壹、火藥的發明
火藥是中國古代煉丹家在煉丹過程中發明的。人類最早使用的火藥是黑火藥，它是我國勞動人民在壹千多年前發明的。它的發明，聞名於世，被稱為我國古代科技的四大發明之壹，在化學史上占有重要的地位。
火藥的最主要成分是作為氧化劑的硝石。成書於秦漢之際的《神農本草經》中已把硝石列為上品藥，即在此之前已經具備了發明火藥的物質基礎。秦漢之際也是煉丹術開始盛行之時，方士們為了煉制仙丹妙藥，把各類藥物彼此配合燒煉。五金、八石（各種礦物藥）、三黃（硫磺、雄黃、雌黃）、汞和硝石都是煉丹的常用藥物。其中汞與三黃合煉而得丹砂是煉丹家們的得意之作。但若用硝石與三黃***煉必將燃燒爆炸，因此導致火藥的發明。就在火藥發明之後，也曾被引入藥類，《本草綱目》中，說火藥能治瘡癬、殺蟲、辟濕氣、瘟疫。更重要的原因是火藥的發明來自制丹配藥的實踐中。
火藥觸火即燃，在較密閉的容器中，還會發生爆炸，其化學反應式近於：2KNO3 + 3C + S = N2(+ 3CO2 (+ K2S + 169千卡，還有少許CO、K2CO3 、KSO4，體積很小的火藥，燃燒時產生大量的氣體和熱量，體積突然膨大，增至幾千倍，因而在密閉的容器中，會爆炸，同時因產生K2S等固體產物，並加雜著未完全燃燒的炭末，所以能看到冒黑煙。
火藥燃燒爆炸的原理，現在的人們不難理解，但在古代，這卻壹直是個謎，現在人們制取火藥也很容易，民間流傳的“壹硝二磺三木炭”，就是火藥的簡易配方。這方法也不知歷經了多少年代，勞動人民付出多少血汗，才摸索總結出來。火藥的發明是我國古代勞動人民辛勤勞動的成果，它又是隨著生產的發展、社會的進步而逐漸完善的。
火藥的發明與煉丹分不開。我國的煉丹家早就接觸過火藥的原料--硝石、硫磺及木炭等物質。這些物質在混合過程中，稍不小心就會著燃燒。古人對組成火藥的三種主要成分的性質有個認識過程。
認識炭、使用炭較早。在商、周，人們已廣泛用木炭來冶煉金屬，明了炭是較木柴更好的燃料。伐薪燒炭，遂成農民的壹種副業，硫磺有天然存在，但人們接觸它，較早的是冶煉中逸出的二氧化硫和溫泉中的硫。因為它直接地刺激人們的感官，就在這種接觸中，逐漸認識硫的壹些性能，除了了解它對某些皮膚病有特別的療效外，還認識到硫的壹些化學性質。特別是認識到硫與汞化合生成硫化汞，與天然品接近。這種性質很受從事煉丹的方士的器重，在他們妄圖用汞煉制“金液”、“還丹”的過程中，常使用硫，在這種活動中，進壹步了解到硫含有猛毒，著火易飛，很難“擒制”。
怎樣使其藥性緩和呢？人們采取了所謂的“伏火法”，即將硫與其他易燃物質混合加熱或燃燒，使藥性發生變化的方法，火藥發明與這種硫磺伏火的實驗有密切關系。硝的引入是制取火藥的關鍵，古人掌握最早的硝，大概是年久的墻腳房根下的土硝，隨著生活實踐，人們認識了硝石，將硝石在赤炭上壹試，即現火焰，其化學反應式約為：4KNO3 + 5C = 2K2CO3 + 3CO2 (+ 2N2 (。在這個反應中，硝石是氧化劑，正因為硝石的化學性質很活潑，能與許多物質發生作用，所以在煉丹中，常用硝來改變其他藥品的性質，就在使用硝石的過程中，人們還掌握了區別硝石與樸硝（Na2SO4）的方法，南北朝的陶弘景就指出：“以火燒之，紫青煙起，雲是真硝石也”。這與近代用焰色反應來鑒別KNO3是相似的，人們的這點認識，為爾後的大量采用硝石創造了條件。
對炭、硫、硝三種物質性能的認識，為火藥的發明準備了條件。由於醫藥學和煉丹活動的發展，至遲在唐代，人們在使硫磺伏火的實驗中，發現點燃硝石、硫磺、木炭的混合物，會發生異常劇烈的燃燒。在《朱家神品丹法》卷五中，轉載有唐初醫藥兼煉丹家孫思邈的“伏硫磺法”。由此記載可見，那時孫思邈已掌握了硝、硫、炭混合點火會發生劇烈反應的特點，因而註意采取措施，將容器埋入地下，並控制反應速度，防範爆炸，這顯然是經過反復實踐的經驗總結。
