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炼丹术是古人为求“长生”而炼制丹药的方术。远在战国时期，一些帝王将相、达官贵人，奢望能够长生不死，永享人间荣华富贵，派人到处访求长生之方和不老之药。为了迎合统治者的这一需要，当时出现了不少专门从事炼丹的方士，他们把不同的矿物合在一起炼成各种丹药。在他们看来，丹药是金石所炼成，人服了丹药之后，就能像金石一样，永不败坏。秦始皇、汉武帝都很迷信丹药，于是，炼丹术就在统治者的大力倡导下迅速发展起来。
公元前142年，魏伯阳总结了历代的炼丹经验，写成了世界上第一部炼丹专著——《周易参同契》。书中第一次记载了炼丹工具，以及炼丹所用的药剂，如汞、铅、硫黄、胡粉、硇砂、铜、金、云母、丹等，并介绍了汞和锡的炼制方法。书中还有“胡粉投火中，色坏还为铅”、“故铅外黑，内怀金华”的记载，反映出古人已掌握铅与铅的化合物之间的转化反应。当时古人不但能从丹砂中炼制水银，而且在《神农本草经》里已有用汞剂和砷剂治疗疾病的论述，从中可以看到，化学药物的发现是和炼丹术的发展密切相关的。
我国炼丹史上最负盛名的代表性人物是东晋的葛洪。葛洪继承前人的炼丹理论，系统总结当时的炼丹经验，写成《抱朴子·内篇》，内有金丹、仙药、黄白三部分，共21卷。书中详细记述了许多制药化学的试验。如“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂”，这就是说硫化汞（丹砂）加热分解出汞（水银），汞再和硫化合成硫化汞。又如“以曾青涂铁，铁赤色如铜”，曾青就是硫酸铜、硫酸铜溶液和铁发生反应，铁能取代硫酸铜中的铜，因此，铁就会赤色如铜，这是金属置换反应。书中还记载了他所做的汞的“升华”实验得到了“升丹”和“降丹”等药物。继葛洪之后，南北朝的陶弘景也善于炼丹，他曾用朱砂、曾青、雄黄等炼出“色如霜雪”的“飞丹”，又把一些炼丹经验记录下来，著成《合丹法式》一书。另外还有《集金丹黄白要方》1卷，《服云母诸石药消化三十六水法》等炼丹著作。
到了唐代，炼丹术又有了新发展。炼丹用的原料较晋代有所增加，如把硇砂、白砒等用于炼丹，在《抱朴子》里就没提到。由于用了较多种类的炼丹原料，唐代炼制化学药物的水平有较大进步。据史籍记载，当时人们已能炼制用于治疗癣疥的轻粉，拔毒封口的红升丹，治疮疽的白降汞等药物。
古代炼丹家们的出发点虽然是为了寻求“长生不老之药”，而不是为了炼制化学药物，但由于他们在长期的实践中积累了丰富的经验，掌握了升降、蒸馏、熔融等实验操作技术，从而为近代制药化学的发展奠定了理论与实验的基础。