引言

 

现代化学已经发展到了令人叹为观止的地步——它不仅揭示了物质变化的深层奥秘，更创造出了无数自然界原本不存在的人造物质，可谓真正实现了古人所梦想的“夺天地之造化”。然而，任何一门成熟的科学都经历过幼稚的阶段。

对于化学而言，这个“原始形式”正是炼金术或炼丹术——正如恩格斯所指出的那样。

 

 一、炼丹术的历史源流

 

炼丹术是古人为了追求“长生不老”而炼制丹药的方术。这一方术在我国起源甚早。据《汉书·刘向传》记载，淮南王刘安（前179-前122）在其《枕中鸿宝秘苑书》中提到，战国时期的邹衍（约前305-前240）著有“重追延命方”，这很可能就是我国古代丹方的鼻祖。可惜此方未能传世，刘安之书也已散佚，具体内容无从查考。不过，《战国策》中有方士向荆王献“不死之药”的记载，《史记》对秦始皇求“仙药”以及派方士徐福率童男童女数千人入海求仙的故事叙述甚详。这些史料足以证明，我国炼丹术在先秦时期确已萌芽。

 

到了西汉，武帝刘彻（前156-前87）以更大规模求仙访药。他采纳方士李少君的建议，在宫中设立丹灶，亲自从事炼丹。从此，炼丹之风在封建统治阶级中开始盛行，历经宋元而不衰。历代涌现出众多烧丹炼汞的方术之士，即我们今天所说的炼丹家。

 

 二、炼丹术的三大研究领域

 

我国古代的炼丹活动（以锻炼身体为主的“内丹”除外），涉及自然科学的诸多领域，其核心内容可概括为以下三个方面：

 

第一，利用各种无机物（包括矿物和金属），通过化学处理研制长生药的探索；

 

第二，为制造药用的人造“金”“银”而进行的冶金技术研究；

 

第三，为寻找植物性长生药而开展的药用植物研究。

 

炼丹术所追求的目标固然荒诞，其所依据的理论也大多带有唯心主义和迷信色彩——这正是它在流行一千多年后最终让位于本草学（即包括制药化学在内的中国传统药物学）的根本原因。然而，历代炼丹家在广大劳动人民生产实践经验的基础上，亲自采药、制药，进行了大量实验，在炼丹实践中对自然现象进行了细致的观察与研究。正是这些实践，使他们在科学技术特别是化学方面取得了诸多重大成就，为后人留下了宝贵的遗产。

 

 三、火法炼丹及其化学成就

 

我国古代炼丹的方法可分为火法和水法两大类。

 

所谓火法，主要是指带有冶金性质的无水加热法。东汉炼丹家魏伯阳在《周易参同契》中提到，当时有《火记》六百篇，专门讲述火法。可惜此书早已失传。据晋代葛洪《抱朴子内篇》及后世炼丹著作记载，火法大致包括煅（长时间高温加热）、炼（干燥物质加热）、炙（局部烘烤）、熔（熔化）、抽（蒸馏）、飞（又称升，即升华）、伏（加热使药物变性）等方法。

 

 （一）丹砂与汞的化学研究

 

炼丹术最早的研究材料很可能是丹砂（红色硫化汞），采用的就是火法。红色硫化汞经加热会分解出水银，水银与硫黄化合生成黑色硫化汞，再加热使其升华，又恢复为红色硫化汞。水银作为金属却呈液态，圆转流动，易于挥发，与寻常物质迥然不同。这些神奇现象使古人深感惊异，炼丹家们一直试图利用这些物质制成具有神奇功效的“还丹”，又称“神丹”。《抱朴子·金丹篇》称：“神丹既成，不但长生，又可以作黄金。”也就是说，这种“神丹”兼具使人长生和“点铁成金”的双重功效。

 

