《人类科学技术史-151》中国古代的炼丹术与化学

中国古代的炼丹术与化学
1.炼丹术与化学

中国炼丹术源远流长，持续了2000余年。虽然说是兴起于秦汉之际，但早在原始社会时期就已形成万物有灵和万物由神主宰的观念，这无疑是它的先声。随着医学的进步，到春秋战国时期，长生不老的思想盛极一时，并把希望寄托在仙药、神灵的身上，于是神仙之说大兴，寻药、求仙活动也蓬勃发展起来，尤其是北方的燕、齐，南方的楚国，广泛流传着关于神仙和不死仙药的传说。在这种背景下，作为原始宗教迷信的信徒及执行者的巫人逐渐变成方士，专门从事求仙及寻药活动，成为神仙说和不死奇药说的鼓吹者和编造者。秦统一中国后，秦始皇一心欲求长生不老之药，遂大肆搜求，海内游遍不遇，海上寻仙又受挫，在这种情况下，一些方士便鼓吹黄金、白玉、云母为仙物，食后可不老，并开始制造丹砂，从此便揭开了中国炼金术的序幕。炼丹术的出现在客观上为化学的发展积累了一些知识。公元前2世纪的《淮南万毕术》中就载有"朱沙为澒(gong汞）"即从硫化汞中提取汞的化学知识。

应该说，中国炼金术正式起源于西汉初年，到汉武帝(公元前140年-前88年）时，方士倍受尊重，民间形成了炼丹热潮。自从东汉张道陵创立道教后，炼丹术便为道士们所掌握，并成为他们立教的基础；他们倾心修炼，四处采药，足迹遍及半个中国。

东汉初出现了《黄帝九鼎神丹经》，记载了用丹砂、雄黄、黄丹等可炼制丹药、以及九种神丹大药的炼制方法。该书被认为是中国最早的丹书。公元2世纪，东汉魏伯阳(约公元100-170年，名翱，号伯阳，后人称为云牙子，会稽上虞人。）曾著《周易参同契》，该书被称为世界上现存最早的炼丹术专著。书名大意是周易、黄老、炉火三家理论参照而契合为一。全书共3卷，内容大致是用《周易》爻象的神秘主义思想来论述炼丹、修仙的方法，在涉及物质变化的理论中描述了汞有挥发性并能与硫化合；第一次记载了用两种元素合成的化合物。描述了把红色硫化汞加热分解成水银，将水银和硫磺加热，升华成红色硫化汞，这是化学发展史上最早的人工合成化合物的方法。书中还记载了铅丹(即四氧化三铅）能被炭还原为铅；提出了影响物质起化学变化的配方比例的概念；这种概念虽然表述得不十分清楚，但在客观上为化学的发展积累了知识。

到魏晋南北朝时期，中国的炼丹术已相当成熟，一些医学家和炼丹家对过去几百年所积累的炼丹知识进行总结，从中吸收有益的东西，先后撰写出了《太清丹经》、《五灵丹经》、《三皇内文》、《岷山丹法》等200多种丹经、道书，出现了一派繁荣的景象。

著名医学家葛洪采众家之长，写成《抱朴子》一书，共20卷，论述了战国以来的神仙家理论，并对炼丹术的指导思想、理论基础，以及当时炼丹术所取得的成果作了全面系统的总结，主张内修与外养相辅相成，不能顾此失彼；提出要想不老如仙，必须既外服金液、还丹等神丹火药，又要内练自身，包括凝练精气、保精守一、导引行气、闭息归真、调协阴阳、还精补脑、食饮有度、兴居有节。外篇50卷为政论性部分，宣扬儒家思想，主张人人都能得道成仙，提出以神仙养生为内，儒术应世为外的政治主张。

由于葛洪的潜心研究，因而在炼丹术方面有很高的成就，当时他已经掌握诸如化合、分解、置换、升华等化学反应方面的知识，葛洪发现了化学反应的可逆性，他说："丹砂烧之成水银，积变又还成砂"。他又说："铅性白也，而赤之为丹(即四氧化三铅）；丹性赤也，而白之为铅"。这是化分与化合，氧化与还原的朴素的表述。这些成就，使其成为现代化学的先驱人物。而《抱朴子》一书也是现存的最完整、最系统、最严密的炼丹术专著。

