Пути развития химии. Том 1. От первобытных времен до промышленной революции

О развитии химических ремесел в древности (до начала нашей эры) можно судить по ряду оригинальных источников, обнаруженных главным образом в XIX-XX вв.: папирусы Эберса, Бругша, Лейденский и Стокгольмский папирусы, труды Плиния и Диоскорида.

До начала XIII в. это развитие совершалось довольно медленно. Однако затем фаза накопления знаний перешла в фазу кульминации. Это было связано с открытием в XIII в. важнейших неорганических кислот, этилового спирта и пороха. В эпоху Возрождения химические ремесла получили новые стимулы для развития. Наступившая затем фаза накопления опыта и знаний была значительно короче, чем предыдущая, и завершилась новой кульминационной фазой — промышленной революцией, начавшейся в середине XVIII в.

Политические и военные события, происходившие в течение фазы накопления опыта и знаний, продолжавшейся от начала нашей эры до XIII в., оказали значительное влияние на развитие химических ремесел. К важнейшим историческим событиям этой эпохи относятся падение Римской империи, последовавшее затем Великое переселение народов, становление христианской церкви, возникновение арабской империи (простиравшейся от Инда до Пиренеев), появление германской Священной Римской империи, а также других феодальных государств в Европе.

Перегонный аппарат с водяным охлаждением (1420 г.) для получения спирта из пива

Несмотря на многие политические потрясения и войны в Европе, ремесла сохраняли и преумножали свои традиции, В это время люди добывали и обрабатывали металлы, производили краски и едкие кислоты, мыла, изделия из стекла, глины, косметические и парфюмерные изделия, мази, медикаменты, яды, деготь, искусственные украшения, похожие на драгоценности, и многие другие "химические товары". По мере развития феодализма выбор производимых ремесленниками веществ становился все разнообразнее, совершенствовались способы их получения. Однако мы не располагаем точными сведениями о многих из этих веществ, так как в сохранившихся до нашего времени источниках есть немало пробелов, а манускрипты, написанные арабскими и сирийскими алхимиками, почти не поддаются расшифровке.

Наибольший прогресс в средние века наблюдался в производстве стекла. В это время были разработаны и построены многоэтажные печи с особыми камерами, что позволяло лучше регулировать температуру в таких печах. Дамаск (как позже Венеция) был центром ремесленных знаний; он прославился не только производством разнообразного стекла, но и керамики, эмали, глазурей и мозаики. Другие важные химические продукты, которые производились в то время и были широко распространены в различных странах: нашатырь, квасцы, соли аммония, сода, поташ и бура.

От зажигательных смесей до пороха

С 360 г. до н. э. в военных действиях применяли зажигательные смеси. В их состав входили мелко раздробленный уголь, пакля, смола и нефть. Возможно, что уже в морской битве при Кицикосе в 678 г. н. э. византийцы применяли зажигательные смеси, в состав которых входила селитра. По мнению Густава Фестера, зажигательные смеси могли содержать негашеную известь, которая воспламенялась на поверхности воды. Фестер считал, что смесь, содержащая негашеную известь, называлась "греческим огнем" [13, с. 41 и сл.].

В "Огненной книге" Марка Грека, написанной в 1250 г. в Константинополе, указывалось, что в состав "греческого огня" (входили смола, сера, нефть, масла и поваренная соль. Рукописные копии этого труда содержат рецепты изготовления пороха из 6 частей селитры, 2 частей угля, 1 части серы. Однако эти копии появились позже 1250 г. В середине XIII в. появились труды (например, Ибн аби Узайбиа и Ибн Бейтара), где описывались свойства нового соединения — селитры и ее охлаждающее действие. В конце XIII в. увидела свет прекрасная книга Хасана ар-Раммайя с описаниями многих способов грубой и тонкой очистки природной селитры при действии на нее зольного щелока с последующей перекристаллизацией образовавшегося продукта. В книге содержатся также рецепты зажигательных смесей и пиротехнических составов для так называемых "китайских стрел" или "китайских огненных копий". Эти названия в определенном смысле справедливы, так как порох был открыт в Китае и рецепты его изготовления попали через Индию и арабские государства в Европу.

В книге по военному искусству арабского ученого Шемседдина Мохаммеда, который жил в конце XIII- начале XIV вв., описаны способы использования пороха для стрельбы. Вначале в дуло орудия засыпался "пороховой заряд", а поверх него — слой "орехов" (вероятно, свинцовых шариков). При воспламенении пороха образующиеся газы с силой выбрасывали "орехи" из ствола пушки. Использование такого орудия создало предпосылки очень быстрого развития артиллерии в Средней Европе.

Изобретение пороха и применение его в военных целях способствовало совершенствованию вооружения (привело к появлению пушек и ружей). Это стимулировало возникновение новых химических ремесел: приготовление селитры и пороха. Распространение этих ремесел оказало большое влияние на совершенствование естественнонаучных знаний, философских систем и даже развитие цивилизации.

Альберт Великий и Роджер Бэкон, вероятно, уже знали о порохе. В 1258 г. жители Кельна впервые в Европе использовали зажигательные составы. В Фрайбурге, где долгое время жил монах Бертольд Шварц — европейский изобретатель пороха, в 1300 г. была отлита первая пушка. В то время "выстрел из ружья" был еще сенсацией. Но в XIV в. ружья и пушки начали изготовлять в различных европейских странах. Первые пороховые заводы возникли в Аугсбурге в 1340 г., в Лигнице в 1344 г., в Шпандау в 1348 г. [13, с. 82].

Селитра сначала импортировалась в европейские страны. Венеция, через которую селитра попадала в Европу, имела большие прибыли от этой торговли. Однако уже в XV в. из-за растущего спроса на селитру и ее важного значения для щ укрепления обороны многие европейские государства организовали производство селитры из местного сырья. Поставщики селитры получали привилегии от властей. Об этом свидетельствуют, например, распоряжения архиепископа Магдебургского Гюнтера (1419 г.), решения городского совета Франкфурта (1583 г.) и указы Бранденбургского курфюрста Иоганна Георга (1583 г.).

Фестер писал, что в Тюрингии в XVI в. было уже девять селитроварен; недалеко от Праги было открыто месторождение селитры, а магистрат Галле в 1544 г. дал на откуп ремесленникам выработку селитры из городских отходов [13, с. 81 и сл.].

Военное значение огнестрельного оружия росло вместе с его распространением по всему миру. Для растущего производства оружия требовалось все больше механиков, техников, специалистов по химии и физике. Увеличивалась и потребность в порохе, металле для пушек и ружей, в орудийных лафетах и другом воинском снаряжении и оборудовании. По сравнению с катапультами — машинами для метания камней — и разнообразными стенобитными устройствами огнестрельные орудия обладали большей разрушительной и убойной силой, значительной дальностью стрельбы и высокой мобильностью. Оглушительный шум и устрашающее действие огня, сопровождавшие применение огнестрельного оружия, сильно ослабляли сопротивление противника, особенно если он был вооружен лишь стрелами, луками, самострелами, копьями и мечами.

Применение огнестрельного оружия оказало "такое громадное влияние на совершенствование военной техники, которое можно сравнить лишь с влиянием на развитие человечества использования железа, начавшееся примерно за три тысячелетия до этого" [13]. С помощью огнестрельногоЯ оружия были покорены моря и континенты, разрушены цивилизации, уничтожены или порабощены целые народы. Научившись пользоваться огнестрельным оружием, человек подчинил себе могучие силы природы. Однако в своем моральное этическом развитии он еще не поднялся до того уровня, когда смог бы управлять этими силами разумно и гуманно. В те времена ничего не значило предостережение о пагубных последствиях использования научных знаний в целях разрушений и войн. Знания нередко были неуправляемой силой.

