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无论是制造传统陶器还是瓷器，都需要天然矿物土作为原料，这些矿物土的主要成分为硅铝酸盐，但不同地方的土中，硅、铝、氧等元素的组成比例不同，同时矿物土中还含有镁、钙、铁等其他元素，最终使矿物的晶体结构具有较大的差别。 人们首先发明的是陶器的制作方法，原因是制作陶器的原料陶土对原材料的组成成分要求不是很高。陶土矿物成分复杂，主要由高岭土、云母、蒙脱土、石英和长石等组成，这些矿物都是硅、铝、氧、镁、钠等元素形成的不同晶体结构的矿物。由于受地域的影响，不同地方的陶土成分会有较大的差别。
早期陶罐 但是瓷器就不同，它对原料瓷土具有苛刻的要求。瓷土的主要原料是高岭土(AL2O3·2SiO2·2H2O)，从高岭土的化学式就可以看出，这种晶体矿物可以看作氧化铝、二氧化硅和水形成的复盐。由于它首先被发现于中国瓷都一景德镇附近的高岭，所以被称为“高岭土”。
高岭土 虽然陶和瓷都是烧制出来的，但是两者的烧制温度相差很大。陶器的烧制温度一般在 800-1000°C，而瓷器则在 1200一1400°C.
西周时期原始瓷器—瓷壶 如果把陶放在更高温度下烧制是不会变成瓷器的。陶土成分较为复杂，既含有熔点较高的物质，也含有熔点较低的物质。当烧制温度过高，陶不但不会变为瓷，而且会发生熔融坍塌，最终我们得到的只是一堆碎砖烂瓦而已。而瓷器的主要原料为高岭土，组成成分较为单一，高岭土的熔点高达 1780℃在1200-14000℃的温度下完全不会熔融，所以瓷可以耐受更高的烧制温度。
红釉瓷瓶 瓷器之所以拥有光洁明亮的表面，除了烧结温度较高使得表面较为致密以外，瓷器表面还有一层特殊的物质——釉。釉也是矿物原料经过高温烧结而形成的，只是釉的烧结温度较低使得瓷器在烧制过程中，会让表面的釉质原料熔融，从而形成均匀、光滑透明的玻璃质薄层。釉不但赋予了瓷器光滑、致密的表面，同时赋予了瓷器五彩斑斓的色彩。釉料的色彩来源于金属离子。例如红釉一般含有铁离子或亚铜离子，蓝釉含有钴离子，青釉含有亚铁离子，紫釉含有锰离子，绿釉含有铜离子等。
清 雍正 冬青釉瓷菊瓣纹瓶 铁元素既可以产生红色，也可以产生青色。当瓷器烧制过程中的气氛为氧化气氛，那么瓷器则呈现红色；如果为还原气氛，瓷器则为青色。产生这种效果的化学原理其实很简单，在氧化气氛中，铁元素是以铁离子的形式存在，铁离子热情似火，一般呈现红色；而在还原气氛中，铁元素变为亚铁离子，亚铁离子冷如冰霜，一般呈现青色。故而，两种色彩迥异的瓷釉，却是同一种元素通过不同的烧制方法烧出的！（氧化气氛：是指燃料完全燃烧，完全燃烧必须有大量空气供给，这时窑中的氧气充足，一氧化碳充分燃烧，会有多余的氧气；还原气氛：还原气氛是不完全燃烧的火焰。这时窑中所产生的一氧化碳和氢气多，没有或者极少游离氧的存在。）
永乐青花瓷 台北故宫藏 青花瓷的釉料中含有的金属离子不是亚铁离子，是钴离子，所以，青花瓷的颜色也被称为钴蓝。
二里头白陶鬶 二里头白陶鬶 出土时间 ：1982年 出土地点 ：河南省偃师市二里头 铜发现于制作原始陶器的窑炉中。在河南省洛阳市偃师二里头遗址中发掘出了大量的白陶制品，这些白陶烧成温度高达1000—1200℃，已经高于铜的熔点。在如此高的温度中烧制陶器，泥土里的含铜矿物。例如孔雀石，主要成分为碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]，会受热分解为氧化铜(CuO)，接着氧化铜会被烧窑炉用的炭还原，生成紫红色的金属铜。那时的人们在清理炉渣时可能会意外发现色彩鲜艳的金属铜，这也许就是铜的发现历程。 西汉《淮南万毕术》中记载：“曾青得铁则化为铜。”曾青就是硫酸铜 (CuSO4）,硫酸铜和铁在水中混合就可以得到铜和硫酸亚铁(CuSO4+Fe=FeSO4+Cu)。其实这个反应是我们初中化学中经典的反应类型—置换反应。古人虽然不懂化学，但是依旧通过总结生产生活经验，运用了化学原理。随着铜冶炼技术的不断成熟，人类社会便进入了青铜时代。
