铅的有关化学反应知识铅是我国古代最早认识的金属之一。由于它熔点低,冶炼工艺不复杂,在通常条件易生成多种化合物,变化多端且产物颜色醒目,故格外引起炼丹家的兴趣,于是便着意加以研究。如前所述,在葛洪时代已懂得用铅制作铅粉和铅丹。今人专题研究表明,对铅化合物的研究成为我国古代化学成果最丰富的领域之一。
汞的有关化学反应知识我国早在先秦时代就已发明以汞溶金的鎏金术。汞具有金属光泽,但又不同于五金(金、银、铜、铁、锡的“形质顽狠,至性沉滞”。其化学性质极其活泼,变化多端,同时自然界中又有游离的单质存在,故而得到炼丹家的青睐。用丹砂烧制水银,最迟在汉代就已实现。《神农本草经》也记载:“丹砂……能化为汞”,“水银……夺金银铜锡毒,熔化还复为丹”。而葛洪则最早较详细地记录硫化汞(丹砂)与汞之间的相互转化。他在《抱朴子》中写道:“丹砂烧之成水银,水银积变又成丹砂”。到了唐代,炼丹家的精细工作使汞化学有了进一步的突破,研制出了两种汞的氯化物,即粉霜(现称升汞)和升丹。在唐代的炼丹著作《外白秘要》(初唐王熹著)和《千金要方》(孙思邈著)中有详细介绍。各种矾类的有关化学知识中国古代的矾是指硫酸盐的含水复盐,主要有以下四种:
白矾[KAl(SO4)2·12H2O],又称明矾、雪矾、云母矾,为熔烧白矾石而得,经煅烧脱水后成为白色粉末,称为枯矾。
绿矾(FeSO4·7H2O),又称青矾、皂矾、绛矾。
黄矾[KFe3(SO4)2(OH)6],黄色,也有由天然绿矾经风化氧化而成的,其化学成分为[Fe2(SO4)3·9H2O]
胆矾(CuSO4·5H2O),又称蓝矾,唐以前称为“石胆”。
由于这四种物质都含有结晶水,部分或全部失去后,状态、颜色都会发生显著变化,加之自然界存在较丰富,故成为炼丹术士炼丹的常用原料。葛洪在《肘后备急方》中记载:“烧好矾石作末,绢囊贮……,马齿矾石,烧令汁尽…”,表明他已对矾石的性质有了较深的了解。许多丹书都有关于矾类制取或以矾类为原料炼丹的记载,表明其在以炼丹为主要研究形式的我国古代化学中具有突出作用,成为我国古代化学的重要特色之一。
制得单质砷我国早在东晋时期,葛洪就已制得单质砷。这是20世纪80年代对炼丹术研究整理的重要发现③。它把西方化学家几乎一致认为的单质砷的发现和制取者德国的炼金术土马格努斯(A.Magnus,-)的工作提前
了近一千年。葛洪在《抱朴子·仙药篇》中记述了制取单质砷的方法:“又雌黄…饵服之法,或以蒸煮之;或以酒饵;或先以硝石化为水乃凝之;或以玄胴肠裹蒸煮之赤土下;或以松脂和之;或三物炼之,引之如布,自如冰。”葛洪在这里列举了处理雌黄的六种方法,其中最后一种方法“以三物(硝石、玄胴肠、松脂)炼之”,从现代化学的角度看,便是一种制取单质砷的方法。其反应原理是,先用硝石使雌黄分解为氧化砷,再使之与富碳的松脂、动物油玄胴肠)反应,使氧化砷还原成单质砷。其化学反应方程式为
2As2S2+=2As+4S02
2As+3C=4As+3CO2
孙思邈在《太清丹经要诀》中也有一段炼制单质砷的记述,他称之为“伏雄雌二黄用锡法”,“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,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”。②这段叙述用现代化学反应方程式表示为
2Sn+As2S2=2SnS()+2As
2SnS+As2S2=2SnS2(金黄)+2As
制得无机酸碱在西方一直认为最早制得无机酸的是阿拉伯炼金术士贾伯(GeberJabirIbnHayyan,-约)。实际上,我国早在东汉末年(公元2世纪)炼丹家狐刚子(又名胡罡子或狐丘,生卒年不可考)就已用“炼石胆取精华法”制得稀硫酸。此法见于狐刚子所著《皇帝九鼎神丹经诀》卷九:“以土墼垒作两个方头炉,相去二尺各表里精泥其间。旁开一孔,亦泥表里,使精熏使干。一炉中着铜盘,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”③全文用现代化学反应方程式表示为
CuSO4.5H2O=CuS04+5H2O
CuSO4=CuO+SO2
SO2+H2O=H2SO3
文中说:以精泥抹炉壁是要防止生成的SO2和水蒸气散失;“以物扇之”是使气体进入另一炉凝结;接收器用铜盘,是因为其耐稀硫酸。由此可见,当时的炼丹家不仅掌握了蒸馏硫酸铜晶体制取硫酸的方法,而且已认识到铜耐稀硫酸这一特性。除稀硫酸外,我国古代炼丹家还制的氢氧化钾,并认识到它对皮肤的腐蚀作用。葛洪在其《肘后备急方》卷五中有“食肉方”云:取白炭灰、荻灰等分,煎令如膏。
黑火药的发明也是在炼丹的过程中总结出来的。
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