中國通史（第七卷） · 第九十一章化學

第一節煉丹術 兩宋時期煉丹術仍很盛行。北宋時一些人依然熱中於燒煉外丹，如張邦基《墨莊漫錄》卷3載：章盛於宋真宗時，「煉丹一爐，在翰林金丹閣，日供炭五秤」，至宋神宗熙寧元年，「猶養火不絕」，「其丹作鐵色。」「張忠定公安道居南都，煉丹一爐，養火數十年。」煉丹持續時間之長，可見其人迷戀之深。陸游《老學庵筆記》卷9載：「（徽宗）宣和末，又以方士劉知常所煉金輪，頒之天下神霄宮，名曰神霄寶輪。知常言，其法以汞煉之成金。」蔡絛《鐵圍山叢談》卷6載：宋太宗時得巧匠，「造金帶得三十條」。但是，不少煉丹術士實際上是江湖騙子，專以煉製偽金和偽銀的方術騙人錢財，搞得聲名狼藉。尤為嚴重的是，由於服食丹藥中毒致死者屢見不鮮，因而促使越來越多的人認識到所謂神丹仙藥的危害性，並對煉丹術採取了嚴肅的批判態度。如沈括就曾明確指出對煉丹術「不可不戒」。《本草衍義》的作者寇宗奭也指出：「生金有毒，至於殺人，仍為難解」，「丹砂但宜生服，若煉服少，有不作廢者」，「水銀入藥雖各有法，極須審謹，有毒故也。」甚至連「養火數十年」的南都張安道也是「丹成，不敢服」，結果使一位堅求服食者中毒致死。在這種情況下，到了南宋時期，從事燒鉛鍊汞的外丹術已明顯衰落，與此同時，主張鍊氣養神的內丹術大為興盛起來。 在這一時期，出現了不少的煉丹術著作。下面列舉的幾種是較有代表性的，從中可以了解當時的煉丹設備、煉丹方法及煉丹術的發展情況等，對於研究中國古代煉丹化學的成就具有重要的價值。 《丹房須知》，吳悞撰，成書於南宋孝宗隆興元年（1163）。此書專講煉丹的基本知識和注意事項，如擇友、擇地、擇井、造壇、造鼎、造爐、研磨、合藥、采鉛、用火、開爐、服食、禁忌等。書中雖字數不多，但記載了一些重要的煉丹設備的圖形，如丹台、抽汞的蒸餾器、既濟爐和未濟爐、研磨器等。 《金華沖碧丹經秘旨》，白玉蟾授，孟煦撰，成書於南宋理宗宣慶元年（1225）。此書對於煉丹設備的敘述很詳細，如石榴罐、水海等，都是符合科學原理的。書中所載鍊汞的「石榴罐法」等也很重要。其具體操作是在石榴罐中盛辰砂十兩，赤金（紅銅）珠子八兩，磁瓦片塞口，倒撲石榴罐在坩堝上，堝內華池水二分。石榴罐與坩堝間合縫處用六一泥固濟後，加熱石榴罐，則其中的辰砂分解，水銀即溜入下面坩堝的醋里，操作相當簡便。曹元宇先生曾繪製了石榴罐鍊汞示意圖（圖5）①。根據現代化學知識，石榴罐中發生的反應為：HgS＋Cu△...Hg＋CuS，加入銅珠能促進HgS的分解。曹元宇先生還曾集中介紹了中國古代煉丹家所用的各種設備（如圖6—10）①。①見曹元宇編著：《中國化學史話》，江蘇科學技術出版社1979年版，第255頁。①曹元宇：《中國古代金丹家的設備及方法》，見王璡等著《中國古代金屬化學及金丹術》，科學技術出版社1957年版。 《諸家神品丹法》，玄真子孟要甫編撰。這是一部選錄各家煉丹方法而編成的丹書。其中記載了許多重要的化學史料，如原始火藥的發明等。又如「化庚粉法」是講制金粉的方法。這種方法是先將黃金煉赤投入水銀製成合金，再加入食鹽，研細，然後蒸發掉水銀，再溶解掉食鹽就留下粉末狀的黃金了。這必然是煉丹家經過長期摸索和多次實驗而取得的成就。 《庚道集》，全書分為9卷，是《道藏》中記載各種丹法最詳細和篇幅最大的一部煉丹術著作集。