在中国的奴隶社会转入封建社会的时期，生产普遍获得了发展，其中酿造、制陶、采矿、冶金等工业都迅速发展起来。由于生产的发展，统治阶级不仅希望提高物质享受，而且希望长生不死。在这样的时代背景下，炼丹术就应运而生了。
秦始皇统一六国之后，曾派人到海上求仙人不死之药。汉武帝本人就热衷于神仙和长生不死之药。这时炼丹术兴起来了，不仅是寻找自然界的长生不死之药，而且要炼制长生不死之药。到了东汉炼丹术得到进一步发展，出现了著名的炼丹术家魏伯阳，著书《周易参同契》以阐明长生不死之说。他说“巨胜（胡麻）尚延年，还丹可入口。金性不败朽，故为万物宝。术士取食之，寿命保长久。”继后，晋代炼丹述家陶弘景著书《真诰》。到了唐代，炼丹术跟道教结合起来而进入全盛时期，这时炼丹术家孙思邈，著作《丹房诀要》。这些炼丹术著作都有不少化学知识，据统计共有化学药物六十多种，还有许多关于化学变化的记载。
在炼丹中已经出现了分解反应、化合反应和置换反应。如魏伯阳的著作中载有“河上姹女，灵而最神。得火则飞，不见埃尘。……将欲制之，黄芽为根。”实际上说的就是硫与汞化合生成硫化汞的反应。姹女就是汞，黄芽就是硫。他研究铅和胡粉（碱式碳酸铅）之间的相互变化：“胡粉投火中，色坏还为铅”意指胡粉原来是铅制的，经火烧之后，胡粉不但色变而且变成原来的铅了。他研究汞跟其他金属形成汞齐时说：“太阳流珠，常欲去人，卒得金华，转而相亲，化为白液，凝而至坚。”太阳流珠指汞，金华指铅，汞和铅互相化合可得铅汞齐。而陶弘景对汞齐的作用所作的研究指出：“水银……能消化金、银，使成泥，人以镀物是也。”
炼丹术家虽然发现了不少化学知识，也提出了一些对化学有影响的炼丹理论；但由于他们的思想方法不甚科学，不是根据物质现象的分析研究，去发现物质变化的规律，而是把某些物质的性质或现象，加以主观推论作为炼长生不死之药的依据。虽然用炼丹术家的基本理论有一些合理部分，但主要方面是不科学的，因而也注定了炼丹术的必然衰亡。
二、中国著名的炼丹术家、医药家、化学家葛洪
葛洪字稚川，号抱朴子，东晋丹阳句容人。幼年丧父，家境贫苦，小时就有强烈的求知愿望，没有书就去借，没有笔墨就用木炭在地上练习。他有多方面的学习兴趣，广泛阅读经、史、杂文、尤喜读有关医术、炼丹、制药方面的书籍。葛洪长期刻苦自学，终于成为学识渊博的学者。
葛洪年轻的时候，曾拜广东南海太守鲍玄为师学道，不久又与玄的女儿结婚。
葛洪三十来岁时曾当过四年晋朝的关内侯。由于他对做官没有兴趣，便将家人安顿在广州，自己到罗浮山修炼，过着那神仙丹鼎生活。大约死于公元345年，享年61岁。
据《晋书》中的《葛洪传》介绍：葛洪“博文深洽，江左绝伦；著述篇章，富于班马。”列举出的著作有：《抱朴子内篇》116篇，《金匮药方》100卷，碑诔诗赋100卷，《肘后备急方》四卷，移檄章表30卷，神仙、良吏、隐逸、集异等各10卷，五经史汉百家之言等310卷。但他所著之书大多散失，据专家考证，认为至今有书并确信是葛洪所著的有《神仙传》、《抱朴子内篇》、《抱朴子外篇》、《肘后备急方》四种。
葛洪把老庄之学演化为神仙方士之术，认为一切物质都是可以变化的，只要在诚心的要求和适当的条件下，人们就可以变得仙丹和黄金。葛洪说：“变化者，乃天地之自然，何嫌金银之不可以异物作乎？”根据这一理论，他在收集、研究各种药方为民治病的同时，进行了大量炼丹术实验，在此过程中，他熟悉了许多物质的组成和一些比较简单的化学反应。从《抱朴子内篇》里，可以看出葛洪已具有下面一些化学知识。
