量的实验，当然也有可能是古人在一次意外当中发现的。

比如当一个人想要喝水的时候，但又怕沸水太烫，于是将沸水浸润到井水当中，但是这个人却忘了提出来。

等几天后想起来，发现自己瓮中的沸水居然结出了冰块，大喜过望，将这个先进的制造技术公之于众。

古人眼中的沸水制冰可谓神迹

不管是何种原因，想要利用瓮制成冰块变量太多，古人的技术难以掌控，很难成功。

即便是真的成功，没有保温系统的古代，碎冰无法进行距离运输，本身的制冷效果差，费时费力效率还低。

很多专家推测，这不可能是古代的制冰方法，只不过是在书中记录了制冰的可能性罢了。

硝石制冰

在古代最常用的制冰方法还是硝石制冰，

人们在外出的时候，发现了有一种晶状的石头，这种石头就是硝石，觉得很好看，就将它保存起来。

在保存之前，人们对它进行反复擦拭，想要让它保持干净，结果硝石粉末进入到水中。

硝石制冰

准备休息片刻之后的古人，发现刚才自己所在的小水坑居然结出了冰渣，要知道这是在炎热的夏天，野外根本不会出现结冰的情况。

有聪明的人看出，肯定是这块“神石”在作祟，于是反复进行试验，发现了硝石能够结冰的特性。

再加上硝石制冰非常的快捷方便，后来硝石就成为了古人们制冰的重要原材料。

硝石制冰的原理很简单，其实就是硝石溶于水之后，可以吸收大量的热量，促使水中的温度达到冰点。

当然，硝石本身是不可食用的，古人在制作可食用冰块的时候，会准备一大一小两个水盆。

硝石不可食用由血的经验得来

小盆放在大水盆当中，分别装满水，之后在大水盆当中放入硝石，大水盆的温度降低之后，快速传递到小水盆当中，让小水盆也结出冰块。

这样的制冰方式能够让大水盆当中的硝石循环利用，还能保证小水盆的冰块的实用性。

不得不得赞叹，先贤古人们卓越的智慧，想出来如此多的制冰方式。

古代冰块的用途

在古代，冰块的用途非常广泛，首先冰块可以制作成“冰糕”，冰糕的制作方式已经有了现代化的感觉。

古人们将糖和香草放在半开放的小罐子当中，再把罐子浸泡在有硝石的水中，等到凝固之后，就可以得到可口的“冰糕”了。

古人的雪糕：酥山

由于我们古代的手工艺非常发达，用于填装冰糕的罐子形状也各有差异，在古代人们甚至能够吃到各种形状的冰糕。

而且还能够根据口味定制，如果人们足够猎奇，甚至可以吃到辣椒味道的冰糕，非常的方便。

不过古代人们对硝石的开采技术差，硝石出产低，本身的成本高，冰糕的价格自然不像是现代这样便宜。

硝石

更让人吃惊的是，冰块在在古代居然可以药用。

在《本草纲目》当中就记载有冰块在医药方面的价值，在夏季中暑的时候将冰块敷在膻中穴，可以驱热解暑。

膻中穴图示

发展到今天，在药店当中贩卖的小孩子冰贴，就是利用温度传递的原理，来降低小孩子的体温。

在医疗工作当中，冰块还可以缓解病人的疼痛，尤其是古人们牙疼的时候，非常的实用。

冰块还被用于娱乐活动当中，一些地方夏季的节日活动，就有人专门在高处抛洒碎冰，让人们能够在炎炎夏日感受到冰爽

2、古代硝石怎么获得？

古代有硝石矿，在汉中有大量的硝石矿，而且在全国也有分布。

古代中国利用硝石是很早的，初时写作“消石”，在战国时已用作医药。其化学组成是硝酸钾。自然界中的硝石往往是土壤中含氮有机物质在细菌作用下分解、氧化成硝酸后与土壤中的钾素化合而成的。

