古代勞動中的化學(一)— 煉丹術

化學古來有之，絕非近代而出。只是沒有形成理論系統，但是一直存在於廣大勞動人民之中，並且在不斷的發展、前行。

我們一般認為中國的化學從煉丹術開始，今天咱們也從煉丹術開始，探究勞動人民是怎樣在勞動過程中運用化學知識的。

自從中國古代的方士們在海上尋仙求不死藥的活動失敗以後，便決心自己動手煉製那種奇物。於是那些千年不朽、百鍊不消的礦物與金屬便被方士們看中了。其首位的是黃金，在中國古代總是把長生不死和羽化飛升聯繫在一起。因此，那些見火易飛、去質輕化的(用現在的科學語言說，就是容易升華的)物質，在方士們看來就是一種靈異的東西，吃了或許可以感染上靈氣，換骨輕身，進而乘雲御龍，遨遊宇宙。因此，丹砂(紅色硫化汞)、水銀也就成為他們心目中的另一類靈丹妙藥了。

但是方士們發現有人服食過真黃金，然而卻喪了命。所以他們並不主張服食天然的黃金和開採出來而未經升煉過的丹砂。於是他們便主張設法用礦物藥為原料，在丹鼎中修煉出黃金的精華，製造出人工的黃金(稱為藥金)。至於天然的丹砂礦物，他們認為其中那些不能飛升的渣滓，對人有害無益，所以最好是人工製作，再經幾轉幾返的修煉，才能成為神丹。

於是，這就掀起了變煉活動，丹房就成了原始的化學實驗室。當然，金液、神丹之外，在中國煉丹術中還有另外一些丹藥，但大部分是多種礦物的混合升華物，主要成分不外乎顏色鮮紅、很像丹砂的鉛丹(Pb3O4)和汞粉(HgO)，色澤金黃的雌黃、雄黃(As2S3和As2S2)以及黃丹(PbO)、砒霜、氯化汞等。

從丹藥成分看，最主要的，基本上是硫化汞、氧化汞、氯化汞三個類型。所以我國古代製取這三種聖藥的成果正可以做為中國丹藥化學成就的典範。

(1)氧化汞
這是中國煉丹家以水銀為原料製得的第一種神丹大藥。它是一種鮮紅色的化合物，外觀和硫化汞非常相似。方士們只要把水銀在空氣中緩緩加熱，溫度不要太高(要控制在500℃左右，若超過此溫度，生成的HgO又會分解)，就可以得到這種物質。

(2)紅色硫化汞
我國大約在隋代時才人工地用水銀和硫磺兩物合煉得到了這種化合物。雖然水銀和硫磺在室溫下一旦接觸就會發生化合反應，但生成的是黑色硫化汞，我國古代呼之為「青砂頭」，顏色很難看，煉丹家一時不會對它感興趣的。

(3)氯化汞
氯化汞有兩種，一種是氯化高汞(HgCl2)，俗名升汞；一種是氯化亞汞(Hg2Cl2)，俗名叫甘汞。都是白色的結晶粉末。中國的煉丹家們早就製取到了這兩種藥劑，他們稱呼升汞為粉霜或水銀霜、霜雪；稱呼甘汞為輕粉或水銀粉。

　《天工開物》升煉硃砂

煉丹家們先煉製到的是輕粉，其基本配方是丹砂(或水銀)——礬(明礬、綠礬都可以)——鹽。升煉輕粉的配方最早的見於東漢問世的煉丹術著作《太清金液神丹經》，但用的原料品種過於龐雜。經過多年的改進，在西晉問世的《崔氏方》中，配方就簡化很多了。及至宋代，在《靈砂大丹秘訣》一書中就出現了上述最簡明的基本配方，並且從此定型。

升煉粉霜的基本配方就是在上述升煉輕粉的配方中再增添一味焰硝。因為添加了這種氧化劑，所以產物變成了氯化高汞。

(4)鉛製劑
鉛因為它在化學反應中顏色變化多端，可生成黃色的黃丹(PbO)、橘紅色的鉛丹(Pb3O4)和白色的鉛粉〔2PbCO3·Pb(OH)2〕和鉛霜(醋酸鉛)。