Добыча селитры в XVI в. А, В — варочное отделение выщелачивания земель и выпарки раствора селитры; С — установка для 'созревания' различных видов селитры

Дж. Бернал считал, что изобретение пороха оказало еще большее влияние на развитие науки, чем на совершенствование военной техники. "Порох и пушки взорвали не только экономические и политические отношения мира средневековья,- писал Бернал,- они также стали важнейшими факторами, которые разрушили средневековое мировоззрение". По мнению Дж. Мэйоу, "селитра произвела такой же шум в философии, как и на полях сражений" [54, с. 244 и сл.].

Селитра оказалась также веществом, очень важным для химических ремесел. Изготовление селитры требовало коренного совершенствования методов разделения и очистки солей; особо важную роль в этом играли процессы растворения и кристаллизации. Появление огня при горении пороха и без доступа воздуха натолкнуло средневековых ученых на новые представления о процессах горения. Складывалось мнение, что селитра содержит "воздух", необходимый для горения. Изучение "селитряного воздуха" сыграло впоследствии громадную роль в разработке важных положений химической науки.

Титульный лист книги 'О пиротехнике' Бирингуччо (1540 г.)

Совершенствование артиллерийской техники, необходимость прицельного огня орудий и изучение движения снарядов привели к возникновению баллистики как науки. Литейное "искусство" в XIII-XIV вв. уже было достаточно развито (широкое распространение в это время получила отливка церковных колоколов). Новый стимул для улучшения технологии литья металлов появился после изобретения пушек. Требовалось создание специальных сплавов для орудийных стволов и качественных методов обработки металлов (сверления, полировки и т. п.). Это способствовало развитию химических знаний и технического мастерства литейщиков. Для сверления металлов применялись конная тяга или водяные колеса (чтобы приводить сверла в движение) [55].

Растущиц спрос на селитру до конца XVIII в. удовлетворялся главным образом импортом (прежде всего из Индии) и в меньшей степени благодаря собственным источникам. С XVII в. интенсивные и систематические поиски селитры в Европе привели к организации искусственных "месторождений" селитры. Создавались "селитряные сады", или "плантации". Делалось это так. Продукты жизнедеятельности (навоз, кал, кровь) и останки животных смешивались с известковыми почвами, землей кладбищ, захоронений, отходов скотобоен, с донными отложениями прудов, болотной жижей. Туда же добавляли известь, мусор, золу, отходы мыловарения. Затем эта смесь засыпалась в ямы либо закладывалась послойно в кучи и заливалась мочой или навозной жижей. За счет процессов разложения в течение 1-2 лет в этих ямах или кучах образовывалась селитра. Выход составлял примерно 1 к 6, т. е. из 6 кг "селитряной земли" получался 1 кг селитры.

Добыча селитры (из книги Л. Эркера, 1574 г.) ... В — выпаривание раствора селитры; ... F-G — кристаллизация селитры из растворов

Само собой разумеется, что правители государств были крайне заинтересованы в производстве селитры. В Швеции, например, крестьяне даже налоги должны были частично выплачивать селитрой. В Швейцарии селитру производили пастбищные хозяйства и даже монастыри ордена иоаннитов[52]. Однако наиболее развито производство селитры было во Франции и Саксонии.

Помещение для определения качества селитры в селитроварне (из книги Л. Эркера, 1574 г.). А — выщелачивание 'селитряной земли'; ... С — весы; ... F — выпаривание пробы с помощью свечи

Французское правительство в XVIII в. вознаграждало всех, кто занимался производством селитры. В 1777 г. во Франции было издано специальное руководство по получению селитры. Знаменитому химику Антуану Лорану Лавуазье было поручено осуществлять надзор за производством селитры — факт, который указывает на то, что к этому времени установились достаточно прочные связи между наукой и производством.

История производства селитры показывает, что уже с 1300 г. химические знания были достаточны для изготовления в больших количествах пороха и азотной кислоты — веществ, очень важных для развития цивилизации. В дальнейшем значительно усовершенствовались способы и резко вырос объем производства селитры. Однако коренные технологические изменения этих и других важных промышленных процессов были осуществлены лишь в XIX в.

Обогащенные селитрой земли выщелачивали (нередко с добавлением золы, поташа или сульфата калия). Затем раствор упаривали в железных или медных котлах. Туда же добавляли щелочь, уксус или винный камень для предотвращения образования накипи. Когда раствор достигал определенной концентрации, его переливали в медные или деревянные чаны, где селитра выкристаллизовывалась. Ее перекристаллизовывали до определенной степени чистоты (иногда несколько раз), обесцвечивали с помощью угля и квасцов и очищали от примесей поваренной соли промыванием холодной воды. Пороховые заводы предъявляли высокие требования к чистоте селитры [13, с. 83 и сл.].

Перегонка спирта

Другим веществом, которое оказало значительное влияние на развитие цивилизации, был этиловый спирт. В чистом виде спирт был получен в то же время, что и селитра, хотя спиртные напитки были известны уже в течение тысячелетий. Чистый этиловый спирт удалось получить благодаря совершенствованию химического экспериментального метода (применение водяного охлаждения при перегонке) и углублению знания о химических процессах [56].

Простейшие виды перегонки были известны еще в древности. Однако они были настолько несовершенны, что не позволяли получать из вина и пива даже такой легко кипящий продукт, как этиловый спирт. Но, кроме того, в глубокой древности перегонку проводили отнюдь не для получения спирта, хотя уже в эпоху античности знали, что при нагревании крепких вин из них выделяется пар, который может гореть. С помощью перегонки в древности получали главным образом масла: розовое, скипидар и др. В XIII в. Шемседдин Абу Абдулла Мохаммед написал сочинение "Космография", где приводил описание процессов перегонки и соответствующих аппаратов. Так, для получения розового масла в печь помещались несколько колб, соединенных друг с другом, заполненных водой и лепестками роз. Дистиллят улавливался в специальных сосудах — приемниках. "Розовая вода" (раствор розового масла) была одним из самых ценных товаров в торговле между странами от Ближнего и Среднего Востока до Китая [13, с. 44].

Проведение перегонки спирта сильно зависело от техники охлаждения [57]. Согласно описаниям установок для перегонки, составленным в Падуе в XV в., котел устанавливался в подвальном этаже здания, а приемник помещался над перекрытием первого этажа [58]. Постепенно совершенствовалась аппаратура для охлаждения. Например, приемник опускали в резервуар с водой. В других аппаратах внутри вертикальной трубки, по которой шел пар, устанавливали губку либо трубку делали витой и пропускали ее через воду. (Охлаждение противоточным методом стало применяться лишь в XVIII в.

До этого вообще охлаждение проточной водой использовалось редко. Лишь в XIX в. перегонка стала распространенным методом химии.) И даже эта примитивная техника соответствовала требованиям, необходимым для перегонки этилового спирта. Сначала он применялся как лечебное средство. Во время эпидемий чумы в средневековой Европе этиловый спирт использовали как "живую воду". Его пили чистым или в составе ликеров. Уже в XIV в., кроме вина, люди употребляли этиловый спирт, полученный при переработке зернобобовых культур. Картофель для получения этилового спирта стали использовать лишь в XIX в.

Аппарат для перегонки спирта (из книги Г. Бруншвига 'Книга о способах перегонки', 1500 г.)

Алкоголизм и война издавна шли рука об руку: "водка ведет к пороху". "Огненная вода" и "ружейный гром" нередко вместе несли, так сказать, "цивилизаторскую миссию" населению стран, которые завоевывали европейцы. Приобретение острова Манхэттен[53] — типичный тому, пример. В 1626 г. голландцы "купили" эту землю у индейцев за три бочки рома. ("Манхэттен" переводится как "место, где мы напились допьяна".)

Перегонка при нагревании водяным паром (средние века)

Перегонка с водяным охлаждением (из книги Г. Бруншвига, 1500 г.). Шлемообразная насадка для отвода паров находится в сосуде, наполненном водой

Перегонка с использованием солнечного тепла (по А. Либавию)

Согласно мнению Бернала, производство этилового спирта "способствовало возникновению первой отрасли промышленности, созданной на научной основе". Процессы перегонки и сегодня являются фундаментом химической промышленности [54, с. 245 и сл.]. И в самом деле, перегонка оказалась первым усовершенствованным химическим методом, который заметно стимулировал развитие химической теории и практики.