所以每当秋高气爽的季节，它通常呈皮壳状或盐花状析出来，覆盖在地面、墙角，这就是所谓的地霜。特别是在猪圈、马厩、厕所附近的墙角尤多。

硝民扫取这种含硝的土块，置于桶内，加水浸泡。经过滤后，将滤液熬煮或晒干，就得到硝石结晶。此外，在某些岩石表面、洞穴或盐沼地带偶尔也会找到它。

火药的发明：

火药的发明来自于我国古代金丹家们长期的炼丹制药实践。火药的发明和其他发明创造一样，也经历了一个长时间的实践和认识过程，随着生产的发展、社会的进步而逐步完善。我国古代的火药主要由硝石、硫磺、木炭等化学物质混合加工而成。

民间长期流传的“一硝二磺三木炭”就是它的简易配方。因为它呈黑褐色，人们又习惯称它为“黑火药”。

3、古代硝石是怎么来的，有硝石矿吗？

经炼丹术士提炼出来的，并且中国有大量的硝石矿存在。

古代中国利用硝石是很早的，初时写作“消石”，在战国时已用做医药。其化学组成是硝酸钾。自然界中的硝石往往是土壤中含氮有机物质在细菌作用下分解、氧化成硝酸后与土壤中的钾素化合而成的。所以每当秋高气爽的季节，它通常呈皮壳状或盐花状析出来，覆盖在地面、墙脚，这就是所谓的地霜。特别是在猪圈、马厩、厕所附近的墙角尤多。

硝民扫取这种含硝的土块，置于桶内，加水浸泡。经过滤后，将滤液熬煮或晒干，就得到硝石结晶。此外，在某些岩石表面、洞穴或盐沼地带偶尔也会找到它。东汉时成书的《神农本草经》上所记载的、“能化七十二种石”的“朴消”，根据它的“化石”性质，大概就是硝石。

中国炼丹术兴起以后，方士很重视硝石，不断摸索它的性质，说它是“感海卤之气所生，乃天地至神之物，……能使七十二石化而为水，柔润五金，制炼八石，虽大丹亦不舍此”。在东汉问世的中国早期丹经《三十六水法》中，硝石就是主角。

但是在自然界中又相当广泛地存在一种叫做“芒硝”的物质，化学组成是Na2SO4·10H2O，在盐湖周围会大量析出；或以钙芒硝、白钠镁盐(即硝板)形式存在；也常从盐碱地上离析出来，外貌和硝石颇相似。而两者在我国传统的医药中，医疗功能也几乎完全相同。

所以古人，特别是从先秦到南北朝时期，往往把它们混淆，古书上的记载当然也就相当混乱，什么是真硝石？长时期中众说纷纭。所以要对硝石广泛采集、充分利用并准确地掌握它的化学特性，就得摸索到一些区分它们的方法。

在南北朝时，陶弘景提出了一种鉴定硝石的方法，相当科学，他说：“以火烧之，紫青烟起，云是真硝石也。今宕昌(在今甘肃)以北诸山有咸土处皆有之。”就是说，把真硝石放在火焰上一烧，它会使火焰呈紫色，与芒硝不同。我们知道，硫酸钠则会把火焰染成黄色。这就是近代的焰色检定法，我国古代的方士早在1500年前就已经利用过了。

但是真的运用这种方法时，又往往会遇到困难。因为在天然的硝石中总会含有一些芒硝和盐分，而钠所产生的黄色火焰，其亮度远远超过钾的紫色火焰，因此少量钠杂质的存在，这种靠焰色鉴定的方法就大失效力了。及至唐代，炼丹家们发明了高效的“磺硝法”来制造铅丹。

其工艺过程是先利用熔化的铅与硫磺相反应，使生成硫化铅，然后加硝石一起炒，很快就会生成赤红色的铅丹，而芒硝绝无这种功能，因此这倒不失为一种鉴定硝石的科学方法。

但在唐代时，炼丹家则更普遍地知道了利用硝石的助燃性可以鉴别它：把一小块待检验的硝石投到赤热的炭上，就会猛烈燃烧起来；而芒硝投火中，则先化成“水”，水蒸发尽后，变成白色似枯矾的粉末，与硝石迥然不同。因此，唐代的炼丹家对硝石性质的认识和多方利用就大步前进了，他们在这时期发明了火药也就不是偶然的了。

