Химическая практика в древности (до нашей эры)
Как ни мало историческая наука знает до сих пор развитие материального производства, следовательно, основу всей общественной жизни, а потому и всей действительной истории, однако, по крайней мере, доисторические времена делятся на периоды на основании естественнонаучных, а не так называемых исторических изысканий, по материалу орудий и оружия: каменный век, бронзовый век, железный век[5].
Огонь
Многократно проверенное на опыте убеждение, что целенаправленные действия всегда приводят к достижению определенных результатов, оказало очень сильное прогрессивное влияние на развитие цивилизации. Именно это убеждение помогло первобытным людям решительно раздвинуть рамки свойственной им в течение многих тысячелетий "первой животнообразной инстинктивной формы труда" [5, с. 185][6]. Независимо от того, каким образом сформировалось это убеждение — при использовании биологических, физических или химических процессов,- понимание причин и особенностей превращения (даже если оно трактовалось как проявление сверхъестественных сил) способствовало осознанному применению орудий труда или использованию природных процессов. Собирание съедобных растений и охота привлекли внимание людей к изучению растений и животных. В то же время первобытный человек научился, используя такие простейшие орудия, как камень, дубинка, палка, копье или стрела, значительно увеличивать "силу" и "длину" своих рук.
В доисторические времена наибольшие знания сумели накопить земледельческие племена, ведущие оседлый образ жизни. Они раньше других поняли истину: от природы можно получить намного больше, если не ограничиваться лишь потреблением ее богатств, а пытаться их умножить. Для этого в первую очередь нужно улучшить условия выращивания необходимых для пищи растений — удобрить и тщательно подготовить почву, посеять достаточное количество семян, обильно поливать растения и следить, чтобы они не вымерзли. Все это позволяет значительно увеличить урожаи, что хорошо понимали первобытные земледельцы. Земледельческие племена первыми приступили к одомашниванию диких животных, а затем и к специальному разведению домашнего скота. Они сумели сделать правильные выводы из накопленных ранее охотничьими племенами наблюдений за повадками животных и рыб и за образом их жизни. Хотя истоки возникновения человеческого общества не прослеживаются четко, несомненно, что скотоводство и земледелие ускорили его развитие.
Переход людей от одной формы производственной деятельности к другой происходил в результате наблюдений и опыта за сотни и тысячи лет и, как правило, сопровождался революционными изменениями в техническом развитии и в общественной жизни; эти изменения находили свое отражение в значительном росте производительности труда и заметном улучшении условий жизни людей. Более высоких форм общественного развития смогли достичь только те народы, которые сменили кочевой образ жизни на оседлый. Накопленный ими опыт выращивания растений и ухода за животными послужил основой для получения новых, более сложных знаний. В этом проявляется характерная черта развития человеческого общества, описываемая законами накопления и наивысшего развития знаний; она заключается в постепенном накоплении результатов опыта и переходе их в новые знания.
Покорение огня
Огонь — универсальное средство защиты от диких зверей, холода, темноты — оказался в то же время необходимым средством труда[7]: с его помощью люди еще в древности жарили мясо и выпекали изделия из муки, добывали соль и сушили одежду. Огонь для первобытного человека был загадкой; он, казалось, "пожирал" древесину и, "пожирая", давал не только свет и тепло, но и очень нужнукэ для земледелия золу; к тому же горение стало тем природным процессом, которым научились "управлять" первобытные люди.
Никакое другое средство труда не оказало такого громадного влияния на переход человечества к оседлому образу жизни, как огонь, который, правда, в то время весьма нелегко было добывать. Поэтому огонь нужно было постоянно поддерживать в очагах каждого жилища. Только повседневное использование огня позволило людям впервые осознать существование взаимосвязи природных явлений, преодолеть страх перед "диким зверем", "драконом" — огнем, попытаться познать его сущность и "приручить". "Укротить" огонь удалось лишь тогда, когда человек научился не только поддерживать горение, но и самостоятельно добывать огонь. Остроумные приспособления, разнообразнейшие усовершенствования способов сохранения и получения огня, накопленные в течение тысячелетий, были в конечном счете посвящены одной цели — сделать природный процесс горения всеобщим средством труда и использовать его в разнообразных областях человеческой деятельности.
"На пороге истории человечества стоит открытие превращения механического движения в теплоту: добывание огня трением; в конце протекшего до сих пор периода развития,- писал Ф. Энгельс,- стоит открытие превращения теплоты в механическое движение: паровая машина. И, несмотря на гигантский освободительный переворот, который совершает в социальном мире паровая машина,- этот переворот еще не закончен и наполовину,- все же не подлежит сомнению, что добывание огня трением превосходит паровую машину по своему всемирно-историческому освободительному действию. Ведь добывание огня трением впервые доставило человеку господство над определенной силой природы и тем окончательно отделило человека от животного царства"[8].
Значение огня для жизни ощущалось первобытным человеком настолько сильно, что в древности даже возникла легенда о даровании огня людям богами (легенда о Прометее). При переходе к оседлому образу жизни люди вынуждены были сразу же начать совершенствовать новое средство труда, используя его в первую очередь для развития земледелия. Затем огонь стал использоваться в разнообразных, тесно связанных с земледелием областях человеческой деятельности: при добывании воды, при строительстве жилых зданий и укреплений, для защиты от врагов. Без применения огня нельзя было и разводить домашних животных, которые так же, как почва и вода, по словам К. Маркса, являются "важнейшими средствами труда"[9].
На осмыслении результатов использования разнообразных средств труда основаны и все открытые впоследствии важнейшие законы природы: биологические, физические, химические. До того как люди сумели их открыть и затем в полной мере оценить, в течение многих тысячелетий они практически применялись неосознанно, так как для практического применения оказалось достаточным обнаружить лишь внешние проявления этих фундаментальных законов. Человек "использовал механические, физические, химические свойства вещей для того, чтобы заставить их служить своим целям, сделать средством власти над другими вещами" [8, с. 18]. Любая область человеческой деятельности подтверждает правильность следующего положения К. Маркса: "животное, производящее орудия труда", отличается от обычного животного тем, что первое может произвести именно тот предмет, который оно себе заранее представляет. "Но самый плохой архитектор,- считал К. Маркс,- от наилучшей пчелы с самого начала отличается тем, что, прежде, чем строить ячейку из воска, он уже построил ее в своей голове. В конце процесса труда получается результат, который уже в начале этого процесса имелся в представлении человека, т. е. идеально. Человек, не только изменяет форму того, что дано природой; в том, что дано природой, он осуществляет вместе с тем и свою сознательную цель, которая, как закон, определяет способ и характер его действий и которой он должен подчинять свою волю. И это подчинение не есть единичный акт. Кроме напряжения тех органов, которыми выполняется труд, в течение времени труда необходима целесообразная воля, выражающаяся во внимании, и притом необходимая тем более, чем меньше труд увлекает рабочего своим содержанием и способом исполнения, следовательно, чем меньше рабочий наслаждается трудом как игрой физических и интеллектуальных сил"[10]. Вместе с тем исторически и логически ясно определено, что труд, который преодолел свою "первую животнообразную инстинктивную форму", становится навсегда связанным с познанием взаимосвязей в природе[11].
Таким образом, начало естественнонаучной деятельности человечества можно отсчитывать не с появления первых теорий, а с гораздо более раннего исторического периода, когда люди начали применять процессы изменения свойств веществ с целью получения необходимых для их существования продуктов. Теоретические знания вначале не имели никакого значения для использования этих процессов. С другой стороны, каждый факт выяснения взаимосвязи природных явлений, который устанавливали даже при неосознанном использовании процессов превращений веществ, способствовал становлению естественнонаучных знаний. Эти знания облегчали людям использование процессов получения разнообразных необходимых веществ.
Историки химии долгое время оживленно обсуждали принципиальный вопрос о непрерывности развития химических знаний. В большинстве историко-химических книг считалось, что химия как научная, "истинная" химия возникла лишь в конце XVIII в. Такое рассмотрение разрушает культурные, исторически сложившиеся связи и прежде всего игнорирует тот факт, что человек стал использовать химические превращения веществ с той поры, когда он стал homo sapiens.
Во все исторические эпохи человек стремился осуществить превращения веществ.
Отдельные периоды развития химии различались, по существу, лишь глубиной понимания человеком важнейших законов превращений веществ. Огонь с самого начала его использования на заре истории человечества стал важнейшим средством труда. По мере развития ремесел в первобытном обществе в различных районах земного шара люди не только увидели новые возможности использования огня, но и осознали его важнейшее значение для совершенствования техники.
Первобытные земледельческие племена производили столько продуктов питания, что могли прокормить не только самих себя, но и ремесленников. Это обусловило дальнейшее разделение труда в обществе. Уже в то время, когда важнейшим сырьем для изготовления инструментов и оружия, кроме дерева и кости, считался камень, происходила концентрация ремесленного производства, главными продуктами которого были орудия из камня (кремня) и украшения (нередко из янтаря). Разделение труда получило дальнейшее развитие после появления и совершенствования гончарного искусства, с которого, пожалуй, началось первое широкое использование огня для получения важнейших предметов обихода. Это привело — уже на заре развития общества — к изготовлению керамических сосудов и иных изделий, предназначенных для сбора, хранения и перевозки воды, а также других продуктов. Сосуды из желудков животных, мелких плодов, древесины, кожи, применявшиеся до керамических, нельзя было подвергать нагреву. Поэтому использование сосудов из обожженной глины различных сортов оказало громадное влияние на совершенствование таких изделий. А это в свою очередь раздвинуло границы использования огня человеком.
Развитие гончарного искусства стимулировало широкое применение в первобытной технике еще одного вида природного сырья — различных сортов глины. В результате широкого использования различных сортов глины для изготовления керамических изделий возникла новая область техники того времени — обжиг. При помощи обжига стали изготовлять не только сосуды, но и кирпичи — очень важный строительный материал. Использование устойчивых к нагреванию сосудов позволяло не только готовить более вкусную пищу, но и консервировать ее (путем упаривания). Широкое применение этих процессов позволило уже в древности сделать ценные наблюдения и практические открытия. Важнейшими среди них были выделение жира, получение травяных отваров, упаривание растворов, получение яда из семян ядовитых растений для пропитки стрел — очень действенного оружия охотников и воинов. Все эти операции могли быть проведены лишь при нагревании различных продуктов растительного и животного происхождения в сосудах, устойчивых к действию огня. Таким же образом были получены животные жиры и различные масла — важнейшие материалы для осветительных устройств.
Производство глиняных сосудов в Древнем Египте
Наблюдения за изменением свойств жиров при нагревании оказали большое влияние на развитие способов освещения. Открытое пламя и лучину для освещения со временем сменили факелы и керосиновые лампы. Только после этого стала возможна постоянная работа в темных закрытых помещениях или шахтах, пробитых в горах для добычи полезных ископаемых. Вплоть до 1866 г., когда была изобретена динамо-машина, и даже до 1906 г., когда была изобретена электрическая лампа с танталовой нитью накаливания, на протяжении тысячелетий сжигание растительных и животных жиров оставалось основой разнообразных осветительных устройств. (Лишь ненадолго во время своеобразного "междуцарствия" в господстве способов освещения на первое место выдвинулись лампы, в которых сжигалась нефть, а также газовые светильники — лампы и фонари.) Громадное влияние на развитие техники осветительных устройств оказало использование глиняных, а позже и металлических сосудов; это необычайно усовершенствовало изготовление светильников.
Производство гончарных изделий и другой ремесленной продукции способствовало благодаря первому естественному разделению труда возникновению торгового обмена. В дальнейшем, принимая все более регулярные формы, этот обмен происходил вначале между близко живущими племенами, а затем и между народами различных частей земного шара. Необходимое для торгов и широкое использование эквивалентов оценки разнообразных товаров, таких, как раковины, янтарь или жемчужины, подготовило возникновение денежного хозяйства. Развитие торгового обмена стимулировало также расширение потребностей людей в товарах. Оно сильно повлияло не только на становление ремесел, но также на совершенствование язык и письменности, развитие поэзии и искусства.
Результаты наблюдений за процессом обжига керамических изделий и совершенствования разнообразных конструкций печей для обжига способствовали развитию методов регулирования силы огня и достижения высокой температуры, что в свою очередь привело к повышению прочности сосудов после обжига. Достижение высоких температур имело очень важные последствия — оно позволило широко использовать новый вид минерального сырья — металлы.
Металлы и древесный уголь
Первые металлы, получен ые из руд в нагревательных печах,- золото и серебро — не применялись для изготовления орудий труда. Эти металлы использовались лишь для выделки украшений и сосудов: чаш, кубков, бокалов. Изучение плавления металлов позволило развить представление о "земле", которая ведет себя совершенно по-иному при нагреве, чем различные виды глины. Глины, по своей природе мягкие и формующиеся, в огне становились твердыми. Другие "земли" (в основном загрязненные примесями) были хрупкими, но при нагреве становились жидкими — возникал расплав. Расплавленная очищенная "земля" (образовавшийся чистый металл или очень часто сплав золота и серебра) легко приобретала форму изделия, а после охлаждения становилась твердой, как камень.
Уже около 3000 лет до нашей эры искусство плавления металлов было известно в Египте, Вавилоне, Персии, Индии, Китае. Так огонь приобрел еще одно важное значение как орудие труда. Огонь использовали не только для получения металлических "земель", но и для разрушения скал, освещения рудников и шахт.
В результате многовекового опыта работы с печами для обжига люди научились подбирать и использовать горючие и огнеупорные материалы, а также создали устройства для подачи воздуха в печи. Древесный уголь и кузнечные мехи были "волшебным средством", позволившим уже в древности создать основы металлургической техники, которая вплоть до конца XVIII в. в принципе мало изменилась (за исключением объемов производства). Результатом вначале разрозненных, а затем систематических наблюдений за горением различных видов древесины в открытых, полуоткрытых или закрытых печах было создание способов получения древесного угля. Только использование древесного угля позволило достичь высоких температур, с помощью которых оказалось возможным расплавить медь, олово и свинец. Древесный уголь люди смогли получить лишь после осознания роли воздуха при горении и при достижении довольно высокого уровня развития техники обжига. Наблюдения показали, что в процессе получения древесного угля образуются и другие продукты. Из них наибольшее значение для развивающейся техники того времени имели смола и вар. Они использовались для пропитки древесины при постройке судов, а также для обработки природных волокон при изготовлении водонепроницаемой одежды.
Получение металлов из руды и древесного угля в яме. Воздух вдувается кузнечными мехами
Дальнейшее развитие способов воздействия огня на вещество привело к становлению металлургии меди и особенно бронзы. Это в свою очередь оказало громадное влияние на всю историю человечества.