Перегонка с использованием насадок — 'колпаков', часто применяемая при получении лекарственных препаратов из 'растительных веществ'

Аппарат для перегонки больших количеств лекарственных препаратов (XVI в.), состоящий из глиняных сосудов со стеклянными насадками

По закону расширения проблематики возможность получения этилового спирта перегонкой привлекала внимание ученых к этому интересному химическому методу и натолкнула их на следующую мысль: нельзя ли получать с помощью этого метода и другие летучие вещества? Таким образом удалось получить эфир и некоторые эфирные масла — лавандовое, можжевеловое, коричное, гвоздичное, анисовое из розмарина, полыни, тимьяна, мяты, шалфея, ромашки, тмина, перца, кожуры лимонов и апельсинов. Другие вещества — скипидар, канифоль, янтарное масло, бензойная кислота — были получены сухой перегонкой смол.

Вместе с началом книгопечатания стало появляться все больше книг, посвященных описанию способов перегонки.

Минеральные кислоты

Третье большое достижение химии XIII в.- получение минеральных (неорганических) кислот. Первые упоминания о серной и азотной кислотах встречаются в византийской рукописи XIII в. [13, с. 75].

Еще в древности было замечено, что при нагревании квасцов или купороса выделяются "кислые пары". Однако получение серной кислоты было впервые освоено лишь в конце XIII в. В книгах Гебера[54] излагается опыт получения серной и соляной кислот, а также царской водки [59].

Серная кислота долгое время применялась лишь как реактив в лабораториях, а со второй половины XVIII в. ее использовали в ремесленной практике — вначале при окраске веществ, а затем также для отбеливания. В 1744 г. саксонский горный советник Барт из Фрейберга открыл процесс сульфирования индиго[55] и впервые применил его для окраски шерсти. В связи с этим спрос на серную кислоту непрерывно увеличивался и появились рациональные способы ее производства. И. X. Бернхардт и X. И. Кёлер организовали несколько сернокислотных заводов, главным образом в Саксонии. Эти предприятия поставляли серную кислоту во Франкфурт, Бремен, Нюрнберг, а также за пределы Германии. В конце XVIII в. только в Рудных горах работало 30 сернокислотных заводов. Почти одновременно такие же заводы появились в Богемии и Гарце. Наиболее крупные предприятия, производившие серную кислоту, принадлежали фабриканту Иоганну Давиду Штарку из Пльзеня. Штарк — опытный специалист по хлопковому волокну — впервые понял важное значение серной кислоты как вспомогательного материала при отбеливании хлопка [13, с. 140 и сл.].

Получение серной кислоты при перегонке купороса; впервые описано и иллюстрировано Иоганном Христианом Бернхардтом

Бурное развитие текстильных фабрик в эпоху промышленной революции, осуществлявшееся благодаря созданию ткацких и прядильных станков, стало возможным лишь в связи с применением новых химических эффективных методов отбеливания и окраски тканей. Первая английская фабрика серной кислоты была создана в Ричмонде (около Лондона) д-ром Бардом в 1736 г. На ней в 50 стеклянных сосудах изготовлялось около 200 л серной кислоты в сутки. Спустя 10 лет (в 1746 г.) Рёбук и Гарбет значительно усовершенствовали это производство: вместо стеклянных баллонов они стали применять свинцовые камеры. Фестер сообщал, что на некоторых сернокислотных заводах действовало в то время до 360 свинцовых камер. Только в Глазго и Бирмингеме в конце XVIII в. работало уже восемь таких предприятий.

Получение серной кислоты в 1760 г. сжиганием серы в присутствии селитры. В 1800 г. стеклянные баллоны заменили свинцовыми камерами

В 1750 г. Хоум из Эдинбурга установил, что серная кислота может применяться как заменитель кислого молока для подкисления при отбеливании льняных холстов и хлопка. Применять серную кислоту было выгоднее, чем кислое молоко. Во-первых, серная кислота стоила дешевле, а во-вторых, отбеливание с помощью серной кислоты позволило сократить продолжительность процесса от 2-3 недель до 12 ч.

В отличие от серной кислоты азотная кислота значительно раньше стала применяться в ремесленной практике. Она была ценным продуктом, широко используемым в металлургии благородных металлов. В Венеции — одном из крупнейших культурных и научных центров эпохи Возрождения — азотная кислота применялась еще в XV в. для выделения золота и серебра [60, с. 31]. Вскоре другие страны, такие, как Франция, Германия и Англия, последовали этому примеру. Это стало возможным благодаря тому, что величайшие технологи эпохи Возрождения — Бирингуччо [61], Агрикола [62] и Эркер [63] — описали способы получения азотной кислоты. Согласно этому описанию, селитру вместе с квасцами или купоросом помещали в глиняные колбы, которые затем рядами устанавливали в печи и нагревали. "Кислые" пары конденсировались в специальных приемниках. Подобный способ производства азотной кислоты часто применялся затем в горном деле, металлургии и при получении других химических продуктов с помощью перегонки. Однако установки для перегонки стоили в то время очень дорого, поэтому вплоть до XVIII в. их использовали для иных целей. В XVIII в. в Голландии функционировала громадная фабрика, производившая в год примерно 20 000 фунтов азотной кислоты [64]. С 1788 г. азотная кислота наряду с другими продуктами изготовлялась и в Баварии (в местечке Марктредвитц) на химической фабрике, основанной Фикенчером.

Технология производства азотной кислоты существенно не менялась вплоть до конца XVIII в. Реторты изготовляли из стекла и металла, часто покрытого эмалью. В специальную печь помещали от 24 до 40 реторт сразу. Различали азотную кислоту первой, второй и третьей степени крепости. Ее применяли для различных целей: выделения благородных металлов, при окраске кошенилью, для обработки латуни, в скорняжном деле, при изготовлении головных уборов, гравировке по меди и т. п. [13, с. 144 и сл.].

До того как в XVI в. была открыта соляная кислота, царскую водку[56] получали, растворяя нашатырь в азотной кислоте. С помощью азотной кислоты и царской водки удавалось добиться довольно высокой степени извлечения благородных металлов из руд. Это явление алхимики использовали как "доказательство" осуществления трансмутаций. Они объясняли повышение выхода благородных металлов тем, что в результате трансмутации якобы появляется новое вещество — серебро или золото. Сложившаяся в эпоху Возрождения "экспериментальная философия" также придавала особое значение "крепкой водке"; некоторые химические процессы, которые осуществлялись с использованием этого соединения, подтверждали атомистические представления.

О соляной кислоте упоминали еще Либавий [65, 66] и Василий Валентин [67]. Однако первое подробное описание химических процессов получения соляной кислоты оставил лишь Глаубер [68]. Соляную кислоту получали из поваренной соли и купороса. Хотя Глаубер писал о возможности разнообразных областей применения соляной кислоты (в частности как приправы к еде), спрос на нее долгое время был невелик. Он значительно вырос лишь после того, как химики разработали методику отбеливания тканей с помощью хлора. Кроме этого, соляную кислоту использовали для получения желатина и клея из костей и для производства берлинской лазури.

Агрикола (способствовал применению химии в горном деле и металлургии).[57]

Почти все химические ремесла, известные в античные времена, развивались и в средние века. Хотя масштаб их несколько вырос, а качество продукции несравненно улучшилось, основные методы превращений изменились очень мало. Это наглядно подтверждает сравнение трудов по металлургии, которые появились в XVI в., и аналогичных работ античных авторов. Например, сведения, содержавшиеся в книгах Бирингуччо [61] и Агриколы [62], не очень сильно отличались от приводившихся античными авторами. Однако Бирингуччо и Агрикола описали и некоторые процессы, открытые и разработанные лишь в средневековье. Книги, содержащие подобные "литературные находки в технологии", как их называет Г. Хариг, были широко распространены в XVII- XVIII вв. [69].