它是由元或明人匯編，收錄了元代及以前的一些丹法，而其中成書年代可考者多出於宋代。在《庚道集》所收錄的南宋丹經《丹陽術》中，不僅有對中國煉丹家煉得單質砷的更確切的記載，而且對其形態和性質有明確的描述。所用的方法，是將砒石（As2O3）與草木藥或蜜混合密閉燒煉，並明確記載所得產物「色如銀」，「如黑角色，甚硬」，或「如玉銀相似可愛」。此外還指出可用它直接與赤銅點化丹陽銀（砷白銅）。這是中國古代煉丹化學中最突出的成就之一。 第二節藥物化學 宋代的本草學也很發達，出現了《開寶本草》、《證類本草》、《圖經本草》等著作。煉丹術在製藥和化學方面的許多新成就也被收入這些本草學著作中，為醫學家所繼承和發揚。 例如，《開寶本草》記載了「鐵華粉」的製法：「取鋼煅作葉，如笏或團，平面磨錯，令光淨。以鹽水灑之，醋瓮中陰處埋之，一百日，鐵上生衣，即成粉矣。」這是醋酸鐵的製法和藥用的最早記錄。關於石棉，《證類本草》說它「如爛木，燒之不燃，石類也」。準確地描述了石棉的性質。《證類本草》和《蘇沈良方》還記載了秋石的煉法。 密陀僧（PbO）是在唐代從波斯傳入的。到了宋代，《圖經本草》記載了中國自製密陀僧的詳細工藝：密陀僧，「今嶺南、閩中銀鉛冶處亦有之，是銀鉛腳。其初採礦時，銀銅相雜，先以鉛同煎煉，銀隨鉛出。又采山木葉燒灰，開地作爐，填灰其中，謂之灰池。置銀鉛於灰上，更加火大煅，鉛滲灰下，銀住灰上，罷火，候冷出銀。其灰池感鉛銀氣置之積久，成此物。今之用者，往往是此，未必胡中來也。」這種方法叫做「灰吹法」，在11世紀流行於今廣東、四川等地，直到近代還仍然為煉銀等工業生產所採用。 綠礬，即水綠礬（FeSO4·7H2O），狀如玻璃，陶弘景曾誤作石膽（CuSO4·5H2O，後稱膽礬）。《圖經本草》提出了鑑別綠礬的方法：「綠礬石五兩，..取此一物，置於鐵板上，聚炭封之。囊袋吹令火熾，其礬即沸流出，色赤如融金汁者，是真也。看沸走汁盡，去水待冷，取出挼為末，色似黃丹，收之。」如此精要的化學鑑定方法就是按現代化學理論和化學實驗來衡量，也是科學的。同時這也是製備絳礬（Fe2O3）的一種方法。 《圖經本草》所載抽砂鍊汞的工藝，也很值得注意。此書水銀條載：「出於丹砂者，乃以山石中采粗次硃砂，作爐，置砂於中，下承以水，上覆以盎，器外加火煅養，則煙飛於上，水銀溜於下，其色小白濁。」這裡所說的「爐」，為鐵釜一類，而所述「出於丹砂」的水銀的煅養過程，其化學反應式為：HgS＋FeHg＋FeS。 關於未濟爐鍊汞，《丹房須知》中雖繪製有丹爐的形制，但沒有文字說明，後世無法了解它抽煉水銀的全過程。蘇頌則在《圖經本草》中作了詳細的說明：「（水銀）出自丹砂者乃是山中采粗次硃砂，和硬炭屑勻，內陽城罐內，令實，以薄鐵片可罐口作數小孔掩之，仍以鐵線羅固，一罐貯水承之，兩口相接，鹽泥和豚毛固際上罐及縫處，候干，以下罐入土，出口寸許，外置爐圍火煅煉，旁作四竇，欲氣達而火熾也。候一時，則成水銀溜於下罐矣」。這裡具體詳盡地記載了一種新的「未濟式」由硃砂取汞的方法，其中混進炭末，也是一項重大的革新和進步，為後世長期沿用。該反應為：2HgS+CCS2+2Hg這種更有效、更經濟的鍊汞法，表明中國古代煉丹家在鍊汞方面已積累了豐富的經驗。 