道教科学思想发凡-第32章
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在汞化学中，道教金丹家除了对汞的单质和化合物的性质有比较深入的了解以外，经过不懈地探索，还出色地掌握了汞的升炼技术以及升汞、甘汞的制备方法。
据专家考证参见赵匡华《我国古代“抽砂炼汞”的演进及其化学成就》，《自然科学史研究》1984年第1期。，我国在战国时期已经知道从丹砂中烧炼水银了。许多外丹黄白术著作中都记载了“丹砂化汞”的各种实验。葛洪在《抱朴子·内篇·金丹》中就谈到“丹砂烧之成水银”，其反应过程为〓HgS＋O2在空气中加热Hg＋SO2〓但葛洪没有提
到具体的实验操作方法。只是在唐人所辑的《黄帝九鼎神丹经诀》（卷一一）中对此方法才有简短的描述和记录：“丹砂、水银二物等分作之，任人多少。（置）铁器中或坩埚中，于炭上煎之，候日光长一尺五寸许，水银即出，投著冷水盆中。然后以纸收取之。”这种方法基本上是低温焙烧法，其化学反应慢，而水银蒸汽易挥发，不仅产量低，而且升炼时工匠常常会中毒。因此到了东汉以后，金丹家就改用在密闭系统中加热分解丹砂，通过冷凝水银的新工艺。其反应过程为〓HgS隔绝空气加热Hg＋S。
第五部分：化化不间——道教外丹黄白术与古代化学思想道教外丹黄白术与中国古代化学知识（3）
这种新工艺最早是在泥质和铁质的上下釜炼制，采用下火上凝的方式（最早记载于东汉狐刚子的《玉金粉图诀》中，唐代张果撰《玉洞大神丹砂真要诀》也有记载）。但这种烧银法要不断开釜扫取上凝的水银，生产效率低。及至唐代，这一方式便演进成上火下凝的所谓“未济炉”式，所用的升炼设备，最初为简陋的“竹筒式”，到了宋代便改进为“石榴瓶式”（记载于南宋道书《金华冲碧丹经秘旨》中），其后又专门设计制造了未济式铁质水火鼎。在此期间，金丹家为了促进HgS的分解，居然摸索到借助于铜、铁（用铁釜）、铅作为还原剂来促进反应进行。其反应过程为：
HgS＋Pb（Cu；Fe）加热PbS（CuS； FeS）＋Hg↑
这说明到了南宋时期，我国已经有了水银蒸馏器。及至明代就用大缸、铁质导管制作大型蒸馏器来升炼水银，这时所用的还原剂也改用较廉价的木炭，其HgS分解反应为：
HgS＋C加热Hg↑＋CS2↑
这种制备水银的工艺在明末宋应星的《天工开物》中有详细记载，并配有插图说明。
参见赵匡华主编《中国古代化学史研究》，北京大学出版社，1985，第128～153页。一千多年来，在道教金丹家的不懈努力下，我国古代“抽砂炼汞”技术不断演进，日趋完善，可以肯定制汞技术的发明和改进是道教外丹黄白术对中国古代化学的一个重大贡献。
关于升汞（HgCl2也称粉霜）和甘汞（Hg2Cl2）的性质和制备方法，道教金丹家也很早就掌握了。金丹家很早就利用水银（或丹砂）与戎盐、白矾或黄矾或另加硝石一起升炼，就可以得到这两种白色晶体。据文献考证结合模拟实验研究表明参见赵匡华《关于中国炼丹术和医药化学中制轻粉、粉霜诸方的实验研究》，《自然科学史研究》1983年第3期。
，我国约在东汉时便制得甘汞，署名长生阳真人撰的《太清金液神丹经》里的“作霜雪法”原文见《太清金液神丹经》卷中第四，《道藏》第18册，第754页。用水银、硫黄、盐等物一起升炼，就得到甘汞。及至东晋时，金丹家已用水银、硫黄、盐、硝石为原料升炼得到了升汞，丹经《神仙养生秘术》中就有记载。隋代以后则普遍把矾引入制取这两种汞制剂的配方。这两种丹药后来都成为重要的医疗药物，清代时把升汞定名为“白降丹”，是广泛应用的疡科药，甘汞仍称为轻粉，是用于泻下利尿及疡科的药物。