Металлургия

Благодаря книгопечатанию появилась литература по различным вопросам химической практики. При этом не стоит упускать из виду, что рукописных трудов по вопросам химии и химических ремесел даже в раннем средневековье было намного больше, чем принято обычно считать. С появлением книгопечатания издатели стали в первую очередь публиковать материалы из этих рукописных работ. Но при анализе книг Бирингуччо и Агриколы становится ясным, что они представляют собой оригинальные произведения, а не просто набор сведений из рукописей по ремесленной химии.

Производство литейного чугуна при переплавке доменного чугуна — процесс плавления

Вплоть до XVIII в. железо, как и в древности, выплавляли в небольших печах с использованием различного нагрева, а также сыродутного способа. Впервые принципиальные нововведения появились лишь в XIII в. Прежде всего был увеличен размер кузнечных мехов. Для приведения их в действие теперь использовалась не физическая сила человека, а сила воды — через посредство водяных колес. Благодаря увеличению подачи воздуха можно было повысить температуру внутри печей; в результате удавалось полностью расплавлять железо и получать чугун. Появились две новые технологии — получения чугунного литья и производства ковкого железа. До конца XV в. чугун использовался для литья пушек, ядер, изготовления посуды и сооружения печей. Недостаток чугуна по сравнению с крицей состоял в том, что чугун нельзя было ковать. Но в печи для безуглероживания можно было снизить количество углерода в чугуне до такого уровня, что материал поддавался ковке. Большие мехи для подачи воздуха с механическим приводом позволили создать плавильные печи большего размера. Уже в домне высотой 5-6 м можно было проводить непрерывную плавку металла. Ковкое железо, получаемое в таких печах, можно было "закаливать", вводя в него углерод, который с избытком присутствовал в чугуне.

Выплавка металла в печах с большими воздушными мехами

Усовершенствования в металлургии железа способствовали возникновению капиталистических производственных отношений. Сооружение огромных по тем временам домен, снабженных механизированными мехами, требовало экономических и технических совершенствований, которые значительно превосходили возможности средневековых ремесленников. В начале XVI в. стоимость продукции предприятий по производству ковкого железа составила, например, 13 тыс. гульденов. Переходными формами производственных объединений были мастерские (товарищества), затем финансируемые правителями княжеств и государств плавильные заводы и, наконец, капиталистические предприятия [13, с. 63 и сл.].

В XVIII в. появились уже довольно крупные капиталистические предприятия. Многие из них насчитывали 200 и более рабочих. Например, в конце XVIII в. французское правительство купило у некоего Герингье металлургический завод, состоявший из двух доменных печей и 12 печей для поковок. За все это была заплачена внушительная сумма — 2 млн. ливров. По данным Фестера, в 1740 г. в Англии насчитывалось 59 доменных печей, а во Франции в 1789 г.- 202 печи. Их высота достигала от 7 до 20 м. В 1800 г. в Гарце (в Германии) было 22 домны и 35 печей для получения ковкого железа. Как указывал Фестер, в Англии в 1796 г. производилось 125 тыс. т железа; в России в 1786 г.- 85 тыс. т; во Франции в 1789 г.- 69 тыс. т; в Швеции в 1800 г.- 60 тыс. т; в Австро-Венгрии в 1810 г.- 50 тыс. т; в Пруссии в 1789 г.- 15 тыс. т [13, с. 132].

Во второй половине XVIII в. в металлургии произошел подлинный переворот: широко применявшийся ранее древесный уголь был заменен каменноугольным коксом. Это один из примеров, который наглядно показывает, как производство отдельных материалов и развитие важнейших отраслей промышленности и даже всего хозяйства страны тесно связаны с появлением новых видов сырья.

Уже к концу XVII в. для нужд металлургии в Европе были вырублены огромные лесные массивы. Однако от древесного сырья зависела не только металлургия, но и целый ряд других отраслей хозяйства: горное дело; строительство домов и мостов; машиностроение (водяные и ветряные мельницы, ткацкие и прядильные станки); изготовление транспортных средств и мебели; отопление жилищ. Дерево было необходимо и в ремеслах, где использовался огонь (производство стекла, соды, сахара, красок, керамики, фарфора и др.). Передовые люди понимали, к каким катастрофическим последствиям приведет вырубка лесов, и пытались этому противодействовать. Однако постоянно растущий спрос на древесину и продукты ее переработки фактически сводил на нет все их усилия. Для Англии эта проблема была особенно актуальной. В 1619 г. Дадлей пытался получить железо с помощью каменного угля. Иоганн Иоахим Бехер проводил подобные опыты в доменной печи [60]. Но лишь в XVIII в. после того, как удалось получить кокс из каменного угля, коксом заменили древесный уголь в доменных печах. Абрахам Дарби начал заниматься этой проблемой в 1713 г., ав 1788 г. в Англии две трети доменных печей уже работали на каменноугольном коксе. (Высота печей достигла в это время 20 м.) В Германии первая домна, где металл выплавляется с помощью кокса, была пущена в 1796 г. в Глейвитце [13, с. 133].

Английская домна для производства чугуна с помощью каменноугольного кокса, построенная около 1800 г. Получаемое при высоких температурах железо вытекает из печи в жидком состоянии. Оно содержит много углерода, т.е. как кричное железо, и может сразу же или после небольшой переплавки превращаться в чугун

Однако для обезуглероживания чугуна, полученного с помощью кокса, все же требовалось определенное количество древесного угля. Многие химики и металлурги пытались избавиться от этого недостатка технологии использования кокса. Первый патент на новый металлургический процесс — пудлингование (от английского слова puddle — перемешивать) — был выдан в Англии в 1766 г., а в 1784 г. Корт и Парнелл провели исследования, позволившие успешно внедрить пудлингование в практику, что способствовало быстрому развитию металлургии в Южном Уэльсе. При пудлинговании избыток углерода удаляли из чугуна следующим образом: чугун, получаемый в доменной печи, перемешивали железными крючьями и таким образом обеспечивали лучший доступ к металлу кислорода атмосферного воздуха. Новое значительное улучшение технологии в металлургии было осуществлено в 1850-х годах (открытия Бессемера, Сименса и Мартена) и в 1870-х годах (изобретение Томаса).

Замена древесного угля каменным позволила не только решить сырьевую проблему, но и повысить количество и качество выплавляемого металла. Значительные изменения произошли и в размещении металлургических заводов. Теперь их строили вблизи месторождений каменного угля, а не в лесных районах, как раньше. А после изобретения паровых машин металлургические заводы можно было строить не только вблизи рек, поскольку использование силы воды как источника механической энергии потеряло свое значение. Все это позволило значительно расширить возможности выбора мест для сооружения металлургических предприятий.

Применение каменного и бурого угля вместо древесного способствовало прогрессу и в других отраслях промышленности, где широко использовалось нагревание различных веществ. Это привело к значительным количественным и качественным изменениям во многих отраслях промышленности XIX в. Прежде всего это металлургия других металлов, кроме железа и чугуна.

Первые упоминания о добыче меди и серебра из руд в Европе относятся к IX в. В Венгрии, Богемии, Саксонии, Гарце, Эльзасе, Швеции задолго до открытия Америки разрабатывались значительные месторождения меди, серебра, олова, золота, висмута, сурьмы, мышьяка, кобальта.

Бирингуччо, Агрикола, Лазарь Эркер в своих трудах описывали важнейшие способы добычи металлов и их соединений. Практически невозможно привести здесь все разработанные ими методы. Ограничимся лишь указанием некоторых принципиально новых процессов получения металлов.

В XIII-XIV вв. в металлургии меди стал широко применяться процесс цементации, известный в Венеции еще с XII в. В XVI в. начал использоваться процесс амальгамирования, с помощью которого можно было особенно успешно обрабатывать руды, содержащие сульфиды. Для совершенствования процесса получения золота и серебра большое значение имело применение азотной кислоты [70].