有記載，托名西晉鄭思遠所撰名為《真元妙道要略》的壹本煉丹書裏，就曾談到：有人將硫磺、硝石、雄黃（As2S3）和蜜合起來壹起燒，結果火焰升起，把臉和手燒壞，而且直沖屋頂，把房子也燒了。這類實驗的多次進行，經驗的不斷積累，認識的逐步提高，使人們終於掌握了火藥的配制。同類的實驗在唐代中期的《鉛汞甲辰至寶集成》卷二中也有記載，並且記載有關於失敗的教訓，也從而學會利用這種混合物的燃燒爆炸性能。
二、指南針的發明
古代民間常用薄鐵葉剪裁成魚形，魚的腹部略下凹，像壹只小船，磁化後浮在水面，就能指南北。當時以此做為壹種遊戲。東晉的崔豹在《古今註》中曾提到這種“指南魚”。
北宋時，曾公亮在《武經總要》載有制作和使用指南魚的的方法：“用薄鐵葉剪裁，長二寸，闊五分，首尾銳如魚型，置炭火中燒之，侯通赤，以鐵鈐鈐魚首出火，以尾正對子位，蘸水盆中，沒尾數分則止，以密器收之。用時，置水碗於無風處平放，魚在水面，令浮，其首常向午也。”這是壹種人工磁化的方法，它利用地球磁場使鐵片磁化。即把燒紅的鐵片放置在子午線的方向上。燒紅的鐵片內部分子處於比較活動的狀態，使鐵分子順著地球磁場方向排列，達到磁化的目的。蘸入水中，可把這種排列較快地固定下來，而魚尾略向下傾斜可增大磁化程度。人工磁化方法的發明，對指南針的應用和發展起了巨大的作用。在磁學和地磁學的發展史上也是壹件大事。北宋的沈括在《夢溪筆談》中提到另壹種人工磁化的方法：“方家以磁石摩針鋒，則能指南。”按沈括的說法，當時的技術人員用磁石去摩擦縫衣針，就能使針帶上磁性。從現在的觀點來看，這是壹種利用天然磁石的磁場作用，使鋼針內部磁疇的排列趨於某壹方向，從而使鋼針顯示出磁性的方法。這種方法比地磁法簡單，而且磁化效果比地磁法好，摩擦法的發明不但世界最早，而且為有實用價值的磁指向器的出現，創造了條件。 沈括還在《夢溪筆談》的補筆談中談到了摩擦法磁化時產生的各種現象：“以磁石摩針鋒，則銳處常指南，亦有指北者，恐石性亦不……，南北相反，理應有異，未深考耳。”這是說，用磁石去摩擦縫衣針後，針鋒有時指南，也有時指北。從現在的觀點來看，磁石都有N和S兩個極，磁化時縫衣針針鋒的方位不同，則磁化後的指向也就不同。但沈括並不知道這個道理，他真實的記錄了這個現象並坦白承認自己沒有做深入思考。以期望後人能進壹步探討。 關於磁針的裝置方法，沈括介紹了四種方法：
1.水浮法——將磁針上穿幾根燈心草浮在水面，就可以指示方向。
2.碗唇旋定法——將磁針擱在碗口邊緣，磁針可以旋轉，指示方向。
3.指甲旋定法——把磁針擱在手指甲上面由於指甲面光滑，磁針可以旋轉自如，指示方向。
4.縷懸法——在磁針中部塗壹些蠟，粘壹根蠶絲，掛在沒有風的地方，就可以指示方向了。
沈括還對四種方法做了比較，他指出，水浮法的最大缺點，水面容易晃動影響測量結果。碗唇旋定法和指甲旋定法，由於摩擦力小，轉動很靈活，但容易掉落。沈括比較推重的是縷懸法，他認為這是比較理想而又切實可行的方法。事實上沈括指出的四種方法已經歸納了迄今為止指南針裝置的兩大體系——水針和旱針。
《夢溪筆談》是沈括(1031—1095年)所著的有關我國古代科學技術的著作，書中談到磁學和指南針的壹些問題。
南宋陳元靚在《事林廣記》中介紹了另壹類指南魚和指南龜的制作方法。這種指南魚與《武經總要》壹書記載的不壹樣，是用木頭刻成魚形，有手指那麽大，木魚腹中置入壹塊天然磁鐵，磁鐵的S極指向魚頭，用蠟封好後，從魚口插入壹根針，就成為指南魚。將其浮於水面，魚頭指南，這也是水針的壹類。