（5）砷製劑

古代方士們利用過的含砷礦物有雄黃、雌黃、砒石(不純的氧化砷)和礜石(硫砷鐵礦，FeAsS)等幾種。

當中國的方士們決定走煉丹的途徑以求長生後不久，他們就開始對修鍊金液、神丹的技藝尋求理論指導，即金石礦物通過怎樣的配伍原則可以產生出這種神奇物質。很快，他們便逐步把我國自西周以來已流行起來的陰陽學說運用到了具體的煉丹術上，也可以說就作為他們認識一切化學過程、化學變化的理論基礎。當然，這種理論指導也有一個發展過程。開始時還相當抽象，只是個一般化的原則。幾百年後則具體化、條理化了。

大約到了唐代，煉丹家們對那些礦物原料的化學性質，對看到的那些化學變化進行了歸納總結，並對這些知識以陰陽學理來統率。於是他們把各種礦物藥分為陽藥和陰藥兩大類，至於哪類藥物屬陽性，哪類藥物屬陰性？

他們通常是把容易燃燒、顏色赤黃、見火易飛(升華)的礦物，隸歸陽性。例如黃金是「積太陽之氣薰蒸而成，日之精也」；硫磺見火起焰，是「火石之精氣」；丹砂色澤鮮紅是因生於「炎方」(南方)，「稟離火之氣」；雄黃生於「向陽之山」，在火上一經加熱，便飛颺升騰；曾青〔藍銅礦，Cu3CO3(OH)2〕顏色青綠，在五行中屬於東方木，所以它們都屬於陽性。而那些好伏不動，志性沉滯，形質頑狠，不能燃燒或形成於陰山水旁的，則隸歸陰性，例如黑鉛，形色晦暗，五行中屬於北方水；汞色白，其狀如水似銀；硝石(KNO3或Na2SO4·10H2O)生成於湖邊水旁或陰溼角落，被認為是深秋時節從「積寒凝霜之土地而生」；硇砂(NH4Cl)、礬石[KAl3(SO4)2(OH)6]生於陰山，白色結晶，被認為是「積冰凝之，結水變成」，所以這些藥物都屬於陰性，功能是可以制伏極陽的金石。

」固然，這種說法和這樣的物質分類法用現在的眼光來考察並不很科學，但確曾指導著古代的方士煉製到不少重要的化合物。例如他們用水銀和硫磺合煉出了紅色硫化汞；用丹砂與明礬、消石升煉出了氧化汞；用丹砂與礬、鹽合煉出了氯化亞汞；用雄黃和硝石升煉出了砒霜；用金屬錫與雄黃升煉出了二硫化錫(金黃色彩色金)等等。所以陰陽學說在中國丹藥化學上是起過積極作用的。

我國古代方士們在這種思維過程中產生了一個非常革命的思想，就是人為地創造一種環境，使這種自然進化的速度加快。在他們看來，金屬冶煉就是這種可能性的有力憑證。基於這種想法，他們認為丹鼎就是一個縮小的小宇宙，在這個「小宇宙」中由於有水火相濟，時光進行得很快，藥物在其中一日可相當在外界俗世過了許多年。所以他們對丹鼎、壇爐和煉丹火候幾乎都是模擬他們理解的大宇宙來設計和掌握。

他們相信在丹鼎中能夠仿造出自然界中存在的，而且更加完善的物質，這種想法無疑是正確的，已在現代化學實驗室中被千萬次地證明了；而且通過「水火相濟」也的確可以極大地加快化學變化的速度，更千真萬確是科學的，所以我們對「金石自然進化論」的思想以及模擬宇宙，創造小宇宙的氣魄和行為應給予高度評價，它是原始化學思想和活動的精華部分。

既然煉丹術是化學研究的原始形式，那麼古老的中國煉丹術中使用的設備就可以視為最古老的化學實驗儀器了。當然也應算作中國古代化學成就的一個重要方面了。

中國煉丹術中煉製神丹的基本化學過程是把金石藥物按方士們設想出的某些配方或混合起來，或按一定布局放入反應器中加熱，而把升華反應產物用適當的方法冷凝，然後收集起來。

使用最早、應用最久的反應器是丹釜，它由上、下兩個用黃土泥燒制的土釜組成，藥物放在下釜中，再倒扣上釜，縫際用封泥泥住，然後加熱下釜，升華的丹藥便冷凝在上釜的內壁上，所以是採用空氣冷凝的方式。從它可以看出，早期煉丹術的反應器就是移植了製藥的設備。這種上下土釜的反應器一直沿用到隋代。