牛尊，西周中期，陕西省岐山县贺家村出土 现藏陕西历史博物馆 在人类文明的进程中，青铜时代是一个重要的发展阶段。一般认为，中国的青铜时代是与夏商周三代文明相始终的，大体经历了一千七八百年的时间。青铜是铜和其他化学元素的合金，我国古代使用的主要为锡青铜、铅青铜以及铅锡青铜。较之红铜而言，青铜具有熔点低、硬度高、适宜铸造等特点。青铜器根据用途的不同可分为食器、酒器、水器、乐器、兵器、生产工具等几大类，以食器、酒器、水器和乐器四类最为重要，它们大都用在祭天祀祖、朝会宴飨等礼仪场合，故也称礼器。
梁其壶，西周晚期，陕西省扶风县任家村出土
利簋 1976年出土于陕西临潼零口。器底铭文32字，记载了武王伐商的重大历史事件，而所记载的灭商时间与《史记·周本纪》相契合。此器是目前所知年代最早的西周青铜器，也是武王伐商最重要的实物凭证。关于武王灭商的具体时间，自汉代以来就是史学家研究的重要课题。1996年国家启动了夏商周断代工程，组织了历史学、考古学等相关领域的专家学者，对夏商周的确切年代展开了研究。最终初步确定武王灭商的年代为公元前1046年。
日己觥是西周青铜艺术珍品，是酒器，造型奇特，有夔龙纹、凤鸟纹；集合了夔龙、小鸟及老虎的外形特点。实际上前面这条弧形并不是它的嘴部，但是以错就错来看的话，倒是有一些呆萌的样子。 青铜的初始颜色是随着含锡比例的变化而变化的。纯铜为紫红色，随着金属锡的掺入，青铜的颜色会逐渐转变为金黄色。在比例合适的情况下，青铜在刚制作出来的时候熠熠生辉，闪耀着金色光芒，接近18K 金的颜色。古人称之为 “吉金”。随着锡含量的逐渐升高，青铜逐渐向淡黄色、银白色转变。但是，无论是锡占何种比例的青铜，在潮湿环境中放置一段时间后，都会生铜锈，铜锈的主要成分是碱式碳酸铜，也就是前面提到的孔雀石的主要成分。我们从考古遗址中挖掘出的青铜器之所以都为青绿色，主要就是因为这些青铜器文物的表面已经布满了碱式碳酸铜，故而人们将这种材料称为 “青铜”。不过在很多年以前，它们可都是金灿灿的哟！
越王勾践剑 湖北省博物馆 青铜在商周时代还有一个重要用途——制造武器，如戈、钺、矛、刀、剑、戟等。青铜硬度可以达到纯铜的4.7倍，其威力可以称霸在钢铁出现之前的冷兵器时代。战国时期著名的越王勾践剑，就是这一时期的巅峰之作，被誉为“天下第一剑”。据说越王勾践剑出土时依然锋利无比，寒光凛凛，历时2000余年，竟然毫无锈蚀的痕迹。只可惜这令人赞叹的铸造技术早已消失于中国漫长的历史长河中了。
文房四宝：笔墨纸砚 从材料与化学的角度来看看文房四宝的奇妙之处。 毛笔最核心的部分就是笔头处的笔毛。传统的毛笔最常使用的是兔毫、羊毫、狼毫等动物的毛，狼毫可别简单地认为是狼的毛，而是黄鼠狼的尾毛。黄鼠狼可不是狼，而是黄鼬。动物毛的主要成分为角蛋白。角蛋白是蛋白质的一种，它是构成动物毛、指甲、皮肤、角、蹄、喙等坚硬组织器官的主要成分。相比于其他种类的蛋白质，角蛋白含有较高比例的半胱氨酸，半胱氨酸中的巯基可以通过二硫键实现相互的交联，高度交联的结构赋予了角蛋白坚硬且有韧性的物理特性，被誉为蛋白质世界的“钢筋”。 普通蛋白质易溶于水，所以如果用普通蛋白质做毛笔笔头，写字过程中笔头就会逐渐消失。而角蛋白既保持了作为蛋白质的亲水特性，又因为高度的交联结构而不溶于水、稀酸或稀碱，从而保证了毛笔在蘸墨汁书写过程中的稳定性。坚韧的角蛋白还能够使毛笔笔头具有良好的回弹性能、抗摩擦性能，从而大大提升了毛笔的书写流畅性和使用寿命。