此外，古代先民和金丹家还利用汞易和金属以任何比例互溶形成新的合金“汞齐”来给铜器和银器镀金。这种技术也称鎏金技术，原是我国先秦时代金属工艺中的一项重大发明创造。这一技术就是把汞金液态（或泥膏状）合金涂布于铜、银等器物表面，再加热烘烤，挥发掉其中水银，就得到镀金器了。不过，关于鎏金术的文字记载，最早则见于《抱朴子神仙金NB527经》中：上黄金十二两，水银十二两。取金NFDD1作屑，投水银中令和合。恐NFDD1屑难煅铁质，煅金成薄如绢，铰刀剪之，令如韭叶许，以投水银中。此是世间以涂杖法。金得水银须臾皆化为泥，其金白，不复黄色。《抱朴子神仙金NB527经》，《道藏》第19册，第204页。
南朝陶弘景在《本草经集注》中则明确指出金和银可与汞化合成汞齐，由此可以镀金镀银“今水银有生熟。……甚能消化金银，使成泥人以镀物是也”李时珍：《本草纲目·石部·水银条》。。
东汉时期的金丹大师狐刚子还十分巧妙地利用汞与黄金形成的汞齐的原理来制作极细的金银粉。“炼金银法：消新出矿金、银投清酒中，淳酰中，若（或）真蜜中二百度，皆得柔润。……尔消投猪胎中二百遍，亦得成柔金。打为薄（箔），细剪下，投无毒水银为泥，率金一两，配水银六两，加麦饭半盏许，合水。于铁臼中捣千许，候细好，倾注盆中，以水沙淘去石；详审存意，勿令金随石去。以帛两重，绞去半汞。取残汞泥置瓷器中，以白盐末少少渐著，研令碎，著盐可至一盏许即止。研讫，筛粗物，更研令细，匆置土釜中，覆荐以盐末，飞之半日许，飞去汞讫，沙（淘）去盐，即自然成粉。”这一制金、银粉方法的原因是：先使黄金成液态汞齐，再与盐共研，使黄金分散，附于盐末表面，然后加热蒸去水银，进而用水洗去盐末，于是得到极细的金粉。这一方法堪称绝妙，充分体现了金丹家狐刚子雄厚的化学经验知识和聪明才智。
第五部分：化化不间——道教外丹黄白术与古代化学思想道教外丹黄白术与中国古代化学知识（4）
由于铅具有变化多端的化学性质，因而引起金丹家的很大兴趣，尤其是铅和汞合炼的混合氧化物受到金丹家的极力推崇。所以道教金丹家对铅化学的研究比较广泛、深入，积累了较多的经验知识。魏伯阳在《周易参同契》中说：“胡粉投入火中，色坏还为铅。”葛洪在《抱朴子内篇》卷三《论仙》中也曾说：“铅粉……化铅所作。”这说明汉晋之际对铅和铅粉（碱式碳酸铅）之间互变关系已有了较多的认识。铅及其化合物一直是炼丹、炼金的重要原料，铅粉在古代还被用在制造颜料、铅釉及用作化妆品。由唐人所辑的《黄帝九鼎神丹经诀》卷一七中就收录了一则制铅霜的丹方（铅霜即醋酸铅，是制造铅粉的初级产品），就是先将铅制成板状，用水银处理，使成汞齐，再用醋熏制。模拟实验研究表明，这样制铅霜较用纯铅快得多，其制备方法颇符现代电化学原理。此外，唐代丹经《玄霜掌上录》、《通玄秘术》对此工艺也有详实记载。
金属铅或铅粉在空气中加热，很容易生成黄色PbO；所以中国古代称其为黄丹，又因黄丹很早就有从波斯输入的，故又常被呼作“密陀僧”。在东汉狐刚子时期，玄黄就被尊为长生大药，也称还丹，或“龙虎大还丹”，认为它具有“概括天地，衍生万物”的神力。狐刚子在炼制金银时提出了吹灰法工艺，其原理是利用了金银与铅很容易形成合金这一特性来提纯金银。当金银矿粉与铅在熔炉中共烧时，金、银熔入铅中，成为低熔点的铅坨，下沉到炉底，熔渣则上浮。分出铅坨，吹在风炉的灰坯中焙烧时，铅即氧化成PbO，部分在鼓风时被吹去，而大部分会熔化而渗入灰中，于是黄金、白银留在灰坯中，得以提纯。通过这一途径可以得到大量黄丹，将黄丹进一步猛火培烧，即成为红色铅丹Pb3O4，铅丹在《神农本草经》中被列为中品，但《神农本草经》又说它“炼化还成九光，久服通神明”，被视为具有神效的丹药。