到了隋唐之際，開始出現金屬製造的丹釜，上瓦下鐵的丹釜。

　　《道藏源流續考》中的上瓦下鐵丹釜


唐代後，升煉反應器改稱為鼎。放置金石原料以備加熱的鼎叫火鼎，貯放冷水以冷凝升華物(即丹藥)的鼎叫水鼎，所以合起來叫水火鼎。在未濟爐上裝配了流水冷凝管來冷卻下部的水鼎。設計如此精巧，可以說已接近現代化學實驗儀器了。

　　既濟式

　　未濟式

　《道藏源流續考》中的水火鼎


唐宋時期，丹鼎一般要放置在一座壇臺上，這種臺叫丹臺。

　　《中國煉丹術》中的未濟式養火匱

　

《中國煉丹術》中的既濟爐與未濟爐


在演化過程中值得記上一筆的煉丹設備是宋人設計、製造的一種專門抽煉水銀的「飛汞爐」(見《丹房須知》)。

《中國煉丹術》中的丹臺


　　在丹鼎中，除加熱的鼎外，還有一種叫做「懸胎鼎」。

　懸胎鼎

煉丹術中也用到研磨的操作。先把各種藥物分別地加以機械碾碎，然後再混合，這樣顯然可以加大不同藥物間的接觸，加快反應速度。在宋代丹經《丹房須知》中卻記載了一種很講究的乳缽，而它的名字卻叫「沐浴」。

　

　《丹房須知》中的「沐浴」

在中國古代煉丹術中沒有玻璃儀器，沒有蒸餾設備，這是較阿拉伯和西歐鍊金術遜色的方面。

中國煉丹術興起以後，方士很重視硝石，不斷摸索它的性質。

中國傳統火藥的基本成分是硝石、硫磺和木炭。硫磺也可以用雄黃代替，木炭也可以用油脂、瀝青代替。而火藥的發明，關鍵是在對硝石(又名焰硝)的識別、性能的了解以及其加工、提純工藝的進步。

我國利用硝石是很早的，初時寫作「消石」，在戰國時已用做醫藥。其化學組成是硝酸鉀。自然界中的硝石往往是土壤中含氮有機物質在細菌作用下分解、氧化成硝酸後與土壤中的鉀素化合而成的。東漢時成書的《神農本草經》上所記載的、「能化七十二種石」的「樸消」，根據它的「化石」性質，大概就是硝石。

但是在自然界中又相當廣泛地存在一種叫做「芒硝」的物質，化學組成是Na2SO4·10H2O，在鹽湖周圍會大量析出；或以鈣芒硝、白鈉鎂鹽(即硝板)形式存在；也常從鹽鹼地上離析出來，外貌和硝石頗相似。而兩者在我國傳統的醫藥中，醫療功能也幾乎完全相同。

古人，特別是從先秦到南北朝時期，往往把它們混淆，古書上的記載當然也就相當混亂，什麼是真硝石？長時期中眾說紛紜。所以要對硝石廣泛採集、充分利用並準確地掌握它的化學特性，就得摸索到一些區分它們的方法。

在南北朝時，陶弘景提出了一種鑑定硝石的方法，相當科學，他說：「以火燒之，紫青煙起，雲是真硝石也。這就是近代的焰色檢定法，我國古代的方士早在1500年前就已經利用過了。但是真的運用這種方法時，又往往會遇到困難。因為在天然的硝石中總會含有一些芒硝和鹽分，而鈉所產生的黃色火焰，其亮度遠遠超過鉀的紫色火焰，因此少量鈉雜質的存在，這種靠焰色鑑定的方法就大失效力了。

及至唐代，煉丹家們發明了高效的「磺硝法」來製造鉛丹。其工藝過程是先利用熔化的鉛與硫磺相反應，使生成硫化鉛，然後加硝石一起炒，很快就會生成赤紅色的鉛丹，而芒硝絕無這種功能，因此這倒不失為一種鑑定硝石的科學方法。

但在唐代時，煉丹家則更普遍地知道了利用硝石的助燃性可以鑑別它：把一小塊待檢驗的硝石投到赤熱的炭上，就會猛烈燃燒起來；而芒硝投火中，則先化成「水」，水蒸發盡後，變成白色似枯礬的粉末，與硝石迥然不同。因此，唐代的煉丹家對硝石性質的認識和多方利用就大步前進了，他們在這時期發明了火藥也就不是偶然的了。

