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标题: 中国古代炼丹术的化学成就. [打印本页]

作者: TEL15603758608 时间: 2020-3-6 13:47
标题: 中国古代炼丹术的化学成就.

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高度发展的现代化学今天不仅揭开了物质变化的秘密，而且造出了许多自然界本来没有的人造物质，可以说已经达到了古人所梦想的“夺天地之造化”的地步。然而我们知道，这门科学和人类其他知识一样，一开始也是经过了一个幼稚阶段的；这一阶段就是恩格斯称做化学的“原始形式”的炼金术或炼丹术。炼丹术是古人为求“长生不老”而炼制丹药的方术，这种方术在我国起源很早，据《汉书·刘向传》载，淮南王刘安（前179-前122）在他的《枕中鸿宝秘苑书》中说，战国时邹衍（约前305-前240）有“重追延命方”，看来这可能是我国古代丹方之祖。但是这方不传于世，刘安那部书也早已散佚，内容怎样现在已经无从查考。不过，《战国策》有方士向荆王献“不死之药”的记载，《史记》对秦始皇求“仙药”和派方士徐市（福）率童男女几千人入海求“仙人”的事叙述很详细，可见我国炼丹术在先秦时期的确已经开始萌芽。

到西汉时期，武帝刘彻（前156-前87）以更大的规模求仙求药，并采纳方士李少君的建议，在宫中设立丹灶，亲自从事炼丹。从此以后，炼丹之风就在封建统治阶级中开始盛行，并且经久不衰，一直发展到宋元以后。所以历代都出现了许多烧丹炼汞的方术之士，也就是我们今天所谓的炼丹家。我国古代的炼丹活动（以锻炼身体为主的“内丹”除外），涉及自然科学的许多不同领域，但是它的主要内容是以下三个方面：第一，用各种无机物，包括矿物和金属，经过化学处理制作长生药的研究：第二，为了研制药用的人造“金”、“银”而进行的冶金技术研究；第三，为了寻求植物性长生药而进行的药用植物研究。炼丹术所追求的目的是荒诞的，所依据的理论也大部分是属于唯心主义和迷信的，这是它在流行一千几百年之后终于让位给本草学（就是包括制药化学在内的中国传统药物学）的原因。不过历代炼丹家在广大劳动人民生产斗争知识的基础上，亲自采药、制药，做了种种实验，在炼丹实践中对自然现象进行观察研究，这就使得他们能在科学技术特别是在化学方面，取得许多重大成就，成为留给后人的宝贵遗产。

我国古代炼丹的方法可分火法和水法两种。所谓火法，主要、是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》中说，他那时有《火记》六百篇，讲的就是这种火法。但是这部书早已失传，内容已经无从查考。据晋葛洪《抱朴子内篇》以及比较晚的炼丹著作的记载，火法大致包括缎（长时间高温加热）、炼（干燥物质的加热）、炙（局部烘烤）、熔（熔化）、抽（蒸馏）、飞（又叫升，就是升华）、伏（加热使药物变性）等方法。炼丹术最早的研究材料可能是丹砂，就是红色硫化汞，这种研究用的就是火法。红色硫化汞一经加热就会分解出水银（汞），水银和硫黄化合生成黑色硫化汞，再加热使它升华，就又恢复红色硫化汞的原状。所生成的水银，是金属物质却呈液体状态，圆转流动，容易挥发，显得和寻常物质不同。所有这些现象都使古人感到神奇，因此炼丹家一直想利用这些物质制成具有神奇效用的“还丹”，又称“神丹”。《抱朴子·金丹篇》说：“神丹既成，不但长生，又可以作黄金。”就是说，这种“神丹”是兼有使人“长生 ”和“点铁成金”作用的方应灵丹。古代炼丹家为了炼“九转还丹”，把汞的实验反覆做了又做，所以他们对这种变化很熟悉。西汉刘安在《淮南万毕术》中说：“丹砂为澒（汞）。”东汉魏伯阳的《周易参同契》很生动地描写了水银容易挥发、容易和硫黄化合的特性，并且讲到在丹鼎中升华后 “赫然还为丹”的过程。晋代葛洪的《抱朴子· 金丹篇》把这些活总结为一句：“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂。”这些说法当然都是他们从长期实验中得出的结论。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，汞和硫的分量有一定的比，加热有一定的火候，操作有一定的程序，最后达到“化为紫砂，分毫无欠”（紫砂就是丹砂）的结果。