有唐一代，道教金丹家还发明了用硝石、硫黄与金属铅烧制铅丹的工艺，称为“硝黄法”，其优点是反应快，铅丹中Pb3O4成分高，色泽鲜艳。唐代丹经《铅汞甲庚至宝集成》、《丹房镜原》及五代丹家独孤滔所撰《丹房鉴原》对此工艺都有翔实记载。及至明代，又有用硝石、矾、铅烧制铅丹的新工艺面世，称为“硝矾法”。
在砷化学方面和矾化学方面，道教金丹术也取得了许多成就。由于道教金丹术在金丹实践中大量使用了雄黄（As2S2）、雌黄（As2S3）、矾石（FeAsS）、砒黄（不纯的砒石）和信石（As2O3）作为炼丹炼金原料，因此，金丹家不仅在砷的各种化合物的产地、性质和用途方面积累了相当丰富的经验知识，而且还在金丹实验活动中摸索并掌握单质砷的制备方法，这是道教金丹术对中国古代化学的又一杰出贡献，在世界化学发展史上具有重要的意义。
西方化学史家过去一般认为最早从化合物中分离出单质砷的是13世纪德国的炼金家大阿尔伯特（Albertus Magnus，公元1193或1206或1207～1280年）。他曾用一分雌黄与两分肥皂
共热，游离出所谓“金属雌黄”（arsenicum metllinum），即近代化学中的金属砷。但据近年来化学史专家的文献和模拟实验研究表明王奎克等《砷的历史在中国》；郑同等《单质砷炼制史研究》；赵匡华等《关于我国古代取得单质砷的进一步确证和实验研究》，《中国古代化学史研究》，北京大学出版社，1985。，单质砷的制备是中国道教金丹家最先获得的。
早在晋代，葛洪在《抱朴子·内篇》仙药卷中就载有处理雄黄的六种方法。原文如下：
又雄黄……饵服之法：或以蒸煮之，或以酒饵；或先以硝石化为水，乃凝之；或以玄胴肠裹蒸之于赤土下；或以松脂和之；或以三物炼之，引之如布，白如冰……王明：《抱朴子内篇校释》，中华书局，1985，第203页。
这六种方法分别是：一是蒸煮，即用沸水或水蒸汽使之分解，生成氧化砷；二是制成雄黄酒；三是用硝石的水溶液去溶解它，生成砷酸钾（K3AsO4）；四是在玄胴肠和赤土（含铁陶土）存在的条件下，用水蒸汽去分解它；五是制成雄黄和松脂的混合剂；六是用上文所说的三物即硝石、玄胴肠、松脂与雄黄共炼。其中第六种方法据模拟实验研究表明，其生成物是单质砷和氧化砷。这表明我国古代金丹家在公元4世纪前半叶已有炼制单质砷的方法。及至唐代，孙思邈所撰的《太清丹经要决》中的“伏雌雄二黄用锡法”也以熔化的金属锡与雄黄相互反应，然后开炼经升华制得了单质砷。原文如下：
雄黄十两，末之。锡三两。铛中合熔。出之，入皮袋中，揉使碎，入坩埚中，火之；其坩埚
中安药了，以盖合之，密固，入风炉，吹之，令埚同火色。寒之，开，其色似金。《道藏》第22册，第500页。
第五部分：化化不间——道教外丹黄白术与古代化学思想道教外丹黄白术与中国古代化学知识（5）
按现代化学知识，熔融的金属锡（仅需232℃）与雄黄会很快发生如下反应：As2S3＋3Sn〓△〓3SnS（黑色）＋2As
