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Entre los siglos III (antes de nuestra era) y XVI, la química estuvo dominada por la Alquimia. Durante este largo período, las investigaciones se centraron en la búsqueda de la piedrafilosofal, un método hipotético que permitiría transformar cualquier metal en oro. Los alquimistas árabes pensaban que los metales estaban formados por mezclas de mercurio y azufre y que bastaba conencontrar la proporción necesaria de estos elementos para formar oro. Casi al mismo tiempo, en China apareció una alquimia similar aunque el oro tenía un significado diferente, de modo que lo queperseguían era un elixir que pudiera alargar la vida e incluso conferir inmortalidad.

Aunque nadie consiguió transmutar ningún metal en oro, hay que destacar que durante esta época sedesarrollaron muchos procesos químicos y nuevas sustancias. Se identificaron importantes reactivos como los ácidos nítrico y sulfúrico, y se perfeccionaron los aparatos de destilación. A los alquimistaschinos se les atribuye la invención de la pólvora hacia el siglo IX. Al principio los chinos utilizaron la pólvora para fuegos artificiales, pero cuando llegó a Occidente se convirtió en unelemento muy importante para la guerra.

Con la llegada del Renacimiento, apareció en escena Paracelso, un alquimista que promulgó la utilización de compuestos químicos y minerales en medicina. Elnombre Paracelso, que él mismo se puso, significa «superior a Celso», un médico romano del siglo I. Paracelso consideraba que sus compuestos eran superiores a los remedios de hierbas queempleaban los médicos de la época. Se pasó la mayor parte de su vida disputando violentamente con los demás médicos y en el proceso fundó la Iatroquímica, que es la precursora de la farmacología. Él ysus seguidores descubrieron nuevas enfermedades, como la sífilis y el bocio, y nuevos compuestos que servían de medicinas. Para combatir algunas enfermedades, se sirvió del azufre y el mercurio.