指南龜是當時流行的壹種新裝置，將壹塊天然磁石放置在木刻龜的腹內，在木龜腹下方挖壹光滑的小孔，對準並放置在直立於木板上的頂端尖滑的竹釘上，這樣木龜就被放置在壹個固定的、可以自由旋轉的支點上了。由於支點處摩擦力很小，木龜可以自由轉動指南。當時它並沒有用於航海指向，而用於幻術。但是這就是後來出現的旱羅盤的先聲。
指南龜發明年代不晚於1325年。木塊刻成龜型，龜腹部中心嵌以磁體，木龜安放在尖狀立拄上，靜止時首尾分指南北。
三、造紙術的發明
紙，作為書寫材料，並不是從來就有的。相傳中國上古曾有過結繩記事的時代。那時，連文字也不曾有，更談不上書寫文字的紙張了。
商、周時代文字已經成熟，可還不曾有紙，我們的祖先就想出了各種記錄文字的辦法。他們起初是把文字鐫刻在烏龜的腹甲和牛、羊等動物的胛骨上。刻在這些甲骨上的文字，叫做“甲骨文”； 春秋戰國以後，我們的祖先又開始使用新的記載文字的材料——簡牘和縑帛。簡牘是幾種東西的總稱。把竹子、木頭劈成狹長的小片，再將表面刮削平滑，這種用作寫字的狹長的竹片或木條叫做竹簡或木簡，較寬的竹片或木板叫做竹牘或木牘。簡的長度不壹樣，有的三尺長，有的只有五寸。經書和法律，壹般寫在二尺四寸長的簡上。寫信的簡長壹尺，所以古人又把信稱為“尺牘”。
我國最早的紙是用什麽原料做成的呢？東漢的許慎在他編寫的我國第壹部條理清楚、體系分明的字典《說文解字》裏談到“紙”的字源時說：“紙”從系旁。這說明，早期的紙與絲有關。
我們的祖先很早就植桑養蠶，繅絲織絹了。商代以前就種桑養蠶，到西漢前期，絲織在社會經濟中已占有重要的地位。當時，壹般用較好的蠶繭抽絲織綢，用剩下的較差的繭子做絲綿。做絲綿時，先把繭子煮爛、洗凈，然後放到浸沒在水中的蔑席上捶打，直到繭衣被捶得稀爛，接著把連成壹片的絲綿取出，這就是漂絮。漂絮之後，蔑席上還必然會有壹層互相交織的亂絲貼著，漂絮的次數多了，當把蔑席涼幹後，它上面就附著壹層由殘絮形成的薄薄的絲片。人們把它剝下來，發現它同縑帛相近，可用作書寫，古人稱之為“赫蹄”。 赫蹄的制作方法給了人們很大啟發，是我國古代造紙術的重要開端。經過不斷的摸索、試驗，終於成功地發明了植物纖維紙。
植物纖維紙是在什麽時候發明的呢？古籍上沒有記載，但是在1933年，我國考古工作者在新疆羅布淖爾的漢代烽燧遺址中，發現了壹片西漢宣帝時期的麻紙。1957年在陜西西安灞橋壹座西漢墓葬裏，發現了壹疊麻紙，經揭剝分成80多片。因出土於灞橋，故稱“灞橋紙”。其年代為公元前2世紀。這是目前發現最早的植物纖維紙。
伴隨著生產的發展，社會的進步，我們的祖先不斷地在尋找新的書寫材料，最終發明了理想的書寫材料，那就是紙。我國造紙術的發明，長時期以來壹般都歸功於東漢時的宦官蔡倫，這是因為《後漢書·蔡倫傳》明確記載：“自古書契多編竹簡，其用縑帛者謂之紙，縑貴而簡重，並不便於人。倫乃造意，用樹膚、麻頭及蔽布、魚網以為紙。元興元年奏上之。帝善其能，自是莫不以用焉，故天下鹹稱‘蔡倫紙’。”
但比《後漢書》成書更早的《東觀漢記·蔡倫傳》中，則沒有說明紙是蔡倫發明的。《漢記》的作者劉珍、延篤等人都是蔡倫的同時代人，在唐以前《東觀漢記》壹直被視為東漢的“正史”。其中只是說“蔡倫典尚方作紙”，就是說當蔡倫任尚方令時曾主管尚方（宮廷禦用的手工作坊）造紙。盡管《東觀漢記》在宋代以後已散佚，但從隋、唐人的類書引語中仍可查得其原文。由此可見，“蔡倫發明造紙”的提法不是很確切的。
