1.2
炼丹和医药化学时期
1.2.1 中国炼丹术
炼丹术是古代炼制丹药的一种传统技术，是近代化学的先驱。我国自周秦以来就创始和应用了将药物加温升华的这种制药方法，为世界各国之最早者。公元9～10世纪我国炼丹术传入阿拉伯地区，12世纪传入欧洲。
由于炼丹术所企求的长生不老欲望不断破灭，因此炼丹术由胜至衰，作为一门伪科学，最终走向衰亡。但是，在无数次失败的过程中，积累了不少有关化学的知识和操作经验。
（1）战国、秦汉时期
中国古代炼丹术最早可追溯到战国、秦汉。
封建帝王为了使骄奢淫逸的腐朽生活无限地继续下去，永享荣华富贵，不惜重金招纳方士，修房祠灶，炼丹术由此发展起来。
司马迁《史记·封禅书第六》中生动地记述了当时的方士李少君请求汉武帝支持其炼丹活动的情况。
与其同时代的淮南王刘安及其门客——称为八公的左吴、李尚等八人也从事炼丹活动。
从现在所能看到的《淮南子》和《淮南万毕术》辑本中，可以找到一些关于炼丹原料及性能的记载。
东汉顺帝年间，张道陵创立了道教。修道成仙是道教的根本目的。修炼就要有相应的方术，而炼丹是方术的重要内容，因此道教从产生的那天起就与炼丹结下了不解之缘。
道家需要炼丹术，炼丹家也需要道教，炼丹术与道教的结合使其更加神秘化。
（2）东晋时期
东晋时期，我国出现了一位承前启后的大炼丹家，他就是被英国著名科学史学家李约瑟先生誉为“不寻常的、才华出众的实际化学家”——葛洪。
葛洪的炼丹成就后来经过南北朝刘宋时代的陶弘景和隋代的孙思邈等人的充实，更加完善。
（3）隋代
自隋代以后，中国的炼丹术除继承下来的主张炼制丹药，以外来的药理强身健体外，逐渐又产生了主张心肾交会、精气搬运、存神闭息、吐故纳新，认为气能存生的派别。
由于内丹派实际上是对中国传统气功的继承和发扬，特别是后来宋元时期被全真道将儒学融入其中，已经不再涉及物质变化，也就与化学科学无关了。
（4）唐代
在唐代，皇帝对丹药的崇信达到了空前的地步。
鉴于炼丹术士虽年复一年、代复一代孜孜不倦地炼丹，结果都是得丹长生者未有，饵丹毙命者屡见，于是使得人们对炼丹这种虚伪的骗术有所觉悟，甚至炼丹家自己也有人对丹药表示怀疑。
（5）宋元明时期
炼丹术由于所企求的长生不老欲望不断破灭，到了宋元已逐步走下坡路，而强调修身养性的内丹派逐渐兴盛起来。
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人物小史与趣事
著名的炼丹家
魏伯阳（约151—221），东汉会稽上虞（今属浙江）人，我国早期著名的炼丹家，所著《周易参同契》是流传至今的最早的炼丹理论著作。
魏伯阳
葛洪（284—364），东晋丹阳句容（今江苏句容）人，字稚川，自号抱朴子，意思是说，他是一个朴实的人。葛洪是我国古代最著名的大炼丹家，他精通医学，著有《肘后备急方》传世，但一生主要从事炼丹活动。葛洪继承了他之前早期的炼丹理论和实践，亲自从事炼丹数十年，积累了丰富的物质变化的经验性知识，为后世历代丹家所推崇。其著作《抱朴子》是继《周易参同契》之后更加完善的重要炼丹著作，也可以视为我国古代化学萌芽时期的一部重要的化学著作。
葛洪
陶弘景（456—536），南北朝时期梁朝丹阳秣陵（今江苏南京）人，字通明，号华阳隐居，与葛洪是同乡。他是继葛洪之后又一位大炼丹家，兼通医药，在炼丹和医药方面都有显著贡献。其著作虽不少，但传下来的却不多，现存的有列入《道藏》的《真诰》和《养性延命录》，此外还有《神农本草经集注》，其余均已散失。陶弘景除对葛洪的炼丹思想和方法加以发展完善外，较为突出的成就是用火焰法鉴别硝石（硝酸钾）。
陶弘景