古代炼丹家为了炼制“九转还丹”，反复进行汞的实验，对其变化了如指掌。西汉刘安在《淮南万毕术》中记载：“丹砂为澒（汞）。”东汉魏伯阳的《周易参同契》生动地描绘了水银易挥发、易与硫黄化合的特性，并讲述了在丹鼎中升华后“赫然还为丹”的过程。晋代葛洪在《抱朴子·金丹篇》中将其总结为：“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂。”这些结论无疑来自长期的实验积累。

 

到了唐代，陈少微《九还金丹妙诀》所载的“销汞法”（用汞和硫黄制丹砂法）已经相当精确细致——汞与硫黄的分量有固定比例，加热有特定火候，操作有规范程序，最终达到“化为紫砂，分毫无欠”的效果（紫砂即丹砂）。这种方法与现代化学相比已相差无几。红色硫化汞有天然和人造两种：天然产即丹砂（湖南辰州所产称辰砂），人造的叫银朱或灵砂。人造红色硫化汞是人类最早用化学合成法制造的产品之一，这是炼丹术在化学上的一项重大成就。

 

 （二）汞化合物的深入研究

 

由于炼丹家从很早就开始研究水银的变化，他们对水银的其他化合物也有深入探索。例如，唐人炼丹著作《太清石壁记》记载了“造水银霜法”（水银霜即升汞或氯化亚汞）：先将水银和锡分别在不同温度下加热，制成锡汞齐，然后捣碎加盐，加入太阴玄精（氯化镁）、敦煌矾石或绛矾，用朴硝末覆盖，加热七昼夜。从现代化学角度看，汞与氯化钠、硫酸钠共热能生成氯化汞，氯化汞与多余的汞反应又会生成氯化亚汞。这个方法虽然复杂，但后世生产水银霜的方法已大为简化。

 

关于汞与其他金属形成汞齐的作用，古人在炼丹实践中早已注意到。魏伯阳所谓“卒得金华，转而相亲，化为白液，凝而至坚”，描述的就是汞的这种性质。他们制成的汞合金，除锡汞齐外，还有金、银、铅等金属的汞齐。刘安的《淮南子·修务训》说，“明镜”要“粉以玄锡”，“玄锡”就是铅汞齐，古代用作铜镜的抛光剂。南北朝陶弘景指出：水银“能消化金、银使成泥，人以镀物也。”这说明金银汞齐的制作方法在南北朝时已普遍用于生产。

 

宋人《诸家神品丹法》中的“化庚粉法”，就是利用金汞齐制造金粉的方法：先制成金汞齐，加入食盐，蒸发掉水银，溶掉食盐，留下的就是粉末状黄金。宋人《感气十六转金丹》中的“十四转紫河车法”则更为复杂：丹砂四两、雄黄四两、生汞二两，同研成粉末，在丹炉中密闭加热六十日，制成所谓“紫河车”。用少许紫河车可以“干汞一两，其色转黄”。这些实验虽然未能实现“点汞成金”的梦想，却大大扩展了人类对自然现象的认识。

 

 （三）铅及其化合物的研究

 

金属铅及其化合物在我国出现很早。大约在汉代以前，劳动人民已在制造化妆用的胡粉（碱式碳酸铅）。“胡粉投火中，色坏还为铅”（《周易参同契》），这一变化引起了炼丹家的高度重视，将其作为重要研究对象。他们不仅用铅制造铅汞齐，还用它制备黄丹（四氧化三铅）。《抱朴子·黄白篇》说：“铅性白也，而赤之以为丹；丹性赤也，而白之以为铅。”后世炼丹家对铅化合物还有更多研究。例如唐代清虚子《铅汞甲庚至宝集成》中的“造丹法”，用铅、硫、硝三种物质经熔化和“点醋”等工序，制得一种叫“黄丹胡粉”的粉末，可能是不纯的醋酸铅。

 

 （四）黄白术：人造金银的探索

 