Медь, из которой изготовляли сосуды и украшения, была практически непригодной для изготовления инструментов и оружия. Ее можно было использовать для этих целей, лишь предварительно соединив в довольно твердом сплаве с мышьяком (как это делали, например, в Древнем Египте). Достижение высоких температур и изучение расплавов "земель" привели людей в дальнейшем к использованию других металлов: олова, свинца, ртути и железа. Металлурги древности, установившие, что из определенной смеси меди и олова (жители Вавилона вместо олова использовали свинец) можно изготовить сплав по пластичности и твердости не хуже сплава меди с мышь ком, по своей наблюдательности вряд ли уступали С. Томасу или Г. Бессемеру — реформаторам металлургии XIX в. В металлургии бронзы воплотились с наибольшей силой знания о свойствах металлов, накопленные ранее при развитии металлургии золота и серебра. Это в первую очередь знания и дивидуальных свойств золота и серебра, а также представления об изменении свойств при смешении этих металлов.
Добыча металла в Древнем Египте. В неглубокую яму укладывали слоями руду и древесный уголь. Смесь поджигали и покрывали глиняной пластиной. При помощи кузнечных мехов в яму вдували воздух
В исторической науке выделяют даже специальные периоды, связанные с преобладанием в жизни человеческого общества определенного материала,- "каменный век" и "бронзовый век". Правда, такое выделение периодов довольно несовершенно, поскольку оно связано лишь с использованием одного вида сырья. С таким же правом можно было бы говорить о "масляном веке": так же как в наши дни, в древности использование нефти оказало громадное влияние на развитие ремесел. В древнем мире широкое применение бронзы стимулировало совершенствование техники металлургии цветных металлов: использование древесного угля, мехов для подачи воздуха и иных технических устройств. И все-таки весьма спорно целую эпоху развития человечества характеризовать лишь по использованию одного из видов сырья, потому что сырье не может в значительной степени определять развитие техники на протяжении громадной исторической эпохи. Категории типа "каменный век", "бронзовый век" и т. д. надо применять очень осмотрительно. Так, например, в "каменном веке" действительно из наиболее твердых и острых камней изготовляли особые орудия труда — для обработки веществ ударом и резанием. При этом ни в коем случае не следует забывать, что в "каменном веке" большое значение как сырье для изготовления орудий труда имели также дерево, кость и, конечно, различные виды глины. Учитывая влияние бронзы на переход от "каменного века" к "эпохе маталлов", многие историки назвали первый этап этого периода "бронзовым веком". Но предпосылки для создания металлургии были заложены в гораздо большей мере не распространением бронзы, а начавшимся незадолго до этого широким применением огня в качестве средства труда. С помощью нагревания люди сумели получить все известные в то время металлы.
Бронза заменила камень как основной материал для изготовления орудий труда, оружия и предметов обихода.
Эта замена означала переход к более высокой производительности труда. Даже само изготовление бронзовых инструментов по сравнению с выделкой каменных приспособлений требовало более квалифицированного труда. "Прибавочный продукт" при этом возрастал, а труд людей становился более производительным. Это время ознаменовалось распадом первобытнообщинного строя и возникновением в некоторых районах Земли рабовладельческих государств, которые укреплялись и расширяли свои границы. Однако в других частях мира, как, например, в Северной и Центральной Европе, "бронзовый век" (1900-650 гг. до н. э.) прошел под знаком первобытнообщинных отношений.
Какие же все-таки преимущества несло применение бронзы? Многие виды посуды, орудий труда и оружия из бронзы, несмотря на использование более сложной техники, можно было изготовить гораздо легче и быстрее, чем аналогичные изделия из камня. Еще одним преимуществом бронзы перед камнем оказалась ее менее трудоемкая механическая обработка: из бронзы легко получались изделия разной формы. Применение бронзы позволило также изготавливать предметы, которые просто невозможно было сделать из камня,- щипцы, лампы, мечи, шлемы. И наконец, большим преимуществом бронзы оказалась возможность ее многократного использования; например, если кремневый топор раскалывался, то его выбрасывали, а сломанный топор из бронзы можно было переплавить, отлить заново и наточить. Но даже в "бронзовый век" камень не был совсем забыт как сырье для изготовления орудий труда: бронза была \ дорога и не так прочна, чтобы повсеместно заменить камень. Только после широкого распространения железа отпала необходимость использовать камень и бронзу для изготовления разнообразных изделий.
Однако не следует забывать, что потребности человечества в сырье в различные исторические эпохи не могли быть полностью удовлетворены использованием только камня, бронзы или даже железа. Эти потребности всегда были значительно шире; для различных целей применялись самые разнообразные материалы. Так, для возведения жилищ и иных строений (например, мельниц) вплоть до наших дней важнейшими материалами были отнюдь не металлы, а дерево, камень, песок, известь; для выделки кожи нужны зола и дубильные вещества; для изготовления текстильных изделий — протрава и краски. При получении стекла незаменимы древесный уголь, песок и сода. Древесина вплоть до начала XX в. вообще использовалась как универсальное сырье — как топливо, как материал для изготовления инструментов, машин, транспортных средств (вагонов, судов), для производства древесного угля, получения смолы, вара, поташа. Широкое применение нашла древесина также при строительстве жилищ, мостов и других сооружений.
История развития производства (даже рассмотренная с точки зрения проблемы важнейшего сырья) определяется в очень небольшой степени тем, что один основной вид сырья вытесняет другой в различные исторические эпохи. Главным условием развития производства во все времена является постоянное повышение качества и увеличение количества важнейших видов сырья.
Железо, полученное металлургами древности, еще не могло по своим свойствам превзойти бронзу: оно было недостаточно твердым. Это объяснялось низким уровнем металлургии. С помощью применявшихся в то время простых кузнечных мехов нельзя было нагреть железо до 1500° С — температуры его плавления. Поэтому металл не полностью отделялся от шлака. Лишь примерно в 1000-х гг. до н. э. в таких разобщенных районах, как Индия, Армения, Месопотамия, Египет, были разработаны методы выплавки железа, оказавшие определяющее влияние на развитие металлургической техники. Они основывались на следующем наблюдении: железо становится более твердым при его повторном нагревании в печи с горящим древесным углем и может быть превращено в ковкую сталь. Этот процесс получения стали почти не изменился до появления в конце XVIII в. метода пудлингования.
После разработки способов получения стали уже за десять веков до нашей эры оказалось возможным получить орудия труда очень высокого качества. С тех пор резко выросла потребность в железе. Развитие металлургии железа стимулировало совершенствование конструкции печей для его выплавки. Совершенствовались и методы выплавки других металлов, а также их сплавов; среди них медь, олово, свинец и их сплавы — бронзы и латуни. (Латунь — сплав меди с цинком, часто с его кремнекислой солью — галмеем.) Свинец, например, применялся при отливке ядер для пращей, изготовления досок для письма, грузил, монет, украшений, а также для разделения благородных металлов. Кроме того, в дальнейшем свинец шел на изготовление красок, таких, как свинцовые белила, сурик, которые хорошо защищают поверхности различных веществ от разрушающего действия влаги. Например, древние греки уже во времена Геродота[12] красили корпуса кораблей суриком. Краски получали и из других металлов и минералов, например смальты, яри-медянки, железной охры, киновари, аурипигмента, реальгара. Для нерастворимых в воде минеральных красителей в качестве связующего использовались масла.
По свидетельству Плиния[13], ртуть очищали, продавливая ее через кожу. Диоскорид[14] упоминает об очистке ртути путем перегонки. В древности были известны металлические ртуть и киноварь (сульфид ртути). Киноварь применялась как пигмент при получении красителей и изготовлении украшений, а также как сырье для выделения металла. В отличие от золота или меди ртуть не служила материалом для изготовления изделий, а применялась лишь для амальгамирования.
В течение всего рассмотренного нами периода развития человеческого общества люди знали о существовании лишь семи металлов, широко используемых в различных областях человеческой практики: золота, серебра, меди, олова, свинца, ртути, железа. Некоторые сведения имелись тогда и об использовании соединений цинка. Цинк в металлическом состоянии был получен лишь в XVI в. Однако соединения этого металла (например, галмей) довольно широко применялись еще за 500 лет до н. э., особенно для получения латуни.
До нашей эры были известны и некоторые другие сплавы. Наиболее широко использовался сплав, состоящий из трех частей золота и одной части серебра. Древние египтяне называли его "аземом", а древние греки — "электроном" и считали индивидуальным металлом.
Итак, возникновение металлургии позволило человечеству практически овладеть двумя важнейшими химическими процессами: обжигом — окислением металла и обратным превращением — восстановлением оксида в металл. "Методически этим были заложены основы практической металлургии, или выплавки металлов из руд,- писал П. Вальден. Так эмпирически было открыто принципиально важное для химии положение об обратимости процесса, или реакции; однако для научного осмысления этого положения потребовалось длительное развитие химии — в течение нескольких тысячелетий. Это произошло лишь в конце XVIII в." [4, с. 6].
Универсальное средство труда
Применение высоких температур имело большое значение, так как дало возможность осуществить перегонку жидкостей и плавление металлов. Высокие температуры были необходимы также для получения фаянса, кирпича, для выплавки стекла, изготовления фарфора. Тысячелетиями люди накапливали знания о способах обращения с "красным цветком", как поэтично назвал огонь Р. Киплинг. Используя накопленные знания, люди научились строить печи для обжига различных веществ, плавящихся до 1500° С. Во всемирно известной лаборатории Юстуса Либиха в Гиссенском университете еще полтора века назад студенты допускались к экспериментальной работе лишь после того, как они овладевали "искусством" поддержания температуры при горении древесного угля (газовая горелка была изобретена немецким химиком Р. Бунзеном лишь в 1850 г.). Невозможно перечислить все способы применения огня как основного средства труда и важнейшего источника энергии. В древности эти способы определяли уровень развития человеческого общества. Даже в наши дни, когда после изобретения динамо-машины все большее значение стала приобретать электрическая энергия, существенная часть энергии (тепловая) получается с помощью огня. Правда, в середине XX в. появились иные источники энергии — первые атомные реакторы. Однако окончательная замена химических процессов горения атомной энергетикой — все же дело будущего.
Огонь как средство труда дал мощный импульс развитию техники обжига, а значит, гончарного ремесла и металлургии. Наблюдения за процессами обжига различных веществ создали также предпосылки для возникновения впоследствии производства фарфора.
При помощи огня человек научился изготавливать важный строительный материал — кирпич и черепицу. Уже в Вавилоне примерно за 600 лет до н. э. искусство обжига кирпича находилось на очень высоком уровне. Об этом с поразительной наглядностью свидетельствуют хранящиеся в берлинском музее "Пергамон" образцы покрытий улиц, применявшихся в Вавилоне. Воображение посетителей музея поражают не только прочность материала, но и искусная обработка, а также прекрасная цветовая гамма глазури.
Для покрытия кирпичей глазурью была разработана особая техника, дальнейшее развитие которой привело к возникновению искусства выплавки стекла. Для получения стекла использовалась сода, месторождения которой (известные как залежи "троны") находились в Древнем Египте. Кроме того, применялся и поташ, который получали при выщелачивании золы растений и при прокаливании "винного камня". Первое стекло было непрозрачным и мутным. Лишь впоследствии удалось создать прозрачное стекло, которое научились окрашивать в голубой, зеленый или красный (рубиновое стекло) цвет. Уже за несколько веков до новой эры люди поняли возможность широкого использования ценных свойств стекла; была разработана стеклодувная техника, мало изменившаяся до начала XX в. Искусство росписи по стеклу распространилось широко на территории Римской империи, а также и за ее пределами — в Испании, Галлии и прирейнских областях.
Для развития строительной техники была необходима также известь. В связи с этим большое значение имели обжиг извести, ее гашение и использование для получения цемента. Известь, кирпич, гравий, глина, древесина и (с конца средневековья) оконное стекло всегда оставались важнейшими строительными материалами. Разумеется, довольно часто для строительства применялся и природный камень (наиболее яркий пример — постройка пирамид), но его обработка была слишком трудоемка.
Перечислим еще некоторые химические ремесла, для которых было необходимо использование огня (главным образом как источника энергии). Это — крашение, мыловарение (омыление жиров щелочами с добавлением извести), получение клея, скипидара (последнего — простой перегонкой), выделение древесной смолы, масел (химической обработкой семян масличных растений). Очевидно, что важное значение огонь имел также для пивоварения, получения сажи (важнейшего компонента красок и чернил), изготовления некоторых красок (например, синей египетской — сплавлением песка, соды и медной стружки в глиняном сосуде), лекарственных средств (таких, как сернистый цинк,- путем нагревания серы с цинком) и т. д.
Итак, мы видим, что огонь, оказавшись в руках человека, "дал жизнь" самым разнообразным ремеслам, многие из которых явились, по существу, первым опытом химического производства. В северных странах огонь был необходим и для отопления помещений. Для приготовления пищи также повсеместно применяли огонь и воду. Если огонь — это "универсальное средство труда", то вода — наиболее важное для жизни человека вещество, с которым связано огромное число химических превращений.
Огонь — универсальное средство защиты от диких зверей, холода, темноты — оказался в то же время необходимым средством труда[7]: с его помощью люди еще в древности жарили мясо и выпекали изделия из муки, добывали соль и сушили одежду. Огонь для первобытного человека был загадкой; он, казалось, "пожирал" древесину и, "пожирая", давал не только свет и тепло, но и очень нужнукэ для земледелия золу; к тому же горение стало тем природным процессом, которым научились "управлять" первобытные люди.
Никакое другое средство труда не оказало такого громадного влияния на переход человечества к оседлому образу жизни, как огонь, который, правда, в то время весьма нелегко было добывать. Поэтому огонь нужно было постоянно поддерживать в очагах каждого жилища. Только повседневное использование огня позволило людям впервые осознать существование взаимосвязи природных явлений, преодолеть страх перед "диким зверем", "драконом" — огнем, попытаться познать его сущность и "приручить". "Укротить" огонь удалось лишь тогда, когда человек научился не только поддерживать горение, но и самостоятельно добывать огонь. Остроумные приспособления, разнообразнейшие усовершенствования способов сохранения и получения огня, накопленные в течение тысячелетий, были в конечном счете посвящены одной цели — сделать природный процесс горения всеобщим средством труда и использовать его в разнообразных областях человеческой деятельности.
"На пороге истории человечества стоит открытие превращения механического движения в теплоту: добывание огня трением; в конце протекшего до сих пор периода развития,- писал Ф. Энгельс,- стоит открытие превращения теплоты в механическое движение: паровая машина. И, несмотря на гигантский освободительный переворот, который совершает в социальном мире паровая машина,- этот переворот еще не закончен и наполовину,- все же не подлежит сомнению, что добывание огня трением превосходит паровую машину по своему всемирно-историческому освободительному действию. Ведь добывание огня трением впервые доставило человеку господство над определенной силой природы и тем окончательно отделило человека от животного царства"[8].