拓展资料：

本草纲目-硝石

「释名」芒硝（《别录》）、苦硝（甄权）、焰硝（《土宿》）、火硝（《纲目》）、地霜（《蜀 本》）、生硝（宋本）、北帝玄珠。

志曰∶以其消化诸石，故名消石。初煎炼时有细芒，而状若朴硝，故有芒硝之号。不与 朴硝及《别录》芒硝同类。

宗 曰∶硝石是再煎炼时，取去芒硝凝结在下者，精英既去，但余滓如石而已。入药功 力亦缓，惟能发烟火。

权曰∶芒硝，一作苦硝，言其味苦也。

时珍曰∶硝石，丹炉家用制五金八石，银工家用化金银，兵家用作烽燧火药，得火即焰 起，故有诸名。狐刚子《粉图》谓之北帝玄珠。《开宝本草》重出生硝、芒硝，今并为一， 并详下文。

「集解」《别录》曰∶硝石，生益州山谷及武都、陇西、西羌。采无时。

弘景曰∶硝石疗病与朴硝相似，《仙经》用此消化诸石，今无真识此者。或云与朴硝同 出，所以朴硝一名硝石朴也。又云一名芒硝，今芒硝乃是炼朴硝作之。并未核研其验。有人 得一种物，色与朴硝大同小异， 如握盐雪不冰，烧之紫青烟起，云是真硝石也。今宕昌 以北诸山有碱土处皆有之。

志曰∶此即地霜也。所在山泽，冬月地上有霜，扫取以水淋汁，后乃煎炼而成，状如钗 脚，好者长五分以来。陶说多端，盖由不的识之故也。

又曰∶生硝生茂州西山岩石间，形块大小不定，色青白，采无时。

时珍曰∶硝石，诸卤地皆产之，而河北庆阳诸县及蜀中尤多。秋冬间遍地生白，扫取煎 炼而成。货者苟且，多不洁净，须再以水煎化，倾盆中，一夜结成。澄在下者，状如朴硝， 又名生硝，谓炼过生出之硝也。结在上者，或有锋芒如芒硝，或有圭棱如马牙硝，故硝石亦 有芒硝、牙硝之名，与朴硝之芒、牙同称，而水火之性则异也。

崔 《外丹本草》云∶硝石， 阴石也。此非石类，乃碱卤煎成，今呼焰硝。河北商城及怀、卫界，沿河人家，刮卤淋汁炼 就，与朴硝小异，南地不产也。升玄子《伏汞图》云∶硝石生乌场，其色青白，用白石英炙 热点上，便消入石中者为真。

其石出处，气极秽恶，飞鸟不能过其上。人或单衣过之，身上 诸虫悉化为水。能消金石，为水服之长生，以形若鹅管者佳。谨按升玄子所说，似与今之硝 石不同，而姚宽《西溪丛语》以其说为真正硝石，岂外国所产与中国异耶？抑别一种耶？当 俟博物者订正。

「正误」 弘景曰∶《神农本经》无芒硝，只有硝石，一名芒硝。《名医别录》乃出芒硝，疗与硝石 同，疑即硝石也。旧出宁州，黄白粒大，味极辛苦。今医家多用煮炼作者，色。全白粒细， 而味不甚烈。皇甫士安言∶无朴硝可用硝石。硝石生山之阴，盐之胆也。取石脾与硝石以水 煮之，一斛得三斗，正白如雪，以水投中即消，故名消石。

其味苦无毒，主消渴热中，止烦 满，三月采于赤山。朴硝者，亦生山之阴，有盐咸苦之水，则朴硝生于其阳。其味苦无毒， 其色黄白，主疗热，腹中饱胀，养胃消谷，去邪气，亦得水而消，其疗与硝石小异。按如此 说，是取芒硝合煮，更成为真硝石，但不知石脾是何物也？以朴硝作芒硝者，用暖汤淋汁煮 之，着木盆中，经宿即成矣。今益州人复炼矾石作硝石，绝柔白，而味犹是矾尔。