Добыча олова была особенно распространена в Англии. Но уже в XII в. олово, добывавшееся из месторождений в Рудных горах, широко применялось в Центральной Европе для изготовления посуды [71].

Месторождения цинка были известны давно, сульфат цинка стал предметом торговли еще с XIV в. Однако интенсивная добыча цинковых руд и получение цинка в промышленных масштабах начались лишь в XVIII в.

Важнейшие месторождения ртути находились в Испании. Но уже в конце XV в. ртуть добывали и в Центральной Европе: в рудниках Крайны, Богемии и Рейн-Пфальца. Только в XVI в. были открыты знаменитые перуанские месторождения ртути [72].

Пробирная лаборатория, в которой определялось содержание меди в медной руде

Добыча сурьмы значительно увеличилась после того, как Парацельс стал пропагандировать многочисленные препараты, содержащие соединения сурьмы, как эффективные лекарства. Кроме того, сурьма служила добавкой к другим металлам, например при литье колоколов. Для получения сурьмы применяли те же процессы, что и для выделения висмута. Висмут использовали в сплаве с оловом. Желтый оксид висмута известен как краситель. Процессы, применявшиеся при выделении висмута, например так называемое гранулирование, использовали позднее и при получении голубого кобальтового стекла, смальт и голубых красок. Последние получили широкое распространение при изготовлении фаянса и подсинивании бумаги.

Пробирная лаборатория, в которой исследовалось содержание золота и серебра в рудах

Мышьяк, начиная с XVI в., получали на саксонских и богемских металлургических заводах как побочный продукт. Он экспортировался в Венецию, где применялся в качестве яда, а также в стекольном производстве.

Издавна главным поставщиком серы была Италия. Лишь в XVI в. Кристоф Сандер организовал в Раммельсберге предприятие по добыче серы из серного колчедана [71, 72].

Коренные изменения в экономике, которые произошли в Европе в XVI-XVII вв. после открытия Нового Света, отразились прежде всего на металлургии благородных металлов. С 1493 по 1520 г. в Германии и Венгрии было добыто 980 т серебра, т. е. около трех четвертей всего объема мировой добычи за это время. Но уже с 1601 по 1620 г. в Германии и Венгрии добыли только 428 т серебра, а в Америке (главным образом в Боливии) — 7800 т. С 1781 по 1800 г. Америка (в основном Мексика) поставила на европейский рынок 16 000 т серебра, т.е. в 16 раз больше, чем Германия и Венгрия вместе. Подобным же образом дело обстояло и с добычей золота: с 1781 по 1800 г. в Африке и Австро-Венгрии (приблизительно в равной пропорции) было добыто 55,6 т золота, тогда как в Америке (в основном в Бразилии) — 284 т [13, с. 134].

Выплавка и 'высадка' олова

В XVIII в. добыча меди, как и многих других металлов, значительно увеличились. Например, в начале XVIII в. добывалось в год до 100 т меди, а в конце века — 800 т. В Англии годовая добыча меди в конце XVIII в. по сравнению с началом века увеличилась с 500 — 1000 до 8000 т. Такое резкое увеличение было обусловлено главным образом применением каменного угля и пламенных печей, которые в Англии стали использоваться с 1698 г. В этих печах выплавляли также свинец и олово. Для выработки металлической сурьмы пламенные печи стали использоваться лишь с начала XIX в.

Немецкий металлургический завод с относительно низкой домной (ок. 1757 г.). а — домна; b — помещение для колошника доменной печи; с — домик, в котором находятся мехи для подачи воздуха; d — мост для подачи руды и угля к колошнику доменной печи; ... f — пруд; ... h — хранилище для угля; i — площадки для хранения руды; к — жилой шестикомнатный дом; l — конюшня с комнатой; m — пивная и помещение для отдыха работающих; n — двор; о — подъезд

Во второй половине XVIII в. благодаря совершенствованию аналитических методов исследования были открыты следующие металлы: вольфрам, молибден, марганец, а также (в виде оксидов) были обнаружены в природе и изучены кобальт, никель, хром, уран, иттрий, титан и цирконий. Соединения кобальта и никеля стали использоваться в промышленном производстве лишь в XIX в. Никель сплавлялся с медью и оловом. Оксиды кобальта в XIX в. применялись как красители. Особенно ценилась смальта, которая производилась в Богемии, Саксонии, Гарце и во многих других государствах. Она использовалась как краска для живописи, а также для окрашивания в синий цвет стекол и керамических изделий, для получения искусственных драгоценных камней, подсинивания белья и бумаги. Основными потребителями смальты были Голландия и Франция.

Таким образом, с XIII по XVIII в. в развитии металлургии отчетливо прослеживаются две фазы наивысшего развития знаний — в начале и в конце этого исторического периода: в начале произошло количественное увеличение производства железа, добычи меди и серебра, в конце — совершенствование представлений о химических превращениях и технических средств, используемых в химических ремеслах.

Стекло, керамика, фарфор

Фазы наивысшего развития в это время наступили и в других областях производства. Конечно, это не означает, что интенсивно развивались все ремесла и отрасли производства: одни из них, напротив, приходили в упадок — зато одновременно возникали новые; одни прекращали существование — зато другие переживали подъем. Значительное развитие способов обработки веществ в некоторых ремеслах оказало определяющее влияние на совершенствование тесно связанных с ними других областей ремесленной практики. При этом между двумя указанными фазами наивысшего развития отдельные химические отрасли переживали застой. Этому способствовали многие факторы, в частности удлинение торговых путей в результате открытия Америки, уменьшение объема химической продукции ряда стран из-за ее более дешевого импорта (например, серебра и золота), снижение производства некоторых химических товаров в Европе вследствие более высокого качества веществ, ввозимых из заморских стран. Например, так произошло с разведением краппа для получения красителей. И тем не менее нельзя считать, что во время позднего средневековья и в эпоху Возрождения все химические ремесла пришли в упадок. Довольно много отраслей именно в это время переживали период бурного развития. Наиболее ярким примером является производство стекла. Резкий подъем в стеклоделии наблюдался уже в XIII в. Первым и вначале важнейшим центром производства стекла в Европе была Венеция, а точнее находящийся рядом с ней остров Мурано. (Власти Венеции приказывали стеклодувам селиться именно на острове из-за опасности пожаров. Примеру Венеции последовали и другие города, которые не разрешали "огненных дел" мастерам работать в черте города.)

Важнейшими изделиями стеклодувов были цветные стекла для церковных витражей, оконное стекло, зеркала, линзы для оптических приборов и стеклянные "жемчужины", поставляемые Венецией во многие европейские государства, в страны Ближнего Востока и даже в Китай. Венеция владела монополией на производство многих видов стекла. Прежде всего это относится к зеркалам. Мастера-стеклоделы не имели права уезжать из города. Ослушники подвергались смертной казни. И все же эти запреты удавалось преодолеть. В XVII в. во Франции, Богемии, Англии появились предприятия по производству стекла, способные соперничать с венецианскими. С этого времени начался новый мощный подъем стеклоделия. Во второй трети XVII в. во Франции начали производить высококачественные стекла и зеркала после того, как Неу в Турвилле (близ Шербура) освоил процесс отливки зеркал. В Лотарингии было налажено производство цветных листовых стекол. В 1670 г. в Англии появились стекольные фабрики в Ламбете, а в Германии в 1695 г.- в Нойштадте на реке Доссе. В конце XVII в. (в 1692 г.) в Богемии действовали свыше 70 стекольных заводов, на которых в общей сложности было занято 5000 рабочих, из них 1000 стекольных мастеров, 1800 шлифовальщиков стекла и 400 резчиков по камню. Появились и новые типы печей, в частности печи для отжига, для вытягивания стекла, для прокаливания и для кальцинирования стекольной массы. К 1696 г. в Англии работало около 90 стекольных заводов, которые производили бутылочное стекло, стекло без свинца (кронглас), силикатное стекло, зеркала, оконное стекло [13, с. 174 и сл.].

