1701081018
中国科学技术史稿（修订版） [:1701078169]
1701081019
七 炼丹术和化学
1701081020
1701081021
我国的炼丹术有着悠久的历史，早在公元前三四世纪的战国时期，就有关于方士和求“不死之药”的记载。自从秦始皇、汉武帝招致方士，讲求长生不老之术以后，炼丹的风气便在封建统治阶级中开始盛行。魏晋南北朝时期，方士演变成符水治病的道士，他们把先秦的道家创始人老子认作始祖。从此，道教成为我国封建社会中主要宗教之一，与儒、佛并行于世。由于当时社会动荡，封建统治阶级为了寻找精神寄托，纷纷崇信道教，求取丹药，妄想通过炼丹服食，解脱厄运，得道成仙；或者借助于丹药，寻求刺激，过着荒淫无耻的腐朽生活，从而使炼丹活动在统治阶级中更加风行起来。
1701081022
1701081023
炼丹术与化学的关系
1701081024
1701081025
炼丹的本意是荒谬的，它指望借金石的精气，使人长生不老，得道成仙，这种违反自然规律的目的当然是不可能实现的。因此，炼丹术实质上是一门伪科学。炼丹家虽然有种种迷信思想，但由于他们在炼丹活动中，吸取了劳动人民在生产和生活实践中的丰富经验，同时孜孜不倦地从事采药、制药的实际活动，从炼丹实践中，他们认识到物质变化是自然界的普遍规律，不自觉地产生了朴素唯物论和朴素辩证法思想，积累了大量关于物质变化的经验知识。东汉末年的魏伯阳就说过，炼丹术是顺从“自然之所为”【52】，葛洪也说，“变化者，乃天地之自然”【53】。他们引用自然界的变化现象和生产中的物质变化来论证炼丹的可能性和合理性。因此，尽管他们所追求的本来目的是不可能达到的，但他们在炼丹实践中发现物质变化的种种现象的基础上，对其中的某些规律性进行了有益地探讨。古代的炼丹家一般都兼搞医疗活动，一些大炼丹家本身就是著名的医学家，如葛洪、陶弘景，他们把炼丹的药物引入医疗实践中，从而也丰富了我国传统药物学的内容。这些，也就为化学初期发展阶段作出了一定的贡献。
1701081026
1701081027
早期的炼丹著作
1701081028
1701081029
现存我国和世界上最早的炼丹术著作是魏伯阳的《周易参同契》。全书只有六千字，以韵语写成，对炼丹理论和方法作了较系统的阐述。据近人研究，其内容是相当丰富的。当时的炼丹术士已经知道了不少物质的化学性能，甚至已经注意到发生化学变化时各种物质有一定的比例。书中有一篇“丹鼎歌”，是现存关于炼丹重要工具“丹鼎”的最早记载。
1701081030
1701081031
晋代的葛洪是我国历史上最著名的炼丹家，是炼丹史上承前启后的重要人物。他继承了早期的炼丹理论和实践，加以发展，对后世的中外炼丹家有着很大的影响。葛洪在综合前人经验的同时，亲自从事炼丹数十年，积累有丰富的物质变化的经验性知识。他的主要著作有《抱朴子内篇》和《抱朴子外篇》，其中《内篇》讲仙道，《外篇》讲儒术，体现了他的“道者儒之本也，儒者道之末也”【54】的内神仙外儒术的思想。有关炼丹术的内容主要在《内篇》“金丹”、“仙药”和“黄白”三卷中。“金丹”篇主要是讲利用无机物炼制所谓长生药，涉及的药物有水银、硫黄、雄黄、雌黄、矾石、戎盐、曾青、铅丹、丹砂、云母等。“仙药”篇讲的主要是植物性药物“五芝”（菌类植物）的作用。“黄白“篇主要讲的是炼制供药用的人造黄金和白银的方法。
1701081032
1701081033
南朝的陶弘景是葛洪之后的一个大炼丹家，在炼丹化学和医药方面都有贡献。他关于道教的著述不少，但除上文已提到的《神农本草经集注》外，现存的只有列入《道藏》的《真诰》和《养性延命录》两种，前者谈神仙授受真诀，后者讲长生不老之术，其他均已散佚。
1701081034
1701081035
炼丹术中的化学知识
1701081036
1701081037