孙思邈，隋唐时代京兆华原（今陕西铜川）人，与陶弘景一样兼通医药，著有《千金方》和《丹房诀要》。其“丹经内伏硫黄法”曾被认为是第一个火药配方，不过已有人对此提出疑义。尽管如此，孙思邈对古代炼丹术乃至古代化学发展的贡献还是毋庸置疑的。
孙思邈
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焰色反应
焰色反应，也叫作焰色测试及焰色试验，是某些金属或它们的化合物在无色火焰中灼烧时使得火焰呈现特征颜色的反应。其原理是每种元素都有其特有的光谱。样本通常是粉或小块的形式，以一条清洁并且对化学惰性的金属线（例如铂或镍铬合金）盛载样本，再放到无光焰（蓝色火焰）中。在化学上，焰色反应往往用来测试某种金属是否存于化合物中。同时根据焰色反应，人们在烟花中有意识地加入特定金属元素，使得焰火更加绚丽多彩。
中国炼丹术中的实验设备
中国炼丹术中炼制神丹的基本化学过程是把金石药物按方士们设想出的某些配方混合起来，或按一定顺序放入反应器中加热，而把升华反应产物用适当的方法冷凝，然后收集起来。
中国炼丹术中使用最早、应用最久的反应器是丹釜，它是由上、下两个用黄土泥烧制的土釜组成，药物置于下釜中，再倒扣上釜，缝际用泥封住，然后加热下釜，升华的丹药就冷凝在上釜的内壁上，也就是采用空气冷凝的方式。这种上下土釜的反应器一直沿用到隋代。
到了隋唐之际，开始出现金属制造的丹釜。图1-1是按照隋代丹经《太清石壁记》的描述绘制的上瓦下铁的丹釜。唐初时医药和炼丹大师孙思邈所推荐的丹釜也是这样的。但需明确，下釜虽然是铁制的，只是为了坚固耐用，但应用时内壁上需敷一层厚厚的黄泥，干燥后才使用。显然，他们通过炼丹试验已经掌握，金属铁往往与炼丹药物在加热时会发生化学反应，改变升炼的产物，达不到预期的效果。例如孙思邈就用这种设备升炼“赤雪流珠丹”，即制取金黄色晶亮的精制雄黄，若铁下釜内壁不敷上泥，则得到乌黑的团块（金属砷）。炼丹家是不会将这种“晦恶”的物质视为神丹妙药的。
图1-1 中国炼丹术中的上瓦下铁丹釜
唐代后，升炼反应器改称为鼎。放置金石原料以备加热的鼎称为火鼎，储放冷水来冷凝升华物（即丹药）的鼎叫水鼎，因此合起来叫水火鼎。初时的水火鼎很简单，是分别制造，组装而成的，如图1-2所示。根据火鼎和水鼎的相对位置，水火鼎可分为既济式和未济式两种。因为六十四卦中，既济卦为坤上乾下（或上水下火），所以既济炉因此得名；又因未济卦是乾上坤下（即上火下水），未济炉也因此而得名。有时为了长时间慢慢加热火鼎，又往往将全套水火鼎置于一个大罐（又被称作匮）中，以热灰来加热（图1-3）。到了宋代，已出现定型的、结构复杂的未济炉和既济炉（图1-4）。在未济炉上安装流水冷凝管来冷却下部的水鼎。设计如此精巧，可以说已经接近现代化学实验仪器了。
图1-2 水火鼎
图1-3 水火鼎置于罐中
图1-4 中国炼丹术中的既济炉与未济炉
图1-5 中国炼丹术中的丹台
唐宋时期，丹鼎通常要放置在一座坛台上，这种台叫丹台。在神秘主义与迷信色彩笼罩下的古代炼丹术中，丹台的设计也颇有讲究，典型的丹台如图1-5所示，这种丹台叫作“龙虎丹台”，见于唐人孟要甫所撰《金丹秘要参同录》中。其设计思想非常有趣，“炉（丹鼎）下有坛，坛高三层，各分四方，而有八门（每方二门，图中仅绘一门）。”三层坛是与天、地、人相合，八门即象征八风。“南面去坛一尺，埋生朱（丹砂）一斤，线一寸，醋拌之；北面埋石灰一斤；东面埋生铁一斤；西面埋白银一斤。上去药鼎三尺，垂古镜一面，布二十八宿五星灯，前用纯钢剑一口。炉前添不食井水一盆，七日一添。用桃木板一片，上安香炉，各处置，昼夜添。”在坛上置剑，目的是镇伏鬼魅邪魔，称为“大要宝金之器”；挂一面镜子，目的大概是驱赶荒郊野岭（古人炼丹都得寻人迹难到的名山海岛）的精怪老魅，作用和后世的“照妖镜”相同。