本世紀以來的考古發掘實踐，也動搖了蔡倫發明紙的說法。首先是1933年，黃文弼先生在新疆羅布泊漢代烽燧遺址上發現了壹片古紙，這是壹片麻紙，長約40厘米，寬約100厘米，紙面可清晰見到麻，在同壹遺址中還發現有漢元帝元年（公元前48年）的木簡，因此，該紙當為西漢時期的文物，比“蔡倫造紙”的公元105年早了壹個半世紀。
其後是1957年，在西安市東郊的灞橋再次出土了比新疆羅布泊的紙還要早約壹個世紀的西漢初期的古紙，而且有數十張之多，經科技史專家潘吉星教授的研究和分析化驗，確認此灞橋紙主要由大麻和少量苧麻的纖維所制成。因而是世界現存最早的植物纖維紙。1973-1974年在甘肅省居延的肩水金關漢代遺址中，再壹次出土了公元前壹世紀時的麻紙。這些事實有力地說明了，早在西漢我國勞動人民就已經發明了造紙術。
以上事實有力地說明了，早在公元前2世紀的西漢初期，我國已發明了造紙術，而且當時造出的紙已經可以用於書寫文字和繪圖，這比蔡倫早了兩三百年。但早期的西漢麻紙比較粗糙，不便書寫，到了公元後二世紀，在宮廷中任尚方令的蔡倫，憑借充足的人力和物力監制並組織產生了壹批良紙。蔡倫雖然不是紙的最早發明者，但他改進造紙技術，擴大了造紙原料的來源，把樹皮、破布、麻頭和魚網這些廢棄物品都充分利用起來，降低了紙的成本，尤其是用樹皮做原漿紙的先聲。從這個意義上說，蔡倫在歷史上是作為紙的監制者和推廣者的身份出現的，他的這些活動對造紙術的發展是有利的，因此也不應完全抹殺他的作用。
漢代的麻紙制造過程，根據科學工作者的模擬實驗，大體是將麻頭、破布等材料先用水浸濕，使之潤脹，再用斧頭剁碎，放在水中洗去汙泥、雜質，然後用草木灰浸透並蒸煮，原留於造紙原料中的木素、果膠、色素、油脂等雜質可進壹步除去，再加以清水洗滌後，即送去舂搗，搗碎後的纖維在水槽中配成懸浮的漿液，再用濾水的紙模撈取紙漿，濾水後曬幹即為成品紙，經必要的砑光，即可用於書寫。
由此可見，漢代的勞動人民用這些簡陋的設備，從紡織品廢料中制成植物纖維紙。確實是件了不起的事，是化學史上壹項重要發明。
四、印刷術的發明
中國是世界上最早發明印刷術的國家。印刷術是按照或圖畫原稿制成印刷品的技術。早期的印刷是把圖文刻在木板上用水墨印刷的，現在的木版水印畫仍用此法，統稱“刻版印刷術”( 亦稱“雕版印刷術”) 刻版印刷的前身是公元前流行的印章捺印和後來出現的拓印碑石等。造紙和制墨等生產技術出現之後, 逐漸發明了刻版印刷技術。刻版印刷術最早出現在洛陽。在造紙術改進60年後出現刻版印刷術，僅供皇帝禦用。
印刷術的發明和發展,經歷了很長的歷史時期。六世紀下半葉到七世紀上半葉的隋唐之際，另出現了雕版印刷。開始時主要在民間使用,特別是用於家家歷書、農書和醫書等印刷。到了九世紀,出現了大規模的雕版印刷。北宋慶歷年間（公元1041-1048年）平民畢升發明了泥活字,開始了活字印刷的歷史。元大德二年（公元1298年）左右,王禎創造了木活字,並發明了能夠轉動的排字盤,這壹創造把活字印刷提高到壹個新的水平。中國古代的印刷工匠還創造了套色印刷。此外,用銅墻鐵壁、錫、鉛等金屬活字的印刷也很發達。
世界上現存最早的印刷物是唐鹹通九年(公元868年)印制的《金剛經》,它全長4877毫米,高244毫米,由七張粘連起來而成壹卷。卷首有釋迦說法圖,末有“鹹通九年四月十五日王(王+介)為二親敬造普施”題記。原藏於甘肅敦煌千佛洞,1899年發
現。1907年為英國人斯坦因盜去，現存於英國倫敦不列顛博物館)。
隋唐時，我國的刻版印刷術先後傳至朝鮮、日本、越南、菲律賓、伊朗等國,後又輾轉傳至非洲和歐洲。直至公元14世紀末，歐洲始有刻版印制品。