中國通史（第六卷） · 第五十二章化學
第一節煉丹術的興盛
隋唐兩代以至北宋是中國煉丹術發展的黃金時代。特別是唐代，由於皇室姓李，便附托老子李聃為始祖，尊之為玄元皇帝，並把道教奉為國教。唐代帝王多寵信方士，迷信神仙方術，煉丹術得到了統治者的支持。同時，許多文人學者熱衷於問道尋仙，煉丹製藥，出現了不少著名的煉丹家和內容豐富的煉丹著作。於是，中國煉丹術經過幾百年的發展，在唐代達到了它的全盛時期。這一時期，火法煉丹與水法煉丹都有很多新的成就；用藥品種大為增加，所用植物藥料開始增多；實驗操作更為複雜，煉丹工具和設備從兩漢所用比較簡陋的土釜竹筒等發展到特製的鐵質上下釜、水火鼎、銅桶等；1970年，在西安南郊何家村唐邠王府出土了一批煉丹藥物和用具，從中可見這些藥物和用具是相當精製和考究的；在理論上也趨於系統和完整，但失去了兩漢時期那種較樸實的面貌，而更多地染上玄奧隱晦的神秘主義色彩①。據梅彪撰《石藥爾雅》記載，當時「有法可營造」的長生丹藥就有九十八種，收錄論述煉丹服食的書目則有九十七部。又據《鉛汞甲庚至寶集成》收錄的《神仙養道術》記載，當時流行的藥金達十五種。以上這些都反映出當時煉丹術的興盛情況。
煉丹家煉製的所謂「仙丹」，大多是含汞、鉛、硫、砷的劇毒物質，吃了非但不能長生，反而會致人於死地。漢代詩人就有「服藥求神仙，多為藥所誤」①的感嘆，以後不斷有人對此發出警告，但服食受害者仍屢見不鮮。清趙翼《廿二史札記》卷十九「唐諸帝多餌丹藥」條載，唐太宗、憲宗、穆宗、敬宗、武宗、宣宗皆服丹藥中毒致死。皇帝如此，何況臣民百姓。當時一些大臣如杜伏威、李道古、李抱真等也都是因服食丹藥中毒致死。白居易《思歸》詩云：「退之（韓愈）服硫黃，一病訖不痊。微之（元稹）煉秋石，未老身溘然。杜子（杜牧）得丹訣，終日斷腥膻。崔君（崔玄亮）夸藥力，終冬不衣棉。或疾或暴夭，悉不過中年。」煉丹術的興盛帶來了不盡的悲哀。但任何事物都有利有弊。這一時期，出現了不少在當時和對後世都有重要影響的煉丹家和煉丹著作。如孫思邈和他的弟子孟詵、陳少微、張果、玄真子、清虛子、楚澤先生、獨孤滔等，都是其中的著名人物。他們或親自進行煉丹實踐，或著意收錄前人經驗匯編成書，從而在探索自然現象、認識自然規律、製備新的物質和保存原始文獻等方面，做出了不可磨滅的貢獻，推動了化學和藥物學的進展。
孫思邈（581—682），其著述以醫學為主，今存《備急千金要方》、《千金翼方》各三十卷。其煉丹著作多已失散，現僅存《太清丹經要訣》等。此書記有不少化學上的重要成果，如《伏雌雄二黃用錫法》一條，非常明確地介紹了用雄黃、金屬錫製作彩色金（SnS2）的方法：雄黃十兩，末之，錫三兩，「鐺中合熔，出之。入皮袋中揉使碎，入坩堝中，火之。其坩堝中安藥了，以蓋合之。密固，入風爐吹之。令鍋同火色，寒之。開，黃色似金」①。①趙匡華：《化學通史》，高等教育出版社1990年版，第32—33頁。
①《古詩十九首》，見南朝梁蕭統《文選》。
①《太清丹經要訣》「伏雄黃用錫法」，見《雲笈七籤》卷七一。
