中国化学史

据目前的考古资料，中国的陶器制作可追溯至新石器时代早期，距今已有一万多年历史。自20世纪60年代以来，先后在江西省万年县仙人洞、广西桂林甑皮岩、柳州大龙潭鲤鱼嘴、桂林庙岩、湖南道县玉蟾岩、河北徐水南庄头、阳原余家沟等多处遗址中，发现了大量早期陶器。这些陶器以铁质易熔粘土为材料，多混有石英砂和其他碎末。坯体为手工捏制，胎壁较厚但不均匀，烧制温度低，质地松软，色泽多为褐色，深浅不匀。[1]最早的陶器可能是将陶坯晒干后直接用篝火烧制，极易破碎，故而很难见到遗存下来的完整陶器。这种露天烧制的方法，直到很晚的历史时期仍被中国东北和北方的一些少数民族沿用。[2]

随着文明的发展，人们慢慢掌握了使用陶窑来烧制陶器的技术。早期的陶窑一般是选择坡地挖成，窑室位于火塘之上，中间以火道、火眼连接。火膛中的火焰经火道、火眼进入，由下向上流动，最后从窑顶排除。由于对进入窑室的空气缺乏控制，氧气往往过量，因而陶胎中的铁会被氧化为Fe₂O₃，制成的陶器呈红色。红陶是黄河中游地区新石器时代中期仰韶文化的代表。[3]彩陶是一种带彩色纹饰的陶器，最早在前仰韶文化的白家文化和北首岭早期文化（距今7800-7100年）中发现。纹饰的类别有对称的几何图形和象形图案两种，其中鱼纹是半坡类型的标志。[4]彩陶的大致制作过程为：挑选可塑性高的粘土，剔除杂质，加水制成较细的泥料。用慢轮拉坯方法修正外形，烘干后涂以天然颜料，最后以950℃左右的温度烧成。彩绘的颜料有黑色、红色、白色等等，其中黑色颜料主要以铁锰矿粉制成，使用较多。长江中游地区的屈家岭文化的薄壳彩陶则以烟熏的方式加上彩绘。[5]

随着陶窑的发展，人们发明了各种封闭窑顶的办法。其中一种是在封闭出气孔后向内喷水，因此烧制后期窑室内氧气减少，陶胎中的部分氧化铁被还原为四氧化三铁和氧化亚铁，陶器呈现灰色。若火膛柴草过量，则游离的炭黑会均匀渗入陶胎，制成的陶器呈黑色。[3]黑陶最早出现于河姆渡文化晚期[6]，但大量的黑陶出自龙山文化时期。龙山黑陶含铁量较高，坯体中存在很多石英等残片和大量气孔，强度较之前的陶器有质的提升。其大致的制作过程是：精心筛选原料、快轮成型后打磨坯体外表，最后采用温度1000℃左右的竖穴窑烧成。[7]龙山黑陶中有一种陶胎像蛋壳一样薄（最薄处仅0.1-0.2mm）、重量极轻、漆黑黝亮、做工精致的品种，称为蛋壳陶，常带有着鼻、耳、盖、流足、扣首等丰富饰物。只有保证泥料极细、渗碳工艺纯熟，才能烧制好这种陶器。[8]

罗家角文化遗址、大溪文化遗址、仰韶文化晚期遗址中出土过一种表里、胎质均为白色的陶器，称为白陶。到了大汶口文化和龙山文化时期，白陶的烧造已较为普遍。白陶的Fe₂O₃含量偏低，Al₂O₃含量则较高，故而烧制后呈白色。早期的白陶是以辉石、角闪石、绿泥石或滑石的风化产物构成，而后来则转而使用高岭土和高铝黏土。[9]

新石器时代晚期，长江流域出现了印纹硬陶。商代的硬陶多见于今天的浙江、江西，器物内壁多有垫窝痕迹，西周的硬陶则多见于长江流域，而到了春秋时期，硬陶在吴越地区依然流行。硬陶所用的粘土有精制的瓷石类粘土、紫金土、海滨沉积土等，质地较纯、氧化铁含量较低，烧成温度在ll00℃左右，有的陶片样本烧成温度甚至高达1280℃。[10]

1993年，上海的马桥遗址（约距今3900年一距今3500年）中出土了中国最早的高温釉陶瓷，其烧制温度为1150℃-1180℃。商周时期遗址和墓葬更大量出土了原始瓷器。这些原始瓷胎体坚硬，胎质比硬陶细腻，胎色为灰白、青灰、黄白或灰褐色，釉层稀薄，薄厚不匀，釉色为淡绿色、灰绿色、黄绿色或灰褐色。原始瓷的烧制温度约1200℃，胎质取材于南方的瓷土，釉则采用石灰釉，烧成后基本不吸水。[10]不过，原始瓷毕竟没能完全脱离陶器范畴，有的原始瓷原料中混有大量石英砂颗粒，施釉的均匀程度较差。瓷胎中含有莫来石晶体，亦含有一定量的玻璃相和气孔。[11]

低温铅釉陶最初出现于汉代，它是在700-900℃的温度下烧成，釉中加入铅是为了降低釉的熔点。这种陶器胎质燃烧并不充分，比较容易渗水。当时人们已认识到铅的毒性，故避免将低温釉器皿用于饮食。[12]到了唐代，出现了一种民间烧制的彩色铅釉陶——唐三彩。它用粘土作胎，先经1100℃左右的高温素烧，然后用铜、铁、钴、锰等元素的矿物和铅的氧化物所制成的着色剂上色，再经900℃左右的温度烧制而成。目前发现的大规模唐三彩窑址集中在陕西西安和河南洛阳。由于有CuO、CoO、Fe₂O₃、SiO₂等成分，故而成品呈现绿、蓝、黄、白等釉色。[13]