中国炼丹术的发展，给中国古代化学的进步以极大的促进，主要表现在医药化学和黑火药的出现等两方面。炼丹术士们为后世留下了相当丰富的矿物性医药制剂的丹方和制药方法，主要的有火法炼丹和水法炼丹。火法炼丹指不加水进行焙炼。大致工序为：煅(长时间高温加热）、炼(对干燥物继续烧炼）、炙(温火局部烘烤）、熔(高温熔化）、抽(蒸馏、升华）。已使用了丹砂、铅等矿物，已知汞、丹砂、黄丹(即四氧化三铅）的制法。水法炼丹是利用物质在液体溶液中的复杂反应而制丹药。工艺步骤是：化(加热使物质溶化）、淋(将固体溶解）、封(密封起来，埋于地下或长期置于黑暗处）、煮(放在水中加热）、熬(长时间高温加热）、养(较低温度加热）、酿(置于含碳酸的容器中或阴暗潮湿处，令其变化）、点(用少量药点化）、浇(冷却）。可能还有过滤、结晶的过程。一般情况下是把药物(醋、硝石、水银）放入一耐腐的溶解槽中，能很容易溶解黄金等。有时还放入石胆(硫化铜）来催化丹砂(硫化汞）等溶解。正是掌握了这些知识，汉初出现了用铁加入硫酸铜中加热得铜的置换反应。南北朝时的陶弘景发现将醋、碱性硫酸铜(或碱性碳酸铜）、涂铁加热可得到熟铜。这是世界上最早的胆水炼铜法，比欧洲早1000多年，为后来胆水炼铜法奠定了基础，是化学史上的一大贡献。

炼丹术与医学无严格界线，炼丹家在当时几乎都是医学家，可以这么说，中国明代以前医药化学的成熟主要是从炼丹家的活动中取得，而见于炼丹家著作中的矿物药剂的丹方，主要在后来的医疗实践中得到检验与发扬光大。

而炼丹家们在医药化学方面的成就主要集中在汞化学、铅化学与砷化学方面。在汞化学中，水银的升炼有着重要的意义。最先人们利用的可能是天然水银。春秋战国时，开始用低温焙烧法从丹砂中烧炼水银，其反应如下：HgS＋O2＝Hg＋SO2↑

东汉以后，出现了在密闭系统中加热分解丹砂。冷凝水银的生产方法是采用下火上凝的方式，但生产效率低。当时炼丹士们已知在空气中加热水银，会变成红色氧化汞(称作神丹，为"还丹"之一），以及"黄芽"(可能是硫磺）与水银化合成黑色硫化汞(称为"青砂头")，并逐步探索制取"灵砂"，成为中国古代汞化学中的最大成就。东汉时炼丹家们将水银、硫黄、盐放在一起升炼，得到了甘汞(Hg2Cl2），东晋时，炼丹家又在升炼水银、硫黄、盐、硝石过程中得到了升汞(HgC12)，成为两种重要的药物。另外，汞化学还包括鎏金术。因水银可与金、银、铅、锡等形成汞齐，而由汞齐又可提出金、银来。

在铅化学中，人们最早知道了铅粉(即胡粉、碱式硫酸铅），并用作化妆粉、颜料、琉璃釉料。铅粉很容易在加热中生成黄色氧化铅(即黄丹，又称玄黄），再进一步焙烧，可生成四氧化三铅(即铅丹）。东汉时人们用吹灰法提炼金银中发现了黄丹的制法。

含砷矿物如雄黄、雌黄、礜石、砒黄、石等也是炼丹家们常用之物。葛洪在《抱朴子》卷11《仙药》中曾指出：将雄黄、猪大肠、少量硝石三物合炼。即可得到单质砷，这应是中国古代砷化学的最大成就。

炼丹家在长期炼丹活动中，不断接触并使用硝石、硫磺与木炭。用这三种物质则能制成火药。早在公元前3世纪至前1世纪的秦汉时期，当炼丹术从开始走向兴盛之际，人们已掌握了硝石的一些性能。东汉时成书的《神农本草经》中就有熔炼硝石能得膏泥的记载。早期的术士们曾把五金、八石、三黄(硫黄、雄黄、雌黄）、汞、硝石、炭、松脂以及多种草术药品混合共炼。以求制成"金银"和长生不老药。用硝石与三黄、炭、松脂共炼时，则极易燃烧、爆炸。这种现象孕育了火药的发明。著名炼丹家葛洪在公元300年左右，曾将硝石、硫和含炭物混合起来，就已接近原始火药。虽然他们没有给火药定义，但这与民间流传的"一硝、二磺、二木炭"的火药简易配方是一致的，其化学反应与现代的简易配方与反应式"2KNO3＋3C＋S＝N2↑＋3CO2↑＋K2S＋169千卡"很相似。所以可以说他们已经制成了黑火药。