还有值得记上一笔的炼丹设备为宋人设计、制造的一种专门抽炼水银的飞汞炉（见《丹房须知》），外貌如图1-6所示。遗憾的是讲解文字不清晰，图中也似乎有遗漏部分（如作为水鼎的盖）。
图1-6 中国炼丹术中的飞汞炉
图1-7 悬胎鼎
在丹鼎中，除加热的鼎外，还有一种称为悬胎鼎。它实际上就是一个大罐，罐中放水，有时放醋。将药物用帛、布包扎起来，上端用棉线扎紧后悬挂在鼎内，同时浸入水中，加热煮。通过热水将药物中的某些成分浸取出来，而又避免药料渣滓混进溶液。因此这是一种水法炼丹的设备。后世某些中药汤剂也是采取这种方法熬制的。这种操作可以省去过滤的过程，设计得相当巧妙。有的悬胎鼎制作得非常精美，如图1-7所示，这是丹经《上阳子金丹大要》中记载的。
炼丹术中也用到研磨的操作。先将各种药物分别加以机械碾碎，然后混合，这样显然能够加大不同药物间的接触，加快反应速率。在古代的药房中大概很早就有了乳钵以及现在仍可见到的船形轮式研磨器。而在宋代丹经《丹房须知》中记载了一种非常讲究的乳钵，如图1-8所示，但可惜未作任何说明，不知怎样操作，似乎有一定程度的自动化，而它的名字称为“沐浴”。
图1-8 中国炼丹术中的“沐浴”（采自《丹房须知》）
在我国古代炼制人造黄金、白银的方术（通常叫黄白术）中还另有一些设备，相关的神秘说教更多，但并不复杂。
在中国古代炼丹术中没有玻璃仪器，没有蒸馏设备，这是比阿拉伯和西欧炼金术逊色的方面。
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雄黄
雄黄是砷硫化物矿物之一，含砷70.1%，单斜晶系，单晶体呈细小的柱状、针状，但是少见；通常为致密粒状或土状块体。雄黄呈橘红色，条痕呈浅橘红色，呈金刚光泽，断口呈树脂光泽，硬度为1.5～2，密度为3.5～3.6克／厘米3，性脆，熔点低，用炭火加热，会冒出有大蒜臭味的白烟，放在阳光下曝晒，会变为黄色的雌黄（As2S3）和砷华，不溶于水和盐酸，可溶于硝酸，溶液呈黄色。
雄黄主要产自低温热液矿床中，常与雌黄、辉锑矿、辰砂共生。产于温泉沉积物及硫质火山喷气孔内沉积物的雄黄，常与雌黄共生。
1.2.2 西方炼金术
炼金术是中世纪的一种化学哲学的思想和始祖，是当时化学的雏形。其目标是通过化学方法将一些基本金属转变为黄金，制造万灵药及制备长生不老药。现在的科学表明这种方法是行不通的。但是直到19世纪之前，炼金术尚未被科学证据所否定。包括艾萨克·牛顿在内的一些著名科学家都曾进行过炼金术尝试。现代化学的出现才使人们对炼金术的可能性产生了怀疑。炼金术在一个复杂网络之下跨越至少2500年，曾存在于美索不达米亚、古埃及、波斯、印度、中国、日本、朝鲜、古希腊和罗马，在欧洲存至19世纪。
（1）古希腊的炼金术
最初的炼金术士是一批古希腊后期注重实际的工艺家，他们都掌握着很好的实验技艺。
初期，炼金术士并不相信真能炼出贵金属，后来，当他们开始接受当时占统治地位的亚里士多德哲学思想后，便认为自己制造出来的酷似黄金的产物确实是真正的黄金了。
古希腊的炼金家展示了他们的聪颖才智，发明了蒸馏器、熔炉、加热锅、烧杯、过滤器及其他一些装置仪器。
由于伪造黄金的活动泛滥成灾，罗马帝国的皇帝戴克里先在公元296年命令将炼金术书籍全部烧毁，古希腊的炼金活动也就终结了。
（2）阿拉伯的炼金术
西罗马帝国衰败后，阿拉伯人在不到100年的时间里建立起一个包括埃及、西班牙、波斯及阿拉伯半岛的宏大帝国，从而为传承古希腊炼金术创造了条件。
公元7～9世纪，中国炼丹术传到了阿拉伯，从而促进了阿拉伯炼金术的发展。