硫磺的研究和利用較硝石要晚些，可能是由於中原一帶缺少天然的硫磺。漢初時大約主要從西域火山區得到硫磺。不過在漢代時，中原一帶也已經開始從黑色含煤黃鐵礦(當時叫涅石，因是燒制綠礬的原料，所以也叫礬石)提取硫磺了。那是一種製造綠礬的工藝：在土坯砌成的窯中，把礦石和煤炭壘疊起來，點火焙燒，便發生如下反應：

　FeS2+2O2＝FeSO4+S↑

硫磺便從窯的頂部冷凝下來。

中國煉丹術自始至終主要是採用火煉的方法，而硝石、硫磺又都是最常用的藥劑，而且一個是「陰君」(硝石)，一個是「陽侯」(硫磺)，所以它們在丹鼎中相遭遇，一起被加熱的機會是非常多的，若煉丹家又發奇想，再摻入些草藥、油脂、蜂蜜之類的東西，就構成了一個原始的火藥配方，就難免發生「炸鼎」的災難事故。

　　《天工開物》燒取硫磺

在唐代的煉丹術著作中已經出現了不少的「伏硫磺」和「伏硝石」的方法。但什麼時候術士們發明了火藥，至今還沒能準確地考證出來，眾說紛紜，分歧很大，多數人傾向於在中唐。

《武經總要》所載火藥方

中國的火藥在兩宋、金、元各代，由於軍事上的需要，都有很大的改進。13到14世紀時，隨著中國與西亞的貿易往來，特別是蒙古人兩次大規模的向西侵略，把火藥技術和火器先傳到阿拉伯，以後又傳到歐洲各國。

火藥發明之後，設計師和匠師們就要不斷改進它，設法增強它的威力。除了火藥配方的調整外，更關鍵的是提高硝石、硫磺的純度。

在元明之際，火藥作坊對硝土和硫磺的提純工藝著實下過一番功夫。關於硝石的提純，直到宋代仍無很大改進，只是簡單的煎淋一蒸發濃縮一重結晶。及至元代，名醫朱震亨在其《丹溪心法》中提及利用蘿蔔來提純芒硝，即用芒硝溶液與蘿蔔片同煮，然後過濾、重結晶。

及至天啟年間(公元1621—1628年)，茅元儀所撰《武備志》又改進了提硝法。他指示用灰霜(即K2CO3)來沉澱清除硝石中的鎂鹽、鈣鹽和鐵鹽。顯然，其效果更優於蘿蔔法，而很接近現代化學實驗室中的方法了。

　《天工開物》明代爆炸性火器「萬人敵」

至於硫磺，無論是採集自火山區的，還是用黃鐵礦燒煉出來的，相對來說純度都相當高，主要是有一些泥沙混雜。所以直到火藥、火器大發展的明代時才出現其提純法，其中最重要的要算油煎法了。這種提硫法是先在大鐵釜中放入菜子油(《武備志》用麻油)，再將碾磨如粉的硫土放入油中，但不加熱，強力攪拌，硫磺粉質輕而且有親油性，於是浮在油層中，形成懸浮液；砂粒質地沉重，便下沉到釜底。靜置片刻後，將混有硫磺的油液舀至另一釜中，加熱至近沸時，硫磺熔化，於是凝聚起來，下沉於釜底。冷卻後硫磺便凝結成塊，取出，打碎使用。油可再反覆使用。

在北宋的後期，火藥又被應用到娛樂上。那些早期的爆仗、流星和煙火似乎都是基於軍事應用的經驗而創造出來的。到了南宋初期，大概已經有了那種在木架上施放的，有重重帷幕下降，不時出現亭臺樓閣、飛禽走獸的大型煙火戲了。其時，吳自牧所撰《夢粱錄》中就已有「十二月有賣爆竹、成架煙火之類」的話。宋末元初多才多藝的文人趙孟頫曾有一首描繪當時的煙火，歌頌煙火匠師的詩，詩中寫道：

　　人間巧藝奪天工，煉藥燃燈清晝同。

　　柳絮飛殘鋪地白，桃花落盡滿階紅。

　　紛紛燦爛如星隕，赫赫喧豗〔hui灰〕似火攻。

　　後夜再翻花上錦，不愁零落向東風。

信息量很大，簡直就是中國化學史，你值得擁有，節日快樂喲！

（內容來源：網絡 由小析姐整理編輯）