“金性不败朽，故为万物宝。”（《周易参同契》）炼丹家认为，服用金银矿物等“不败朽”之物，可使人的血肉之躯也同样“不败朽”。因此，他们不仅要设法服用这些物质，还要用人工方法炼制药用金、银。从汉朝刘彻、刘安开始，众多帝王将相、豪门贵族都曾招致炼丹家替他们炼金。这一目标在当时虽不可能实现，但炼丹家在冶金方面却有不少发明创造。

 

葛洪在《抱朴子·黄白篇》中提到，当时有《神仙经·黄白之方》二十五卷，共一千多方子，另有《黄白中经》等书，讲的都是炼“金”“银”的方法，统称“黄白术”。他还提到锡、铅、汞等可用药物化为“金”“银”，说明晋代炼丹家已能利用各种贱金属制成黄色或白色的合金。南北朝陶弘景在《名医别录》中说，雄黄“得铜可作金”，表明当时已知利用含砷矿物炼制铜砷合金。到唐五代时期，据《宝藏论》记载，市面上流行的假金有十五种，假银有十二种，都是用药物“点”“化”而成。这种炼金活动在我国古代盛极一时，直到宋代仍未结束。宋真宗赵恒就曾命方士王捷用铁炼制“鸦觜金”，铸成金龟、金牌赐给近臣。

 

 （五）伏火法与火药的发明

 

炼丹家对于硫黄、砒霜等具有“猛毒”的金石药，在使用前需先用火煅烧的方法“伏”（驯服）一下，使其失去或减少毒性。这种手续叫“伏火”。伏火法起源很早，有时只用火煅烧，有时另加其他易燃药物。

 

唐初孙思邈（581-682）有“伏硫黄法”：硫黄、硝石各二两，研成粉末放石锅中，用三个皂角（含碳）引火，使硫和硝起火燃烧，火熄后再用生熟木炭三斤拌炒，至炭消三分之一为止。唐宪宗元和年间（806-820），炼丹家清虚子有“伏火矾法”，所用药物为硝石、硫黄各二两，马兜铃（含碳）三钱半，与孙思邈的配方几乎完全相同。这些伏火方子都含有碳素，且伏硫黄加硝石、伏硝石加硫黄，说明炼丹家有意使药物容易起火燃烧以去除“猛毒”。

 

正是由于经常因给药物“伏火”而引起丹房失火事故，唐代炼丹家获得了一项重要经验：硫、硝、炭三种物质可以构成一种“火药”。大约在晚唐时期，这一配方已由炼丹家转入军事家之手，这就是我国古代四大发明之一的黑色火药。

 

 （六）单质砷的制备

 

火法炼丹的另一重大成就，是单质砷的制备。葛洪《抱朴子·仙药篇》记载了六种处理雄黄的方法，最后一法是用硝石、玄胴肠（猪大肠）和松脂“三物炼之”。雄黄（As₂S₂）与硝石（KNO₃）同炼，可收集到三氧化二砷（As₂O₃），再先后用含碳的猪大肠和松脂炼制两次，即被还原为纯净的单质砷。这是世界上最早的制备单质砷的方法，比13世纪日耳曼炼金家大阿尔伯图斯（约1200-1280）制取砷的方法早了整整九百年。

 

 四、水法炼丹及其化学成就

 

古代炼丹家对于金石药，一方面要将其炼成固体的丹，另一方面又要将其溶解成液体。因此，在溶解金石药的长期实践中，他们对水溶液中的复杂反应积累了相当丰富的经验知识。

 

《道藏》洞神部众术类有《三十六水法》，可能是晋代以前的著作，保存了古代炼丹家溶解三十四种矿物和两种非矿物的五十四个方子。《抱朴子·金丹篇》也记载了许多同类丹方。这些古方加上唐宋时期的记载，使后人得以略知古代水法炼丹的大概。

 

 （一）水法的主要操作方法

 

水法炼丹处理药物的方法，大致有以下几种：化（溶解，有时也指熔化）、淋（用水溶解出固体物的一部分）、封（封闭反应物质，长期静置或埋于地下）、煮（在大量水中加热）、熬（有水的长时间高温加热）、养（长时间低温加热）、酿（长时间静置在潮湿或含碳酸气的空气中）、点（用少量药剂使大量物质发生变化）、浇（倾出溶液使其冷却）、渍（用冷水从容器外部降温），以及过滤、再结晶等。