又曰∶朴硝，今出益州北部汶山郡西川、蚕陵二县界，生山崖上，色多青白，亦杂黑斑 。土人择取白软者，以当硝石用之，当烧令汁沸出，状如矾石也。

藏器曰∶石脾、芒硝、硝石，并出西戎卤地，碱水结成。

恭曰∶朴硝有纵理、缦理二种，用之无别。其白软者，朴硝苗也，虚软少力。炼为硝石 ，所得不多；以当硝石，功力大劣也。

又曰∶硝石即是芒硝，朴硝一名硝石朴。今炼粗恶朴硝，取汁煎作芒硝，即是硝石。《 别录》复出芒硝，误矣。晋宋古方，多用硝石，少用芒硝；近代诸医，但用芒硝，鲜言硝石。

理既明白，不合重出。

颂曰∶旧说朴硝、芒硝、硝石三物同种。初采得苗，以水淋汁煎成者为朴硝，一名硝石 朴。又炼朴硝或地霜而成，坚白如石者，为硝石，一名芒硝。又取朴硝淋汁炼煎结成有细芒 者，为芒硝。虽一体异名，而修炼之法既殊，则主治之功亦别。然《本经》所载，疑是二种。

今医方所用，亦不能究。但以未炼成块微青色者为朴硝；炼成盆中、有芒者为芒硝，亦谓之 盆硝；芒硝之底澄凝者，为硝石朴。硝力紧，芒硝次之，硝石更缓。

未知孰是？苏恭言∶晋 宋古方，多用硝石，少用芒硝。按张仲景《伤寒论》，承气、陷胸皆用芒硝。葛洪《肘后方》， 伤寒时气亦多用芒硝，惟治食 不化云，无朴硝，用芒硝代之。是晋宋以前通用朴硝、芒硝 矣。胡洽方，十枣汤用芒硝，大五饮丸用硝石，并云无硝石用芒硝。

是梁隋间通用芒硝、硝 石矣。以此言之，朴硝、硝石为精，芒硝为粗。故陶氏引皇甫士安之言为证，是硝石当时已 难得其真，故方书通以相代矣。又古方金石凌法，用朴硝、硝石、芒硝、马牙硝四种相参， 次第下之。方出唐世，不知当时如何分别也？又南方医人着《硝说》云∶本草有朴硝、硝石、 芒硝，而无马牙硝。

诸家所注，三种竟无断决。或言芒硝、硝石是一物，不合重出。或言煎 炼朴硝，经宿盆中有细芒为芒硝。或言马牙硝自是一物。今诸硝之体各异，理亦易明，而惑 乃如此。朴硝味苦而微咸，出蜀郡者，莹白如冰雪，内地者小黑，皆苏脆易碎，风吹之则结 霜，泯泯如粉，熬之烊沸，亦可熔铸。

以水合甘草、猪胆煮至减半，投大盆中，又下凝水石 屑，同渍一宿，则凝结如白石英者，芒硝也。扫地霜煎炼而成，试竹上如解盐，而味辛苦， 烧之成焰都尽者，硝石也，能消金石，又性畏火，而能制诸石使拒火，亦天地之神物也。牙 硝，即是芒硝也。又有生硝，不因煮炼而成，亦出蜀道，类朴硝而小坚也。其论虽辨，然与 古人所说殊别，亦未可全信也。

好古曰∶硝石者，硝之总名也。但不经火者，谓之生硝、朴硝；经火者，谓之芒硝、盆 硝。

时珍曰∶诸硝，自晋唐以来，诸家皆执名而猜，都无定见。惟马志《开宝本草》，以硝 石为地霜炼成，而芒硝、马牙硝是朴硝炼出者，一言足破诸家之惑矣。诸家盖因硝石一名芒 硝，朴硝一名硝石朴，之名相混，遂致费辨不决。

而不知硝有水火二种，形质虽同，性气迥 别也。惟《神农本经》朴硝、硝石二条为正。其《别录》芒硝、《嘉 》马牙硝、《开宝》生 硝，俱系多出，今并归并之。《神农》所列朴硝，即水硝也，有二种，煎炼结出细芒者为芒 硝；结出马牙者，为牙硝；其凝底成块者通为朴硝，其气味皆咸而寒。