笔和墨相伴相生，有了墨，才能描画出万千世界。墨是将炭粉黏合形成的块体，这种炭粉我们称之为炭黑。炭黑在当今社会最广泛的应用就是作为轮胎橡胶的填充材料，所以我们看到的汽车轮胎大都是黑色的。 炭黑是一种无定形碳，我们吃烧烤用的木炭、焦炭都是无定形碳。无定形的意思就是不形成晶体，也就是说，碳原子排列得不规整，很凌乱。其实炭黑粒子中的碳原子并不是完全无序排列的，每个炭黑粒子都是一个微小有序的石墨晶体，碳原子在石墨晶体中是规整排列的，但是炭黑粒子实在太小，从宏观上无法显示出晶体特性，故而称为无定形状态。 东魏贾思勰作的 《齐民要术》里，叙述了制墨的方法。这是记述关于劳动人民如何造墨的最早的文献，书上说：……好醇烟捣讫，以细绢筛，于缸内筛去草莽，若细沙、尘埃。此物至轻微，不宜露筛，喜失飞去，不可不慎。墨（按指醇烟）一斤，以好胶五两浸梣皮汁中——梣，江南樊鸡木皮也，其皮如水绿色，解胶，又益墨色。可下鸡子白，去黄，五颗。以真珠一两、麝香一两，别治细筛，都合调。下铁白中，宁刚不宜泽（就是说宁可稠不可稀）。捣三万杵，杵多益善。合墨不得过二月、九月，温时败臭，寒则难干…”由这一段记述里，已可看出创造墨的过程非常复杂，是劳动创造的成果。 古人主要是通过燃烧的方法得到炭黑墨粉。三国时期的文学家曹植就曾在所创作的《乐府》中写到“墨出青松烟”，意思是说，墨是通过燃烧松木形成的烟而制成的。松木的主要成分是木质素、蛋白质和油脂，这三种有机物都含有大量的碳元素。松木燃烧的时候，由于燃烧不完全，便会烧出滚滚黑烟，这种黑烟就是松烟。收集起来的烟粉与鸡蛋清等胶类物质、香料、药材等辅料混合，然后用铁杵捶打上万次形成墨团；接着将墨团放入模具中压制，晾干，便得到了墨锭，最后在墨锭上雕刻、装饰，就得到了成品墨。 造纸术是中国人的发明。中国东汉时期的蔡伦提出了完整的造纸工艺，并在唐朝逐步向西方传播，从而造福全人类。造纸的原料是树干、竹子、树皮、秸秆等高植物纤维物质。通俗来讲，是植物中很硬的部分。之所以硬，是因为植物的这些部分含有大量的纤维素。纤维素是由葡萄糖分子缩合而成的天然高分子多糖，通常有几千个，有的纤维素分子由几十万到上百万个葡萄糖分子相互连接组成。天然木材中除了含有纤维素，还含有其他成分，例如木质素。木质素可以填充纤维素的间隙，形成坚韧的树枝和树干，类似于纤维素的 “胶水”。但是在造纸过程中则需要去除木质素，否则会严重降低纸张的韧性。去除了木质素后的植物纤维通过打浆的方式与水混合形成纸浆，然后使用纸帘將纸浆平铺并晾干，就得到了纸。 砚也称为研。砚的作用是给墨和水提供一个平整研磨、相互混合的空间。墨和水经过研磨形成浓厚的墨汁后，就可以使用毛笔蘸墨书写了。宋代还出现了研究砚的专著——米芾的《砚史》。砚的品质极大地影响下墨和发墨的过程。如果砚的矿物较细，则发墨效果好，但较细的矿物摩擦系数低，导致下墨速度慢；反之如果砚的矿物较粗，虽然可以达到很好的下墨速度，但是发墨不够， 炭黑颗粒较粗。所以，要想调和下墨与发笔的矛盾，砚质就要做到细而不滑，涩而不粗，这种砚是极其珍贵的。
阿尔塔米拉岩洞 史前壁画 西班牙北部 旧石器晚期 石器时代的人类先祖，已经可以利用赤铁矿（主要成分为三氧化二铁Fe2O3）在洞穴岩壁作画，这是已知的人类使用的最早的颜料。