呈液体状态的金属——水银，在先秦时代就已为人们所发现和使用，秦始皇在营建他的陵墓时，“以水银为百川、江河、大海”【55】，可见当时水银的生产已有相当规模。汉代已经有从丹砂炼汞的记载。由于丹砂（HgS）具有升华、还原等特殊的物理和化学性质，引起了炼丹家的极大重视，成为炼丹活动中的主要药物。在《周易参同契》中就总结前人经验，记载有“汞白为流珠”，说明汞不易黏附其他物质，会形成汞珠到处流转，并且知道了汞的挥发性能，“得火则飞，不见埃尘”。魏伯阳还利用汞能与铅组成铅汞齐，来固定水银这种不易控制的性能。可能是晋以前成书的《三十六水法》，记述有溶解34种矿物和2种非矿物的54个方子。《抱朴子内篇·金丹篇》中也有类似的记载，从这些方子中可以看到，当时已知利用硝石（硝酸钾）和醋的混合液来溶解金属或矿物。其中尤其突出的是溶解黄金的方法。黄金是一种性质很不活泼的金属，熔点高，不易与其他元素化合，即使是现代溶解黄金的方法也还不是很多。但在《抱朴子内篇·金丹篇》中已有“金液方”，其中主要的药物叫“玄明龙膏”，这一名称可代表水银，也可代表覆盆子，覆盆子未成熟的果实中含有氢氰酸，而水银和氢氰酸均可溶解黄金。
1701081038
1701081039
炼丹家在从丹砂中提取汞时，又发现了汞能与硫黄相化合而还成丹砂的事实。对此，魏伯阳在《周易参同契》中曾描述了水银容易挥发，容易和硫黄化合的特性，以及其在丹鼎中升华后“赫然还为丹”的过程。而葛洪则用更概括的语言说：“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂。”【56】丹砂即硫化汞，呈红色，经过煅烧，硫被氧化而成二氧化硫，分离出金属汞，再使汞与硫黄化合，生成黑色硫化汞，经升华即得红色硫化汞的结晶。这种人造的红色硫化汞可能是人类最早通过化学方法制成的产品之一。
1701081040
1701081041
关于汞能溶解多种金属形成汞齐的性质，早已为人们所注意和利用。战国时期已有鎏金的青铜器物，如辉县固围村出土的车饰等，有的鎏金器物经检验残存有汞，可能使用了金汞齐。汞齐的制作在炼丹术中是一项重要的内容，他们制成的汞合金有金、银、铅、锡等的汞齐。铅汞齐是铜镜的抛光剂。陶弘景曾记载水银“能消化金、银使成泥，人以镀物也”，说明当时金银汞齐已在生产中得到应用。
1701081042
1701081043
我国在奴隶社会时期生产青铜时就已开始利用铅，汉代的《神农本草经》有关于铅的化合物胡粉和黄丹的记载。由于铅具有和汞相类似的化学变化，也引起了炼丹家的重视，成为炼丹中的一项重要内容。在《周易参同契》中记有“胡粉投火中，色坏还为铅”。胡粉为白色碱性碳酸铅，经炭燃烧，会分解而放出二氧化碳和水蒸气，所余的氧化铅再与碳或一氧化碳反应而还原为金属铅。葛洪明确地指出胡粉和黄丹（四氧化三铅）都是“化铅所作”，说“铅性白也，而赤之以为丹；丹性赤也，而白之以为铅”【57】，说明了铅经过化学反应后可变成白色的碱性碳酸铅，再经加热后经过各种化学变化，变成红色的四氧化三铅，四氧化三铅又能经化学反应而分解出白色的铅。陶弘景则特别指出黄丹是“熬铅所作”，胡粉是“化铅所作”，说明这两种铅化合物都不是天然的产物，而是由人工制造的。
1701081044
1701081045
从炼丹实践中，人们还知道铁对铜盐的置换反应。在西汉的《淮南万毕术》中，已有“曾青得铁则化为铜”的记载。曾青是天然的硫酸铜，其溶液与铁接触，铁能取代硫酸铜里的铜。葛洪亲自进行了实验，比前人更仔细地观察到“以曾青涂铁，铁赤色如铜”，“外变而内不化也”【58】。葛洪用的是在铁表面涂抹硫酸铜溶液的方法，只有铁的表面与铜发生置换反应，故“外变而内不化”。陶弘景也有类似的发现，并扩大了铜盐的范围，不只限于用硫酸铜。这一反应过程的发现，奠定了宋元时代水法炼铜——胆铜法的基础。
1701081046
1701081047
通过炼丹活动，对于其他一些金属和矿物也有一定的认识。如葛洪已了解到碱性碳酸铜有杀菌的作用。陶弘景对石灰烧制的观察非常细致，有着烧石灰的确切记述：“近山生石，青白色，作灶烧竟，以水沃之，即热蒸而解。”他并且已经知道用燃烧的方法来鉴别硝石（硝酸钾），“以火烧之，紫青烟起，云是真硝石也”，这开了近代化学中用火焰法鉴别钾盐的先河。