Значение огня для жизни ощущалось первобытным человеком настолько сильно, что в древности даже возникла легенда о даровании огня людям богами (легенда о Прометее). При переходе к оседлому образу жизни люди вынуждены были сразу же начать совершенствовать новое средство труда, используя его в первую очередь для развития земледелия. Затем огонь стал использоваться в разнообразных, тесно связанных с земледелием областях человеческой деятельности: при добывании воды, при строительстве жилых зданий и укреплений, для защиты от врагов. Без применения огня нельзя было и разводить домашних животных, которые так же, как почва и вода, по словам К. Маркса, являются "важнейшими средствами труда"[9].
На осмыслении результатов использования разнообразных средств труда основаны и все открытые впоследствии важнейшие законы природы: биологические, физические, химические. До того как люди сумели их открыть и затем в полной мере оценить, в течение многих тысячелетий они практически применялись неосознанно, так как для практического применения оказалось достаточным обнаружить лишь внешние проявления этих фундаментальных законов. Человек "использовал механические, физические, химические свойства вещей для того, чтобы заставить их служить своим целям, сделать средством власти над другими вещами" [8, с. 18]. Любая область человеческой деятельности подтверждает правильность следующего положения К. Маркса: "животное, производящее орудия труда", отличается от обычного животного тем, что первое может произвести именно тот предмет, который оно себе заранее представляет. "Но самый плохой архитектор,- считал К. Маркс,- от наилучшей пчелы с самого начала отличается тем, что, прежде, чем строить ячейку из воска, он уже построил ее в своей голове. В конце процесса труда получается результат, который уже в начале этого процесса имелся в представлении человека, т. е. идеально. Человек, не только изменяет форму того, что дано природой; в том, что дано природой, он осуществляет вместе с тем и свою сознательную цель, которая, как закон, определяет способ и характер его действий и которой он должен подчинять свою волю. И это подчинение не есть единичный акт. Кроме напряжения тех органов, которыми выполняется труд, в течение времени труда необходима целесообразная воля, выражающаяся во внимании, и притом необходимая тем более, чем меньше труд увлекает рабочего своим содержанием и способом исполнения, следовательно, чем меньше рабочий наслаждается трудом как игрой физических и интеллектуальных сил"[10]. Вместе с тем исторически и логически ясно определено, что труд, который преодолел свою "первую животнообразную инстинктивную форму", становится навсегда связанным с познанием взаимосвязей в природе[11].
Таким образом, начало естественнонаучной деятельности человечества можно отсчитывать не с появления первых теорий, а с гораздо более раннего исторического периода, когда люди начали применять процессы изменения свойств веществ с целью получения необходимых для их существования продуктов. Теоретические знания вначале не имели никакого значения для использования этих процессов. С другой стороны, каждый факт выяснения взаимосвязи природных явлений, который устанавливали даже при неосознанном использовании процессов превращений веществ, способствовал становлению естественнонаучных знаний. Эти знания облегчали людям использование процессов получения разнообразных необходимых веществ.
Историки химии долгое время оживленно обсуждали принципиальный вопрос о непрерывности развития химических знаний. В большинстве историко-химических книг считалось, что химия как научная, "истинная" химия возникла лишь в конце XVIII в. Такое рассмотрение разрушает культурные, исторически сложившиеся связи и прежде всего игнорирует тот факт, что человек стал использовать химические превращения веществ с той поры, когда он стал homo sapiens.
Во все исторические эпохи человек стремился осуществить превращения веществ.
Отдельные периоды развития химии различались, по существу, лишь глубиной понимания человеком важнейших законов превращений веществ. Огонь с самого начала его использования на заре истории человечества стал важнейшим средством труда. По мере развития ремесел в первобытном обществе в различных районах земного шара люди не только увидели новые возможности использования огня, но и осознали его важнейшее значение для совершенствования техники.
Первобытные земледельческие племена производили столько продуктов питания, что могли прокормить не только самих себя, но и ремесленников. Это обусловило дальнейшее разделение труда в обществе. Уже в то время, когда важнейшим сырьем для изготовления инструментов и оружия, кроме дерева и кости, считался камень, происходила концентрация ремесленного производства, главными продуктами которого были орудия из камня (кремня) и украшения (нередко из янтаря). Разделение труда получило дальнейшее развитие после появления и совершенствования гончарного искусства, с которого, пожалуй, началось первое широкое использование огня для получения важнейших предметов обихода. Это привело — уже на заре развития общества — к изготовлению керамических сосудов и иных изделий, предназначенных для сбора, хранения и перевозки воды, а также других продуктов. Сосуды из желудков животных, мелких плодов, древесины, кожи, применявшиеся до керамических, нельзя было подвергать нагреву. Поэтому использование сосудов из обожженной глины различных сортов оказало громадное влияние на совершенствование таких изделий. А это в свою очередь раздвинуло границы использования огня человеком.
Развитие гончарного искусства стимулировало широкое применение в первобытной технике еще одного вида природного сырья — различных сортов глины. В результате широкого использования различных сортов глины для изготовления керамических изделий возникла новая область техники того времени — обжиг. При помощи обжига стали изготовлять не только сосуды, но и кирпичи — очень важный строительный материал. Использование устойчивых к нагреванию сосудов позволяло не только готовить более вкусную пищу, но и консервировать ее (путем упаривания). Широкое применение этих процессов позволило уже в древности сделать ценные наблюдения и практические открытия. Важнейшими среди них были выделение жира, получение травяных отваров, упаривание растворов, получение яда из семян ядовитых растений для пропитки стрел — очень действенного оружия охотников и воинов. Все эти операции могли быть проведены лишь при нагревании различных продуктов растительного и животного происхождения в сосудах, устойчивых к действию огня. Таким же образом были получены животные жиры и различные масла — важнейшие материалы для осветительных устройств.
Производство глиняных сосудов в Древнем Египте
Наблюдения за изменением свойств жиров при нагревании оказали большое влияние на развитие способов освещения. Открытое пламя и лучину для освещения со временем сменили факелы и керосиновые лампы. Только после этого стала возможна постоянная работа в темных закрытых помещениях или шахтах, пробитых в горах для добычи полезных ископаемых. Вплоть до 1866 г., когда была изобретена динамо-машина, и даже до 1906 г., когда была изобретена электрическая лампа с танталовой нитью накаливания, на протяжении тысячелетий сжигание растительных и животных жиров оставалось основой разнообразных осветительных устройств. (Лишь ненадолго во время своеобразного "междуцарствия" в господстве способов освещения на первое место выдвинулись лампы, в которых сжигалась нефть, а также газовые светильники — лампы и фонари.) Громадное влияние на развитие техники осветительных устройств оказало использование глиняных, а позже и металлических сосудов; это необычайно усовершенствовало изготовление светильников.
Производство гончарных изделий и другой ремесленной продукции способствовало благодаря первому естественному разделению труда возникновению торгового обмена. В дальнейшем, принимая все более регулярные формы, этот обмен происходил вначале между близко живущими племенами, а затем и между народами различных частей земного шара. Необходимое для торгов и широкое использование эквивалентов оценки разнообразных товаров, таких, как раковины, янтарь или жемчужины, подготовило возникновение денежного хозяйства. Развитие торгового обмена стимулировало также расширение потребностей людей в товарах. Оно сильно повлияло не только на становление ремесел, но также на совершенствование язык и письменности, развитие поэзии и искусства.
Результаты наблюдений за процессом обжига керамических изделий и совершенствования разнообразных конструкций печей для обжига способствовали развитию методов регулирования силы огня и достижения высокой температуры, что в свою очередь привело к повышению прочности сосудов после обжига. Достижение высоких температур имело очень важные последствия — оно позволило широко использовать новый вид минерального сырья — металлы.
Металлы и древесный уголь
Первые металлы, получен ые из руд в нагревательных печах,- золото и серебро — не применялись для изготовления орудий труда. Эти металлы использовались лишь для выделки украшений и сосудов: чаш, кубков, бокалов. Изучение плавления металлов позволило развить представление о "земле", которая ведет себя совершенно по-иному при нагреве, чем различные виды глины. Глины, по своей природе мягкие и формующиеся, в огне становились твердыми. Другие "земли" (в основном загрязненные примесями) были хрупкими, но при нагреве становились жидкими — возникал расплав. Расплавленная очищенная "земля" (образовавшийся чистый металл или очень часто сплав золота и серебра) легко приобретала форму изделия, а после охлаждения становилась твердой, как камень.
Уже около 3000 лет до нашей эры искусство плавления металлов было известно в Египте, Вавилоне, Персии, Индии, Китае. Так огонь приобрел еще одно важное значение как орудие труда. Огонь использовали не только для получения металлических "земель", но и для разрушения скал, освещения рудников и шахт.
В результате многовекового опыта работы с печами для обжига люди научились подбирать и использовать горючие и огнеупорные материалы, а также создали устройства для подачи воздуха в печи. Древесный уголь и кузнечные мехи были "волшебным средством", позволившим уже в древности создать основы металлургической техники, которая вплоть до конца XVIII в. в принципе мало изменилась (за исключением объемов производства). Результатом вначале разрозненных, а затем систематических наблюдений за горением различных видов древесины в открытых, полуоткрытых или закрытых печах было создание способов получения древесного угля. Только использование древесного угля позволило достичь высоких температур, с помощью которых оказалось возможным расплавить медь, олово и свинец. Древесный уголь люди смогли получить лишь после осознания роли воздуха при горении и при достижении довольно высокого уровня развития техники обжига. Наблюдения показали, что в процессе получения древесного угля образуются и другие продукты. Из них наибольшее значение для развивающейся техники того времени имели смола и вар. Они использовались для пропитки древесины при постройке судов, а также для обработки природных волокон при изготовлении водонепроницаемой одежды.
Получение металлов из руды и древесного угля в яме. Воздух вдувается кузнечными мехами
Дальнейшее развитие способов воздействия огня на вещество привело к становлению металлургии меди и особенно бронзы. Это в свою очередь оказало громадное влияние на всю историю человечества.
Медь, из которой изготовляли сосуды и украшения, была практически непригодной для изготовления инструментов и оружия. Ее можно было использовать для этих целей, лишь предварительно соединив в довольно твердом сплаве с мышьяком (как это делали, например, в Древнем Египте). Достижение высоких температур и изучение расплавов "земель" привели людей в дальнейшем к использованию других металлов: олова, свинца, ртути и железа. Металлурги древности, установившие, что из определенной смеси меди и олова (жители Вавилона вместо олова использовали свинец) можно изготовить сплав по пластичности и твердости не хуже сплава меди с мышь ком, по своей наблюдательности вряд ли уступали С. Томасу или Г. Бессемеру — реформаторам металлургии XIX в. В металлургии бронзы воплотились с наибольшей силой знания о свойствах металлов, накопленные ранее при развитии металлургии золота и серебра. Это в первую очередь знания и дивидуальных свойств золота и серебра, а также представления об изменении свойств при смешении этих металлов.
Добыча металла в Древнем Египте. В неглубокую яму укладывали слоями руду и древесный уголь. Смесь поджигали и покрывали глиняной пластиной. При помощи кузнечных мехов в яму вдували воздух
В исторической науке выделяют даже специальные периоды, связанные с преобладанием в жизни человеческого общества определенного материала,- "каменный век" и "бронзовый век". Правда, такое выделение периодов довольно несовершенно, поскольку оно связано лишь с использованием одного вида сырья. С таким же правом можно было бы говорить о "масляном веке": так же как в наши дни, в древности использование нефти оказало громадное влияние на развитие ремесел. В древнем мире широкое применение бронзы стимулировало совершенствование техники металлургии цветных металлов: использование древесного угля, мехов для подачи воздуха и иных технических устройств. И все-таки весьма спорно целую эпоху развития человечества характеризовать лишь по использованию одного из видов сырья, потому что сырье не может в значительной степени определять развитие техники на протяжении громадной исторической эпохи. Категории типа "каменный век", "бронзовый век" и т. д. надо применять очень осмотрительно. Так, например, в "каменном веке" действительно из наиболее твердых и острых камней изготовляли особые орудия труда — для обработки веществ ударом и резанием. При этом ни в коем случае не следует забывать, что в "каменном веке" большое значение как сырье для изготовления орудий труда имели также дерево, кость и, конечно, различные виды глины. Учитывая влияние бронзы на переход от "каменного века" к "эпохе маталлов", многие историки назвали первый этап этого периода "бронзовым веком". Но предпосылки для создания металлургии были заложены в гораздо большей мере не распространением бронзы, а начавшимся незадолго до этого широким применением огня в качестве средства труда. С помощью нагревания люди сумели получить все известные в то время металлы.
Бронза заменила камень как основной материал для изготовления орудий труда, оружия и предметов обихода.
Эта замена означала переход к более высокой производительности труда. Даже само изготовление бронзовых инструментов по сравнению с выделкой каменных приспособлений требовало более квалифицированного труда. "Прибавочный продукт" при этом возрастал, а труд людей становился более производительным. Это время ознаменовалось распадом первобытнообщинного строя и возникновением в некоторых районах Земли рабовладельческих государств, которые укреплялись и расширяли свои границы. Однако в других частях мира, как, например, в Северной и Центральной Европе, "бронзовый век" (1900-650 гг. до н. э.) прошел под знаком первобытнообщинных отношений.
Какие же все-таки преимущества несло применение бронзы? Многие виды посуды, орудий труда и оружия из бронзы, несмотря на использование более сложной техники, можно было изготовить гораздо легче и быстрее, чем аналогичные изделия из камня. Еще одним преимуществом бронзы перед камнем оказалась ее менее трудоемкая механическая обработка: из бронзы легко получались изделия разной формы. Применение бронзы позволило также изготавливать предметы, которые просто невозможно было сделать из камня,- щипцы, лампы, мечи, шлемы. И наконец, большим преимуществом бронзы оказалась возможность ее многократного использования; например, если кремневый топор раскалывался, то его выбрасывали, а сломанный топор из бронзы можно было переплавить, отлить заново и наточить. Но даже в "бронзовый век" камень не был совсем забыт как сырье для изготовления орудий труда: бронза была \ дорога и не так прочна, чтобы повсеместно заменить камень. Только после широкого распространения железа отпала необходимость использовать камень и бронзу для изготовления разнообразных изделий.