В качестве сырья для производства стекла использовались песок, кварц, гравий, стеклянные осколки и зола водорослей либо дубов и буков. Дерево или древесный уголь и печи, о которых мы упоминали, были важнейшими "средствами труда". Для окрашивания к стекольной массе добавляли марганец, железо, медь, соединения золота, камедь, оксиды железа, меди, свинца, кобальта, олова, а также винный камень, уголь, серебро, золото.

Проблемами, связанными с производством стекла, много занимались такие химики, как Глаубер, Тахений, Кункель. Последний нашел также "способ получения рубинового стекла, окрашенного золотом" [73]. Предложения Глаубера по улучшению конструкции печи для изготовления стекла и проведенные Кункелем исследования состава стекла значительно способствовали развитию этих химических ремесел. После внедрения в качестве топлива каменного угля и открытия Лебланом способа получения соды технология изготовления стекла уже к началу XIX в. достигла такого уровня, который лишь незначительно изменился вплоть до XX в.

Указание к изготовлению нового химического сосуда — склянки с притертой пробкой (по И. Р. Глауберу)

И производство стекла, и изготовление керамики получили мощные импульсы к развитию на основе достижений арабских ремесленников. Арабские мастера изготовления керамики усовершенствовали опыт мастеров античности, а также испанских и английских ремесленников раннего средневековья. Белая оловянная глазурь, которой в Валенсии покрывали изразцовые плитки и тарелки, скорее всего была изобретена арабами. В XIII в. в Италии началось производство художественных гончарных изделий. Лука делла Роббиа (скульптор из Флоренции) организовал гончарные мастерские в своем родном городе, а также в Фаенце и Урбино. Вскоре это ремесло проникло во Францию. Здесь совершенствованием изготовления керамических изделий занимался известный химик Бернар Палисси (ок. 1510-1589). В 1580-х годах он опубликовал книги, посвященные описанию техники добычи сырья и изготовления из него керамических изделий [74, 75].

Сосуды со стеклянными крышками для приготовления серной кислоты в аптеках (XVII в.)

В немецких государствах и Швейцарии для производства керамики использовали свинцовую глазурь. Особенно славились кафельные плитки зеленого, черного и коричневого цвета для облицовки печей, а также кружки и кубки голубого, серого и коричневого цвета. В конце XVI в. зародилось керамическое производство в Голландии. В этой стране мастера при изготовлении фаянсовых изделий имитировали внешний вид фарфора из Восточной Азии. Особенно высоко ценился фаянс из Делфта с голубыми рисунками на белом фоне (краска содержала оксиды олова).

В VII в. н. э. в Китае был открыт способ изготовления фарфора. В конце XIII в. Марко Поло привез в Европу первые сведения об этом материале и первые образцы фарфоровой посуды. С XV в. число изделий из фарфора в Европе увеличилось. Открытие морского пути в Индию значительно способствовало притоку в Европу японского и китайского фарфора. В XVII в. Япония стала главным поставщиком фарфора, хотя тогда же Голландия ввозила большие партии и китайского фарфора. В Китай из Европы ввозились кобальтовые краски.

Начиная с XVIII в. в Европе было развернуто производство различных видов фаянса. В Англии широко распространились фаянсовые и гончарные изделия, изготовленные на мануфактуре Джошуа Веджвуда (1730-1795). Техника изготовления керамики и фаянса достигла в это время высокого уровня. Фаянсовые изделия были очень красивы: они были изящно расписаны красками по белому, черному, красному или кремовому фону.

Из-за высокой цены фарфора и необычайно большого спроса на него в Европе, начиная с XV в. предпринимались многочисленные попытки открыть секрет изготовления этого "белого золота". Удача сопутствовала Вальтеру Эренфриду Чирнгаузу и Фридриху Бёттгеру в результате экспериментов, которые они проводили с 1703 по 1715 г. в Майсене. Им не удалось сохранить изобретение в тайне, и производство фарфора распространилось по всей Европе.

Первые мануфактуры, где делали фарфор по точно такому же методу, как в Майсене, были созданы в Плау на реке Хавель (1713 г.) и в Вене (1718 г.). С 1740 по 1780 г. аналогичные предприятия появились в Ансбахе, Цвайбрюккене, Франкентале, Хёхсте, Кельстербахе, Фулде, Берлине, Касселе, Фюрстенберге (около Брауншвейга), Готе, Рудолыптадте, Лимбахе, Ильменау и других городах Германии. Мануфактурное производство фарфора распространилось затем во Франции, Англии, Италии, России, Дании, Польше, Швеции, Швейцарии и Нидерландах. Зачастую мануфактуры являлись собственностью государей. Поэтому деятельность этих предприятий протекала под надзором чиновников "двора". Предприятия по производству фарфора приобретали все более крупные масштабы. Например, Фридрих II купил в 1763 г. фарфоровую фабрику у банкира Готцковского за 225 тыс. талеров. В 1779 г. там трудились 600 рабочих.

Производству фарфора в значительной степени способствовали растущая международная торговля, обмен культурными ценностями между народами, совершенствование химических знаний и опытов (прежде всего тех, что были связаны с изучением состава различных почв, глазурей, а также флюсов, применяемых в процессах плавления металлов).

Важнейшим сырьем для производства керамических изделий были различные сорта глины. В изготовлении фарфора использовали каолин с добавками кварца и полевого шпата. Механическая подготовка сырья осуществлялась при помощи таких "средств производства", как сосуды, мешалки, вальцовые дробилки, гончарные круги и прочие разнообразные приспособления. Хранение и сушка сырья, а также продуктов гончарного производства проводились в помещениях, где поддерживались постоянными температура и влажность. Изделия покрывали красками и глазурью, а затем обжигали в специальных печах. Необходимыми вспомогательными материалами для получения гончарных изделий были топливо для печей и вода.

Открытие способов производства фарфора обусловило значительное повышение качества и резкое увеличение количества керамических изделий в XVIII в. Наряду с традиционными мелкими мастерскими появились технически хорошо оснащенные крупные мануфактуры, на которых трудилось много рабочих. Мануфактуры были opганизованы уже не по принципу цеховых гильдий. Частично они финансировались и управлялись феодальными властителями. По существу, эти мануфактуры представляли собой форму перехода от ремесленной мастерской к капиталистической фабрике.

Развитие химических знаний оказало большое влияние на производство керамики. Особенно важными были результаты Исследования различных глин: поиск оптимальных пропорций их смешивания, подбор наилучших условий температуры и влажности для обжига и сушки изделий. В дальнейшем развитие керамического производства (как это следует из анализа литературы того времени) во многом зависело от совершенствования качества глазурей и красок, улучшающих внешний вид изделий и, значит, способствующих их сбыту. Это было особенно важно, поскольку появлялись все новые и новые предприятия и конкуренция среди них росла. Предприниматели стали искать новые возможности сбыта продукции. Так, Веджвуд в Англии создал первое предприятие специально для изготовления керамических изделий массового потребления. При этом он широко использовал детальное разделение производственного процесса на отдельные операции, что позволило удешевить продукцию и вытеснить с рынка (например, в г. Штральзунде) изделия менее производительных мануфактур [61, 75-83].

Соли, бумага, сахар

К старейшим видам химических ремесел относится добыча поваренной соли. Ее значение отражено не только частым упоминанием в сказках и легендах; из-за месторождений (соли происходили военные столкновения (зачастую в Германии). С древности люди использовали следующие важнейшие способы добычи поваренной соли:

1 естественное испарение морской воды в "соляных садках" ("морская соль");

2 добыча в рудниках ("соляные копи" были известны еще во времена кельтов, а в Величке, около Кракова, они существовали с XIII в.);

3 выпаривание вод соляных источников.

Солеварни в Люнебурге, Лауенштайне и Аллендорфе существовали с X в., а в Стассфурте, Франкенхаузене (в Шварцбурге) и в Галле (в Швабии) — с XVI в. Как правило, соляные источники были собственностью феодальных правителей; сами же предприятия по выпариванию соли сдавались в наем купцам, которые производили и продавали соль.