《神农》所列硝石， 即火硝也，亦有二种，煎炼结出细芒者亦名芒硝，结出马牙者，亦名牙硝，又名生硝；其凝 底成块者，通为硝石。其气味皆辛苦而大温。二硝皆有芒硝、牙硝之称，故古方有相代之说。

自唐宋以下，所用芒硝、牙硝，皆是水硝也。南医所辨虽明，而以凝水石、猪胆煎成者为芒 硝，则误矣。今通正其误。其石脾一名硝石者，造成假硝石也。见后石脾下。

「修治」大明曰∶真硝石，柳枝汤煎三周时，如汤少，即加热者，伏火即止。

曰∶凡使硝石，先研如粉，用鸡肠菜、柏子仁共二十五个，和作一处，丸如小帝珠子 ，以瓷瓶子于五斤火中 赤，投硝石四两于瓶内，连投药丸入瓶，自然伏火也。

《抱朴子》曰∶能消柔五金，化七十二石为水。制之须用地莲子、猪牙皂角、苦参、南 星、巴豆、汉防己、晚蚕砂。

时珍曰∶熔化，投甘草入内，即伏火。

硝石

「气味」苦，寒，无毒。《别录》曰∶辛，大寒，无毒。普曰∶神农∶苦；扁鹊∶ 甘。权曰∶咸，有小毒。

时珍曰∶辛、苦、微咸，有小毒，阴中之阳也。得陈皮，性疏爽。

之才曰∶火为之使，恶苦参、苦菜，畏女菀、杏仁、竹叶。

「主治」五脏积热，胃胀闭，涤去蓄结饮食，推陈致新，除邪气。炼之如膏，久服轻身 （《本经》）。

疗五脏十二经脉中百二十疾，暴伤寒，腹中大热，止烦满消渴，利小便，及 蚀疮。天 地至神之物，能化七十二种石（《别录》）。破积散坚，治腹胀，破血，下瘰 ，泻得根出 （甄权）。含咽，治喉闭（大明）。治伏暑伤冷，霍乱吐利，五种淋疾，女劳黑疸，心肠 痛，赤眼，头痛，牙痛（时珍）。

资料来源于：李时珍 《本草纲目》

4、求古人如何发现硝石的?时间?是怎么开采提炼的!

我国利用硝石非常早，初时写作“消石”，在战国时已用做医药。其化学组成是硝酸钾。自然界中的硝石往往是土壤中含氮有机物质在细菌作用下分解、氧化成硝酸后与土壤中的钾素化合而成的。经常每当秋高气爽的季节，它通常呈皮壳状或盐花状析出来，覆盖在地面、墙脚，这就是所谓的地霜。

首先天然硝石主要见于碱土地区的干燥土壤中,矿泉、和洞穴壁上,由富含硝酸钾的水常年浸润生成.。硝民专门扫取这种含硝的土块，置于桶内，加水浸泡。经过滤后，将滤液熬煮或晒干，就得到硝石结晶。东汉时成书的《神农本草经》上所记载的、“能化七十二种石”的“朴消”，根据它的“化石”性质，大概就是硝石。

简单来讲就是古人通过取含硝的土块，击碎后，置桶内，加水浸泡调匀，经多次滤过，取滤液澄清，置蒸发锅内加热蒸去水分，取出冷却，即析出硝石结晶。古文记载：凡硝，华夷皆生，中国则专产西北。所以在古代的中国，硝石主要产地是西北地区有直接出产的矿石。

我国现代硝石矿主要集中在新疆吐鲁番地区，在东疆地区钠销石矿资源量亿吨，与世界最大的钠硝石矿主产地智利的资源量持平。

扩展资料：

硝石的作用

1、工业上是制造火柴、烟火药、黑火药、玻璃的原料和食品防腐剂等。在智利等地经开采和富集可直接制得硝酸钾。属国家严控生产行业产品

2、硝石可用于配制孔雀绿釉，还可用作五彩、粉彩的颜料。

3、辟秽涤浊，攻坚破积，利水泻实，解毒消肿。主治暑日伤冷，寒热吐泻，瘕瘕痞块，颈项瘰疬，瘀血腹痛，黄疸黑疸，沙石淋痛，头痛，喉痹，目赤，疮疡肿毒。

参考资料来源:百度百科-硝石

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