宋代时，紫砂陶开始展露头角，它与普通陶器的区别是Fe₂O₃含量较高。其原料紫砂土主要是粘土，亦含有石英、铁质矿物等成分。经过破碎、细磨、陈腐几道前期工艺，紫砂土中的铁质形成含铁胶体或高塑性陶泥。成型、干燥之后，经1100℃左右的温度烧制，生成莫来石、尖晶石、堇青石、高温石英等物质，得到成品。[14]

到了东汉末期，原始瓷器的烧造技术有了极大的提高，发展处了真正的瓷器——青瓷。青瓷右釉面光泽。釉胎结合牢固，烧制温度为1260-1310℃。[15]最早的青瓷集中在南方地区，约在北朝时期才传至北方。北方的青瓷Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃含量较低，釉色均匀程度较差。[16]

随着制瓷水平的提高，胎釉中的含铁量逐渐为人所控制，白瓷应运而生。早期的白瓷有时会出现釉色泛青的现象，在北方发展较快。

“本草”一词最早出现于汉初，是中国古代中药学的统称。商代以前，先民往往把疾病归于神谴或恶鬼附体。而到了周代，医药有了一定发展，逐渐发现了一些有医疗保健作用的食物。东周时期的《山海经》就记载了124中药材，包括动物药66种、植物药51种、矿物药2种、水土类2中，未详3种。但那时仍是巫医不分，医药只是运用法术的一种附属。[17]

随着仙人传说的兴起，人们慢慢有了追求长生不死的欲望。到了春秋战国时期，提出了两种实现长生的方法——养生和服药，后一种方法得到了王公贵族的大力赞助。秦始皇扫灭六国后，先后派徐巿、韩终、侯公、石生等人寻觅不死药，遭到失败。后来，方士们将那些外观、性能特别的物质当做仙药，如认为丹砂“久服通神明、不老”、云母“久服轻身延年”、茯苓“久服安魂养神、不饥饿延年”、水银“久服轻身不死”等。靠这些自然药物并不能使人不死，于是方士们开始尝试自己炼制神丹。[18]汉文帝统治时期，炼制伪黄金的活动已经出现。汉武帝继位后，更加热衷于神仙方术。方士李少君得到宠幸，据说能将丹砂和其他药材转化为“黄金”，食之不死。淮南王刘安也亲自从事炼丹活动，他的《淮南万毕术》残篇中记载了少量论变化之道的文字，如“取曾经十斤、浇以水，灌其地，云起如山云矣”，“白青得铁，即化为铜”，不过大部分内容属于幻术及传说。[19]直到汉成帝时期，炼丹术依然不成熟，刘向《列仙传》所载“列仙”仍主要靠服食天然草木，只有“神砂飞雪”算得上炼丹的范畴。[20]

大约成书于西汉末或东汉初的《黄帝九鼎神丹经》是中国现存最早的炼丹书，讲述了九种“神丹大药”，是火法炼丹的代表著作。第一种“丹华”是升炼丹砂而成，成为主要是硫化汞。第二种“神符”由水银、黑铅升炼，成分为氧化汞、氧化铅。第三种“神丹”以雄黄、雌黄混合升炼而成，成分主要为升华的硫化砷。第四种“还丹”由水银、雄黄、禹余粮混合升炼，主要成分为汞、硫化汞、雄黄。第六种“炼丹”是由巴越丹砂、雄黄、雌黄、曾青、巩石、石胆、礬石、磁石升炼而成，成分主要为丹砂与雌雄黄。第七种“柔丹”是水银升华所得，成分主要是氧化汞。第八种“铁丹”用玄黄涂布的丹釜升炼水银、曾青、磁石粉，主要成分为氧化汞。第九种“寒丹”是水银、雄黄、雌黄、曾青、礬石、磁石混合炼成，主要成分为汞、硫化砷、氧化砷、氧化汞。[21]《正统道藏》中提到一位东汉中期的炼丹家狐刚子。他提出了从不同金矿中冶炼黄金的方法：对水金矿，先分离石英砂浮起，再以黄巩、胡同律煅烧得到的含银金箔；对山金矿则用金精、石胆精（硫酸）、朱砂等药物熔炼。另外他还提出了一种炼锡灰坯炉法，将金银矿粉与铅共炼，分出渗有金银的铅坨，焙烧后吹掉氧化铅，从而提纯金银。[22]魏伯阳的《周易参同契》是中国最早的炼丹理论著作，强调“变化由其真，始终自相因”的观点，也简略的描述了丹鼎构造。书中说“汞白为流珠”、“太阳流珠，常欲去人”、“得火则飞，不见埃尘”，认识到汞具有流动性、不易控制，又接着说“卒的金华，转而相亲，化为白液，凝而至坚”，发现汞能和铅组成合金。[23]中国最早的本草著作《神农本草经》受炼丹术强烈影响，记载药物347种。其中将药品分为3种：“上品”无毒，“中品”服用需斟酌，“下品”毒性强，不可久服。其中将丹砂归为无毒，是错误的，但亦发现它“能化为汞”，已认识到硫化汞加热能分接出金属汞。[24]

魏晋时期，道教活动进一步发展，炼丹术逐渐成熟。东晋葛洪所撰《抱朴子·内篇》对靠自我修炼和服食金丹的两种养生方法做了述评，其中《金丹》、《仙药》、《黄白》三篇尤其为世人所重。其中提到一种“九转神丹”，以赤盐（含氧化汞）、艮雪（氯化汞和氯化亚汞）、玄白（醋酸铅）为原料，反复精炼之后得到“还丹”（成分可能为氧化汞）。[25]《黄白》还公开了一些他收集到的黄白术方，强调制作金银是延年而非致富的手段。[26]

• 李遠哲