Из сочинений Бирингуччо и Агриколы хорошо известно, какие химико-технологические процессы применялись в то время для добычи соли. Растворы, содержавшие соль, выпаривались на больших противнях. При их кипячении добавляли кровь, чтобы примеси (с помощью коагуляции) удалялись вместе с образовавшейся пеной. С конца XVI в. растворы соли очищались и концентрировались путем пропускания их через градирни, заполненные ветками кустарника или соломой. В дальнейшем при производстве поваренной соли стали применять более сложные аппараты и насосы; производительность установок для выпаривания соляных растворов постоянно возрастала вместе с их размерами. Все это требовало значительных капиталовложений в производство, превышающих возможности нанимателей солеваренных предприятий и даже их объединений. Только правители феодальных государств могли содержать солеварни благодаря налогам на соль. Поэтому в XVIII в. солеварение все больше и больше становится государственной монополией, а солеварни приобретают специфические черты капиталистических фабрик [84].

Кроме соли, важнейшими неорганическими продуктами, которые получались с помощью химических методов, были квасцы, сульфат цинка, бура, нашатырь, неорганические красители и лекарственные средства.

Главными поставщиками квасцов до XVI в. служили страны Ближнего Востока и Египет. Они получали высокие прибыли от торговли с европейскими странами. В XV-XVI вв. первые предприятия по добыче квасцов появились в Испании, Марокко, Алжире, а также в Неаполе, Пизе и Толфе. Купцу Джиованни де Кастро (выходцу из Константинополя) удалось найти недалеко от Рима почвы, содержащие квасцы. Изготовление каждой новой партии квасцов папа Пий II праздновал так же пышно, как победу над турками; он наложил запрет на импорт "турецких квасцов" и благословил монопольную продажу квасцов, добытых в его государстве.

Производство квасцов в Богемии впервые возникло в 1407 г. В XVI в. уже во многих европейских странах действовали заводы, производившие квасцы. Квасцы использовались для дубления кожи, приготовления красителей, бумаги, различных клеев и лекарств. Они применялись также в текстильных и других производствах.

Добыча и использование квасцов требовали достаточно развитых химических знаний. Сырье — сульфаты алюминия и калия — нагревали в печах, затем выдерживали в течение 40 дней при определенной влажности. После этого растворяли в воде, а образовавшийся раствор при нагревании концентрировали. Через 4-6 дней выделялись кубические кристаллы розового цвета.

Сульфат цинка, который еще в XVI в. добывали в Карпатах, использовали для производства красок, дубления кож и в фармации.

Бура относилась к продуктам, монополия на производство которых принадлежала странам Востока. Ее добывали главным образом в Индии, откуда в мешках из слоновых шкур транспортировали в Венецию. Там буру очищали, как и многие другие продукты, кристаллизацией. Способы производства буры сохранялись в строжайшей тайне. Даже такой великолепно эрудированный химик, как Агрикола, мог сообщить о способах получения буры только мало проверенные сведения. Лишь в XVIII в. буру стали очищать также в Амстердаме, Копенгагене и Париже. Это связано с тем, что был освоен новый торговый путь в Европу из Индии через Персию и Петербург. Буру применяли для пайки, как антисептическое средство, как флюс в металлургии, как добавку к мылам и крахмалу. Бура использовалась также для дубления кож, пропитки холста, производства стекла, глазури и эмалей.

Нашатырь долгое время импортировался в Европу из Египта и Индии, хотя еще Гебер (псевдо-Джабир.- Перев.) в XIV в. описал способ получения этого соединения. Изготовление нашатыря в Европе началось лишь в XVIII в. О его получении из ветоши, старой шерсти, костей, а также из выделений и останков животных написано у Фестера [13, с. 160].

Долгую и интересную историю имеют производство мыла, бумаги, красок, клея, древесного дегтя, смолы, поташа, соды, крахмала, эфирных масел, камфоры, сахара, лекарственных средств. Ниже мы рассмотрим лишь некоторые химические производства, особенно важные для дальнейшего развития химии. К ним относятся получение бумаги, сахара, соды и хлора.

В то время, когда в Египте, Греции и Риме писали на пергаменте и папирусе, в Китае уже со 150 г. до н. э. употребляли бумагу. В VIII в. н. э. секреты производства бумаги стали известны в Северной Африке, Испании и Италии. Несмотря на все попытки сохранить в тайне эти секреты, в XIII-XIV вв. бумагу изготовляли уже во всей Европе. При этом использовали наряду с тряпьем и растительными волокнами такие вещества, как щелочи, клей, отбеливающие и красящие соединения; применялись различные емкости, сушилки, мешалки, вальцы и т.п.

Появление бумаги создало предпосылки для быстрой передачи знаний и ускорения общения между людьми. Особенно важную роль бумага стала играть после того, как в середине XV в. Гутенберг изобрел книгопечатание. Значительное увеличение производства бумаги было важнейшим следствием этого изобретения. Распространение в XV-XVI вв. книгопечатания оказало такое же громадное влияние на развитие знаний, как в XX в. появление радио и телевидения. Начиная с середины XVIII в. книги и газеты издавались все чаще на "живых" языках европейских стран, а не на латыни. Применение "живых" языков для печатания книг резко увеличило количество читателей в европейских странах. Все это происходило в эпоху Возрождения, и большинство людей, которые приобщались к знаниям посредством чтения, были представителями буржуазного сословия. Просвещение стало составной частью борьбы буржуазии за свои политические и экономические права. Изобретение книгопечатания хотя и не оказывало непосредственного влияния на развитие производств, но зато способствовало "демократизации" знаний. Прогрессивные ученые боролись с цеховыми правилами, согласно которым опыт следовало хранить в тайне. Бирингуччо и Агрикола в получивших широкую известность сочинениях описали известные ранее лишь немногим сведения о способах производства разнообразных химических продуктов [25]. Знания приходили на смену традициям. И ученые пытались сделать накопленные ранее знания проведения химических процессов полезными для решения многих практических задач.

Изготовление сахара, как и бумаги, отчетливо показывает интернациональный характер развития производственных процессов. Впервые сахар начали получать в Индии. Очистка сахара, по-видимому, была освоена в Персии, а затем усовершенствована в X в. в Египте и Сирии. Марко Поло писал, что из Египта опыт производства сахара проник в Китай [85]. Первоначально ремесленники ограничивались тем, что сок сахарного тростника сгущали и осветляли с помощью молока. Египтяне очищали сахарный сироп известью или золой. Леденцы и кристаллический сахар были весьма ценными товарами, которые позже стали монополией арабов. Арабы способствовали распространению посевов сахарного тростника также на Сицилии и в Испании. Как и многие другие товары, сахар поступал в Европу с Востока через Венецию. Долгое время в европейских странах сахар был настолько дорогим, что его применяли лишь в медицинских целях. Открытие Нового Света привело в XVI в. к появлению плантаций сахарного тростника в Бразилии, Мексике, на острове Сан-Доминго и на Кубе. Увеличение производства сахара было обусловлено и быстро возросшим в XVI-XVIII вв. спросом на чай, кофе и какао.

Технология производства сахара вплоть до XVIII в. мало отличалась от разработанной в средневековом Египте. Правда, в отличие от Египта в Европе для совершения механической работы использовали в этом производстве не людей и животных, а чаще всего ветряные двигатели или водяные колеса. Сила ветра и воды приводила в движение вальцы, которые выжимали сахарный сок, и мешалки, предохраняющие сироп от пригорания к стенкам варочных котлов. Для очистки сахарного сиропа многократно повторяли промывание известковой водой со щелоком и нагрев, при котором вместе с образующейся пеной от сахара отделялись примеси. Густую сахарную массу после этого заливали в глиняные формы, в которых сахар затвердевал. Остатки сиропа спускали через нижнее отверстие в этих формах. Сахар обкладывали специальной сырой глиняной "кашей", которая поглощала примеси. После удаления этой "каши" и промывки сахарная "голова" приобретала чистый белый цвет. Затем сахар поступал в продажу. По данным Фестера, из 100 частей сахара-сырца образовывалось лишь около 20 частей сахара-рафинада [13, с. 109].