到了公元650年左右唐代的名医孙思邈在他的著作《丹经》一书中，提出了火药的一种配方，将硫磺、硝末、木炭制成一种可燃烧的粉，用来发火炼丹。在古籍《诸家神品丹法》中已有记录，这说明到了唐代，火药的配制技术已经提高、并走向成熟。至于火药用于军事上的最早记载其说不一，一说汉代已有填装硝黄混合物的竹筒，已具有原始火器的雏形，而北魏郦道元(约公元460～527年）的《水经注》记载：公元228年，诸葛亮率兵围攻陈仓，魏明帝派将军郝昭守城，"昭以火射连石拒之，亮不利而还"。而郝昭所用的火器则是魏明帝宫中的兵器制造师马钧所发明的。这应是把火药用于军事上的最早记载。

炼金术从本质上来讲是不科学，反科学的。所炼之金丹不仅不能使人长寿成仙，反而会使人们命丧黄泉。但其理论上也存在着合理的部分。葛洪说："变化者，乃天地之自然，何嫌金银不可以异物作乎。"正是这种具有朴素辩证法性质的思想，促使炼丹家们作了大量的化学实验活动，诸如蒸馏、升华、溶解等。并且从中发现了诸如化合与分解、酸与碱中和、氧化与还原及金属置换等化学变化规律。同时，认识了许多元素和化合物，发明了许多化学实验器具。所以恩格斯(1820年-1895年）把炼金术称作是化学的"原始形式"。也正是这原始的形式为世界化学的发展产生了推动和促进作用。

7世纪，中国古代的炼丹术传入阿拉伯，在12世纪时，阿拉伯的炼金术传到欧洲，欧洲的炼金术从15世纪开始衰落，17世纪燃素说兴起，炼金术彻底衰亡。但古代炼金术的产生与发展为近代化学的发展奠定了基础，则是世人所公认的。

2.杀虫剂的发现与使用

杀虫剂的发现与使用，在化学发展史上应有一席之地。中国是世界上最早发明和使用杀虫剂的国家之一。公元前2世纪时，《淮南万毕术》中就明确记载："夜烧雄黄，水虫成列。水虫闻雄黄臭气，皆趣(趋）火。"雄黄就是一种解毒杀虫药。始载于《神农本草经》。汉魏医家吴普称："生山元阳，故日雄，是丹之雄，所以名雄黄也。"雄黄主含二硫化二砷，具有解毒杀虫功能。雄黄遇热分解，燃烧后就会产生三氧化二砷(砒霜）和二氧化硫，可直接杀灭虫子。由此可见，中国古代的医家不仅对雄黄的性味和功能有所了解，发现了雄黄这种杀虫剂，而且也掌握了用燃烧加热使其分解的使用方法，从而收到了"水虫闻雄黄臭气皆趣火"的杀虫效果。汉代成书的《神农本草经》中，也有用硫化砷和汞等药物杀灭寄生虫的记载。《本经》中认为硫化砷(含砷的结晶矿石雄黄）、辛、温、有毒。"主寒热、恶疮、疽痔、死肌、杀百虫、毒肿。"因此借其毒性以毒"杀百虫"。汞是剧烈消毒物，用于杀虫效果较好，但因当时价格昂贵，因此使用并不普遍。

在欧洲，直到1763年才由瑞典人席勒制成杀虫药剂。比中国晚了近2000年。

值得一提的是，中国魏晋时期就已将杀虫剂用于造纸和农业防虫方面。晋代人们就采用黄蘖汁浸渍麻纸，制成防虫纸。黄蘖汁是用中药黄连制成的，而且黄蘖碱是黄连的主要成份之一，具有较强的抗菌、杀虫作用。在当时，能发现和认识黄蘖碱的抗菌作用，并成功地应用在造纸业上，说明当时对黄蘖碱的杀虫作用已有了深刻地了解，并掌握了这方面的加工制作技术。公元533至544年，著明农学家贾思勰成书的《齐民要术》，也记载了利用艾蒿杀虫、驱虫的作法，并对麦种进行防虫的方法。由此可见，中国古代，防虫剂的发现与应用的成果甚为丰硕。而这些成果又从另一个侧面充分地说明了中国古代化学所取得的进步。