Однако не следует забывать, что потребности человечества в сырье в различные исторические эпохи не могли быть полностью удовлетворены использованием только камня, бронзы или даже железа. Эти потребности всегда были значительно шире; для различных целей применялись самые разнообразные материалы. Так, для возведения жилищ и иных строений (например, мельниц) вплоть до наших дней важнейшими материалами были отнюдь не металлы, а дерево, камень, песок, известь; для выделки кожи нужны зола и дубильные вещества; для изготовления текстильных изделий — протрава и краски. При получении стекла незаменимы древесный уголь, песок и сода. Древесина вплоть до начала XX в. вообще использовалась как универсальное сырье — как топливо, как материал для изготовления инструментов, машин, транспортных средств (вагонов, судов), для производства древесного угля, получения смолы, вара, поташа. Широкое применение нашла древесина также при строительстве жилищ, мостов и других сооружений.
История развития производства (даже рассмотренная с точки зрения проблемы важнейшего сырья) определяется в очень небольшой степени тем, что один основной вид сырья вытесняет другой в различные исторические эпохи. Главным условием развития производства во все времена является постоянное повышение качества и увеличение количества важнейших видов сырья.
Железо, полученное металлургами древности, еще не могло по своим свойствам превзойти бронзу: оно было недостаточно твердым. Это объяснялось низким уровнем металлургии. С помощью применявшихся в то время простых кузнечных мехов нельзя было нагреть железо до 1500° С — температуры его плавления. Поэтому металл не полностью отделялся от шлака. Лишь примерно в 1000-х гг. до н. э. в таких разобщенных районах, как Индия, Армения, Месопотамия, Египет, были разработаны методы выплавки железа, оказавшие определяющее влияние на развитие металлургической техники. Они основывались на следующем наблюдении: железо становится более твердым при его повторном нагревании в печи с горящим древесным углем и может быть превращено в ковкую сталь. Этот процесс получения стали почти не изменился до появления в конце XVIII в. метода пудлингования.
После разработки способов получения стали уже за десять веков до нашей эры оказалось возможным получить орудия труда очень высокого качества. С тех пор резко выросла потребность в железе. Развитие металлургии железа стимулировало совершенствование конструкции печей для его выплавки. Совершенствовались и методы выплавки других металлов, а также их сплавов; среди них медь, олово, свинец и их сплавы — бронзы и латуни. (Латунь — сплав меди с цинком, часто с его кремнекислой солью — галмеем.) Свинец, например, применялся при отливке ядер для пращей, изготовления досок для письма, грузил, монет, украшений, а также для разделения благородных металлов. Кроме того, в дальнейшем свинец шел на изготовление красок, таких, как свинцовые белила, сурик, которые хорошо защищают поверхности различных веществ от разрушающего действия влаги. Например, древние греки уже во времена Геродота[12] красили корпуса кораблей суриком. Краски получали и из других металлов и минералов, например смальты, яри-медянки, железной охры, киновари, аурипигмента, реальгара. Для нерастворимых в воде минеральных красителей в качестве связующего использовались масла.
По свидетельству Плиния[13], ртуть очищали, продавливая ее через кожу. Диоскорид[14] упоминает об очистке ртути путем перегонки. В древности были известны металлические ртуть и киноварь (сульфид ртути). Киноварь применялась как пигмент при получении красителей и изготовлении украшений, а также как сырье для выделения металла. В отличие от золота или меди ртуть не служила материалом для изготовления изделий, а применялась лишь для амальгамирования.
В течение всего рассмотренного нами периода развития человеческого общества люди знали о существовании лишь семи металлов, широко используемых в различных областях человеческой практики: золота, серебра, меди, олова, свинца, ртути, железа. Некоторые сведения имелись тогда и об использовании соединений цинка. Цинк в металлическом состоянии был получен лишь в XVI в. Однако соединения этого металла (например, галмей) довольно широко применялись еще за 500 лет до н. э., особенно для получения латуни.
До нашей эры были известны и некоторые другие сплавы. Наиболее широко использовался сплав, состоящий из трех частей золота и одной части серебра. Древние египтяне называли его "аземом", а древние греки — "электроном" и считали индивидуальным металлом.
Итак, возникновение металлургии позволило человечеству практически овладеть двумя важнейшими химическими процессами: обжигом — окислением металла и обратным превращением — восстановлением оксида в металл. "Методически этим были заложены основы практической металлургии, или выплавки металлов из руд,- писал П. Вальден. Так эмпирически было открыто принципиально важное для химии положение об обратимости процесса, или реакции; однако для научного осмысления этого положения потребовалось длительное развитие химии — в течение нескольких тысячелетий. Это произошло лишь в конце XVIII в." [4, с. 6].
Универсальное средство труда
Применение высоких температур имело большое значение, так как дало возможность осуществить перегонку жидкостей и плавление металлов. Высокие температуры были необходимы также для получения фаянса, кирпича, для выплавки стекла, изготовления фарфора. Тысячелетиями люди накапливали знания о способах обращения с "красным цветком", как поэтично назвал огонь Р. Киплинг. Используя накопленные знания, люди научились строить печи для обжига различных веществ, плавящихся до 1500° С. Во всемирно известной лаборатории Юстуса Либиха в Гиссенском университете еще полтора века назад студенты допускались к экспериментальной работе лишь после того, как они овладевали "искусством" поддержания температуры при горении древесного угля (газовая горелка была изобретена немецким химиком Р. Бунзеном лишь в 1850 г.). Невозможно перечислить все способы применения огня как основного средства труда и важнейшего источника энергии. В древности эти способы определяли уровень развития человеческого общества. Даже в наши дни, когда после изобретения динамо-машины все большее значение стала приобретать электрическая энергия, существенная часть энергии (тепловая) получается с помощью огня. Правда, в середине XX в. появились иные источники энергии — первые атомные реакторы. Однако окончательная замена химических процессов горения атомной энергетикой — все же дело будущего.
Огонь как средство труда дал мощный импульс развитию техники обжига, а значит, гончарного ремесла и металлургии. Наблюдения за процессами обжига различных веществ создали также предпосылки для возникновения впоследствии производства фарфора.
При помощи огня человек научился изготавливать важный строительный материал — кирпич и черепицу. Уже в Вавилоне примерно за 600 лет до н. э. искусство обжига кирпича находилось на очень высоком уровне. Об этом с поразительной наглядностью свидетельствуют хранящиеся в берлинском музее "Пергамон" образцы покрытий улиц, применявшихся в Вавилоне. Воображение посетителей музея поражают не только прочность материала, но и искусная обработка, а также прекрасная цветовая гамма глазури.
Для покрытия кирпичей глазурью была разработана особая техника, дальнейшее развитие которой привело к возникновению искусства выплавки стекла. Для получения стекла использовалась сода, месторождения которой (известные как залежи "троны") находились в Древнем Египте. Кроме того, применялся и поташ, который получали при выщелачивании золы растений и при прокаливании "винного камня". Первое стекло было непрозрачным и мутным. Лишь впоследствии удалось создать прозрачное стекло, которое научились окрашивать в голубой, зеленый или красный (рубиновое стекло) цвет. Уже за несколько веков до новой эры люди поняли возможность широкого использования ценных свойств стекла; была разработана стеклодувная техника, мало изменившаяся до начала XX в. Искусство росписи по стеклу распространилось широко на территории Римской империи, а также и за ее пределами — в Испании, Галлии и прирейнских областях.
Для развития строительной техники была необходима также известь. В связи с этим большое значение имели обжиг извести, ее гашение и использование для получения цемента. Известь, кирпич, гравий, глина, древесина и (с конца средневековья) оконное стекло всегда оставались важнейшими строительными материалами. Разумеется, довольно часто для строительства применялся и природный камень (наиболее яркий пример — постройка пирамид), но его обработка была слишком трудоемка.
Перечислим еще некоторые химические ремесла, для которых было необходимо использование огня (главным образом как источника энергии). Это — крашение, мыловарение (омыление жиров щелочами с добавлением извести), получение клея, скипидара (последнего — простой перегонкой), выделение древесной смолы, масел (химической обработкой семян масличных растений). Очевидно, что важное значение огонь имел также для пивоварения, получения сажи (важнейшего компонента красок и чернил), изготовления некоторых красок (например, синей египетской — сплавлением песка, соды и медной стружки в глиняном сосуде), лекарственных средств (таких, как сернистый цинк,- путем нагревания серы с цинком) и т. д.
Итак, мы видим, что огонь, оказавшись в руках человека, "дал жизнь" самым разнообразным ремеслам, многие из которых явились, по существу, первым опытом химического производства. В северных странах огонь был необходим и для отопления помещений. Для приготовления пищи также повсеместно применяли огонь и воду. Если огонь — это "универсальное средство труда", то вода — наиболее важное для жизни человека вещество, с которым связано огромное число химических превращений.
Превращения веществ без нагревания
До сих пор мы рассматривали химические процессы, осуществление которых было практически невозможным без воздействия огня. Другую группу химических процессов составляют превращения, которые в большинстве случаев протекают "добровольно". Иными словами, эти реакции идут при нормальных условиях (температуре и давлении), и для их проведения не требуется применения огня.
Эта группа превращений не столь многочисленна, как реакции, протекающие при нагревании. Но тем не менее реакции, которые происходят при нормальных условиях, оказали большое влияние на развитие производственной деятельности. С одной стороны, они обусловили рост производства в соответствии с законом расширения потребностей, поскольку давали возможность получать новые продукты. С другой стороны, их изучение способствовало накоплению нового знания о закономерностях протекания химических превращений.
Процессы брожения. Изготовление красок и косметических средств
Одним из первых веществ животного происхождения, используемых человеком, стало молоко. Уже в глубокой древности человек оценил вкус молока. Было обнаружено, что в результате быстро протекающих в молоке превращений образуется немало других продуктов — кислое молоко, сыворотка, творог, сыр. Люди научились получать разнообразные молочные продукты, ассортимент которых очень мало изменился до настоящего времени.
Процессы брожения сладких соков, приводящие к получению спиртов, также известны людям с давних времен. Пивоварение (приготовление пива из зерна), о котором мы упоминали выше, тоже основано на процессе брожения.
Из зерна получали не только пиво, но и выделяли крахмал, который был необходим при изготовлении клея, а также лекарственных препаратов. В древности люди наблюдали превращение крахмала в сладкие соки и научились использовать этот процесс в своей деятельности, хотя были еще очень далеки от понимания природы и специфики действия ферментов. Они заметили, что при брожении виноградного или иного фруктового сока без каких-либо внешних воздействий в одних условиях образуется вино, а в других — уксус. Уксус так же, как вино и пиво, был широко распространенным продуктом и притом не только пищевым. Он применялся в ремесленной практике, например при изготовлении свинцовых белил. Для получения всех этих веществ использовались следующие операции: вымачивание, измельчение, продавливание через отверствия, процеживание, а также сушка (в к том числе на нагретых солнцем камнях) и т. п.
Для изготовления папируса, а впоследствии бумаги и чернил — веществ, роль которых в развитии цивилизации трудно переоценить,- неизбежно было применение на практике знаний химических свойств различных веществ. Производство кож было бы невозможно без умения химически обрабатывать шкуры животных. При этом широко использовались такие хорошо известные к тому времени природные соединения, как поваренная соль, квасцы, дубильные вещества (из коры сосны, ольхи и дуба), а затем и красители. Например, в черный цвет кожу окрашивали обработкой медным купоросом. Медный купорос в свою очередь получали кристаллизацией из водного раствора соли. При этом воду соляных месторождений, содержащую сульфат меди, упаривали, а остаток кристаллизовали в специальных емкостях. Другие красители для кож добывали из лотоса, марены, кошенили[15].
При обработке текстильных изделий природные волокна подвергались химическим превращениям под действием разнообразных веществ — красителей, протрав, моющих средств. Красители получали из веществ растительного и животного происхождения, а также из минеральных солей. Среди растений наиболее широко использовались сафлор, хна, индиго, марена, шафран, резеда, вайда (синильник), дуб, дрок, орех, а также черника. Самым распространенным красителем, добываемым из живых организмов, был пурпур, который извлекали из пурпурных улиток[16]. В качестве протравы служили квасцы, известь, мочевина, смесь оксидов железа с уксусом, медный и железный купорос, экстракт чернильных орешков. Для отмывки тканей применялись растворы соды и аммиак (который добывали из мочи).
В живописи также нужны были краски — охра, оксиды железа и меди, сурик и др., причем качество полученных красок было таково, что они тысячелетиями сохраняли свой цвет.
В косметике черную краску приготовляли из свинцового блеска и антимонита (сурьмяного блеска); черную и коричневую — из пиролюзита (диоксида марганца) и некоторых видов глины, содержащих железо, а также из оксида меди; зеленую — из соединений меди (например, яри-медянки); красную — из экстракта хны.
Важнейшими косметическими средствами были мази и духи. Мази изготовляли на основе масел и жиров — чаще всего ланолина. Ланолин получали из шерсти овец, выполняя при этом ряд последовательных операций — кипячение, промывание смеси морской водой, фильтрование продукта, его iотбеливание на солнце. Масла добывали выдавливанием из оливок, миндаля, орехов (фундука и грецких), плодов кунжута. Эфирные масла извлекали из цветов при обычной или повышенной температуре экстрагированием оливковым или ореховым маслом. Так получали, например, розовое масло. Косметическими средствами считали также кремы и лекарства, которые смешивали с красящими веществами, с консервирующими добавками соли, со смолой и смолоподобными веществами. Поваренную соль получали выпариванием морской воды и воды минеральных источников; с древнейших времен она нашла разнообразное применение в жизни человека, стала важнейшим средством для консервирования продуктов питания. В Древнем Египте ее использовали также для мумификации.
Химические вещества как предметы натурального обмена имели большое значение для развития торговли между народами.
Лекарства, яды
По свидетельству римского историка Плиния в его время было известно большое количество медицинских препаратов, действующих на человеческий организм как расслабляющие, успокаивающие, возбуждающие и болеутоляющие лекарства, а также яды. Например, железный купорос с древности использовался как рвотное средство, растворы квасцов — для компрессов и полосканий горла, экстракт из семян мака — как снотворное, сок цикуты[17] — как яд. Разнообразие фармацевтических и косметических препаратов, применявшихся в эпоху античности, свидетельствует о довольно высоком уровне знаний химических свойств многих веществ. Были известны также различные виды минеральных вод и их целебное действие на организм человека.