这样的方法，和近代化学相比可说已经差不太远。红色硫化汞有天然和人造的两种、天然产的就是丹砂（湖南辰州产的叫辰砂），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成的产品之一，这是炼丹术在化学上的一大成就。由于炼丹家从很早的时代起便研究水银的变化，他们对水银的其他化合物也是有研究的。例如，唐人炼丹著作《太清石壁记》有“造水银霜法”（水银霜就是升汞或氯化亚汞）：先把水银和锡以不同温度分别加热，使成锡汞齐，然后捣碎加盐，和以太阴玄精（氯化镁）、敦煌矾石（粗石膏）或绦矾（含铁粗石膏），用朴硝未（硫酸钠）覆在上面，加热七昼夜。我们现在看来，汞和氯化钠、硫酸钠共热是能生成氯化汞的，氯化汞和多余的汞再起作用，就会生成氯化亚汞。这个方法很复杂，后世生产水银霜的方法已经比较简单了。关于汞和其他金属形成汞齐的作用，古人在炼丹实践中早就注意到了。魏伯阳所谓“卒得金华，转而相亲，化为白液、凝而至坚”，说的就是汞的这种作用。他们制成的汞合金，除锡汞齐以外，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，古时用作制铜镜时候的抛光剂。南北朝时期的陶弘景说：水银“能消化金、银使成泥，人以镀物也。”这说明制作金银汞齐的方法在南北朝的时候已经普遍用于生产。宋人《诸家神品丹法》中有“化庚粉法”，就是利用金汞齐制造金粉的方法：先制成金汞齐，再加入食盐，然后蒸发掉水银，溶掉食盐，留下来的就是粉未状的黄金。宋人《感气十六转金丹》书中有“十四转紫河车法” ：丹砂四两，雄黄四两，生汞二两，同研成粉未，在丹炉中密闭加热六十日，就成所谓 “紫河车”。用少许紫河车可以“干汞一两，其色转黄”。有人这样解释这一反应：三种药物加热以后可能形成一种红褐色的固体溶液（紫河车），取少量这种固体溶液加入水银中，可能又使水银变成一种黄色固体溶液。不难理解，古代炼丹家研究汞的这种反应，也是为了寻求一种能“点”水银成黄金的“神丹”。在当时的条件下，他们这种想法是不能实现的，但是他们的实践却扩大了人类对自然现象的认识。金属铅和它的化合物在我国出现很早，我国劳动人民大约在，汉代以前已经在制造化妆用的胡粉，就是碱式碳酸铅（胡粉是糊面的粉，不是胡人的粉，见汉刘熙：《释名》）。“胡粉投火中，色坏还为铅”（《周易参同契》），这种变化引起了炼丹家的注意，把它当作重要研究对象之一。他们除用铅制造铅汞齐外，还用它制备黄丹，就是四氧化三铅。《抱朴子·黄白篇》说：“铅性白也，而赤之以为丹；丹性赤也，而白之前为铅。”这是说铅木止用来制作白色的胡粉。而且还可以用来制作赤色的黄丹，把黄丹投入火中，也一样会“色坏还为铅”。比较晚的炼丹家对铅的化合物还有许多研究，例如唐代清虚子的《铅汞甲庚至宝集成》中有“造丹法”，用铅、硫、硝三种物质经过溶化和 “点醋”等手续，可以制得一种叫作“黄丹胡粉”的粉未，可能是不纯的醋酸铅。 “金性木败朽，胡为万物宝。”（《周易参同契》）炼丹家认为服用金银矿物等“不败朽”的东西，可以使人的血肉之躯也伺样“不败朽”，因此他们不仅要设法服用这些东西，还要用人工方法炼制药用的金、银。从汉朝的刘彻、刘安开始，许多帝王将相豪门贵族都曾经招致炼丹家替他们炼金。这一目的在那时是不可能实现的，但是他们在劳动人民生产经验的基础上，在冶金方面的确有不少发明创造。葛洪在《抱朴子·黄白篇》中说，在他的时代，炼丹家有《神仙经·黄白之方》二十五卷，共一千多首方子；另外还有《黄白中经》等书，讲的都是炼“金”、“银”的方法，就是所谓“黄白术”。他还提到锡、铅、汞等可以用药物化为“金”、 “银”，说明晋代炼丹家已经能利用各种贱金属制成各种黄色或白色的合金。南北朝时期陶弘景在《名医别录》中说，雄黄“ 得铜可作金”，说明那时炼丹家已知利用含砷矿物炼制铜砷合金。到唐、五代时期，据《宝藏论》所载、当时市面上曾经流行假金十五种，假银十二种，都是用药物“点”、 “化”而成。这种炼金活动在我国古代曾经盛极一时，直到宋代还没有结束，宋真宗赵恒（968—1022）就曾命方士王捷替他用铁炼制“鸦觜金”，铸成“金”龟、“金”牌赐给近臣。炼丹家对于硫黄、砒霜等具有“猛毒”的金石药，在使用之前要先用烧的的方法“伏” （驯服）一下，使它们失去或减少原有的毒性。这种手续叫做“伏火”。“伏火”法起源很早，方法有时只用火煅烧，有时另加其他易燃的药物。唐初孙思逸（581-682）有 “伏硫黄法”：硫黄、硝石各二两，研成粉未放石锅中，用皂角（含碳）三个引火，使硫和硝起火燃烧，火熄后再用生熟木炭三斤来拌炒，到炭消三分之一为止。唐宪宗元和年间（公元806年到820年），炼丹家清虚子有 “伏火矾法”，所用药物是硝石、硫黄备二两，马兜铃（含碳）三钱半，和孙思邈“伏硫黄法”用药几乎完全相同。伏火的方子都含有碳素，而且伏硫黄要加硝石，伏硝石要加硫黄，可见炼丹家是有意使药物容易起火燃烧，以去掉它们的“猛毒”的；不过现在从化学上看，这种处理手续的目的是不很明确的。但是，由于经常因给药物“伏火”而引起丹房失火的事故，却使唐代炼丹家取得一项重要经验，就是硫、硝、炭三种物质可以构成一种“火药”。大约在晚唐时候，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。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）和硝石（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两次，就被还原成为纯净的单质砷。这是世界最早的制备单质砷的方法，比公元十三世纪日耳曼的炼金家大阿尔伯图斯（约1200—1280）制取砷的方法早九百年。水法炼丹古代炼丹家对于金石药，一方面要把它们炼成固体的丹，另一方面又要把它们溶解成为液体。因此他们在溶解金石药的长期实践中，对水溶液中的复杂反应也取得了相当丰富的经验性知识。《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二种非矿物的五十四个方子。《抱朴子·金丹篇》也记载有许多同类的丹方。这些古方再加上唐宋时期的记载，使我们今天还可以略知古代水法炼丹的大概。水法炼丹处理药物的方法，大约有下列几种：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有碳酸气的空气中），点（用少量药剂使大量物质发生变化），浇（倾出溶液，让它冷却），渍（用冷水从容器外部降温），以及过滤、再结晶等。用水法制备药物，首先要准备华池，就是盛有浓醋的溶解槽（有时用缸、盆等代替），醋中投入硝石和其他药物。硝石，古书中原作“消石”，因为它能“消七十二种石”，在我国炼丹术中非常重要。它在酸性溶液中提供硝酸根离子，起类似稀硝酸的作用，所以许多金属和矿物都可以被它溶解。我国古代炼丹家有意识地在醋酸中加入硝石，按近代化学的观点来看，这是把酸碱反应和氧化还原反应统一起来加以运用，在化学史上是一种创造，就是在今天也不失为一种有用的方法。炼丹家在华池中溶解金石药，有些反应相当复杂，在近代化学出现之前能使用那样复杂的化学方法，是值得注意的。现在举例如下：黄金的溶解《抱朴子·金丹篇》有“金液方”，用来溶解金的药物除醋、硝石、戎盐等以外，还有一种“玄明龙膏”，据唐人梅彪《石药尔雅》的记载，这一名称可以代表水银，也可以代表醋（玄明）和覆盆子（龙膏）。按照《金丹篇》的说法，只要把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”。现代实验化学告诉我们，金的化学性质根不活泼，用一般化学方法是不能使它溶解的，只有下列四种方法例外：第一，溶于王水、无水硒酸和其他能产生氯、溴、碘的浓酸混合液中；第二，溶于氯水，生成三氯化金；第三，溶于水银，生成金汞齐，含金量不超过百分之十五的时候呈液体状态：第四，在有空气（氧）存在的条件下，溶于碱金属氰化物的稀溶液中，形成二氰金（Ⅰ ）酸根络离子[Au（）2-]。从金液方所用药物来看，生成王水、各种浓酸和氯水是不可能的，但是水银和覆盆子的醋浸液正和上列第三，四两法相合：如果用的是水银，它是能溶解金的；如果用的是酷和覆盆子，由于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由其他药物提供的钠、钾离子，只要有空气存在，金也是可以慢慢溶解的。黄金这样难溶，而金液方中恰巧有能溶解金的水银和氢氰酸（覆盆子）存在，显然是炼丹家经过大量实验以后所得到的结果。因此，尽管方中药物复杂，有些反应还值得研究，可是它能溶解金这一点是可信的。在那么早的年代出现溶解金的方法，在化学史上也是一项重大成就。硫黄的溶解《三十六水法》有“硫黄水”，使用的药物包括硫黄、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，和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，似乎也是把它当作一种万能的“神丹”。水法炼丹并不是千篇一律都使用醋和硝石，方法是多种多样的。《黄帝九鼎神丹经诀》有制取硫酸钾的方法：用热水溶化朴硝和硝石，取澄清的混合溶液加热蒸发，使它浓缩，然后在小盆中用冷水从外部降温，经过一宿的时间，溶液中生成的硫酸钾就慢慢结晶出来。这是利用溶解度不同制取药物的方法，也是化学史上的一项创造。水法炼丹的另一发现，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，他们为了制作“药金”，梦想找到使某种贱金属转化为黄金、白银的方法，从很早的时代就注意到溶液中金属互相取代的现象，以为那就是金属的“转化”。西汉的《淮南方毕术》已经有”曾青得铁则化为铜”的记载，曾青是硫酸铜。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。”南北朝时期的陶弘景把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）的性质和曾青相似，可以用来“合”（制造）“熟铜”。这说明炼丹家先后作了很多实验，对金属置换现象作了最早和相当细致的描述；但是由于受到时代条件的限制，他们还不能作出正确的解释。这一发现后来得到发展，成为湿法冶金胆铜法的起源。炼丹术所用的药物炼丹术所用的药物和工具同化学的产生有关，它究竟为化学提供了哪些药物和工具呢？谈这个问题要加一点说明：因为炼丹和医药本来有密切关系，古代许多炼丹家都兼搞医药，许多医家也兼搞炼丹，他们的著作往往没有一条清晰的界限。例如东汉的《神农本草经》是现存最古的本草学著作，一般认为是医家的书，但是书中把丹砂列为上品第一，把炼丹常用的四十多味金石药分别列入上、中、下三品，而且明确说划分等级的标准是“上药今人身安、命延、升天、神仙……”，这就颇有炼丹术的意味。至于确实出于炼丹家之手的医药著作，如葛洪的《时后备急方》、陶弘景的《名医别录》、孙思遂的《千金翼方》等、当然更是这样。在这种情况下，我们很难查明哪些先用于医药，哪些先用于炼丹，只好根据炼丹文献把炼丹用过的东西开列出来，不再考查它们的出处，当然里面有一些并不是炼丹家的发明或发现。

关于药物方面，化学史家袁翰青（1905—1994）曾根据炼丹文献作出一个不完全的统计，包括无机物和有机物在内，总共约有六十多种。现在略加修改列在下面：元素汞、碳、锡、铅、铜、金、银等。氧化物三仙丹（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。硫化物丹砂（HgS）、雄黄（As2S2）、雌黄（As2S3）、礜石（FeAsS）等。氯化物盐（包括戎盐、冰石等，NaCl）、硇砂（NH4Cl）、轻粉（Hg2CI2）、水银霜（ HgCI2）、卤咸（MgCI2）等。硝酸盐硝石（KNO3或NaNO3）。硫酸盐胆矾（CuSO4·5H2O）、绿矾（FeSO4·7H2O）、寒水石（CaSO4·2H2O）、朴硝（Na2SO4·10H2O）、明矾石（K2SO4AI2（SO4）3·2Al2O3·6H2O）等。碳酸盐石碱（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。硼酸盐蓬砂（Na2B4O7）。硅酸盐云母（白色，H2KA13（SiO4）3）、滑石（H2Mgs（SiO3）4）、阳起石（Ca（Mg ，Fe）3（SiO3）4）、长石（K2O·A12O3·6SiO2）、不灰木（石棉，H4Mg3Si2O7）、白玉（Na2O·Al2O3·4SiO2）等。合金鍮石（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。混合的石质高岭土（SiO2、Al2O3等）、禹余粮（含褐铁旷和粘土的砂粒）、石中黄子（夹有黄色粘土的砂粒）等。有机溶剂醋（CH3COOH）、酒（CH3CH2OH）。

当然、这统计还不够完整，因为不仅植物性、动物性药物没有列入，即使单从金石药来看，恐怕也不止这六十多种。不过，我们从这里可以对古代炼丹的常用药物得到一个大概的印象。炼丹术所用的工具和设备关于工具和设备，见于炼丹文献的大约有十多种，就是丹炉、丹鼎、水海、石榴罐、甘蜗子、抽汞器、华池、研磨器、绢筛、马尾罗等。丹炉也叫丹灶。南宋吴悞《丹房须知》（公元1163年成书）有“既济炉”和“未济炉” 。安置在丹炉内部的反应室，就是丹鼎，又名“神室”、“匮”、“丹合”，有的像葫芦，有的像坩埚，有的用金属（金、银、铜）制作，有的用瓷制。《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，神室上面安置有一种银制的“水海”，用以降温。《修炼大丹要旨》中另有一种“水火鼎”，可能是鼎本身具有盛水的部分。总之，这些东西是炼丹的主要工具，可以放在炉中加热，使药物在里面熔化并起反应，或使它升华。除丹鼎外，拣丹家还有专用于从丹砂中抽汞的蒸馏器，可以叫它“抽汞器”。《金华冲碧丹经要旨》所载的是简单的一种，分两部分，上部形似圆底烧瓶，叫做“石榴罐”，下部作桶形，叫做“甘埚子”。用的时候加热，使罐中生成的水银蒸气在甘祸子的冷水中成为液体水银。南宋吴悞《丹房须知》有另一种比较复杂的蒸馏器的图，虽然没有说明用什么材料制成以及大小、用法等，但是从图上可以清楚出地看，下部是加热的炉，上部是盛丹砂等药物的密闭容器，旁边通一根管子，使容器里所生的水银蒸气可以流入放在旁边的冷凝罐里。这样的蒸馏设备，即使在今天看来也是相当完善的，当然是在长期炼丹实践中逐步改进的产物，它的成型当在吴悞之前。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种设备的传统。

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是导源于阿拉伯炼金术的，这莅化学史上早已是公认的事实。但是，直到二十世纪三十年代以前，人们还不知道八世纪出现的阿拉伯炼金术同中国炼丹术有密切的关系。在中国炼丹术和阿拉伯炼金术之间，有许多相似的地方：我国古代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，叫它做“那黎克色”或“哲人石”。我国古代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。我国古书《淮南子·坠形训》有关于金属在地下生长、转化的理论，阿拉伯炼金家伊本·海彦也有类似的说法。由于阿拉伯炼金术出现很晚，中国和阿拉伯当时已经有文化交流，这些相似之处自应看作是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道的硝石和砌砂，阿拉伯和波斯不但也使用这些药物，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都在七种金属中列入“中国金属”或“中国铜” 。这可以说是中国炼丹术传人中亚和埃及的铁证。至于阿拉伯语称炼金术为al-kimiya ，有人说kimiya是汉语“金液”两字的古音，这是完全可能的，因为唐宋两代我国和中亚来往频繁，尤其是宋代和大食（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，泉州话到现在读“金液”两字的音还是kim-ya。可是在二十世纪初期，西方学者对这些事实完全茫然了。他们不但把古希腊和埃及当作炼金术的唯一发源地，并且有人硬说什么中国炼丹术是从希腊通过阿拉伯输入的舶来品。直到二十世纪三十年代，由于我国和西方一些学者分别进行了认真的研究，问题才逐渐得到澄清，肯定了中国炼丹术源远流长的事实。英国科学史家李约瑟（1900-）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。”这话说得不错，我们中华民族在化学这门科学上，同在其他科学技术领域中一样，是曾经为人类作出了伟大贡献的。

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