(六)趣话化学史——四大发明（一）——炼丹炉里的奥秘

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上期我们讲到了湿法炼铜，从发现“曾青得铁则化为铜”到最终形成规模化生产，期间跨越了一千多年，经历了两汉、三国、两晋南北朝、隋唐五代等七个朝代。而在人们发现湿法炼铜的同时，由于社会生产力的不断提高，社会剩余产品的不断增加，人们对货币的需求也越来越高。同时，因为古代帝王对“长生不老”的幻想，一时间社会上兴起了炼丹术和炼金术。

烟熏火燎中的古代炼丹师

那么，究竟如何炼出可以吃了以后长生不老的丹药呢？这就需要一定的理论支撑。前文讲过，朴素唯物主义认为世界由元素组成，而元素即为金木水火土，或水火土气等。先秦时代的春秋和战国时期，经历了“百家争鸣”，最终在原始的科学技术方面上形成了阴阳家和方技家。

战国时期阴阳家代表邹衍

战国时期方技家代表扁鹊

其中，阴阳家专注于宇宙万物的规律与老子《道德经》的注解，方技家主要研究了养生与医药。这二者的结合，就形成了在当时没有“化学”这一概念的时候最先进的科学工作者。其中，阴阳家提供理论支撑，方技家提供技术指导，他们的结合，就形成了一批当时社会上的一群方术士，早期的“科学家”。这些方术士的“科研任务”主要解决两个方面的问题，就是古代君王所关心的两个，一是如何获得长生不老药，二是如何做到“点石成金”。

明代的炼丹炉模型

带着这两个“科研任务”，方术士们开始了他们的实践与研究。那么总得先有实验器材吧？于是先要打造反应器，也就是炼丹炉。炼丹炉的构造其实也即为简单，丹炉底部是加热口，主要是燃烧燃料，提供热力的结构。丹炉的中部就是主要的反应釜，所有搜集来的材料都装在釜中进行反应。炉顶就是巨大的锅盖，盖在反应釜上，就起到密封、加压的作用。此时的炼丹炉，主要是以铜为主。虽然熔点不高，但相对耐腐蚀。虽然只是简单的锅盖，但反应中一般不产生大量气体，因此此时釜顶锅盖提供的重力足以密闭，并提供一定的压强。此外，为了防止温度过高而毁坏丹炉，有的丹炉内会装入被称为“水海”的冷凝器，专门用于冷却降温。另外，为了收集升华所得到的水银，一些丹炉还设计了冷凝收集器，专门用来冷凝收集水银。

硫化汞晶体，也称为朱砂

金属汞

炼丹炉已经有了，那么选择什么材料进行炼丹呢？方士门不约而同地把目光集中于了朱砂，即硫化汞。为什么要选择朱砂作为炼丹材料呢？晋代炼丹术士葛洪根据观察，草木之类如果经过燃烧，就形成了灰烬，不会再变回草木。但是朱砂如果放在火力，最后会得到水银，那么水银放置时间一长，又变成了朱砂。因此，这是草木不可比的优良性质，所以采用朱砂为基本原料是最好的炼丹材料。

西游记中太上老君的九转金丹

基本原料也有了，那么剩下的就是用各种材料和朱砂混合，成就最后的仙丹。关于仙丹该是什么样子，谁也不清楚。但凭感觉，一定要是看起来漂亮的。于是，在炼丹炉中，根据每次加入的材料不同，不断地发生着各种化学变化。最终，外表艳丽，闪闪发光的仙丹就炼成了。

黄色鲜艳的“药金”就是锌铜合金

酷似黄金的二硫化铁

至此，似乎“点石成金”、长生不老药的工作已经取得很大进展。然而，这种炼丹炉里出来的“黄金”根本无法和真金相比。只要用火烧一下，二硫化铁立即原形毕露，而黄金则是烧不坏的。锌铜合金经日久年深，也立即长满铜锈，也不是真正的黄金。然而，人们并不知道，锌铜合金的高强度、高韧性会在两千年以后的未来发挥极大作用。同时，以铜为主的铜锌合金是一种记忆合金，在现代的应用更加奇妙。而二硫化铁，则在今天制造硫酸、金属冶炼和制造光电材料方面发挥着巨大作用。

剧毒物质砒霜

除了这些所谓“成功”的成果，方术士还得到了许多副产物。例如，方术士把与朱砂共生的雄黄放进炼丹炉里，经过氧化反应，结果生成了有着剧毒作用的砒霜。然而，从丹炉里拿出来的反应物，谁也不知道它们到底有什么性质，于是试服，结果毙命。于是，砒霜就这样被发现。