宋代王希孟《千里江山图》卷（局部） 故宫博物院藏 这件国宝很长一段时间都无人知晓它的名字，用“青绿长卷”这样简单的带有戏谑意味的称呼让此画流传了几百年。直到乾隆皇帝，他主导编纂了详细记录清代皇官所藏书画珍品的旷世巨著——《石渠宝笈》，里面明确写出此画的名字为《千里江山图》卷，才让这段绵延600年的迷案最终水落石出。 《千里江山图》卷中作者用绿色和蓝色将层叠山峦的变化起伏展现得惟妙惟肖，并且色彩至今依然鲜艳夺目，让人感受到千里江山之恢宏壮丽。画中的绿色与蓝色便是石绿与石青。石绿就是孔雀石，孔雀石的主要成分是碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]，由于颜色酷似孔雀羽毛的颜色而得名。孔雀石是一种在东西方都广泛使用的绿色矿物颜料，例如1981 年，人们在修复意大利画家波提切利的著名壁画《春》时，发现虽然过去了500多年，画上的绿色竟然没有变色，化验之后才知道画家采用了磨碎的孔雀石当颜料。
波提切利 《春》 孔雀石的颜色之所以经久不变，就是因为碱式碳酸铜已经是铜生锈之后形成的较为稳定的产物了，因此很难在自然条件下发生进一步变化。而石青则是 “丹青”的“青”。石青是一种蓝色矿物颜料，也被称为蓝铜矿。从名字中就可以看出，这种矿物也含有铜元素。石青的化学式与石绿极其相似为[Cu2(OH)2CO3·CuCO3]，可以看成是碱式碳酸铜上再增加一分子的碳酸铜而形成的复盐，所以石青和石绿是共生矿物。
千里江山图（局部） 朱砂是一种天然矿物，主要成分为硫化汞（HgS)。由于其具有鲜红的色泽，因而在中国传统国画中被当作红色颜料。皇帝在批阅奏折的时候用的是红色墨汁，这个红色就来自朱砂，所以皇帝的批阅也叫作“朱批”。其实古罗马的艺术装饰、西方中世纪的彩绘手稿，甚至是有的女性点在眉心的红色吉祥痣也使用了朱砂。 朱砂最初被中国古人喜爱，并不是因为它能作为颜料，而是可以炼丹。“长生不老” 是人类永恒的追求，古人也不例外。古人发现，朱砂用火加热便能产生可以流动的水银（也就是汞单质Hg），这种神秘莫测的性质让古人以为朱砂能制成长生不老的仙药。水银和朱砂都有剧毒，那些追求长生不老的人其实比普通的人死得更早，不得不说是滑稽至极。在著名的书画艺术藏品上题字或盖章，被认为是无数文人骚客的无上荣光，而盖章所用的红色印泥也同样离不开朱砂。例如我国著名的“八宝印泥”是将朱砂、麝香珍珠、玛瑙、珊瑚、冰片，甚至还有金粉等均匀混合，研磨成粉，加入蓖麻油，最终化为泥状。这种红色印泥鲜艳夺目，细腻浓厚，气味芬芳，永不褪色。“八宝印泥”不光可以作为盖章的印泥使用，印泥本身也成为我国传承传统文化的艺术珍品。
通过化学解释，曾经轰动一时的故宫鬼故事（有人在雨天的时候看见故宫的墙上有宫女的身影）也有可能是真实存在的。因为宫墙是红色的，含有三氧化二铁，而闪电可能会将电能传导下来，如果碰巧有宫女经过，那么这时候宫墙就相当于录像带的功能，如果以后再有闪电巧合出现，可能就会像录像放映一样再出现一遍。
敦煌壁画 在化学合成颜料研制出来前，矿物质颜料广泛应用在绘画中。黄色作为广泛使用的色彩之一，对应的颜料却没有更多的选择。无论在东方还是西方，人们都把眼光聚焦到了一种罕见的清晰明亮的黄色颜料雌黄。例如在我国甘肃敦煌莫高窟的壁画中，就使用雌黄作为黄色颜料为壁画上色。雌黄，主要成分是三硫化二砷(As2S3)，有剧毒，是雄黄（二硫化二砷，可以作为中药，长江中下游地区端午节有喝雄黄酒的习惯）的共生矿物，所以雄黄和雌黄有“矿物鸳鸯”的说法。
《向日葵》与《梵高自画像》 由于雌黄具有强烈的毒性，西方就发明了铬黄代替雌黄。铬黄的主要成分是铬酸铅(PbCrO4)，是一种给人以温暖体验的黄色颜料。梵高著名的油画《向日葵》就大量使用了铬黄来描绘金色的向日葵。但是，铬黄中含有的两种金属元素——+2价铅元素和＋6价铬元素也依然具有生物毒性。梵高在三十多岁就患上了严重的癫痫，也许就与他长期接触铬黄等有毒颜料密切相关。
在古代，紫色颜料昂贵且稀少，所以紫色总是被视为一种尊贵的颜色，是贵族和王室的象征。泰尔紫由于具有鲜艳的紫色，故而成为最为昂贵的颜料之一。泰尔紫需要从海螺的腺体中提取，有人曾尝试从12000个海螺中提取，但也仅仅采集了1.4克的泰尔紫，可见它的稀有与珍贵。由于其高昂的价格，泰尔紫仅仅被用来为古罗马君主的长袍进行上色。 紫色染料稀缺的局面在1856年被英国化学家珀金打破。他在实验室中尝试人工合成一种治疗疟疾的天然药物奎宁。然而在一次提纯实验中，他意外地将重铬酸钾加入到苯胺硫酸盐中，结果瓶底出现了具有夺目紫色的沥青状残渣—苯胺紫。这种物质色牢度很好，珀金立刻意识到这种能够廉价提取的紫色物质可以作为紫色染料。1857年，珀金建立了世界上第一家生产苯胺紫的工厂，由于苯胺紫价廉物美，珀金很快就成了巨富。随着苯胺类染料的不断广泛使用，微生物学家在尝试用苯胺染料为细菌染色的过程中意外发现苯胺染料居然有抑制细菌繁殖的作用！ 依照这个思路，1932年，德国药物学家多马克发现一种苯胺类染料的衍生物-—百浪多息(偶氮磺胺)，它对链球菌具有极好的疗效。在自己的女儿感染链球菌生命垂危之际，多马克尝试使用百浪多息成功挽救了女儿的生命，成为人类合成药物史上的一段佳话。
查士丁尼一世 土耳其伊斯坦布尔 马赛克镶嵌壁画
查士丁尼将法典交给特里波尼安（拉斐尔绘） 对紫色的垄断直到十五世纪拜占庭帝国衰败后才消退十九世纪第一批合成染料投放市场紫色才逐渐普及起来。 潜藏在艺术作品中的化学：
大卫 ·丹尼尔斯《炼金术士》(1640--1649） 丹尼尔斯是以风景画和风俗画为主的佛兰德尔画家，与许多这类作品一样，画家对炼金术士无望的研究蕴含了一点讽刺。
世界名画里还有一幅由文艺复兴时期画家乔瓦尼·斯特拉达诺所绘的《炼金房》，系按照大公爵弗朗西斯科的私人炼金房绘制，其规模要大得多，有点像今天的小型工厂。 磷元素的发现由于炼金术的活动始终笼罩在神秘的令人好奇的薄纱里，所以上述的艺术作品也只能够反映出炼金术士活动的一般场景。唯有英国画家约瑟夫·赖特(1734—1797年)创作的著名油画《磷的发现》(1771年)，描述了炼金术史上的一次重要突破——发现了磷元素。
17世纪的荷兰画家阿德里安·范·奥斯塔德(1610—1685年)，在其作品《炼金术士》中再现了当时炼金术士的工作环境。 画中一位炼金术士正在用牛皮鼓风机向火炉里吹风，实验桌上的玻璃杯、碗、研钵，以及地面上的坛坛罐罐和锃亮的铁锅都被画得富有质感，显示出荷兰画家善于用光色的特点。 中世纪欧洲非常流行的炼金术基本上都遵循了这样的思路：把铜、锡、铅、铁4种金属熔炼成一种合金，用水银气使合金变白，即赋予它银的灵气，再加一点金子为发酵剂，使全部合金变成黄金，犹如酵母发馒头。
丢勒 版画 15世纪开始了文艺复兴运动，金属蚀刻技术开始应用于版画艺术。这种腐蚀法是把铜板表面先涂满一层防腐蚀的蜡，然后用针笔在蜡层上绘画，划过之处表面的蜡层被刮去，再把铜板放入酸液，没有蜡层的部分被腐蚀产生凹痕，与酸液接触的时间长短还能决定凹痕的深浅。化学技术在艺术领域开始登场了，酸液代替了刻刀，省去不少力气，画作线条也能表现得更生动。 艺术和科学没有分水岭，人类在追求艺术的同时也推动了材料的进步、科技的进步，进而推动了生产力的进步、社会的进步。艺术是最高的科学，而科学是最高的艺术。 参考资料：《万物有化学》接力出版社 《画中有话——解读名画中的科学元素》林凤生著 《中国画颜色的研究》于非闇著 陕西历史博物馆官网 百度百科 |
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日己觥（gong），西周中期，陕西省扶风县齐家村出土