關於醋酸鉛的記載也是很有價值的。《圖經本草》提到：「又有鉛霜亦出於鉛，其法以鉛雜水銀十五分之一，合煉作片，置醋瓮中，密封，經久成霜，性極冷，治風痰及嬰孺驚滯藥，今醫家用之尤多。」不僅明確地描述了醋酸鉛的製備，而且簡要地說明了其性質與功用。 第三節冶金化學 膽銅法的推廣 用膽水煉銅是我國古代冶金和化學史上的一項重要發明創造。這種工藝是利用金屬鐵將膽礬溶液的銅離子置換出來，還原為金屬銅，再熔煉成錠。對這一化學現象的認識，遠在西漢初年《淮南萬畢術》中已有記載。《神農本草經》、《抱朴子·內篇》、《神農本草經集注》等書中也都有所記載。到了唐代，這一反應被方士用來作為點金術的技藝。唐明皇時，劉知古上《日月玄樞論》說：「或以諸青、諸礬、諸綠、諸灰結水銀以為紅銀。」紅銀實際上是煉丹家煉得的純銅。唐代煉丹家金陵子在《龍虎還丹訣》中也有多條以鐵釜熬膽水煉製「紅銀」的要訣。 膽水煉銅成為一項生產工藝，大約始於唐代末年或五代初期，當時把這種銅稱作「鐵銅」。五代軒轅述在《寶藏暢微論》中指出：「鐵銅，以苦水浸至生赤煤，熬煉成而堅黑。」①到了北宋年間，由於鑄錢需要大量的銅，水法煉銅有了較大的規模。重要的膽銅產地有信州鉛山、饒州德興和韶州岑水等。沈括《夢溪筆談》中關於信州鉛山的膽水情況，有一段著名的記載：「信州鉛山縣有苦泉，流以為澗，挹其水熬之，則成膽礬。烹膽礬則成銅，熬膽礬釜久之亦化為銅。」 關於膽水煉銅的方法，《宋會要輯稿·食貨》有詳細記載：「浸銅之法，先取生鐵打成薄片，目為鍋鐵，入膽水槽，排次如魚鱗，浸漬數日，鐵片為膽水所薄，上生赤煤，取出刮洗鐵煤，入爐烹鐵，凡三煉方成銅，其未化銅，卻添新鐵片，再下槽排浸。」膽礬煉銅，除了浸銅法外，還有淋銅法，即以水淋浸含膽礬的土，然後以膽水浸鐵。這兩種方法各有優劣，崇寧時游經曾作了比較：「膽水浸銅，工少利多，其水有限；膽土煎銅，工多利少，其土無窮。..膽水浸銅斤以錢五十為本；膽土煎銅以錢八十為本，比之礦銅，其利已厚。」①南宋建立後，膽銅生產仍有很大規模，如乾道元年（1165）膽銅產量為21萬餘斤。南宋後期，由於膽水資源有限且質量欠佳，膽銅生產便趨於沒落了。但膽銅法作為一項重大的科學發明和技術成就，並且是後世水法冶金的先聲，應該給予高度評價。 黃銅的冶煉銅鋅合金色澤金黃，現在稱為鋅黃銅。在宋代以前，曾叫做「鍮石」、「鍮銅」，因顏色似金，中國古代煉丹家也稱它為「鍮石金」。②關於這種合金用品最可靠的記載，出自梁代宗懍的《荊楚歲時記》：「七月七日，是夕人家婦女結采縷穿七孔針，或以金、銀、鍮石為針，陳瓜果於庭中以乞巧。」隋初蘇元明所撰《寶藏論》中列舉的藥金也有鍮石金。到了唐代，鍮銅已較普遍，曾作為冠服等級的標誌，其價值在銅、銀之間。 我國古代煉製這種合金，最初是用爐甘石（即菱鋅礦，主要成分為ZnCO3）點化。這種技藝與煉丹術有密切關係。這個煉製方法的最早記載，見於孟要①見李時珍：《本草綱目》卷8「赤銅」。 ①《宋會要輯稿》食貨34坑冶。 ②趙匡華：《中國歷代「黃銅」考釋》，《自然科學史研究》第6卷第4期。甫彙輯的丹經《諸家神品丹法》卷6中的「日華子點庚法」：「百鍊赤銅一斤，太原爐甘石一斤，細研，水飛過石一兩，攪勻，鐵合內固濟陰乾。