 

 （二）华池与硝石的关键作用

 

用水法制备药物，首先要准备“华池”——即盛有浓醋的溶解槽（有时用缸、盆等代替），醋中投入硝石和其他药物。硝石（古书原作“消石”），因其能“消七十二种石”，在我国炼丹术中地位极为重要。它在酸性溶液中提供硝酸根离子，起类似稀硝酸的作用，能溶解许多金属和矿物。我国古代炼丹家有意识地在醋酸中加入硝石，从现代化学角度看，这是将酸碱反应和氧化还原反应统一起来运用，在化学史上是一种创举，即使在今天也不失为一种有效的方法。

 

 （三）黄金的溶解

 

《抱朴子·金丹篇》载有“金液方”，用来溶解金的药物除醋、硝石、戎盐等外，还有一种“玄明龙膏”。据唐人梅彪《石药尔雅》记载，这一名称可指水银，也可指醋（玄明）和覆盆子（龙膏）。按照《金丹篇》的说法，将黄金连同药物封在华池中静置一百日，就会慢慢溶解而“成水”。

 

从现代化学知识来看，金的化学性质极不活泼，一般化学方法无法使其溶解，只有四种方法例外：溶于王水等能产生氯、溴、碘的浓酸混合液；溶于氯水生成三氯化金；溶于水银生成金汞齐（含金量不超过15%时为液态）；在有空气存在下溶于碱金属氰化物的稀溶液。金液方所用药物中，水银和覆盆子的醋浸液恰好对应后两种方法——若用水银，它能溶解金；若用醋和覆盆子，未成熟的覆盆子果实中含有氢氰酸，华池的醋浸液中含有氰离子和其他药物提供的钠、钾离子，只要有空气存在，金也可缓慢溶解。黄金如此难溶，而金液方中恰巧有能溶解金的水银和氢氰酸存在，这显然是炼丹家经过大量实验后获得的结果。在那么早的年代出现溶解金的方法，堪称化学史上的一项重大成就。

 

 （四）硫黄的溶解与多硫化物的制备

 

《三十六水法》有“硫黄水”，所用药物包括硫黄、白垩、醋和尿（氨水）等。用这些东西制成的溶液，应当含有多硫化钙。这种物质能使金属改变颜色，与金属盐生成有色沉淀，甚至能侵蚀贵金属。炼丹家制造这样的溶剂，似乎也是将其视为一种万能的“神丹”。

 

 （五）硫酸钾的制取与结晶技术

 

《黄帝九鼎神丹经诀》记载了制取硫酸钾的方法：用热水溶化朴硝和硝石，取澄清的混合溶液加热蒸发浓缩，然后在小盆中用冷水从外部降温，经过一夜，溶液中生成的硫酸钾便慢慢结晶析出。这是利用溶解度差异制取药物的方法，也是化学史上的一项创造。

 

 （六）金属置换反应的发现

 

水法炼丹的另一重要发现，是水溶液中的金属置换作用。炼丹家早有金属互相“转化”的理论，为了制作“药金”，梦想找到使贱金属转化为黄金白银的方法。从很早的时代起，他们就注意到溶液中金属互相取代的现象，并将其误认为金属的“转化”。

 

西汉《淮南万毕术》已有“曾青得铁则化为铜”的记载（曾青即硫酸铜）。晋代葛洪进一步观察到，“以曾青涂铁，铁赤色如铜，外变而内不化也。”南北朝陶弘景将实验扩大到硫酸铜以外，发现鸡屎矾（碱式碳酸铜或碱式硫酸铜）的性质与曾青相似，可以用来“合”（制造）“熟铜”。这些实验对金属置换现象作了最早且相当细致的描述。这一发现后来得到发展，成为湿法冶金中“胆铜法”的起源。