1701081048
1701081049
中国科学技术史稿（修订版） [:1701078170]
1701081050
八 制瓷、灌钢和建筑技术
1701081051
1701081052
制瓷技术的成熟
1701081053
1701081054
瓷器，是我国古代独创的一项重大的发明。自从商周时期原始瓷出现（参见本书第二章第四节）起，经历了一千六百余年的漫长岁月，在生产实践中缓慢地发展。近三十年来的考古发掘表明烧制青瓷的技术到东汉后期已基本成熟，经三国、两晋到了南北朝时期，进入了更成熟的阶段。中华人民共和国成立以来，在我国南北方的许多省份（其中南方省份居多），都出土有南北朝时期的大量瓷器，而且还发现不少窑址；南方以青瓷为主，北方以白瓷（间有黑瓷）为主。青瓷窑址的大量发现说明青瓷器已在我国大量生产，广泛应用。瓷器的制造已成为手工业生产中的一个重要部门。唐代烧制瓷器的技术在这基础上又发展到一个崭新的阶段。
1701081055
1701081056
1701081057
1701081058
1701081059
图5－6 孙吴甘露元年青瓷羊
1701081060
1701081061
南北朝时期的青瓷，胎质坚实，通体施釉，釉层较厚，呈青绿色。瓷器的颜色主要是由釉中所含的金属元素决定的，其中特别是铁元素的含量起着重要的作用。铁在自然界中分布很普遍，其氧化物有氧化亚铁和三氧化二铁，前者呈绿色，后者呈黑褐色或赤色。青瓷是用还原焰使产生氧化亚铁而成。瓷土中氧化亚铁的含量在0.8％～5％，绿色由淡至浓；含铁量太大，超过5％，则因还原困难而存在四氧化三铁，颜色就成暗褐色甚至黑色，所以掌握氧化亚铁的含量是烧制青瓷的关键。这个时期的胎质和釉尚含有杂质，还原火力也还不够强，仍有四氧化三铁存在，故瓷器的颜色绿中带灰色或黄色，胎质也发红。随着原料的精选，氧化亚铁含量的控制以及火候的掌握等技术水平的提高，唐代的青瓷生产达到了一个新的高度，氧化亚铁的含量一般控制在1％～3％，烧制出品种繁多的美丽青瓷器。特别是浙江绍兴、余姚一带的越窑产品最为驰名，被赞为“九秋雨露越窑开，夺得千峰翠色来”【59】。五代时柴窑（虽然至今的考古工作仍未找到窑址）的青瓷亦称盛一时，有“雨过天青”的美誉，被称赞为“青如天，明如镜，薄如纸，声如罄”【60】。
1701081062
1701081063
伴随着青瓷的发展，白瓷的烧制也在南北朝开始。白瓷的呈色剂主要是氧化钙，但它要求铁的含量越少越好，否则会影响白瓷的白度，因此白瓷的烧制说明了对瓷土筛选技术的提高。到了唐代，白瓷的烧制已达成熟阶段，与青瓷相互辉映媲美。唐代名窑——邢窑（在今河北内丘县）的白瓷有“类雪”【61】之誉。杜甫有专诗赞美四川大邑瓷碗，写下了“大邑烧瓷轻且坚，扣如哀玉锦城传。君家白碗胜霜雪，急送茅斋也可怜”的诗句，说明其瓷质薄而坚致，釉质细密而洁白的特色。江西景德镇的唐代白瓷的白度已在70度以上，与现代水平相近。1974年在扬州市郊出土了一件唐代白釉蓝彩盖罐，在表面遍施白釉和间错的大小蓝彩斑点，这种蓝彩的着色剂为氧化钴，斑点疏密得当，滴落自然，在白釉的衬托下，显得素雅可爱，说明当时人工掌握釉料着色技术的工艺水平已相当高超。此外，黄釉、黑釉瓷器也都在南北朝时期出现，为唐代颜色绚丽多彩的瓷器奠定了基础。
1701081064
1701081065
对南北朝时期的瓷窑遗址进行研究后发现，其中有的瓷窑已具相当的规模，如浙江萧山的上董青瓷窑址，长达五百米，堆积层厚度超过一米，并发掘出许多窑具。窑具的使用可以更充分地利用窑中的空间和热量，既可增加瓷器的产量，又可提高瓷器的质量。其中，特别是匣钵的应用具有重要意义，它可以防止烟熏和尘埃的污染，还可以避免釉的分解、碱类挥发、硅酸析出而减少光泽，对于烧制精美的瓷器起了保证作用。这些窑具，一直为后世所沿用。
1701081066
1701081067
灌钢法和鼓风技术