Хотя в то время людям не .была понятна химическая сущность веществ, пагубное действие ядов на живой организм было хорошо знакомо. Так, хотя люди не знали, что монооксид углерода — индивидуальное газообразное вещество, зато замечали, что при сгорании древесного угля получается "дым", который при добавлении к воздуху даже в довольно незначительных концентрациях приводит к смерти людей и животных. Яды в древности были одним из наиболее распространенных средств борьбы с врагами. Знатные сановники зачастую прибегали к помощи яда в борьбе за власть. Это было настолько распространенным явлением, что многие из них имели даже специальных слуг, которые опробовали напитки и кушанья. Известно, что императрица Агриппина отравила своего мужа римского императора Клавдия (I в. н. э.), вероятно, соком аконита. Молва гласит: кто пьет из глиняных кружек, тому не страшен сок аконита; пусть его боится только тот, кто пьет из драгоценных кубков (как писал древнеримский сатирик Ювенал). Сократ был отравлен соком цикуты во исполнение смертного приговора, вынесенного ему афинским судом.
Во время военных действий сражающиеся забрасывали на укрепления или на корабли противника глиняные сосуды с ядовитыми змеями. Бывало, что это решало исход сражения, как в случае победы карфагенян под командованием Ганнибала над флотом пергамского царя Эвмена[18]. Еще не была открыта синильная кислота, но люди хорошо знали, что в горьком миндале и в косточках персика содержатся весьма ядовитые вещества. И все же было известно, что человеческий организм можно приучить (в какой-то мере) к приему определенных доз яда. Злоумышленное отравление не было связано с риском разоблачения отравителя, поскольку было трудно установить, что смерть наступала именно в результате действия яда. Но число преступлений такого рода резко сократилось, когда в XIX в. были открыты химические реакции, позволяющие обнаружить в организме отравляющие вещества.
Яды издавна широко использовались как на охоте, так и во время войн. Ими смазывали наконечники стрел и копий. Кроме того, их употребляли для борьбы с вредными насекомыми. Так, например, сосуды для приготовления и хранения вина предварительно "окуривали" серой. Дымом, получавшимся при сгорании специально приготовленной смеси серы, масла и смолы, уничтожали вредителей виноградных лоз. Специально приготовленными "маслами" обрызгивали посевы зерновых культур, чтобы уничтожить вредных насекомых. В Древнем Китае за 200 лет до н. э. использовали мышьяк для борьбы с насекомыми, а также применяли специальные вещества для обработки семян перед посевом. Тогда не были известны такие специфически действующие вещества, как стрихнин или кониин. Эти и многие другие соединения были открыты химиками и выделены в чистом виде лишь в XIX в. Но уже в древности люди знали и широко использовали свойства многочисленных веществ — ядовитых, опьяняющих, успокаивающих (в том числе наркотических средств, притупляющих сознание). В качестве наркотиков часто применялись экстракты из семян белены или корня мандрагоры, в которых содержатся алкалоиды (особенно скополамин) [5, с. 54 и сл.].
Невозможно даже перечислить все химические процессы и все соединения, использовавшиеся человеком древнего мира: до нас дошло слишком мало исторических источников, которые помогли бы представить уровень химических знаний тех времен. Вероятно, основные источники по тем или иным причинам утеряны. Кроме того, зачастую ремесленники тщательно хранили тайну известных им способов превращений веществ. Передача знаний (в том числе и химических) во времена античности происходила в значительной мере "из уст в уста". Обучение нередко было связано с обязанностью обучающихся сохранять полученные знания в тайне. Того, кто пренебрегал этой традицией, ждало презрение окружающих и даже смерть. Ремесленники таким образом стремились обеспечить себе монополию на продажу производимой продукции. Сохранение "секретов" превращений веществ сыграло важную роль в развитии ремесел и в конечном счете общества в целом. Такой способ передачи навыков потерял свое значение только тогда, когда научное познание природы превращений веществ в XIX-XX вв. позволило раскрыть тщательно охраняемые "секреты" ремесленников. Это стало возможным в результате значительного расширения и углубления химических знаний, а также появления специальных учебных заведений для передачи этих знаний всем желающим изучать химию. Таким образом, наши знания о химических методах и веществах, использовавшихся в эпоху античности, не очень велики. В дальнейшем мы остановимся лишь на важнейших достижениях ремесленной химической практики в древности.
До сих пор мы рассматривали химические процессы, осуществление которых было практически невозможным без воздействия огня. Другую группу химических процессов составляют превращения, которые в большинстве случаев протекают "добровольно". Иными словами, эти реакции идут при нормальных условиях (температуре и давлении), и для их проведения не требуется применения огня.
Эта группа превращений не столь многочисленна, как реакции, протекающие при нагревании. Но тем не менее реакции, которые происходят при нормальных условиях, оказали большое влияние на развитие производственной деятельности. С одной стороны, они обусловили рост производства в соответствии с законом расширения потребностей, поскольку давали возможность получать новые продукты. С другой стороны, их изучение способствовало накоплению нового знания о закономерностях протекания химических превращений.
Процессы брожения. Изготовление красок и косметических средств
Одним из первых веществ животного происхождения, используемых человеком, стало молоко. Уже в глубокой древности человек оценил вкус молока. Было обнаружено, что в результате быстро протекающих в молоке превращений образуется немало других продуктов — кислое молоко, сыворотка, творог, сыр. Люди научились получать разнообразные молочные продукты, ассортимент которых очень мало изменился до настоящего времени.
Процессы брожения сладких соков, приводящие к получению спиртов, также известны людям с давних времен. Пивоварение (приготовление пива из зерна), о котором мы упоминали выше, тоже основано на процессе брожения.
Из зерна получали не только пиво, но и выделяли крахмал, который был необходим при изготовлении клея, а также лекарственных препаратов. В древности люди наблюдали превращение крахмала в сладкие соки и научились использовать этот процесс в своей деятельности, хотя были еще очень далеки от понимания природы и специфики действия ферментов. Они заметили, что при брожении виноградного или иного фруктового сока без каких-либо внешних воздействий в одних условиях образуется вино, а в других — уксус. Уксус так же, как вино и пиво, был широко распространенным продуктом и притом не только пищевым. Он применялся в ремесленной практике, например при изготовлении свинцовых белил. Для получения всех этих веществ использовались следующие операции: вымачивание, измельчение, продавливание через отверствия, процеживание, а также сушка (в к том числе на нагретых солнцем камнях) и т. п.
Для изготовления папируса, а впоследствии бумаги и чернил — веществ, роль которых в развитии цивилизации трудно переоценить,- неизбежно было применение на практике знаний химических свойств различных веществ. Производство кож было бы невозможно без умения химически обрабатывать шкуры животных. При этом широко использовались такие хорошо известные к тому времени природные соединения, как поваренная соль, квасцы, дубильные вещества (из коры сосны, ольхи и дуба), а затем и красители. Например, в черный цвет кожу окрашивали обработкой медным купоросом. Медный купорос в свою очередь получали кристаллизацией из водного раствора соли. При этом воду соляных месторождений, содержащую сульфат меди, упаривали, а остаток кристаллизовали в специальных емкостях. Другие красители для кож добывали из лотоса, марены, кошенили[15].
При обработке текстильных изделий природные волокна подвергались химическим превращениям под действием разнообразных веществ — красителей, протрав, моющих средств. Красители получали из веществ растительного и животного происхождения, а также из минеральных солей. Среди растений наиболее широко использовались сафлор, хна, индиго, марена, шафран, резеда, вайда (синильник), дуб, дрок, орех, а также черника. Самым распространенным красителем, добываемым из живых организмов, был пурпур, который извлекали из пурпурных улиток[16]. В качестве протравы служили квасцы, известь, мочевина, смесь оксидов железа с уксусом, медный и железный купорос, экстракт чернильных орешков. Для отмывки тканей применялись растворы соды и аммиак (который добывали из мочи).
В живописи также нужны были краски — охра, оксиды железа и меди, сурик и др., причем качество полученных красок было таково, что они тысячелетиями сохраняли свой цвет.
В косметике черную краску приготовляли из свинцового блеска и антимонита (сурьмяного блеска); черную и коричневую — из пиролюзита (диоксида марганца) и некоторых видов глины, содержащих железо, а также из оксида меди; зеленую — из соединений меди (например, яри-медянки); красную — из экстракта хны.
Важнейшими косметическими средствами были мази и духи. Мази изготовляли на основе масел и жиров — чаще всего ланолина. Ланолин получали из шерсти овец, выполняя при этом ряд последовательных операций — кипячение, промывание смеси морской водой, фильтрование продукта, его iотбеливание на солнце. Масла добывали выдавливанием из оливок, миндаля, орехов (фундука и грецких), плодов кунжута. Эфирные масла извлекали из цветов при обычной или повышенной температуре экстрагированием оливковым или ореховым маслом. Так получали, например, розовое масло. Косметическими средствами считали также кремы и лекарства, которые смешивали с красящими веществами, с консервирующими добавками соли, со смолой и смолоподобными веществами. Поваренную соль получали выпариванием морской воды и воды минеральных источников; с древнейших времен она нашла разнообразное применение в жизни человека, стала важнейшим средством для консервирования продуктов питания. В Древнем Египте ее использовали также для мумификации.
Химические вещества как предметы натурального обмена имели большое значение для развития торговли между народами.
Лекарства, яды
По свидетельству римского историка Плиния в его время было известно большое количество медицинских препаратов, действующих на человеческий организм как расслабляющие, успокаивающие, возбуждающие и болеутоляющие лекарства, а также яды. Например, железный купорос с древности использовался как рвотное средство, растворы квасцов — для компрессов и полосканий горла, экстракт из семян мака — как снотворное, сок цикуты[17] — как яд. Разнообразие фармацевтических и косметических препаратов, применявшихся в эпоху античности, свидетельствует о довольно высоком уровне знаний химических свойств многих веществ. Были известны также различные виды минеральных вод и их целебное действие на организм человека.
Хотя в то время людям не .была понятна химическая сущность веществ, пагубное действие ядов на живой организм было хорошо знакомо. Так, хотя люди не знали, что монооксид углерода — индивидуальное газообразное вещество, зато замечали, что при сгорании древесного угля получается "дым", который при добавлении к воздуху даже в довольно незначительных концентрациях приводит к смерти людей и животных. Яды в древности были одним из наиболее распространенных средств борьбы с врагами. Знатные сановники зачастую прибегали к помощи яда в борьбе за власть. Это было настолько распространенным явлением, что многие из них имели даже специальных слуг, которые опробовали напитки и кушанья. Известно, что императрица Агриппина отравила своего мужа римского императора Клавдия (I в. н. э.), вероятно, соком аконита. Молва гласит: кто пьет из глиняных кружек, тому не страшен сок аконита; пусть его боится только тот, кто пьет из драгоценных кубков (как писал древнеримский сатирик Ювенал). Сократ был отравлен соком цикуты во исполнение смертного приговора, вынесенного ему афинским судом.
Во время военных действий сражающиеся забрасывали на укрепления или на корабли противника глиняные сосуды с ядовитыми змеями. Бывало, что это решало исход сражения, как в случае победы карфагенян под командованием Ганнибала над флотом пергамского царя Эвмена[18]. Еще не была открыта синильная кислота, но люди хорошо знали, что в горьком миндале и в косточках персика содержатся весьма ядовитые вещества. И все же было известно, что человеческий организм можно приучить (в какой-то мере) к приему определенных доз яда. Злоумышленное отравление не было связано с риском разоблачения отравителя, поскольку было трудно установить, что смерть наступала именно в результате действия яда. Но число преступлений такого рода резко сократилось, когда в XIX в. были открыты химические реакции, позволяющие обнаружить в организме отравляющие вещества.
Яды издавна широко использовались как на охоте, так и во время войн. Ими смазывали наконечники стрел и копий. Кроме того, их употребляли для борьбы с вредными насекомыми. Так, например, сосуды для приготовления и хранения вина предварительно "окуривали" серой. Дымом, получавшимся при сгорании специально приготовленной смеси серы, масла и смолы, уничтожали вредителей виноградных лоз. Специально приготовленными "маслами" обрызгивали посевы зерновых культур, чтобы уничтожить вредных насекомых. В Древнем Китае за 200 лет до н. э. использовали мышьяк для борьбы с насекомыми, а также применяли специальные вещества для обработки семян перед посевом. Тогда не были известны такие специфически действующие вещества, как стрихнин или кониин. Эти и многие другие соединения были открыты химиками и выделены в чистом виде лишь в XIX в. Но уже в древности люди знали и широко использовали свойства многочисленных веществ — ядовитых, опьяняющих, успокаивающих (в том числе наркотических средств, притупляющих сознание). В качестве наркотиков часто применялись экстракты из семян белены или корня мандрагоры, в которых содержатся алкалоиды (особенно скополамин) [5, с. 54 и сл.].
Невозможно даже перечислить все химические процессы и все соединения, использовавшиеся человеком древнего мира: до нас дошло слишком мало исторических источников, которые помогли бы представить уровень химических знаний тех времен. Вероятно, основные источники по тем или иным причинам утеряны. Кроме того, зачастую ремесленники тщательно хранили тайну известных им способов превращений веществ. Передача знаний (в том числе и химических) во времена античности происходила в значительной мере "из уст в уста". Обучение нередко было связано с обязанностью обучающихся сохранять полученные знания в тайне. Того, кто пренебрегал этой традицией, ждало презрение окружающих и даже смерть. Ремесленники таким образом стремились обеспечить себе монополию на продажу производимой продукции. Сохранение "секретов" превращений веществ сыграло важную роль в развитии ремесел и в конечном счете общества в целом. Такой способ передачи навыков потерял свое значение только тогда, когда научное познание природы превращений веществ в XIX-XX вв. позволило раскрыть тщательно охраняемые "секреты" ремесленников. Это стало возможным в результате значительного расширения и углубления химических знаний, а также появления специальных учебных заведений для передачи этих знаний всем желающим изучать химию. Таким образом, наши знания о химических методах и веществах, использовавшихся в эпоху античности, не очень велики. В дальнейшем мы остановимся лишь на важнейших достижениях ремесленной химической практики в древности.
Накопление химических знаний. Случайность или пробирный анализ?
Рост потребностей
В предыдущих разделах говорилось, что в химических ремеслах широко применялись такие природные вещества, как сода, глина, поташ. Кроме того, используя разнообразные процессы, ремесленники получали и выделяли многочисленные вещества и их смеси: краски, протравы, дубильные и косметические средства, жиры, масла, яды, лекарства, этиловый спирт, пиво, вино и т. д. Изучение истории древних рабовладельческих государств подтверждает сформулированное ранее положение: вещества по-разному внедряются в практику — одни способствуют появлению у людей новых потребностей, а другие позволяют по-иному удовлетворять возникшие ранее потребности. Этот процесс, который можно назвать законом роста потребностей, играет большую роль в развитии человеческого общества [3, с. 123 и сл.].