這是目前世界上最早的關於製得二硫化錫的明確和詳實的記載。今人的模擬實驗表明，這已經是一個相當成熟的方案。用此法制彩色金也較後世阿拉伯和西歐煉金家採用硫磺、硇砂的方法簡便。因此它無疑是世界古代化學史中的一項卓越成就。②陳少微，也是著名煉丹家，生平不詳，有學者推測是玄宗時人③。他所撰寫的《大洞煉真寶經修伏靈砂妙訣》和《大洞煉真寶經九還金砂妙訣》，是兩部重要的煉丹著作。《九還金砂妙訣》詳細記述了丹砂的產地，第一乃至第七返的各種靈砂的製法。書中所載竹筒式抽砂鍊汞（即從丹砂制水銀）的方法尤其別致。這種方法是「先取筋竹為筒，節密處全留三節。上節開孔，可彈丸許粗，中節開小孔，如筋頭許大，容汞溜下處，先鋪厚蠟紙兩重，致（置）中節之上。次取丹砂研細，入於筒中，以麻緊縛其筒，蒸之一日。然後以黃泥裹之，可厚三分，埋入土中，令筒與地平。筒四面緊築，莫令漏泄其氣。便積薪燒其上，一復，令火透其筒上節，汞即流出於下節之中。」這段文字清楚地敘述了這種操作簡便、效率較高而成本很低的竹筒式鍊汞裝置和抽汞過程。陳少微在此書中提到的「銷汞」法（即用水銀和硫磺製取丹砂的方法）及其他一些丹法也相當詳細。如在銷汞法中，關於汞硫用量、火候掌握、操作程序、出現的現象，以至最後汞「化為紫砂，分毫無欠」的結果等，都有準確、細緻的記載。從一定意義上說，把這些內容譽之為很有價值的化學試驗記錄並不為過。①從中也可看出當時在製取紅色硫化汞時所達到的高度工藝水平。
同時代的著名煉丹家還有張果，就是民間所傳「八仙」中的張果老，玄宗時人，大約生活在七世紀後期至八世紀中期，生平不詳。他著有《神仙得道靈藥經》、《丹砂訣》和《玉洞大神丹砂真要訣》等。《玉洞大神丹砂真要訣》記述丹砂的產地、形狀、性質都非常詳細，其中提到用「汞一斤，硫黃三兩」製成紫砂，其內容與陳少微《九還金丹妙訣》相類似。這裡汞、硫兩物的重量比為100∶19。而根據丹砂（硫化汞，HgS）的組成計算，汞、硫重量比是100∶16。②陳張二人把硫磺的量加多，是因為硫磺容易燃燒而遭到損失的緣故，這是很有道理的，說明當時製造丹砂確已積累了豐富的經驗。《太清石壁記》，作者楚澤先生，事跡不詳。據《新唐書·藝文志》載，此書為隋開皇時著名煉丹家蘇元明撰，唐肅宗乾元年間劍州司馬編纂。書中記載的「艮雪丹方」，即為錫汞齊製法。此外還記載有制「水銀霜法」，其飛煉要訣中所用藥物為水銀、鹽、朴硝、太陰玄精和敦煌礬石。經模擬實驗判明，如此飛煉所得的「水銀霜」是升汞（HgCl2）或甘汞（氯化亞汞，Hg2Cl2）與升汞的混合物。③這是我國現存古籍中製得升汞的最早記錄。有些學者認為用這一方法制煉出來的水銀霜是亞汞而不是高汞，因此應把水銀霜改為水銀粉（輕粉）才符合事實①。另外，唐代水銀霜是常用的內服藥，並用作化妝品，②趙匡華、張惠珍：《中國金丹術中的「彩色金」及其實驗研究》，《自然科學史研究》1986年第1期。③張子高：《中國化學史稿》（古代之部），科學出版社1964年版。
①曹元宇：《中國化學史話》，江蘇科學技術出版社1979年版。
②張子高：《中國化學史稿》（古代之部）。
③趙匡華、吳琅宇：《關於中國煉丹木和醫藥化學中制輕粉、粉霜諸方的實驗研究》，見趙匡華主編《中國古代化學史研究》，北京大學出版社1985年版。
①②張覺人：《中國煉丹術與丹藥》，四川科學技術出版社1985年版。所以不可能是有劇毒和腐蝕性的升汞，孫思邈《千金翼方》所載《飛水銀霜法》的製品，也只能是氯化亞汞（甘汞）②。王燾《外台秘要》所收西晉《崔氏方》「造水銀霜法」時代更早，也確有可能製得氯化高汞，但因制煉條件較為複雜，能否實現，尚有待研究。