 

 五、炼丹术所用的药物

 

炼丹术所用的药物与化学的产生密切相关。需要说明的是，炼丹与医药本有密切关系，古代许多炼丹家兼搞医药，医家也兼搞炼丹，著作界限往往并不清晰。例如东汉的《神农本草经》虽是现存最古的本草学著作，但书中将丹砂列为上品第一，将炼丹常用的四十多味金石药分别列入上、中、下三品，且明确划分等级的标准是“上药令人身安、命延、升天、神仙”这已颇有炼丹术的意味。至于确系出于炼丹家之手的医药著作，如葛洪的《肘后备急方》、陶弘景的《名医别录》、孙思邈的《千金翼方》等，更是如此。

 

根据化学史家袁翰青（1905-1994）依据炼丹文献所作的不完全统计，炼丹所用药物包括无机物和有机物在内，总共约六十多种。现分类列述如下：

 

元素类：汞、碳、锡、铅、铜、金、银等。

 

氧化物类：三仙丹（HgO）、黄丹（PbO）、铅丹（Pb₃O₄）、砒霜（As₄O₆）、石英（SiO₂）、紫石英（含Mn）、无名异（MnO₂）、赤石脂（Fe₂O₃）、磁石（Fe₃O₄）、石灰（CaO）等。

 

硫化物类：丹砂（HgS）、雄黄（As₂S₂）、雌黄（As₂S₃）、礜石（FeAsS）等。

 

氯化物类：盐（包括戎盐、冰石等，NaCl）、硇砂（NH₄Cl）、轻粉（Hg₂Cl₂）、水银霜（HgCl₂）、卤咸（MgCl₂）等。

 

硝酸盐类：硝石（KNO₃或NaNO₃）。

 

硫酸盐类：胆矾（CuSO₄·5H₂O）、绿矾（FeSO₄·7H₂O）、寒水石（CaSO₄·2H₂O）、朴硝（Na₂SO₄·10H₂O）、明矾石（K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·2Al₂O₃·6H₂O）等。

 

碳酸盐类：石碱（Na₂CO₃）、灰霜（K₂CO₃）、白垩（包括石钟乳等，CaCO₃）、炉甘石（ZnCO₃）、石曾（Cu(OH)₂·2CuCO₃）、空青（Cu(OH)₂·CuCO₃）、铅白（Pb(OH)₂·2PbCO₃）等。

 

硼酸盐类：蓬砂（Na₂B₄O₇）。

 

硅酸盐类：云母（白色，H₂KAl₃(SiO₄)₃）、滑石（H₂Mg₃(SiO₃)₄）、阳起石（Ca(Mg,Fe)₃(SiO₃)₄）、长石（K₂O·Al₂O₃·6SiO₂）、不灰木（石棉，H₄Mg₃Si₂O₇）、白玉（Na₂O·Al₂O₃·4SiO₂）等。

 

合金类：鍮石（铜锌合金）、白金（白铜，铜镍合金）、白镴（铅锡合金）、各种金属的汞齐等。

 

混合石质类：高岭土（SiO₂、Al₂O₃等）、禹余粮（含褐铁矿和粘土的砂粒）、石中黄子（夹有黄色粘土的砂粒）等。

 

有机溶剂类：醋（CH₃COOH）、酒（CH₃CH₂OH）。

 

当然，这一统计尚不完整——不仅植物性、动物性药物未列入，即使金石药恐怕也不止这六十多种。但从中已可对古代炼丹的常用药物获得一个大致印象。

 

 六、炼丹术的工具与设备

 

关于炼丹的工具和设备，见于炼丹文献的大约有十多种：丹炉、丹鼎、水海、石榴罐、甘埚子、抽汞器、华池、研磨器、绢筛、马尾罗等。

 