Мы уже показали, какие большие возможности предоставило человеку развитие химической ремесленной практики. С одной стороны, были получены вещества, на основе которых возникли новые химические ремесла. С другой стороны, разработка новых способов получения различных веществ позволила изменить выбор важнейшего сырья, например использовать вместо камня металлы для производства орудий труда и предметов повседневного обихода. Троммсдорф писал в своей книге: "Лишь после того, как человек сумел осознать потребность в чем-либо, он должен был приложить усилия для ее удовлетворения" [6, с. 123]. И. Виглеб в труде "Историко-критическое исследование алхимии" анализировал особенности раскрытия тайн природы. "Поскольку все тела природы без исключения являются химическими телами,- отмечал Виглеб,- то можно, не опасаясь впасть в ошибку, заявить, что человечество даже для удовлетворения самых насущных потребностей должно было иметь определенные знания о свойствах веществ. Необходимость заставила человека еще в глубокой древности использовать природные вещества; здравый смысл подсказал человеку пути их наилучшего применения" [7, с. 2].
Закон роста потребностей имеет много аспектов. Во-первых, его применение зависит, разумеется, в каждом конкретном случае, от уже существующего уровня развития потребностей. Во-вторых, от уровня развития производства, позволяющего, как подчеркивал К. Маркс, удовлетворять лишь определенные потребности на конкретном этапе развития общества.
При этом, разумеется, следует отличать насущные нужды человечества от запросов представителей того или иного класса общества. Возможности удовлетворения потребностей в свою очередь зависят от уровня развития производственных отношений и состояния производительных сил на каждом этапе истории человеческого общества.
Потребности различались по своему значению для функционирования общества: от простейших, необходимых для каждого человека, до значительно более сложных, возникающих на определенном этапе развития общества. Первые — это потребность в пище, жилье, одежде, средствах передвижения. Вторые — это возникновение и совершенствование информации, торгового обмена, образования людей, удовлетворение их культурных запросов. Каждому времени соответствуют и требования моды в одежде, обстановке и даже в стиле поведения людей. Все эти виды потребностей тесно связаны друг с другом; их удовлетворение в значительной мере определяется уровнем развития общества, с одной стороны, и стимулирует это развитие — с другой. Большое значение имеет и способ удовлетворения различных потребностей. Нередко появление "высокомерных" или даже "вредных" претензий не только отдельных личностей, но и групп людей обусловлено спецификой конкретного периода развития человечества.
Следует обращать внимание и на то, что характер потребностей может иметь не только положительные, но и отрицательные последствия для человечества. Вредные привычки одного человека могут привести к нарушению его здоровья. Разрастание же "общественных болезненных потребностей" может поставить под сомнение основы самого существования человеческого общества [8, с. 168]. Так проявляется закон: чем более развито человеческое общество, тем в более интенсивном экологическом равновесии с окружающей средой оно должно находиться. Эти вопросы уже были рассмотрены в предыдущих разделах нашей книги. Здесь мы вновь обращаем внимание читателей на эти проблемы, поскольку химия играет громадную роль в увеличении возможностей удовлетворения постоянно возрастающих потребностей человека.
Опыт и знание
Труд, который, по К. Марксу[19], является целесообразной и целенаправленной деятельностью, требует от человека не только затраты физических сил, но и напряженной умственной работы. В истории человечества нередко недооценивались профессиональные знания работников на первый взгляд преимущественно физического труда. Именно поэтому у историков науки сложилось одностороннее представление, принижающее достижения древних ремесленников в накоплении знаний о составе веществ и особенностях их превращений. Между тем достижения в познании природы и химических свойств веществ в средние века и даже возникновение науки нового времени были бы невозможны без знаний, накопленных ремесленниками в древности. Среди историков химии все еще распространено мнение, что химические знания в античную эпоху основывались на случайном наблюдении. Только для очень близких по характеру явлений использовались объяснения по аналогии с уже изученными превращениями [9, с. 10]. Немецкий ученый Эрнст Мейер упрекал натурфилософов и химиков-практиков античности в "недостаточном количестве результатов наблюдений". "Нежелание получить результаты наблюдений,- отмечал ученый,- основано на известной нечувствительности природных процессов" к воздействию на них способами, имевшимися в то время. Все это Мейер назвал "характерными признаками рассмотрения природы в древности" [10, с. 19].
Герман Копп примерно 150 лет назад гораздо осторожнее оценивал состояние химических знаний в античном мире. По его мнению, историк химии не должен пренебрегать "рассмотрением химических знаний" в "истории химии старого времени", поскольку "сама научная химия" не только "находится в тесной связи с эмпирическим химическим знанием", но и опирается на него [11, с. 19].
Накопление знаний о протекании химических процессов, проводившихся "химиками-практиками" античности,- намного более высокая ступень познания, чем первые наблюдения отдельных химических свойств веществ, случайно попавших в руки первобытного человека. Термин "случай" часто ныне воспринимают и применяют весьма неточно. Его либо понимают как одну из возможностей (вариант), либо рассматривают как противоположность "необходимости". Конечно, "случай" означает несколько неожиданное и непредвиденное явление, но только тот, кто подготовлен к восприятию такого явления, может сделать открытие. Это подтверждает вся современная практика развития науки и производства. В более поздние исторические эпохи в результате естественного исторического процесса разделения труда в обществе произошло и разделение химических знаний на ремесленные и научные. Но на этом основании нельзя сделать вывод, что в отличие от талантливых ученых, работавших в лабораториях, среди ремесленников древности практически не было поистине замечательных химиков. В химической практике древности были слиты воедино ремесло, эксперимент и теоретические представления. Пауль Вальден так охарактеризовал деятельность "античных химиков": "Эти эмпирики древности в высокой степени овладели искусством превращения веществ только путем систематических опытов и наблюдений, осмысленного "опробирования" и "обдумывания" результатов" [4, с. 11].
Пожалуй, все использовавшиеся в химических ремеслах способы обработки веществ вошли в практику химических лабораторий. К ним относятся обжиг, плавление, кипячение, фильтрование, осветление, сушка, кристаллизация, перегонка, закалка, купелирование и цементация. Такие вещества, как металлы и их соединения, соли, щелочи, сера и ее соединения, вещества растительного и животного происхождения, которые ранее использовались ремесленниками, нашли широкое применение и в химических лабораториях нового времени.
Одним из первых опытов перегонки жидкостей было получение терпинеола — очень важного растворителя, выделявшегося из кипящей древесной смолы; терпинеол осаждался на пучке шерсти, помещаемом в верхней части перегонного устройства. Уже в древности люди знали, что влагу, образовавшуюся после конденсации паров нагреваемой морской воды, можно пить [12, с. 16 и сл.]. Для выделения чистого золота или серебра из их сплавов друг с другом или с иными металлами были изобретены специальные способы обработки сплавов: методы чистой пробы, монетной пробы или огненной пробы, что было связано с развитием ремесла чеканки монет. До XIII в., когда стали широко применяться минеральные кислоты, не было надежных методов разделения и определения золота и серебра. Ремесленники решали эту задачу способами цементирования и пробирного анализа. При цементировании нагревали сплав двух благородных металлов с сульфатом железа, кирпичной пылью и поваренной солью. При этом серебро переходило в хлорид. Пробирным камнем служил черный кремнистый сланец, на поверхность которого наносили царапину сплавом благородных металлов. Цвет следа сравнивали с цветом линии, оставленной пробирной иглой, содержание золота в которой было строго определенным [12, с. 18].
Венгерский химик Ф. Сабадвари в своей книге сообщает также об известных в древности способах определения чистоты олова. О них еще в XIX в. упоминал М. Бертло. Согласно одному из этих способов, лили расплавленное олово на кусок папируса. Если олово чистое, то папирус прогорал. Когда в олове содержались примеси, папирус не горел: температура плавления "нечистого" металла была ниже температуры воспламенения папируса [12, с. 19].
Для того чтобы проверить, не смешана ли медная зелень (ярь-медянка) с сульфатом железа, ее помещали на раскаленный клинок. Если при этом появлялось красное пятно, то, значит, в меди были примеси железа. Бумага, смоченная настоем чернильного орешка, также помогала обнаруживать примеси сульфата железа в медной зелени [13, с. 24].
Издавна люди прекрасно понимали разницу в свойствах воды минеральных источников, речной и морской воды. Выводы о целебном действии минеральных вод на человеческий организм были сделаны не из умозрительных представлений, а на основе многочисленных наблюдений. Также было известно о выделении примесей из воды при ее нагревании в котлах, а также об очистке воды фильтрованием и ее осветлении с помощью яичного белка.
В Лейденском и Стокгольмском папирусах, относящихся примерно к 300 г. н. э. (см. разд. "Об источниках"), описаны многочисленные химические методы обработки веществ, приведенные в 250 рецептах. Принимая во внимание довольно медленное развитие химических ремесел в то время, а также опираясь на иные доказательства, можно предположить, что описанные в этих папирусах способы были известны к тому времени уже сотни, если не тысячи лет [13, с. 15]. К сожалению, не осталось никаких сведений о сокровищах искусства, хранившихся в почитавшихся в древнем мире храмах Египта. По повелению древнеримского императора Диоклетиана в 296 г. н. э. все рукописные сочинения, в которых содержались рецепты приготовления поддельных золота, серебра и драгоценных камней, надлежало сжечь. Можно лишь предположить, что, кроме обнаруженных в 1828 г. Лейденского и Стокгольмского папирусов, существовало еще очень много других рецептурных сборников, в которых были описаны и иные способы обработки веществ. Все эти способы использовались в древности для изготовления поддельных драгоценных камней и красок. (Зачастую слово "подделка" интерпретируется лишь как обман. Однако этим термином можно обозначить и способ воспроизведения свойств природных веществ, а также возможность получения искусственных продуктов.)
Подделка золота проводилась различными способами. Один из них, например, таков: "медь слабо нагреть с вязким раствором золота в ртути до того, чтобы ртуть испарилась и образовался тонкий слой золота на меди" [14, с. 35]. Повторив эту операцию четыре-пять раз, ремесленники получали достаточно толстый слой золота, чтобы подделка могла быть принята за золото при ее проверке на пробирном камне. Более дешевые способы изготовления модных поделок "под золото" состояли в многократном нанесении краски, "приготовленной из красной киновари, красного сульфида мышьяка, золотисто-блестяще го серного колчедана, а также из уксуса, квасцов и мочи ребенка". Ремесленники древности изобрели также методы, которые позволяли как бы "увеличить" массу золота или серебра в изделии. Эти способы именовались "диплозисом" (удвоение массы) и "триплозисом" (утроение массы), и, кроме золота и серебра, при этом использовали обычные металлы. Точные соотношения различных компонентов, указанные в дошедших до нашего времени рецептурах изготовления благородных металлов и их сплавов, свидетельствуют о том, что ремесленники нередко действительно стремились получить благородные металлы из обычных. Но они старались сохранить в тайне такие рецепты, чтобы можно было изготовить дешевые сплавы неблагородных металлов, почти неотличимые по внешнему виду от золота и серебра [14, с. 35]. При проверке золота или серебра на чистоту в древности в основном полагались на органы чувств. Вот выдержки из описания принятых в то время способов определения подлинности благородных металлов. "Чистое серебро должно быть белым в расплаве, а также довольно мягким; добавку к серебру свинца можно определить по потемнению окраски расплава, а добавку меди — по пожелтению расплава и увеличению твердости сплава по сравнению с чистым серебром". Золото, "если оно чистое, должно иметь определенную твердость и желтый цвет расплава; добавка серебра придает ему беловатый оттенок, прибавление свинца делает сплав более темным и более мягким, чем чистое золото, а введение в сплав меди или цинка увеличивает прочность сплава и делает его красноватым" [14, с. 36]. Из этих и других дошедших до наших дней документов отчетливо видно, что уже на заре цивилизации ремесленники очень хорошо представляли себе различное влияние добавок отдельных металлов на свойства сплавов. Такие знания могли быть получены только в результате осмысления многочисленных опытов по сплавлению разнообразных металлов. Этот вывод подтверждается анализом и других описаний проверки подлинности благородных металлов.
На основании археологических раскопок ученые пришли к выводу, что не только знатные женщины, но и богатые вельможи в рабовладельческих государствах древности широко использовали в повседневной жизни разнообразные косметические вещества. Среди них были кремы, благовония, средства ухода за волосами, составы для гримировки — от палочек для подкрашивания губ до теней для век. В моде были разнообразные украшения из драгоценных металлов: кольца, браслеты, цепочки и амулеты. Так же высоко, как золото и серебро, ценился жемчуг. В Стокгольмском папирусе приведен рецепт изготовления поддельного жемчуга [14, с. 36]: мелко раздробленный мариенглас (вид прозрачного гипса) и рыбью чешую "нагреть с воском и смешать с горячим коровьим молоком". К этой смеси добавить яичный белок и камедь. Из образовавшейся массы вылепить "жемчужины" и сушить их, подвешивая на специальных волокнах. Высохшие "жемчужины", отполированные мягкой тряпкой, "выглядят лучше, чем настоящий жемчуг".
Для изготовления поддельных драгоценных камней применяли минералы пористой или слоистой структуры, которая способствовала хорошему поглощению растворов красителей. Оксиды одно- или двухвалентной меди применялись в качестве основы для красно-коричневого и черного тонов. Оксид кобальта давал голубую окраску, а оксиды двух- и трехвалентного железа — цвета от красного до пурпурно-фиолетового. Окрашенные таким образом кусочки минералов в смеси с ярью-медянкой, гематитом, суриком, черепаховым панцирем пропитывались такими жидкостями, как, например, сок чистотела или тутовника, желчь теленка, и продавались под видом изумрудов, рубинов, гранатов, аметистов, бериллов и хризолитов [14, с. 36].
Из маленькой железы, находящейся в голове пурпурной улитки (средиземноморский моллюск), добывали один из самых ценных красителей античного мира — пурпур. Для получения одного грамма пурпура требовалось десять тысяч моллюсков. В то время не могли синтезировать вещества, не существующие в природе, однако умели искусственно получать из природных соединений вещества с большим набором необходимых свойств. Так уже на пороге нашей эры люди словно предугадали некоторые черты современной химии. Применялось, например, несколько способов достижения пурпурного окрашивания без использования пурпура. Согласно одному из этих "рецептов", нужно хорошо высушенную, размолотую и просеянную древесную муку из корня краппа[20] выварить в дождевой воде, а затем смешать образовавшийся продукт с плодами бобов и белой глиной. С полученным красящим веществом следует нагреть, перемешивая, шерсть, "предварительно хорошо очищенную растворенной в воде золой и глиной" и "окрашенную в голубой цвет синильником"[21]. Выкрашенную шерсть хорошо прополоскать в растворе квасцов и высушить в тени на воздухе.