死于仙丹的嘉靖帝

然而，外表靓丽的仙丹并没有让追求长生不老的君王如愿以偿，相反，历代死于仙丹的皇帝倒有一批。从东晋至明清之间，共经历了一千多年，死于各种砷、铅、汞等中毒的皇帝不计其数。甚至连英明一世的唐太宗李世民，也死于一颗仙丹。

黑火药的构成——一磺二硝三木炭

说到此，大家可以发现，古代方术士持续了两千多年的炼丹运动并没有实现他们最初的研究目的。然而，从另一方面，倒是推进了社会的进步。在炼丹炉里每时每刻发生的化学反应方向各异，人们不知道下一秒钟会发生什么。终于，恐怖的事情发生了——突如其来的爆炸与火光冲天，惊动了在场的每一个人。

爆炸时的炼丹炉现场

这是怎么回事呢？这事还得从炼丹方士们发明的一种方法“伏火”说起。所谓的“伏火”就是“降伏于火”。由于炼丹方士们所采用的炼丹材料硫磺、朱砂、雄黄等物毒性极大，于是就在想，能不能用火烧一下，降低毒性呢？这一点，在某些材料上，似乎得到了成功。例如，硫磺，经过灼烧后损失一部分硫，自然毒性降低一些。炼丹方士们就把这种降低毒性的方式应用于所有材料。

炼丹方士孙思邈

有一位炼丹方士孙思邈（没错，他就是著名的药王孙思邈）拿硝石（硝酸钾）烧一下，效果不错。那么，加一点硫磺硫磺烧一下，一直到火焰熄灭，也还可以。这时候，他提出，要引燃硫磺和硝石的混合物，用皂角烧，可能毒性就降低了，于是他就又在此基础上混上皂角烧得不起火焰，再去炒一下，直到最终剩下三分之二左右，再去装起来，就是被减毒了的药。于是，他把方子记录下来，就传给了后人。

然而，炼丹的方士门也不全是认真的学者，也会有一些极不认真的熊孩子。他们在此基础上胡改方子，为了省事，就直接拿木炭代替了皂角。他们心想，皂角烧完了以后不就是木炭嘛。于是，终于有一天，熊孩子为他的任意惊吓到了——如此配比的材料，见火就着，一时间火光冲天。然而无独有偶，把如此配比的材料放入炼丹炉会如何呢？放在一起的材料在密闭的炼丹炉里不断受到高温的影响，终于，一声巨响，此三种物质反应所产生的气压一下子增加了500倍，丹炉再也承受不住如此的高压，瞬间炸裂，一时间火光冲天，整个房子都烧着了。

由黑火药发明的火箭

装载火药的投石车

这就是如此偶然的偷懒，最后酿成的事故。肇事的熊孩子是否被惩罚我们不得而知，但这种配方却实在引不起寻找长生不老药以及点石成金术的炼丹方士的兴趣。然而，这种配方所产生的爆炸破坏力极强，倒引起了军事家们的注意。一方面，军事家们一直注意“火攻”的战术。火药的出现，令军事家们眼前一亮。于是，到了宋朝，就有人利用黑火药燃烧所造成的反冲力制成火箭，有效地提高了射程。那么，把燃烧的黑火药装在攻城器械投石车中，然后发射出去，到了目标位置爆炸，威力巨大。于是，黑火药传入欧洲以后，被当时的资产阶级掌握并应用于军队，很快就打败了以冷兵器为主要武器的欧洲骑士。

黑火药

无意间从炼丹炉里发现的黑火药给世界发展带来巨大影响，被后人誉为“四大发明”之一。然而，从炼丹炉里所发现的化学反应远远不止这些荒诞的仙丹和黑火药。这些反应，尽管没有现代的化学知识指导，依然可以被记录下来，流传给后人，直到有一天可以解决此中奥秘。然而，要记录就必须要有纸张，这是今天人们的常识。

在纸张发明之前，人们记录只能通过刻在石头、动物骨骼、金属表面或木质材料的表面的方式，极不方便。也有人会把文字方便地书写在羊皮或绢帛上，但材料昂贵。有什么办法得到一种材料，能既方便书写，又能降低材料成本呢？敬请大家关注，笔者下一期将推出趣话化学史——四大发明（二）——能让穷人读得起书的纸。