首先，阿拉伯炼金术和中国炼丹术都认为物质可以通过某种媒介实现相互转变，进而达到化贱金属为贵金属的目的；其次，所用药品基本相同，主要是硫、汞、丹砂、硝石、雄黄、矾石等无机物及醋等少数几种有机物；再次，所用装置也大体一致。另外，在一些阿拉伯炼金文献中常提到“中国”“中国的”“中国产”字样。
不同的是，中国的炼丹家主要是炼制长生不老的“仙丹”；而阿拉伯的炼金术士则以变贱金属为贵金属为主要目的。
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（3）中世纪欧洲的炼金术
十一二世纪以来，一些欧洲学者从阿拉伯文化遗产中看到了值得学习的科学知识，把一些阿拉伯作品译成了拉丁文。于是，阿拉伯人的医学、哲学、数学、天文学等方面的学术成就成为欧洲人的研究对象。阿拉伯的炼金术也因此而传入欧洲。
由于炼金术符合封建统治者企求富贵的愿望，因此一经传入便很快得到欧洲各国统治者的赏识和利用。
一时宫廷和教堂内炉火升腾，烟雾缭绕，从事炼金的人与日俱增，使得寻找所谓“哲人石”将普通金属点化成金、银成为炼金术士的主导目的。
12～14世纪，在欧洲，炼金术不仅甚嚣尘上，而且日益神秘隐喻。
欧洲的炼金术士很少兼通医药，主要人物多是僧侣，兼搞占星术和幻术。
欧洲的炼金术在数百年的历史中没有多少超前的化学成就，成绩显著的炼金术士和著作也极少。
人物小史与趣事
罗杰·培根
罗杰·培根（R.Bacon，约1214—1294），英国哲学家、科学家、教育改革家，生于萨默塞特的伊尔切斯特。其研究领域包括语言学、光学、天文和数学，被西方誉为“那个时代最富有学问的人”。
1242～1257年，他将全部精力投入到光学和炼金术等实践性研究领域，有一个完整的炼金术实验室。在他的《第三著作》中有一节专门讲炼金术。他还认为化学是物理学和生物学中间的科学。培根介绍的火药组成是硝石、木炭、硫黄的比例为7︰5︰5，由于其中硝石太少而效果不好。培根还因灯在密闭器内必灭，证明空气为燃烧所必需。这一点多少为后来燃素说的出现提供了初步的实验基础。
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硝石
硝石，是一种天然矿物，主要成分为硝酸钾。其他来源的硝酸钾，以及其他的硝酸盐矿物如智利硝石（硝酸钠）、挪威硝石（硝酸钙）有的时候也被称作硝石。
芒硝不是硝酸盐，而是含结晶水的硫酸钠。
硝石为透明或白色晶体，属斜方晶系。
硝石易溶于水。天然硝石主要见于碱土地区的干燥土壤、矿泉和洞穴壁上，由富含硝酸钾的水常年浸润生成。硝石用于制火药、玻璃、火柴，并用作肥料和分析试剂等。
1.2.3 欧洲医药化学
虽然欧洲的医药化学家以制药、治病为目的，但仍然没有彻底摆脱炼金术的影响，提出的一些化学理论中常留有炼金术士唯心论的成分。但是他们所做的一系列实验研究工作还是大大丰富了近代化学科学的内容，积累了更多的科学材料，为后来近代化学的产生和发展做了必要的准备工作。
（1）帕拉切尔苏斯
帕拉切尔苏斯是第一个明确主张把化学知识应用于医疗实践中的人。
帕拉切尔苏斯极力批驳炼金术，认为不应把研究的目的放在点金上，而应当是制药。
帕拉切尔苏斯描述了铁粉与硫酸作用析出气体的现象。
帕拉切尔苏斯第一个用“al-cohol”表示酒精，并在欧洲最先提到锌，称之为“劣等金属”。
帕拉切尔苏斯将炼金术定义为“将不纯净物质变为纯净物的技艺”，并主张炼金术的主要目的在于制取满足人们需要的东西，特别是用于医疗事业。
（2）利巴维尤斯
利巴维尤斯有许多重要的化学发现，但主要以第一部近代化学教科书的作者而闻名。
《炼金术》中总结了中世纪在炼金术方面取得的成就，详尽地介绍了当时的化学设备，并设计了一个理想的炼金术实验室大楼。
利巴维尤斯倡导分析探讨化学现象，对化学知识的积累做出许多开创性的贡献。
利巴维尤斯给出了一种分析矿质水的方法，即使矿质水蒸发，再比较含盐残渣的质量和蒸发掉的水的质量。
（3）范·海耳蒙特
范·海耳蒙特是承认存在不同于大气的气体的第一人。
范·海耳蒙特于1620年左右创造了“气体”这个词，是“混沌”的含义。
范·海耳蒙特把木炭在封闭容器中燃烧而产生的气体定义为“野精气”。
范·海耳蒙特观察到蜡烛在倒置水面上的玻璃杯内燃烧时，火焰燃烧一段时间就会熄灭，而杯内水面会上升一段。这个实验与我们今天证明空气中含有氧气的演示实验是相同的。
范·海耳蒙特认为空气和水是真正的元素。
（4）格劳伯
格劳伯的研究成果集中于其1651年用德文出版的《蒸馏术解说》。
格劳伯清楚地解释了一些复分解反应的实例，还提出了亲和力的概念。
人物小史与趣事
帕拉切尔苏斯
帕拉切尔苏斯（1493—1541），瑞士医学家。
帕拉切尔苏斯儿时经常随父出诊，曾学习冶金及化学。
1507年离家到巴塞尔、蒂宾根、维也纳、维滕贝格、莱比锡、海德堡、科隆、费拉拉等多所大学求学。
帕拉切尔苏斯1510年在维也纳大学获医学学士学位，1516年获有革新精神的费拉拉大学医学博士学位。毕业后在欧洲及中东游历行医10年，他自己取名帕拉切尔苏斯（意为赛过切尔苏斯）。
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1527年，帕拉切尔苏斯因治好巴塞尔城一著名出版商的足部坏疽而医名大振，被推荐为巴塞尔大学医学教授，吸引了来自欧洲各地的学生。
帕拉切尔苏斯1541年死于萨尔茨堡的客栈，原因不明。他别致的医学思想在当时和对后世有一定的影响。
1.2.4 欧洲冶金化学
在十五六世纪的欧洲，除医药化学外，新兴资产阶级出于发展社会物质生产的需要，积极推进采矿、冶金、制酸等有关化学的工业发展，从而促使化学科学脱离炼金术的束缚，迅速走向生产实际。尤其是冶金化学和矿物化学得到了进一步的发展，涌现了一些卓有成效的冶金化学家。
（1）毕林古乔
与帕拉切尔苏斯同期的意大利实践化学家毕林古乔（V.Biringuccio，1480——约1539）在另一个新领域——冶金化学方面开辟了化学近代发展的希望之路。
毕林古乔的著作叙述清楚而实用，与当时用词隐晦的炼金术著作形成鲜明的对比。其中提到一种炼钢方法，与我国的灌钢炼制原理基本相同。
（2）阿格里科拉
阿格里科拉的著作《论金属》分十二卷，详细叙述了从找矿、采矿一直到矿山设备、矿石处理、金属分离等整个金属冶炼过程。
《论金属》中分离金、银的强水法是将明矾、硝石等一起蒸馏制得硝酸，进而将银溶解；分离金、铜是将二者混合物与硫黄共烧，把生成的硫化铜与金分开；分离银、铜是将铅与铜制成铅铜合金，进而实现分离。
阿格里科拉在另一部著作《矿物学》（1546年）中首次提出根据矿物的物理特性（几何构型）进行矿物分类。
（3）埃克尔
1567年后，埃克尔在布拉格附近任铸币控制检验师。
埃克尔的著作《重要矿石论》系统总结了金、银、铜、锑、铋、汞、铅等矿物和金属的检验、制取和精炼技术，介绍了酸、碱、盐的制造，实验室的设备和操作等。
埃克尔曾指出，从溶液中用铁沉积铜是由于置换作用，被誉为欧洲湿法冶金的先驱。
人物小史与趣事
阿格里科拉
格奥尔格乌斯·阿格里科拉（1494—1555），德国学者，被誉为“矿物学之父”。
阿格里科拉早年在莱比锡学习古典语文，后到意大利学医，回国后将兴趣转到矿物学，1530年移居到采矿业发达的开姆尼茨作研究，曾担任当地的市医、市长。
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