"Таким же великолепным получается окрашивание, как и при использовании пурпура, если ткань обработать соком тутовника в смеси с мелкой железной стружкой и красным железняком. Затем ткань надо обработать соком чернильных орешков или известковой водой для придания ей блеска, после чего немного осветлить содой..." [14, с. 38].
Такие рецепты, разумеется, было бы невозможно составить, если бы ремесла древности опирались лишь на отдельные случайные или даже на множество несистематизированных наблюдений. Более того, весьма спорно утверждение некоторых исследователей, что такие рецепты появились лишь в результате ремесленной практики человека. Скорее появление подобных рецептов было результатом пробирного анализа, связанного с развитием ремесленного производства и выделившегося как самостоятельное ремесло.
Очень большое влияние на становление химических ремесел оказал пробирный анализ ("пробирное искусство") — одна из древнейших форм проведения эксперимента. В те времена экспериментатор еще не задавал "вопрос природе", чтобы понять специфику протекания процессов, а стремился лишь найти новые способы получения важных для практики веществ, опираясь на значительное количество эмпирических наблюдений.
Почти все народы, прошедшие такой же путь развития, как Китай, Египет, Вавилон, Греция и Рим, пережили эпоху расцвета пробирного искусства. Но далеко не все возможности пробирного анализа были исчерпаны. И хотя век эмпирической химии ознаменовался такими важными событиями, как изобретения фарфора и пороха, открытие минеральных кислот и разработка метода перегонки спирта, подлинное развитие химии началось лишь после того, как были связаны воедино три области химических знаний, долгое время развивавшиеся, по существу, независимо друг от друга,- ремесленное производство, экспериментальное "искусство" и теория.
Химия древности не сводилась только к ремесленной практике. В результате наблюдений химических свойств веществ из поколения в поколение люди накапливали знания о различных реакциях и о природе образующихся при этом продуктов, а также о влиянии условий на протекание реакций. Были изучены также свойства ядов, лекарств, красителей, в общем "тел растительного, животного и минерального царств". Результаты проводившихся в течение многих веков наблюдений над превращением веществ помогли химикам-практикам осознать важность познания закономерностей природных явлений для совершенствования химических ремесел. В древних государствах — Египте, Вавилоне, Индии, Китае — наиболее надежным и перспективным способом приобретения знаний о природе и химических свойствах веществ считалось систематическое проведение пробирного анализа благородных металлов и их сплавов. Пробирное искусство древности не надо смешивать с возникшей во времена становления научного естествознания теорией эксперимента. Напротив, его следует рассматривать лишь в свете ремесленной деятельности человека, без аналогии с теоретическим анализом. "Теоретической" основой химических знаний древности были вначале мифологические, а затем философские взгляды. Для древнего пробирного анализа характерно то, что он был построен на чисто эмпирической основе и сам послужил основой для создания натурфилософских теорий.
Об источниках
Прежде чем приступить к рассмотрению древних истоков натурфилософской мысли, необходимо сопоставить важнейшие источники, содержащие сведения о химических ремеслах до нашей эры.
Изучение ранних периодов истории многих народов дает представление о характере человеческого общества до появления великих цивилизаций древности. Археологи на основании научного анализа обнаруженных ими при раскопках предметов воссоздали довольно подробную картину образа жизни и характера труда древнего человека. Изучение остатков каменных стен, керамических и стеклянных сосудов, инструментов, оружия, фрагментов росписи стен, отдельных кусков мозаики, украшений (все эти экспонаты можно видеть в музее "Пергамон" в Берлине, в Британском музее в Лондоне и многих других музеях мира) позволяет сделать важные выводы о характере развития химических ремесел. Таким образом, можно понять, какие из химических процессов наиболее широко использовались в то время для получения разнообразных веществ, важных для жизни людей.
Изображение древней персидской аптеки (по Диоскориду)
В 1872 г. неподалеку от египетского города Фивы был найден папирус, возраст которого составил, по мнению ученых, 36 веков. По имени расшифровавшего текст известного немецкого египтолога Георга Эберса он был назван папирусом Эберса и отдан на хранение в библиотеку Лейпцигского университета. В этом документе собраны многочисленные фармацевтические и медицинские рецепты Древнего Египта. Примерно на два столетия меньше возраст найденного при раскопках в столице Древнего Египта Мемфисе "папируса Бругша"; в нем также приведены фармацевтические и медицинские рецепты.
Упомянем о некоторых других важных письменных источниках, содержащих сведения о теоретических представлениях и о практических способах превращений веществ в древности. Это в первую очередь Библия, "Илиада" и "Одиссея" Гомера, отрывки из сочинений досократиков[22] и из диалога "Тимей" Платона, сочинения Аристотеля "О небе" и "О возникновении и уничтожении", книги Теофраста "О минералах".
Из I в. н.э. до нас дошли два труда — "Естественная история" знаменитого древнеримского ученого Плиния Старшего и трактат Диоскорида "О лекарственных средствах", в которых подробно и очень интересно (хотя и не без ошибок) изложены представления античных философов о составе и свойствах веществ. Там же приведены многочисленные рецепты получения различных веществ.
В сочинениях великих врачей античности Эмпедокла (V в. до н. э.; его труды сохранились лишь в виде фрагментов), Гиппократа (III в. до н. э.) и Галена (Клавдия) (II в. н. э.) обсуждались главным образом вопросы медицины и фармации. Неудивительно, что при этом рассматривались и тесно связанные с медицинской практикой достижения химиков-практиков (аптекарей), занимавшихся приготовлением фармацевтических препаратов. Достижения медицины, химии и фармации не только в древности, но и в средние века, а также в эпоху Возрождения были тесно связаны друг с другом. Вплоть до XVIII в. химия и врачебное искусство соприкасались настолько тесно, что нередко замечательные врачи и аптекари одновременно были и великими химиками.
Наиболее важными письменными источниками сведений о состоянии химических ремесел в древнем мире стали два папируса, найденные в 1828 г. при раскопках в Фивах. По местоположению библиотек, в которые они затем были помещены на хранение, эти папирусы получили названия "Лейденский" и "Стокгольмский". В них приведены многочисленные сведения о известных в древности веществах и о способах их выделения и получения в довольно больших количествах. Хотя эти папирусы написаны в начале нашей эры, их содержание позволяет предположить, что приведенные в них рецепты были созданы на основе тысячелетней традиции развития химических ремесел. Такой вывод можно сделать на основании общеисторического анализа развития ремесел, связанного с передаваемой из поколения в поколение традицией сохранения тайны "производственных секретов". Эта традиция была нарушена лишь в XVIII в. и особенно в XIX-XX вв., т. е. в период возникновения научного естествознания и технической революции.
Рост потребностей
В предыдущих разделах говорилось, что в химических ремеслах широко применялись такие природные вещества, как сода, глина, поташ. Кроме того, используя разнообразные процессы, ремесленники получали и выделяли многочисленные вещества и их смеси: краски, протравы, дубильные и косметические средства, жиры, масла, яды, лекарства, этиловый спирт, пиво, вино и т. д. Изучение истории древних рабовладельческих государств подтверждает сформулированное ранее положение: вещества по-разному внедряются в практику — одни способствуют появлению у людей новых потребностей, а другие позволяют по-иному удовлетворять возникшие ранее потребности. Этот процесс, который можно назвать законом роста потребностей, играет большую роль в развитии человеческого общества [3, с. 123 и сл.].
Мы уже показали, какие большие возможности предоставило человеку развитие химической ремесленной практики. С одной стороны, были получены вещества, на основе которых возникли новые химические ремесла. С другой стороны, разработка новых способов получения различных веществ позволила изменить выбор важнейшего сырья, например использовать вместо камня металлы для производства орудий труда и предметов повседневного обихода. Троммсдорф писал в своей книге: "Лишь после того, как человек сумел осознать потребность в чем-либо, он должен был приложить усилия для ее удовлетворения" [6, с. 123]. И. Виглеб в труде "Историко-критическое исследование алхимии" анализировал особенности раскрытия тайн природы. "Поскольку все тела природы без исключения являются химическими телами,- отмечал Виглеб,- то можно, не опасаясь впасть в ошибку, заявить, что человечество даже для удовлетворения самых насущных потребностей должно было иметь определенные знания о свойствах веществ. Необходимость заставила человека еще в глубокой древности использовать природные вещества; здравый смысл подсказал человеку пути их наилучшего применения" [7, с. 2].
Закон роста потребностей имеет много аспектов. Во-первых, его применение зависит, разумеется, в каждом конкретном случае, от уже существующего уровня развития потребностей. Во-вторых, от уровня развития производства, позволяющего, как подчеркивал К. Маркс, удовлетворять лишь определенные потребности на конкретном этапе развития общества.
При этом, разумеется, следует отличать насущные нужды человечества от запросов представителей того или иного класса общества. Возможности удовлетворения потребностей в свою очередь зависят от уровня развития производственных отношений и состояния производительных сил на каждом этапе истории человеческого общества.
Потребности различались по своему значению для функционирования общества: от простейших, необходимых для каждого человека, до значительно более сложных, возникающих на определенном этапе развития общества. Первые — это потребность в пище, жилье, одежде, средствах передвижения. Вторые — это возникновение и совершенствование информации, торгового обмена, образования людей, удовлетворение их культурных запросов. Каждому времени соответствуют и требования моды в одежде, обстановке и даже в стиле поведения людей. Все эти виды потребностей тесно связаны друг с другом; их удовлетворение в значительной мере определяется уровнем развития общества, с одной стороны, и стимулирует это развитие — с другой. Большое значение имеет и способ удовлетворения различных потребностей. Нередко появление "высокомерных" или даже "вредных" претензий не только отдельных личностей, но и групп людей обусловлено спецификой конкретного периода развития человечества.
Следует обращать внимание и на то, что характер потребностей может иметь не только положительные, но и отрицательные последствия для человечества. Вредные привычки одного человека могут привести к нарушению его здоровья. Разрастание же "общественных болезненных потребностей" может поставить под сомнение основы самого существования человеческого общества [8, с. 168]. Так проявляется закон: чем более развито человеческое общество, тем в более интенсивном экологическом равновесии с окружающей средой оно должно находиться. Эти вопросы уже были рассмотрены в предыдущих разделах нашей книги. Здесь мы вновь обращаем внимание читателей на эти проблемы, поскольку химия играет громадную роль в увеличении возможностей удовлетворения постоянно возрастающих потребностей человека.
Опыт и знание
Труд, который, по К. Марксу[19], является целесообразной и целенаправленной деятельностью, требует от человека не только затраты физических сил, но и напряженной умственной работы. В истории человечества нередко недооценивались профессиональные знания работников на первый взгляд преимущественно физического труда. Именно поэтому у историков науки сложилось одностороннее представление, принижающее достижения древних ремесленников в накоплении знаний о составе веществ и особенностях их превращений. Между тем достижения в познании природы и химических свойств веществ в средние века и даже возникновение науки нового времени были бы невозможны без знаний, накопленных ремесленниками в древности. Среди историков химии все еще распространено мнение, что химические знания в античную эпоху основывались на случайном наблюдении. Только для очень близких по характеру явлений использовались объяснения по аналогии с уже изученными превращениями [9, с. 10]. Немецкий ученый Эрнст Мейер упрекал натурфилософов и химиков-практиков античности в "недостаточном количестве результатов наблюдений". "Нежелание получить результаты наблюдений,- отмечал ученый,- основано на известной нечувствительности природных процессов" к воздействию на них способами, имевшимися в то время. Все это Мейер назвал "характерными признаками рассмотрения природы в древности" [10, с. 19].
Герман Копп примерно 150 лет назад гораздо осторожнее оценивал состояние химических знаний в античном мире. По его мнению, историк химии не должен пренебрегать "рассмотрением химических знаний" в "истории химии старого времени", поскольку "сама научная химия" не только "находится в тесной связи с эмпирическим химическим знанием", но и опирается на него [11, с. 19].
Накопление знаний о протекании химических процессов, проводившихся "химиками-практиками" античности,- намного более высокая ступень познания, чем первые наблюдения отдельных химических свойств веществ, случайно попавших в руки первобытного человека. Термин "случай" часто ныне воспринимают и применяют весьма неточно. Его либо понимают как одну из возможностей (вариант), либо рассматривают как противоположность "необходимости". Конечно, "случай" означает несколько неожиданное и непредвиденное явление, но только тот, кто подготовлен к восприятию такого явления, может сделать открытие. Это подтверждает вся современная практика развития науки и производства. В более поздние исторические эпохи в результате естественного исторического процесса разделения труда в обществе произошло и разделение химических знаний на ремесленные и научные. Но на этом основании нельзя сделать вывод, что в отличие от талантливых ученых, работавших в лабораториях, среди ремесленников древности практически не было поистине замечательных химиков. В химической практике древности были слиты воедино ремесло, эксперимент и теоретические представления. Пауль Вальден так охарактеризовал деятельность "античных химиков": "Эти эмпирики древности в высокой степени овладели искусством превращения веществ только путем систематических опытов и наблюдений, осмысленного "опробирования" и "обдумывания" результатов" [4, с. 11].
Пожалуй, все использовавшиеся в химических ремеслах способы обработки веществ вошли в практику химических лабораторий. К ним относятся обжиг, плавление, кипячение, фильтрование, осветление, сушка, кристаллизация, перегонка, закалка, купелирование и цементация. Такие вещества, как металлы и их соединения, соли, щелочи, сера и ее соединения, вещества растительного и животного происхождения, которые ранее использовались ремесленниками, нашли широкое применение и в химических лабораториях нового времени.
Одним из первых опытов перегонки жидкостей было получение терпинеола — очень важного растворителя, выделявшегося из кипящей древесной смолы; терпинеол осаждался на пучке шерсти, помещаемом в верхней части перегонного устройства. Уже в древности люди знали, что влагу, образовавшуюся после конденсации паров нагреваемой морской воды, можно пить [12, с. 16 и сл.]. Для выделения чистого золота или серебра из их сплавов друг с другом или с иными металлами были изобретены специальные способы обработки сплавов: методы чистой пробы, монетной пробы или огненной пробы, что было связано с развитием ремесла чеканки монет. До XIII в., когда стали широко применяться минеральные кислоты, не было надежных методов разделения и определения золота и серебра. Ремесленники решали эту задачу способами цементирования и пробирного анализа. При цементировании нагревали сплав двух благородных металлов с сульфатом железа, кирпичной пылью и поваренной солью. При этом серебро переходило в хлорид. Пробирным камнем служил черный кремнистый сланец, на поверхность которого наносили царапину сплавом благородных металлов. Цвет следа сравнивали с цветом линии, оставленной пробирной иглой, содержание золота в которой было строго определенным [12, с. 18].