葛洪说：“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂。”丹砂就是硫化汞，加热分解而得到汞。汞与硫磺化合，又生成黑色的硫化汞。再在密闭容器中调节温度，便升华成赤红的结晶硫化汞。采用硫化汞制水银，我国早在公元二世纪就已知道，葛洪是最早详细记录这一反应的人。“以曾青涂铁，铁赤色如铜。”曾青大概是硫酸铜的胆矾，用它涂铁则铁取代了硫酸铜里的铜，故表面附有一层红色的铜。“铅性白也，而赤之以为丹，丹性赤也，而白之以为铅。”这是铅可以变为白铅，即碱式碳酸铅；白铅又可以变为赤色的铅丹，即四氧化三铅；铅丹则可以变回原来来的白铅，最后回复为铅。“取雌黄、雄黄，烧下，其中铜铸以为器复之。……百日此器皆生赤乳，长数分。”葛洪制得的大概是外表象黄金、白色的几种合金，可能里面有不同比例的铜、铅、汞、镍等元素。在当时葛洪能有这样丰富的知识是难能可贵的，对世界炼金术的影响极大，不愧为炼金术史中的一位杰出的人物。
三、外国的炼金术
早在公元前二世纪的西汉时期，中国就开始与西部的中亚、伊朗发展了经济和文化的交流。到了唐代，这种交流达到了新的阶级。当时的来往是沿着陆上的“丝绸之路”和海路进行的。唐帝国和阿拉伯帝国是东西相对应的，构成了当时世界文化的两个中心。中国与阿拉伯之间，使节、商人、游客互相来往，开展了频繁的贸易活动。在这个时期中国的炼丹术和造纸术、医药学、天文学等一起传到了阿拉伯，并与希腊的炼金术相结合，构成阿拉伯学术中的一个特殊组成部分。
阿拉伯的炼金术与中国的炼金术有许多相似之处。除了炼制设备相似外，所用药物也大概相同。中国所用药物主要是硫、汞、丹砂、硝石、雄磺等，阿拉伯炼金术用的也是这一些。阿拉伯人还把许多炼丹术药物的名称前都冠中国二字。如硝石，他们称为“中国雪”。阿拉伯的炼金术家同中国的炼丹术家一样，一般都长于医术。当然也有些不同，中国的炼丹术家追求的是制造长生不死之药。阿拉伯炼金术家追求的是制造黄金，发财致富；但又不仅仅是追求黄金，还具有相当浓厚的学术气息，因而作出了不少重大的化学发现。
阿拉伯早期有名的炼金术家比尔?伊木?海扬（721-815），是一位学识渊博的医生，著有《物质大典》、《七十书》、《炉火术》、《东方水银》。在这些书里，他指出金属可互相转换，把水银称作重女，说她能起死回生，又能将铜、铁、铅等变成黄金。他最早应用蒸馏方法制出硝酸、硫酸，并将硝酸和盐酸混合制成王水。据说他还制造过碳酸铅，从硫化物中提取过砷和锑。他十分重视实验，并且说：“谁不作研究和实验，则他就一事无成。……术士们感到高兴的不是因为有了大批材料，而仅仅是因为得到了完善的实验方法。”
其后阿拉伯著名炼金术家，医生拉泽（860-933），研究炼金术有很大的发展。他把已知的物质分为植物性的、动物性的、矿物性的和衍生物。又把矿物性物质再分为挥发性精英、金属体、岩石、矾土、硼砂和盐。使用的仪器有用风籍、坩埚、勺子、铁剪子、烧杯、蒸馏器、沙浴、水浴、漏斗、焙烧炉和天平等。后期的炼金术家、医生阿维纳森（980-1037），其阿拉伯姓名有“中国之子”的含义，以表明他对中国炼丹术家的崇敬。他的著作甚丰，其代表作为《医典》。在《医典》中作者提出了对矿物、金属形成和金属成分的看法。他把无机矿物分为石、可熔物、硫和盐四大类。按照他的见解，石生于水，再受干素的作用而生成的，明矾和硇砂是含有土和火的盐，金属是由硫、汞及决定金属本性的杂质所组成。阿维森纳否定金属可以相互转化。他说，炼金家能够得到的只是金属的合金，或能使金属带有贵金属的颜色。他的《医典》，后来译成拉丁文及其他欧洲文字，长期在欧洲传播着，影响较为深远。
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