《黃帝九鼎神丹訣》是唐代一部重要的煉丹著作，書中含有豐富的化學知識。例如詳細記述丹砂、雄黃、空青、礬石、朴硝等藥物的產地及鑑別質量好壞的方法；記載了利用物質不同的溶解度來製取藥物的方法，如利用朴硝和芒硝溶解度的差別來提取結晶硫酸鉀等等，這種方法是前所未見的，是一項新的發明。還特別值得一提的是，書中收錄的「假別藥作石膽法」，非常詳實地記載了石膽的人工合成法：「青礬石二斤，黃礬一斤，白山脂一斤。大鐵器銷鑠使沸，即下真曾青末二斤，急投攪，瀉出做鋌，成好石膽。看礬石等剛溶不盡，即投曾青末和苦水使相得，瀉著礬石中消溶。瀉出作鋌亦得也。」這個方法利用了綠礬（黃礬）與曾青之間的複分解反應，其實質與現代無機化學合成方法，幾乎完全一致，也是中國古代化學史上的一項很出色的成果。
唐肅宗乾元年間（一說武后至玄宗時），金陵子撰《龍虎還丹訣》上下兩卷。金陵子的真實姓名已不可考，從他的道號來看，可能是今江蘇人。《龍虎還丹訣》中對用砒霜點化白銅製取砷白銅的技術作了詳盡具體的敘述。這是我國古代煉丹家的一項重要貢獻。《龍虎還丹訣》還記述了十五種由各種銅化合物中提取「紅銀」（即紅銅）的方法，甚至作了定量的研究。「煉紅銀法」的操作要領是：將水銀及少量水放在磨光的鐵鍋中，並投入石膽或曾青、白青等礦物原料，然後用文火加熱到微沸，這時鐵鍋的鐵將銅鹽中的銅置換出來，通過攪動，銅與水銀生成銅汞齊逐步固化而結成紅銀「砂子」，從而使鐵鍋不斷裸露出新的表面。將紅銀砂子放在煉丹爐中加熱，水銀蒸發後就得到了紅銀（紅銅）。這實際上是一種新的水法煉銅的方法。
除上述外，唐代還有不少煉丹著作，大多收入《道藏》洞神部眾術類中，如《金石簿五九數訣》、《鉛汞甲庚至寶集成》、《真元妙道要略》、《張真人金石靈砂論》、《修煉大丹要旨》、《太虛丹經》、《靈寶眾真丹訣》、《湧泉匱法》等。其中也載有不少關於中國古代煉丹化學成就的珍貴資料，有的書如《金石簿五九數訣》還可能是翻譯外國的或者由外國人撰寫的作品。可惜的是對許多煉丹著作迄今尚缺少甚至無人進行深入的研究。
此外，唐代的醫學和本草學著作中也記錄了有化學意義的一些重要成就，其中有些與煉丹術是密切相關的。例如孫思邈的「飛水銀霜法」，又如《唐本草》記載的「銀膏」製法：用白錫、銀箔和水銀合成之，「凝硬如銀」，這是世界上見於記載的最早的補牙合金。此書還敘述了氯化銅的製法：「以光明鹽、硇砂、赤銅屑釀之為塊，綠色。」其制銀粉法，也很神妙，大致過程是用汞把銀箔化成銀汞齊，再加入硝酸鉀、食鹽並研成粉末，加熱後汞即升華，再用水淘洗便得到了銀粉。另一方面，通過煉丹所得到的化學藥物，在醫學上得到了廣泛的運用。如其中有些丹藥具有提毒、拔膿、殺菌、消炎等顯著功效，有些則是治療疥癬、濕疹等皮膚病的良藥，現在仍然應用於臨床，這也是煉丹術的重要貢獻。
第二節火藥的發明
火藥是中國古代煉丹家最偉大的發明和最傑出的貢獻。火藥作為中國古代的四大發明之一，對於世界文明的進步產生了不可估量的影響。
火藥的基本成分是硝、硫和炭。而硝石、硫磺和含碳物質則是古代煉丹家所常用的藥物。其中硝石是火藥的關鍵原料，中國早在兩千多年前已利用硝石。馬王堆三號漢墓出土帛書的醫方里已有硝石，西漢司馬遷《史記》亦載名醫淳于意曾用消石（即硝石）治病，在《神農本草經》中，硝石被列為上品藥。硝石也是一種主要的煉丹藥劑。早期丹經《三十六水法》就著重介紹了硝石在水溶液中對丹砂、雄黃、雲母、石英等礦物的化學作用。中國使用硫磺大約始於西漢。《神農本草經》將硫磺列為中品藥，說它「能化金銀銅鐵奇物」。早期煉丹術著作《黃帝九鼎神丹經》和《三十六水法》，已用到硫磺，稱之為「石亭脂」。三國兩晉時期，中原地區開始從焙燒黃鐵礦製取綠礬的窯頂上收集冷凝成液的硫磺。①至於炭類，更是古代常常接觸的物質。中國煉丹家對於硝、硫、炭類物質性質的認識和應用，為火藥發明創造了條件，奠定了重要的基礎。
