化学实验的水法炼丹

火法炼丹是我国古代炼丹的方法之一。大致包括溶解和溶化、水中加热、水中长时间高温加热、低温加热、静置于潮气或碳酸气中、以少量药剂使大量物质发生变化等手段。

通过运用水法的实践，古代金丹家发现了某些化学反应过程，能在水银和一些药物中熔解黄金，从硫酸铜矿石中制取纯铜等。这些都为现代实验化学提供了宝贵的经验。

唐代中期有个名叫清虚子的炼丹师，在“伏火矾法”中提出了一个伏火的方子：“硫二两，硝二两，马兜铃三钱半。研为末，拌匀。掘坑，入药于罐内与地平。将熟火一块，弹子大，下放里内，烟渐起。”

清虚子用马兜铃代替了唐代初期孙思邈“伏硫黄法”方子中的皂角。这两种物质都能代替碳起燃烧作用。

古代金丹家对于金石药，一方面要把它们炼成固体的丹，另一方面又要把它们溶解成为液体。因此他们在溶解金石药的长期实践中，对水溶液中复杂的化学反应取得了相当丰富的经验性知识。在早期水法炼丹的重要文献《三十六水法》中存有古代金丹家溶解34种矿物和两种非矿物的54个方子。《抱朴子·金丹篇》也记载有许多同类的丹方。这些古方再加上唐宋时期的记载，使我们今天还可以略知古代水法炼丹的大概。水法炼丹处理药物的方法，大约有这样几种：化、淋、封、煮、熬、养、酿、点、浇、渍，以及过滤、再结晶等。化即溶解，有时也指熔化；淋是用水溶解出固体物的一部分；封即封闭反应物质，长期静置或埋于地下；煮即在大量水中加热；熬指的是有水的长时间高温加热；养是长时间低温加热；酿是长时间静置在潮湿或含有碳酸气的空气中；点是用少量药剂使大量物质发生变化；浇即倾出溶液，让它冷却；渍是用冷水从容器外部降温；过滤是利用介质滤除水中杂质的方法；再结晶是产生无应变的新晶粒。

用水法制备药物，首先要准备华池，就是盛有浓醋的溶解槽，醋中投入硝石和其他药物。

硝石，古书中原作“消石”，因为它能“消七十二种石”，在我国炼丹术中非常重要。它在酸性溶液中提供硝酸根离子，起类似稀硝酸的作用，所以许多金属和矿物都可以被它溶解。

金丹家有意识地在醋酸中加入硝石，是把酸碱反应和氧化还原反应统一起来加以运用。这在化学史上是一种创造，就是在今天也不失为一种有用的方法。

金丹家在华池中溶解金石药，有些反应相当复杂，在近代化学出现之前能使用那样复杂的化学方法，是值得赞叹的。

对于黄金的溶解，《抱朴子·金丹篇》有“金液方”，用来溶解金的药物除醋、硝石、戎盐等以外，还有一种“玄明龙膏”。据唐人梅彪《石药尔雅》的记载，这一名称可以代表水银，也可以代表醋和覆盆子。按照《金丹篇》的说法，只要把黄金连同药物封在华池中静置一百日，就会慢慢溶解而“成水”。

现代实验化学告诉我们，金的化学性质很不活泼，用一般化学方法是不能使它溶解的。从金液方所用药物来看，生成王水、各种浓酸和氯水是不可能的。

但是如果用的是水银，它是能溶解金的；如果用的是覆盆子，由于未成熟的覆盆子果实中含有氢氰酸，华池的醋浸液中含有氰离子和由其他药物提供的钠、钾离子，只要有空气存在，金也是可以慢慢溶解的。黄金这样难溶，而金液方中恰巧有能溶解金的水银和覆盆子存在，显然是金丹家经过大量实验以后所得到的结果。因此，尽管方中药物复杂，有些反应还值得研究，可是它能溶解金这一点是可信的。在那么早的年代出现溶解金的方法，在化学史上也是一项重大成就。

对于硫黄的溶解，《三十六水法》中记载有“硫黄水”，使用的药物包括硫黄、白垩、醋和氨水等。用这些东西制成的溶液，含有多硫化钙，这种物质能使金属改变颜色，和金属盐生成有色沉淀，甚至能侵蚀贵金属。金丹家制造这样的溶剂，也是把它当做一种万能的“神丹”。

水法炼丹并不是千篇一律都使用醋和硝石，方法是多种多样的。《黄帝九鼎神丹经诀》有制取硫酸钾的方法：用热水溶化芒硝和硝石，取澄清的混合溶液加热蒸发，使它浓缩，然后在小盆中用冷水从外部降温，经过一宿的时间，溶液中生成的硫酸钾就慢慢结晶出来。这是利用溶解度不同制取药物的方法，也是化学史上的一项创造。

水法炼丹的另一发现，是水溶液中的金属置换作用。金丹家早有金属互相“转化”的理论，他们为了制作“药金”，梦想找到使某种贱金属转化为黄金、白银的方法，从很早的时代就注意到溶液中金属互相取代的现象，以为那就是金属的“转化”。

西汉时期的《淮南万毕术》已经有“曾青得铁则化为铜”的记载，曾青是硫酸铜。晋代葛洪进一步观察到，“以曾青涂铁，铁赤色如铜……外变而内不化也。”

南北朝时期的陶弘景把实验扩大到硫酸铜以外，发现碱式碳酸铜或碱式硫酸铜的性质和曾青相似，可以用来制造“熟铜”。

这说明金丹家先后做了很多实验，对金属置换现象作了最早和相当细致的描述。但由于受到时代条件的限制，他们还不能作出正确的解释。这一发现的重大意义在于，它在后来得到了充分发展，成为湿法冶金胆铜法的起源。