Венгерский химик Ф. Сабадвари в своей книге сообщает также об известных в древности способах определения чистоты олова. О них еще в XIX в. упоминал М. Бертло. Согласно одному из этих способов, лили расплавленное олово на кусок папируса. Если олово чистое, то папирус прогорал. Когда в олове содержались примеси, папирус не горел: температура плавления "нечистого" металла была ниже температуры воспламенения папируса [12, с. 19].
Для того чтобы проверить, не смешана ли медная зелень (ярь-медянка) с сульфатом железа, ее помещали на раскаленный клинок. Если при этом появлялось красное пятно, то, значит, в меди были примеси железа. Бумага, смоченная настоем чернильного орешка, также помогала обнаруживать примеси сульфата железа в медной зелени [13, с. 24].
Издавна люди прекрасно понимали разницу в свойствах воды минеральных источников, речной и морской воды. Выводы о целебном действии минеральных вод на человеческий организм были сделаны не из умозрительных представлений, а на основе многочисленных наблюдений. Также было известно о выделении примесей из воды при ее нагревании в котлах, а также об очистке воды фильтрованием и ее осветлении с помощью яичного белка.
В Лейденском и Стокгольмском папирусах, относящихся примерно к 300 г. н. э. (см. разд. "Об источниках"), описаны многочисленные химические методы обработки веществ, приведенные в 250 рецептах. Принимая во внимание довольно медленное развитие химических ремесел в то время, а также опираясь на иные доказательства, можно предположить, что описанные в этих папирусах способы были известны к тому времени уже сотни, если не тысячи лет [13, с. 15]. К сожалению, не осталось никаких сведений о сокровищах искусства, хранившихся в почитавшихся в древнем мире храмах Египта. По повелению древнеримского императора Диоклетиана в 296 г. н. э. все рукописные сочинения, в которых содержались рецепты приготовления поддельных золота, серебра и драгоценных камней, надлежало сжечь. Можно лишь предположить, что, кроме обнаруженных в 1828 г. Лейденского и Стокгольмского папирусов, существовало еще очень много других рецептурных сборников, в которых были описаны и иные способы обработки веществ. Все эти способы использовались в древности для изготовления поддельных драгоценных камней и красок. (Зачастую слово "подделка" интерпретируется лишь как обман. Однако этим термином можно обозначить и способ воспроизведения свойств природных веществ, а также возможность получения искусственных продуктов.)
Подделка золота проводилась различными способами. Один из них, например, таков: "медь слабо нагреть с вязким раствором золота в ртути до того, чтобы ртуть испарилась и образовался тонкий слой золота на меди" [14, с. 35]. Повторив эту операцию четыре-пять раз, ремесленники получали достаточно толстый слой золота, чтобы подделка могла быть принята за золото при ее проверке на пробирном камне. Более дешевые способы изготовления модных поделок "под золото" состояли в многократном нанесении краски, "приготовленной из красной киновари, красного сульфида мышьяка, золотисто-блестяще го серного колчедана, а также из уксуса, квасцов и мочи ребенка". Ремесленники древности изобрели также методы, которые позволяли как бы "увеличить" массу золота или серебра в изделии. Эти способы именовались "диплозисом" (удвоение массы) и "триплозисом" (утроение массы), и, кроме золота и серебра, при этом использовали обычные металлы. Точные соотношения различных компонентов, указанные в дошедших до нашего времени рецептурах изготовления благородных металлов и их сплавов, свидетельствуют о том, что ремесленники нередко действительно стремились получить благородные металлы из обычных. Но они старались сохранить в тайне такие рецепты, чтобы можно было изготовить дешевые сплавы неблагородных металлов, почти неотличимые по внешнему виду от золота и серебра [14, с. 35]. При проверке золота или серебра на чистоту в древности в основном полагались на органы чувств. Вот выдержки из описания принятых в то время способов определения подлинности благородных металлов. "Чистое серебро должно быть белым в расплаве, а также довольно мягким; добавку к серебру свинца можно определить по потемнению окраски расплава, а добавку меди — по пожелтению расплава и увеличению твердости сплава по сравнению с чистым серебром". Золото, "если оно чистое, должно иметь определенную твердость и желтый цвет расплава; добавка серебра придает ему беловатый оттенок, прибавление свинца делает сплав более темным и более мягким, чем чистое золото, а введение в сплав меди или цинка увеличивает прочность сплава и делает его красноватым" [14, с. 36]. Из этих и других дошедших до наших дней документов отчетливо видно, что уже на заре цивилизации ремесленники очень хорошо представляли себе различное влияние добавок отдельных металлов на свойства сплавов. Такие знания могли быть получены только в результате осмысления многочисленных опытов по сплавлению разнообразных металлов. Этот вывод подтверждается анализом и других описаний проверки подлинности благородных металлов.
На основании археологических раскопок ученые пришли к выводу, что не только знатные женщины, но и богатые вельможи в рабовладельческих государствах древности широко использовали в повседневной жизни разнообразные косметические вещества. Среди них были кремы, благовония, средства ухода за волосами, составы для гримировки — от палочек для подкрашивания губ до теней для век. В моде были разнообразные украшения из драгоценных металлов: кольца, браслеты, цепочки и амулеты. Так же высоко, как золото и серебро, ценился жемчуг. В Стокгольмском папирусе приведен рецепт изготовления поддельного жемчуга [14, с. 36]: мелко раздробленный мариенглас (вид прозрачного гипса) и рыбью чешую "нагреть с воском и смешать с горячим коровьим молоком". К этой смеси добавить яичный белок и камедь. Из образовавшейся массы вылепить "жемчужины" и сушить их, подвешивая на специальных волокнах. Высохшие "жемчужины", отполированные мягкой тряпкой, "выглядят лучше, чем настоящий жемчуг".
Для изготовления поддельных драгоценных камней применяли минералы пористой или слоистой структуры, которая способствовала хорошему поглощению растворов красителей. Оксиды одно- или двухвалентной меди применялись в качестве основы для красно-коричневого и черного тонов. Оксид кобальта давал голубую окраску, а оксиды двух- и трехвалентного железа — цвета от красного до пурпурно-фиолетового. Окрашенные таким образом кусочки минералов в смеси с ярью-медянкой, гематитом, суриком, черепаховым панцирем пропитывались такими жидкостями, как, например, сок чистотела или тутовника, желчь теленка, и продавались под видом изумрудов, рубинов, гранатов, аметистов, бериллов и хризолитов [14, с. 36].
Из маленькой железы, находящейся в голове пурпурной улитки (средиземноморский моллюск), добывали один из самых ценных красителей античного мира — пурпур. Для получения одного грамма пурпура требовалось десять тысяч моллюсков. В то время не могли синтезировать вещества, не существующие в природе, однако умели искусственно получать из природных соединений вещества с большим набором необходимых свойств. Так уже на пороге нашей эры люди словно предугадали некоторые черты современной химии. Применялось, например, несколько способов достижения пурпурного окрашивания без использования пурпура. Согласно одному из этих "рецептов", нужно хорошо высушенную, размолотую и просеянную древесную муку из корня краппа[20] выварить в дождевой воде, а затем смешать образовавшийся продукт с плодами бобов и белой глиной. С полученным красящим веществом следует нагреть, перемешивая, шерсть, "предварительно хорошо очищенную растворенной в воде золой и глиной" и "окрашенную в голубой цвет синильником"[21]. Выкрашенную шерсть хорошо прополоскать в растворе квасцов и высушить в тени на воздухе.
"Таким же великолепным получается окрашивание, как и при использовании пурпура, если ткань обработать соком тутовника в смеси с мелкой железной стружкой и красным железняком. Затем ткань надо обработать соком чернильных орешков или известковой водой для придания ей блеска, после чего немного осветлить содой..." [14, с. 38].
Такие рецепты, разумеется, было бы невозможно составить, если бы ремесла древности опирались лишь на отдельные случайные или даже на множество несистематизированных наблюдений. Более того, весьма спорно утверждение некоторых исследователей, что такие рецепты появились лишь в результате ремесленной практики человека. Скорее появление подобных рецептов было результатом пробирного анализа, связанного с развитием ремесленного производства и выделившегося как самостоятельное ремесло.
Очень большое влияние на становление химических ремесел оказал пробирный анализ ("пробирное искусство") — одна из древнейших форм проведения эксперимента. В те времена экспериментатор еще не задавал "вопрос природе", чтобы понять специфику протекания процессов, а стремился лишь найти новые способы получения важных для практики веществ, опираясь на значительное количество эмпирических наблюдений.
Почти все народы, прошедшие такой же путь развития, как Китай, Египет, Вавилон, Греция и Рим, пережили эпоху расцвета пробирного искусства. Но далеко не все возможности пробирного анализа были исчерпаны. И хотя век эмпирической химии ознаменовался такими важными событиями, как изобретения фарфора и пороха, открытие минеральных кислот и разработка метода перегонки спирта, подлинное развитие химии началось лишь после того, как были связаны воедино три области химических знаний, долгое время развивавшиеся, по существу, независимо друг от друга,- ремесленное производство, экспериментальное "искусство" и теория.
Химия древности не сводилась только к ремесленной практике. В результате наблюдений химических свойств веществ из поколения в поколение люди накапливали знания о различных реакциях и о природе образующихся при этом продуктов, а также о влиянии условий на протекание реакций. Были изучены также свойства ядов, лекарств, красителей, в общем "тел растительного, животного и минерального царств". Результаты проводившихся в течение многих веков наблюдений над превращением веществ помогли химикам-практикам осознать важность познания закономерностей природных явлений для совершенствования химических ремесел. В древних государствах — Египте, Вавилоне, Индии, Китае — наиболее надежным и перспективным способом приобретения знаний о природе и химических свойствах веществ считалось систематическое проведение пробирного анализа благородных металлов и их сплавов. Пробирное искусство древности не надо смешивать с возникшей во времена становления научного естествознания теорией эксперимента. Напротив, его следует рассматривать лишь в свете ремесленной деятельности человека, без аналогии с теоретическим анализом. "Теоретической" основой химических знаний древности были вначале мифологические, а затем философские взгляды. Для древнего пробирного анализа характерно то, что он был построен на чисто эмпирической основе и сам послужил основой для создания натурфилософских теорий.
Об источниках
Прежде чем приступить к рассмотрению древних истоков натурфилософской мысли, необходимо сопоставить важнейшие источники, содержащие сведения о химических ремеслах до нашей эры.
Изучение ранних периодов истории многих народов дает представление о характере человеческого общества до появления великих цивилизаций древности. Археологи на основании научного анализа обнаруженных ими при раскопках предметов воссоздали довольно подробную картину образа жизни и характера труда древнего человека. Изучение остатков каменных стен, керамических и стеклянных сосудов, инструментов, оружия, фрагментов росписи стен, отдельных кусков мозаики, украшений (все эти экспонаты можно видеть в музее "Пергамон" в Берлине, в Британском музее в Лондоне и многих других музеях мира) позволяет сделать важные выводы о характере развития химических ремесел. Таким образом, можно понять, какие из химических процессов наиболее широко использовались в то время для получения разнообразных веществ, важных для жизни людей.
Изображение древней персидской аптеки (по Диоскориду)
В 1872 г. неподалеку от египетского города Фивы был найден папирус, возраст которого составил, по мнению ученых, 36 веков. По имени расшифровавшего текст известного немецкого египтолога Георга Эберса он был назван папирусом Эберса и отдан на хранение в библиотеку Лейпцигского университета. В этом документе собраны многочисленные фармацевтические и медицинские рецепты Древнего Египта. Примерно на два столетия меньше возраст найденного при раскопках в столице Древнего Египта Мемфисе "папируса Бругша"; в нем также приведены фармацевтические и медицинские рецепты.
Упомянем о некоторых других важных письменных источниках, содержащих сведения о теоретических представлениях и о практических способах превращений веществ в древности. Это в первую очередь Библия, "Илиада" и "Одиссея" Гомера, отрывки из сочинений досократиков[22] и из диалога "Тимей" Платона, сочинения Аристотеля "О небе" и "О возникновении и уничтожении", книги Теофраста "О минералах".
Из I в. н.э. до нас дошли два труда — "Естественная история" знаменитого древнеримского ученого Плиния Старшего и трактат Диоскорида "О лекарственных средствах", в которых подробно и очень интересно (хотя и не без ошибок) изложены представления античных философов о составе и свойствах веществ. Там же приведены многочисленные рецепты получения различных веществ.
В сочинениях великих врачей античности Эмпедокла (V в. до н. э.; его труды сохранились лишь в виде фрагментов), Гиппократа (III в. до н. э.) и Галена (Клавдия) (II в. н. э.) обсуждались главным образом вопросы медицины и фармации. Неудивительно, что при этом рассматривались и тесно связанные с медицинской практикой достижения химиков-практиков (аптекарей), занимавшихся приготовлением фармацевтических препаратов. Достижения медицины, химии и фармации не только в древности, но и в средние века, а также в эпоху Возрождения были тесно связаны друг с другом. Вплоть до XVIII в. химия и врачебное искусство соприкасались настолько тесно, что нередко замечательные врачи и аптекари одновременно были и великими химиками.
Наиболее важными письменными источниками сведений о состоянии химических ремесел в древнем мире стали два папируса, найденные в 1828 г. при раскопках в Фивах. По местоположению библиотек, в которые они затем были помещены на хранение, эти папирусы получили названия "Лейденский" и "Стокгольмский". В них приведены многочисленные сведения о известных в древности веществах и о способах их выделения и получения в довольно больших количествах. Хотя эти папирусы написаны в начале нашей эры, их содержание позволяет предположить, что приведенные в них рецепты были созданы на основе тысячелетней традиции развития химических ремесел. Такой вывод можно сделать на основании общеисторического анализа развития ремесел, связанного с передаваемой из поколения в поколение традицией сохранения тайны "производственных секретов". Эта традиция была нарушена лишь в XVIII в. и особенно в XIX-XX вв., т. е. в период возникновения научного естествознания и технической революции.
ТЕЛЕГРАМКанал с обзорами, анонсами новинок и книжными подборками
Книжный Вестник
Бот для удобного поиска книг (если не нашлось на сайте)
Поиск книг
Свежие любовные романы в удобных форматах
Любовные романы
О психологии, саморазвитии и личностном росте
Саморазвитие
Детективы и триллеры, все новинки
Детективы
Фантастика и фэнтези, все новинки
Фантастика
Отборные классические книги
Классика
ВКОНТАКТЕБиблиотека с любовными романами, которая наверняка придётся по вкусу женской части аудитории
Любовные романы
Библиотека с фантастикой и фэнтези, а также смежных жанров
Фантастика
Самые популярные книги в формате фб2
Топ фб2
книги