中國古代煉丹家在煉製丹藥的過程中，常常使用硝石、硫磺、雄黃、雌黃和含碳物質等藥料。而如果將這些藥料混在一起加熱，就有可能發生猛烈的燃燒甚至爆炸現象。葛洪《抱朴子內篇·仙藥》中的「餌雄黃方」就是一個可能引起爆炸的配方。另外，煉丹家們還有一種「伏火法」。在古代煉丹術語中，「伏」的含意和目的還不是很清楚的，但大致上說，「伏」是馴伏，即降低某種物質的毒性或使不穩定的物質變得穩定，便於控制，以及製得相關的產品等。例如對硝石、硫磺、雄黃的伏火法，就可能是試圖將它們通過加熱或其他手段處理，以改變其易燃易爆的劇烈性質。唐代丹經中有不少這類伏火法。其中《諸家神品丹法》所引《孫真人丹經》內「伏火硫磺法」，一般認為是現存最早的火藥配方。孫真人即孫思邈，其法是：「硫磺硝石各二兩，令研。右用銷銀鍋或砂罐子入上件藥在內。掘一地坑，放鍋子在炕內，與地平，四周卻以土填實。將皂角子不蛀者三個，燒令存性，以鈐逐個入之。候出盡焰，即就口上著生熟炭三斤，簇段之。候炭消三分之一，即去余火不用。冷取之，即伏火矣。」①其中「皂角子燒令存性」，實際上是生成炭。這個配方包含了硝、硫和炭這三種黑色火藥的基本成分。也有學者認為這段話並非《孫真人丹經》的內容。②唐元和三年（808）清虛子撰《鉛汞甲庚至寶集成》中記載有「伏火礬法」。其內容為：「硫六兩，硝二兩，馬兜鈴三錢半。右為末，拌勻。掘坑入藥於罐內，與地平。將熱火一塊，彈子大，下放裡面。煙漸起，以濕紙四五重蓋，用方磚兩片捺，以土冢之，候冷取出。」這是與《諸家神品丹法》所錄同類的實驗。有人認為這才是有年代可考的最早的火藥配方。在中唐時期託名晉鄭思遠所撰的丹經《真元妙道要略》中提到：「有以硫黃、雄黃合硝石並蜜燒之，焰起燒手面及燼屋舍者」，並告誡說：硝石，「生者不可合三黃等燒，立見禍事」。「蜜」加熱易成炭，「三①趙匡華：《化學通史》，高等教育出版社1990年版，第42—43頁。
①《道藏》洞神部眾術類《諸家神品丹法》。
②郭正誼：《火藥發明史料的一點探討》，見趙匡華主編《中國古代化學史研究》，北京大學出版社1985年版。
硫黃」，指硫磺、雄黃和雌黃，在火藥發展史上，這兩條材料尤為重要。因為前面提到的關於火藥配方的兩條記載，只是說明該配方中含有硝、硫、炭三種成分，並沒有說明會不會引起燃燒或爆炸，而在古代煉丹實踐中，丹爐起火或爆炸的事件是時有發生的，只不過未把所含藥物記錄下來而已。在以上兩條記載中，實際上已經把硝石、硫磺和炭混合在一起，這種混合物就是原始的黑色火藥。這兩條記載也說明，至遲在中唐時期，中國煉丹家已經明確地認識到在一定條件下，火藥有劇烈燃燒和爆炸的性質，這已是煉丹家實踐經驗的總結。當然，這一階段關於火藥只停留在對其性質的認識和對其危險性的防避上，至多不過在醫藥上有所應用。直到晚唐五代時期，火藥才被作為自覺的和有意識的研究對象，從煉丹家的丹房裡傳入軍事家手中，成為戰爭中威力強大的重要工具。從此之後，關於火藥乃至火藥武器的研製才真正獲得了極其迅速的發展。