用木炭八斤，風爐內自辰時下火，煅二日夜，足冷取出，再入氣爐內煅，急扇三時辰，取出打開，去泥，水洗其物，顆顆如雞冠色。母一錢點淡金一兩成上等金。」日華子是五代末宋初的醫藥學家。其後不久，崔昉所撰《大丹藥訣本草》也簡要記載：「用銅一斤，爐甘石一斤，煉之即成鍮石一斤半。」①及至宋真宗時，民間以爐甘石點鍮銅的活動已相當普遍。宋以後的本草、煉丹及博物學著作中仍經常可以見到這種煉鍮法，如《格物粗談》、《本草綱目》、《天工開物》、《物理小識》等書都有記載。在明代，冶煉這種合金的技術已逐步發展為金屬銅與金屬鋅直接合煉。 灰吹法煉銀技術銀在自然界中的含量不多，且主要以輝銀礦形式存在，並多與方鉛礦共生。中國古代的銀大部分是從含銀的粗鉛中提煉出來的。由於銀鉛完全互溶，且溶點較低，古時煉銀時加入鉛，使銀溶於鉛中，實現銀的富集；然後吹以空氣，使鉛氧化，入爐灰中，實現銀的分離。早在東漢時期，煉丹家就發明了以金銀礦粉與黑錫（鉛）共煉與提煉金銀的「灰吹法」。①灰吹技術在唐代已被廣泛應用。唐司空圖《詩品》洗鍊條有「猶礦出金，如鉛出銀」的記載。據對唐邠王府和章懷太子李賢墓所出煉銀渣塊的化驗和分析，可知用的就是灰吹法。五代軒轅述《寶藏暢微論》中所說「倭鉛可勾金」，可能是指利用鋅並由灰吹法來提煉金銀。到了宋代，《雲麓漫鈔》、《大冶賦》等著作對灰吹技術乃至完備的銀冶程序都已有較詳細的記載。趙彥衛在《雲麓漫鈔》中提到：「取銀之法，每石壁上有黑路乃銀脈，隨脈鑿穴而入，甫容人身，深至數十丈，燭火自照所取銀礦皆碎石，用臼搗碎，再上磨，以絹羅細，然後以水淘，黃者即石，棄去，黑者乃銀，用麵糊團入鉛，以火煅為大片，即入官庫，俟三兩日再煎成碎銀，每五十三兩為一包。」這段記載概要地敘述了煉銀的三個步驟：一是辨銀脈與採礦，這裡所說的黑色礦脈應指輝銀礦（Ag2S）。二是碎礦與選礦，三是煉銀，「以火煅為大片」即是灰吹法。灰吹法是古代比較先進的煉銀方法。關於這種方法，明代著作《天工開物》、《菽園雜記》等的記載更為翔實。 第四節蒸餾酒 宋代之前，人們飲用的多是由穀類釀造的米酒和葡萄酒。蒸餾酒是一種烈性酒，它的發明是造酒技術的重要進步。但其究竟出現於何時，迄今尚無定論。據研究，北宋時期，中國可能已有。蘇軾《物類相感志》提到，「酒中火焰，以青布拂之自滅」，田錫（940—1003）《曲本草》說：「暹羅酒以燒酒復燒二次，入珍貴異香。..能飲之人，三四杯即醉。價值比常數十倍。有疾者飲一二杯即愈，且殺蠱。」這裡提到的酒和燒酒可能就是蒸餾酒。①李時珍：《本草綱目》卷9「爐甘石」條。 ①趙匡華：《狐剛子及其對中國古代化學的卓越貢獻》，趙匡華編《中國古代化學史研究》，北京大學出版社1985年版，第193—197頁。 南宋時期肯定已經有了蒸餾酒。宋慈（1186—1249）《洗冤錄》卷4「急救方」載：「虺蝮傷人，..令人口含米醋或燒酒，吮傷以吸拔其毒，隨吮隨吐隨換酒醋再吮，俟紅淡腫消為度..。」《洗冤錄》自序是書作於淳祐丁未，即1247年。這種治療蛇傷的燒酒應當是蒸餾酒。1975年曾在河北青龍發掘到一套鑄造於金世宗大定年間（1161—1189）的用於飲用蒸餾酒的銅製酒器。此外，南宋吳悞《丹房須知》等著作記載有煉丹家使用的相當精美的蒸餾器，這種蒸餾器自然可以用作製造蒸餾酒的設備。這些情況表明南宋時已有蒸餾酒是無可置疑的。