丹炉也称丹灶。南宋吴悞《丹房须知》（1163年成书）记载有“既济炉”和“未济炉”。安置在丹炉内部的反应室即丹鼎，又名“神室”“匮”“丹合”，有的形如葫芦，有的似坩埚，有金属（金、银、铜）制作，也有瓷制。《金丹大要》有“悬胎鼎”，内分三层，“悬于灶中，不着地”。《金华冲碧丹经要旨》说，神室上面安有银制“水海”用以降温。《修炼大丹要旨》中另有一种“水火鼎”，鼎本身可能具有盛水的部分。总之，这些是炼丹的主要工具，置于炉中加热，使药物在其中熔化、反应或升华。

 

除丹鼎外，炼丹家还有专用于从丹砂中抽汞的蒸馏器——“抽汞器”。

《金华冲碧丹经要旨》所载的是一种简单型制，分上下两部：上部形似圆底烧瓶，叫“石榴罐”；下部呈桶形，叫“甘埚子”。使用时加热，使罐中生成的水银蒸气在甘埚子的冷水中冷凝为液态水银。南宋吴悞《丹房须知》载有另一种更复杂的蒸馏器图示，虽未说明材料、大小和用法，但从图上可清晰看出：下部是加热炉，上部是盛丹砂等药物的密闭容器，旁边通一根管子，使容器中产生的水银蒸气可流入旁边的冷凝罐中。这样的蒸馏设备，即使在今天看来也相当完善，它是在长期炼丹实践中逐步改进的产物，其定型当在吴悞之前。西方科学史家一向认为蒸馏器是阿拉伯人发明的，其实我国古代炼丹家早已有制造这类设备的传统。

 

 七、中国炼丹术的世界意义

 

化学这门科学是在欧洲中世纪炼金术的基础上发展起来的，而欧洲中世纪炼金术又导源于阿拉伯炼金术——这在化学史上已是公认的事实。然而，直到20世纪30年代以前，人们还不知道8世纪出现的阿拉伯炼金术与中国炼丹术有着密切关系。

 

中国炼丹术与阿拉伯炼金术之间存在诸多相似之处：中国炼丹家追求一种既能使人“长生”、又能“点铁成金”的“神丹”，阿拉伯炼金家也追求这种万能药剂，称其为“那黎克色”或“哲人石”；中国炼丹家试图用某种方法使硫化汞化为黄金，他们也企图用硫和汞制作黄金；《淮南子·坠形训》有金属在地下生长、转化的理论，阿拉伯炼金家伊本·海彦也有类似说法。鉴于阿拉伯炼金术出现较晚，而当时中国与阿拉伯已有文化交流，这些相似之处应视为中国炼丹术西传的证据。

 

更值得注意的是，中国炼丹术很早就使用古希腊和埃及所不知的硝石和硇砂。阿拉伯和波斯不仅也使用这些药物，而且硝石在阿拉伯和埃及都叫“中国雪”，在波斯叫“中国盐”。此外，阿拉伯和波斯炼金术家在七种金属中列入“中国金属”或“中国铜”——这可谓中国炼丹术传入中亚和埃及的铁证。至于阿拉伯语称炼金术为al-kimiya，有学者认为kimiya是汉语“金液”二字的古音，这完全可能，因为唐宋两代中国与中亚来往频繁，尤其是宋代与大食（阿拉伯帝国）海上贸易十分发达，福建泉州是重要贸易港口之一，泉州话至今读“金液”二字的音仍是kim-ya。

 

然而在20世纪初期，西方学者对这些事实完全茫然。他们不仅把古希腊和埃及当作炼金术的唯一发源地，甚至有人硬说中国炼丹术是从希腊通过阿拉伯输入的舶来品。直到20世纪30年代，由于中国和西方一些学者分别进行了认真研究，问题才逐渐澄清，中国炼丹术源远流长的事实得以确认。

 

英国科学史家李约瑟（1900-1995）说：“整个化学最重要的根源之一（即使不是最重要的唯一根源），就是地地道道从中国传出的。”此言不虚。我们中华民族在化学这门科学上，同在其他科技领域一样，曾经为人类作出了伟大的贡献。