С конца XVI в. рафинация тростникового сахара была освоена в Антверпене, Гамбурге, Нюрнберге, Аугсбурге, Дрездене, а также в некоторых английских и французских городах. Фестер указывал, что в XVII-XVIII вв. производство сахара было важнейшей отраслью химических ремесел, связанных с получением органических продуктов [13, с. 196]. Наряду с мелкими мастерскими в XVIII в. возникали крупные предприятия по производству сахара-рафинада с числом рабочих 100 и более. Такие фабрики имели большие по тем временам производственные возможности. Во второй половине XVIII в. были основаны новые сырье и технология для рафинации сахара.

Андреас Сигизмунд Маргграф в 1747 г. выпустил книгу под названием "Химические способы получения настоящего сахара из некоторых растений, произрастающих в нашей стране". Маргграф в своем труде описывал способы получения из свеклы и некоторых других растений такого же сахара, как из тростника. Процессы, описанные Маргграфом, были наглядными примерами многочисленных химических реакций, осуществленных в ту весьма практичную эпоху. Правители различных государств стремились заменить на внутреннем рынке своих стран ввозимые из других стран продукты товарами собственного изготовления. Технология, предложенная Маргграфом, была необычайно важна для развития сахарной промышленности, однако описанные им способ производства и сырье были слишком дороги, чтобы обеспечить полноценную замену тростниковому сахару. Лишь благодаря обширным изысканиям, проведенным в конце XVIII в. Францем Карлом Ахардом, удалось упростить процессы получения сахара и вывести сорт свеклы, содержащей повышенное количество сахара. Промышленное получение сахара из свеклы распространилось в Германии в начале XIX в., а вскоре во Франции сахароварение превратилось в мощную отрасль индустрии. Под прессами из свеклы получали сок; затем нагревая его, удаляли с образовавшейся пеной загрязняющие вещества. После этого в сок добавляли известь и животный уголь. Очищенный с помощью этих веществ сок подвергали многократному нагреванию и испарению. В XIX в. в техническом оснащении производства сахара появились важные усовершенствования: применение паровых машин и вываривание сиропа в вакууме. В 1850 г. в мире добывали из сахарного тростника 1,26 млн. т сахара, а из свеклы 0,2 млн. т. В 1900 г. из сахарного тростника добывали 6,0 млн. т, а из сахарной свеклы 6,8 млн. т.

Появление отрасли промышленности, производящей сахар из свеклы, вызвало большое изменение структуры сельского хозяйства и повлияло на рацион питания людей, стимулировало выведение новых сортов растений, переустройство системы землепользования во многих странах, развитие производства минеральных удобрений. Высокая степень механизации и химизации сделали выработку сахара одной из наиболее развитых отраслей промышленности.

Метод Леблана

Очень важное значение для развития химии и промышленности имела разработка производства соды Лебланом в конце XVIII в. До этого природную соду добывали из содовых озер в Египте, из содусодержащих пород Венгерской низменности между Дунаем и Тиссой и из золы растений. Однако растущее производство стекла, мыла, текстиля требовало все большего количества соды. Запросы промышленности не могли быть удовлетворены несовершенными методами ее получения, которые применялись до XVIII в. Поэтому в первой трети XVIII в. многие химики начали искать способы получения больших количеств соды из легкодоступных сырьевых материалов. Среди этих химиков были Анри Луи Дюамель дю Монсо, Андреас Сигизмунд Маргграф, Карл Вильгельм Шееле, Малерб де ла Метри, Брайан Хиггинс, А. Фордис, Гитон де Морво, И. К. Фридрих Майер, И. А. Ц. Шапталь. Особенно важным было открытие Дюамеля, сделанное в 1736 г.: в состав соды обязательно должны входить соединения натрия. Маргграфу удалось установить, что сода и поташ — это разные вещества, а не одно и то же, как считалось ранее.

Дюамель в 1736 г. попытался превратить сульфат натрия с помощью уксусной кислоты в ацетат с последующим превращением его в соду при нагревании. Маргграфу удалось получить в водном растворе нитрат натрия (из сульфата натрия и нитрата кальция), а из него соду (при взаимодействии с углем). Генрих Хаген в 1768 г. осуществил реакцию обмена сульфата натрия с поташем, а Торберн Бергман и И. К. Ф. Майер получили соду при реакции поташа с поваренной солью. Однако все эти методы были трудоемки, дороги и невыгодны для ремесленного производства. В 1775 г. Шееле удалось разработать метод получения соды через промежуточное образование едкого натра из поваренной соли и соединений свинца. Этот способ, запатентованный в 1787 г., был положен в основу технологии на предприятиях по производству соды, сооруженных в Англии и Франции. Дальнейшее улучшение промышленного способа получения соды было осуществлено в 1777 г. Малербом: исходным сырьем служили поваренная соль и серная кислота, а в процессе использовали также уголь и железо. Мы не будем рассматривать многие другие способы получения соды, которые из-за их высокой стоимости и большой продолжительности процесса не могли быть использованы в производстве [13, 55, 86], а остановимся на методе получения соды, разработанном Лебланом. В патентном описании метода Леблана говорится: "Между железными вальцами превращаются в порошок и смешиваются следующие вещества: 100 фунтов обезвоженной глауберовой соли, 100 фунтов очищенной извести (мела из Медона), 50 фунтов угля. Смешивание продолжается при нагревании в пламенной печи при закрытых рабочих окнах. Вещество приобретает вид кашеобразного флюса, пенится и превращается в соду; образовавшаяся таким образом сода отличается от продажной только более высоким содержанием основного продукта. В процессе плавления массу нужно постоянно перемешивать, для чего используются железные кочерги и другие подобные предметы. Над поверхностью плавящейся массы вспыхивает множество огоньков, похожих на огни свечей. Получение соды завершается как раз к тому времени, когда эти огоньки исчезают. Сплав извлекается из печи железными кочергами, после чего помещается для застывания в формы, придающие содовой массе вид блоков, которые могут поступать в торговлю.

Эти процессы можно осуществлять также в закупоренных сосудах или тиглях. Однако таким образом получение соды обходится дороже. Можно также изменять соотношение различных видов сырья, например взять меньше извести или угля. Но лишь использование вышеописанных пропорций дает наилучший результат. При этом получается около 150 фунтов соды." [87].

Получение соды по методу Леблана так же, как и производство серной кислоты, стало основной отраслью химической промышленности XIX в. Этот процесс имел большое значение и для совершенствования химических знаний. Его изучение поставило множество проблем перед химиками, таких, например, как изучение способов удаления побочных продуктов из смеси. Для промышленности было важно, что большие количества соды, необходимой для производства стекла, мыла, текстильных материалов, стало возможным производить дешевым методом из легко доступного сырья (соли, извести, угля). При этом сберегалось значительное количество общественного труда, что, по мнению Г. Моттека, может служить показателем технического прогресса [8, с. 209]. И сырье, и средства производства (печи, вальцы, крюки, шпатели) были хорошо известны химикам-практикам задолго до того, как Леблан запатентовал свое изобретение. Оригинальность предложенного французским изобретателем метода состояла в нахождении оптимальных соотношений отдельных видов сырья и условий их взаимодействия, приводящих к образованию соды. Все это позволило получать соду проще и дешевле по сравнению с теми методами, которые предлагались ранее. Открытие Леблана стало результатом длительного развития химико-технических исследований. Оно явилось одной из важнейших составных частей фазы наивысшего развития химии в XVIII в. Наряду с другими это открытие в немалой степени способствовало освобождению химии от "старых путей" и переходу ее на качественно новую ступень развития в XIX в.