然后，当硫化锡与砷的混合物被放在坩埚中盖合，密固后，以猛火加热时，砷即升华（613℃）而凝结在上坩埚（或盖）的内壁上。
现据模拟实验研究表明参见赵匡华《关于我国古代取得单质砷的进一步确证和实验研究》，《中国古代化学史研究》，北京大学出版社，1985。，该法所得产物即单质砷。所以可以肯定，我国古代的道教金丹家在4世纪—7世纪之间已多次自雄黄中分离出单质砷，这比大阿尔伯特早六至九百年。
在矾化学方面，道教金丹术的重要成就首推东汉著名丹家狐刚子用干馏法从胆矾（石胆CuSO4·5H2O）中制取硫酸的这一创举参见赵匡华《狐刚子及其对中国古代化学的卓越贡献》，《自然科学史研究》，1984年第3卷第3期。。狐刚子是在研究金银矿的过程中作出这一重大发展的。在唐初人所辑《黄帝九鼎神丹经诀》卷九中有狐刚子“炼石胆取精华法”的记载：
以土墼（即砖坯）垒作两个方头炉，相去二尺，各表里精泥其间，其间旁开一孔，亦泥表里，使精薰，使干。一炉中著铜盘，使定，即密泥之；一炉中以炭烧石胆使作烟，以物扇之，其精华尽入铜盘。炉中却火待冷。开取任用。入万药，药皆神。……《黄帝九鼎神丹经诀》卷九，《道藏》第18册，第822页。
这种“取精华法”实际上就是干馏石胆，取其升华部分即硫酸酐，其冷凝液就是硫酸。化学反应过程为：
干馏〓CuSO4·5H2O△650℃CuO＋ SO3↑＋5H2O↑
冷凝〓SO3＋H2OH2SO4
一般认为：以“精泥”泥炉壁是为了防腐蚀和防止“胆精”损耗；石胆作烟，无疑为分解出来的水汽与SO3所形成的白烟；“以物扇之”则白烟进入另一炉，而凝结于铜盘中；此外
用铜盘，正因为它耐稀硫酸之腐蚀。
可以肯定，狐刚子的“炼石胆取精华法”是干馏法制作硫酸的世界最早记录，这要比通常所说的8世纪阿拉伯炼金家贾比尔·伊本·海扬（Jabir ibn Hayyan； 公元721—815年）制取硫酸要早好几百年。
第五部分：化化不间——道教外丹黄白术与古代化学思想道教外丹黄白术与中国古代化学知识（6）
（2）道教金丹术在长期的炼丹、炼金实验操作中，对一些基本的化学反应类型如化合反应
、分解反应和置换反应都有不同程度的接触和认识，积累了一定的经验知识，并且掌握了许多单质和化合物的制备方法，作出了一些重要的科学发现。
关于化合反应，金丹家很早就认识到汞与硫或其他物质会发生化合反应。如魏伯阳在《周易参同契》中就说：“河上姹女，灵而最神，得火则飞，不见埃尘。鬼隐龙匿，莫知所存，将欲制之，黄芽为根。”这里的意思是汞易挥发并能与硫或铅、黄金等化合成不易挥发的硫化汞或汞合金，因而被“制服”住了。
对于汞和氧的化合反应：2Hg＋O22HgO，金丹家也观察注意到了。陶弘景就说：水银“烧时飞着釜上灰，名汞粉，俗呼为水银灰”。李时珍：《本草纲目·石部·水银条》引。
此外，不少金丹家也认识到了铅和氧会发生化合反应：2Pb＋O22PbO，葛洪就指出：“铅性白出，而赤之以为丹”，即铅可以氧化成红色的铅丹。
关于分解反应，金丹家也积累了相当丰富的经验知识。陶弘景通过观察认识到硝石在加热下会分解，并指出可以根据其分解的产物颜色来鉴别真假硝石：“以火烧之，紫青烟起，云是真硝石也。”他还发现了可以用石灰石来烧制石灰：“近山生石，青白色，作灶竟烧，以水沃之，即蒸热而解。”李时珍：《本草纲目·石部·硝石·石灰石条》。
这也是一个分解反应：CaCO3CaO＋CO2； CaO＋H2OCa（OH）2。
道教金丹家对分解反应的认识，最深入的莫�
