История химии с древнейших времен до конца XX века. В 2 т. Т. 1

Миттова Ирина Яковлевна

Самойлов Александр Михайлович

В учебном пособии в углубленном изложении представлены основные темы учебного лекционного курса «История и методология химии». Авторы рассматривают эволюцию химических знаний с древнейших времен до наших дней.

Особое внимание в книге уделено анализу развития и становления фундаментальных концепций химической теории; детально прослеживается сложный и длительный переход от античного атомизма к современным учениям о строении вещества.

Первый том пособия посвящен важнейшим событиям в истории химии классического периода. В нем рассмотрен вклад крупнейших ученых и философов в процесс формирования основных научных понятий и теоретических представлений с древности до 60-х гг. XIX столетия.

Издание содержит большое количество иллюстраций, способствующих более наглядной реконструкции описываемых событий, а также краткие биографии наиболее видных ученых-химиков и мыслителей древности.

Для преподавателей, студентов и аспирантов химических факультетов классических университетов, а также широкого круга читателей, интересующихся проблемами истории химии.

 

ОТ АВТОРОВ

Эта книга адресована главным образом читателям, чьи профессиональные интересы так или иначе связаны с химией.

Современная химическая наука поистине необъятна: неорганическая химия, органическая, элементоорганическая, физическая, коллоидная, электро- и биохимия, химия координационных соединений, химия полимеров и высокомолекулярных соединений — список областей химической науки неуклонно увеличивается, а следовательно, будет расти и в будущем. Однако есть нечто общее, связывающее воедино разросшиеся ветви химической науки, — ствол громадного дерева — теоретическая химия как совокупность наиболее всеобъемлющих фундаментальных представлений.

Созданию любой теоретической концепции практически всегда предшествует накопление и систематизация огромного количества экспериментальных данных. По своей сути химия была, есть и будет экспериментально-теоретической наукой. А потому, описывая зарождение и эволюцию основных фундаментальных концепций химической науки, следует помнить, что первые зачатки теоретических представлений возникали лишь при осмыслении результатов длительной практической деятельности человека, который накапливал знания и умения, руководствуясь исключительно здравым смыслом. Даже не одухотворенная никакими теориями, химия изначально стремилась к тому, чтобы улучшать условия существования людей. Поэтому вполне уместно представить историю химии как гармоничное единство эволюции теоретических концепций и прикладных знаний, полученных в процессе создания и усовершенствования технологий тех материалов, которые оказали решающее влияние на развитие всей цивилизации.

В начале разговора хотелось бы обозначить несколько общих моментов.

Прежде всего, весьма поверхностным было бы представление истории химии в виде монотонного процесса накопления экспериментальных фактов, приводящего на определенных стадиях ее развития к переосмыслению одних теоретических концепций и замене их другими под влиянием неотвратимой логики обстоятельств. История химии, как, впрочем, и любой другой науки, хранит в себе немало поистине драматических страниц. «История науки — не драма людей, а драма идей», — писал Альберт Эйнштейн. К сожалению, данный принцип реализуется в публикациях сравнительно редко — чаще во главу угла ставят соблюдение хронологии событий и перечисление открытий того или иного ученого. А ведь история любой науки — это прежде всего история теоретических воззрений, которые претерпевали существенные изменения под воздействием неожиданных, порой фантастических, гипотез. В этой книге мы стремились показать, что смена гипотез и теорий практически всегда происходила в результате острых научных дискуссий, столкновения не только точек зрения, но и личностей. Причем научные конфронтации приобретали порой форму ожесточенной и бескомпромиссной борьбы, а потому и создавая краткий исторический очерк становления и развития химической науки, трудно сохранить абсолютную беспристрастность.

При описании борьбы идей и воззрений в процессе эволюции химии необходимо учитывать, что сторонниками или противниками тех или иных теорий и концепций всегда являлись ученые — живые люди, многие из которых весьма бурно переживали собственные триумф или поражение. Для некоторых из них невозможность отстоять свою теорию или гипотезу в научной полемике с общепризнанными авторитетами химической науки оказывалась настолько серьезным ударом, что коренным образом изменяла всю их последующую жизнь и деятельность. Наша книга представляет собой попытку воспроизвести историю химической науки не только как драму идей, но и как драму (а в некоторых случаях — трагедию) людей. Именно такой подход к анализу эволюции любой отрасли человеческого знания обладает явно выраженным педагогическим эффектом.

Один из величайших физиков XIX столетия Дж. К. Максвелл писал: «Наука захватывает нас тогда, когда, заинтересовавшись жизнью великих исследователей, мы начинаем следовать за историей их открытий». Действительно, когда в руки молодому читателю, вступающему на тернистый путь научного поиска, попадают увлекательно и ярко написанные книги об истории науки или творческом пути великих ученых, это помогает ему ощутить благоговение перед гениальными умами человечества, осознать силу их таланта и колоссальный объем выполненных ими экспериментальных или теоретических исследований; загореться желанием хотя бы в малой степени походить на своих кумиров. Вот почему мы видим свою задачу еще и в том, чтобы пропагандировать историю жизни и деятельности великих ученых, которые были главными действующими лицами описываемых событий. Именно поэтому в конце каждой главы мы сочли целесообразным привести краткие биографические данные, содержащие сведения о самых существенных заслугах ученых не только в области химии, но и в других естественных науках.

По вполне понятным причинам авторы могли допустить некоторую субъективность в оценке событий а также результатов деятельности тех или иных выдающихся представителей химической науки. Пытаясь представить общий обзор эволюции химии, используя и сопоставляя уже имеющиеся в литературе фактические данные, анализируя их интерпретацию, мы обнаружили, что зачастую одни и те же события или явления трактуются весьма неоднозначно. Поэтому в данной книге, по мере возможности, указаны расхождения во мнениях разных авторитетных исследователей по наиболее важным вопросам в истории химической науки.

Изложение материала представлено в соответствии с историко-логическим подходом, который считается наиболее убедительным при изучении процесса развития любой науки. В этом случае допустимо параллельное рассмотрение отдельных направлений химических исследований при сохранении принципа последовательного изложения развития событий.

Работая над этой книгой, мы жили надеждой, что результат нашего труда в первую очередь привлечет к себе внимание студентов и аспирантов химических специальностей высших учебных заведений.

Авторы будут благодарны за любые замечания по поводу данного издания. Ваши отзывы просим присылать по адресу: [email protected]

Доктор химических наук, профессор И.Я. Миттова, доктор химических наук, доцент А.М. Самойлов

 

ГЛАВА 1.

ИСТОРИЯ ХИМИИ КАК ЧАСТЬ ОБЩЕЙ ИСТОРИИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

 

Не деяниями могущественных князей или прославленных полководцев, а бессмертными именами Колумба, Коперника, Кеплера, Галилея, Ньютона связана история прогресса в естествознании и состояние духовного развития в наше время.
Юстус Либих

 

1.1. Роль химии в развитии человеческой цивилизации

Никто не станет оспаривать мудрость древнеримских мыслителей: «Historia est magistra vitae» — «История — учитель жизни». Однако чаще всего при слове «история» в сознании обычного человека возникают картины кровавых сражений и грандиозных социальных потрясений, даты великих побед и поражений, имена бесстрашных полководцев, смелых реформаторов и деспотичных правителей. Это совершенно естественно прежде всего потому, что большая часть истории человечества была написана не чернилами, а кровью мужественных воинов и слезами вдов и сирот. Между тем среди читателей, проявивших интерес к истории химической науки, вряд ли найдется человек, который бы усомнился в том, что важнейшей составляющей материальной и духовной культуры является наука, которая на протяжении многих веков создавала не только интеллектуальное, но и материальное богатство общества. Наметившиеся в последнее время тенденции позволяют надеяться, что в ближайшем будущем при изучении всемирной истории произойдет смещение акцентов в сторону более глубокого осознания роли науки и техники в процессе эволюции человеческой цивилизации. Однако еще рано утверждать, что в обозримом будущем определяющая роль науки в прогрессе человечества будет осознана большинством людей. Авторы этой книги искренне надеются, что изучение истории науки займет подобающее ей место, по крайней мере, в исследованиях ученых.

По поводу того, в каких отношениях в настоящий момент находятся общая история и история науки, существует, по меньшей мере, три точки зрения. Первая из них принадлежит американскому физику Роберту Оппенгеймеру, который сформулировал ее так: «Исследования по истории науки смогут внести самосогласованность в общую интеллектуальную и культурную жизнь нашего времени». Эту точку зрения можно назвать принципом дополнительности истории науки к общей истории.

Основная идея второго подхода к этой проблеме была сформулирована Джеральдом Холтоном на XIII Международном конгрессе по истории науки в 1971 г.: «Наблюдатель, находящийся в системе, называемой «историей науки», получает такое понимание событий, которое по своему качеству и значимости равноценно пониманию, полученному наблюдателями, находящимися в системах «политическая теория», «социально-экономическая теория». Сам Холтон назвал этот принцип принципом относительности, в действительности же это принцип эквивалентности {3} .

Третья точка зрения принадлежит известному математику и историку науки Бартелу Лендерту Ван-дер-Вардену, который представил ее в виде вопроса: «Кто отдает себе отчет в том, что с исторической точки зрения Ньютон является самой значительной фигурой XVII века?» Этот принцип можно назвать принципом доминантности истории науки.

Какую из упомянутых выше точек зрения мы должны принять? Вне всякого сомнения, человечество бы только выиграло, если бы общество приняло точку зрения Ван-дер-Вардена, и мы уверены, что наступит время, когда хотя бы концепция эквивалентности роли науки в истории человечества станет преобладающей, но пока история науки в трудах большинства ученых служит лишь дополнением к традиционной истории. Необходимо поддерживать любые усилия, которые способствуют изменению данной ситуации.

Вильгельм Фридрих Оствальд (1853–1932)  

Джон Десмонд Бернал (1901–1971)

Если обратиться к двум основополагающим трудам по истории науки — книгам Вильгельма Фридриха Оствальда «Путеводные нити химии» и Джона Десмонда Бернала «Наука в истории общества», станет ясно, что именно история науки дает весьма надежный фактологический материал, на котором могут быть изучены многие закономерности развития человеческой цивилизации в целом. Бесспорным является тот факт, что большинство эволюционных скачков в развитии человечества непосредственно связано с революционными открытиями в науке и технике. Общеизвестно, что переход к оседлому земледелию, возникновение первых городов и становление рабовладельческого строя были обусловлены усовершенствованием орудий труда, в основе которого лежало овладение технологией получения меди и бронзы.

Необходимо признать, что на различных стадиях эволюции человеческого общества влияние науки и техники на его развитие было неодинаковым. На заре цивилизации жизнь людей определяли природные явления и географические условия обитания, однако по мере того как человек овладевал новыми технологиями и все глубже проникал в тайны природы, роль науки в поступательном движении общества непрерывно усиливалась. Используя химический термин, можно сказать, что этот процесс является авто каталитическим. В XX в. многие открытия в области науки и техники уже не только влияли на социально-экономические условия общества, но порой определяли возможность самой биологической жизни человека. Общепризнано, что в XX столетии наука превратилась в одну из производительных сил общества.

История науки помогает ученым лучше понять происходящие перемены, правильно оценить место любого направления в сложной и постоянно развивающейся системе знаний. Нельзя отбрасывать и прямое дидактическое значение истории науки — конкретные факты из той или иной области человеческого знания служат путеводной нитью при продвижении ученого по сложному и неизведанному лабиринту научного поиска.

Достижения химии на всех стадиях развития человеческого общества были неразрывно связаны с общим уровнем научно-технического прогресса. Успехи и выдающиеся открытия в таких сферах материальной деятельности человека, как физика, математика, биология и медицина, стимулировали процесс научного поиска и в области химии. И наоборот, многие достижения ученых-химиков сразу же использовались либо в практической деятельности человека, промышленном производстве или сельском хозяйстве, либо давали импульс в проведении научных исследований в сопредельных разделах естествознания.

Можно привести множество примеров, иллюстрирующих неразрывную связь всех сфер материальной деятельности человека. Так, в конце XVIII в. потребности медицины в эффективных лекарственных препаратах и текстильнои промышленности в новых стойких красителях вызвали зарождение, а затем и стремительное развитие органической химии как самостоятельной отрасли химических знаний. Изобретение паровой машины и широкомасштабное внедрение ее в промышленное производство послужили побудительным мотивом к становлению химической термодинамики.

Еще более яркие примеры свидетельствуют о влиянии достижений химии на скорость развития цивилизации в целом. Не случайно целые эпохи в развитии человеческого общества именуются по названию тех материалов, которые являлись основными в производстве орудий труда. (И если каменный век еще не связан напрямую с применением химических знаний в изготовлении оружия и орудий труда, то в бронзовый век, а тем более в век железа обойтись в их производстве без химических процессов было уже просто невозможно.) Многие ученые считают, что со второй половины XX в. по настоящий день человечество живет в век кремния, поскольку именно этот материал пока еще является основным в производстве приборов микроэлектронной промышленности.

В поступательном развитии человеческой цивилизации трудно переоценить роль открытий, благодаря которым люди научились изготавливать бумагу, стекло, фарфор, пластмассы и другие материалы, без которых практически невозможно представить жизнь и быт современного человека. Однако не всегда изобретения, связанные с химией и химической технологией, служили исключительно прогрессу и гуманизму: открытие пороха, взрывчатых веществ, разработка технологии разделения изотопов урана стремительно меняли привычный уклад жизни, добавляя немало ужасающих страниц в историю человечества.

C доисторических времен до сегодняшнего дня зависимость человека от достижений химической науки и химического производства постоянно возрастает. Вступив в третье тысячелетие, можно уверенно сказать, что без продукции химической промышленности не может существовать и развиваться ни одна отрасль производства, сельского хозяйства и медицины. Сегодня и повседневную жизнь человека невозможно представить без использования продуктов химической индустрии. Не нужно обладать даром предвидения, чтобы осознавать: в XXI в. роль достижений химической науки и химического производства в поступательном развитии человеческого общества нисколько не уменьшится.

Индустриализация, связанная в том числе и с развитием химии, породила немало проблем, которые нельзя разрешить, не понимая правильно историю человеческого общества. В недалеком будущем сама проблема выживания человечества в условиях Земли и сохранения его как биологического вида не в последнюю очередь будет зависеть от успехов химической науки и технологии. Уже сейчас можно выделить два аспекта этой проблемы. Во-первых, загрязнение почвы, воды и воздуха, парниковый эффект, озоновые дыры, нарушение биологического равновесия, хищническое отношение к тропическим лесам и другим возобновляемым биологическим ресурсам — все это угрожает самому существованию цивилизации. Обострение экологических проблем еще в конце XIX в. предсказывал Ф. Энгельс: «Не будем, однако, слишком обольщаться нашими победами над природой, за каждую такую победу она нам мстит. Каждая из этих побед имеет, правда, в первую очередь те последствия, на которые мы рассчитывали, но во вторую и третью очередь совсем другие, непредвиденные последствия, которые очень часто уничтожают значения первых… И так на каждом шагу факты напоминают нам о том, что мы отнюдь не властвуем над природой так, как завоеватель властвует над чужим народом, не властвуем над ней так, как кто-либо, находящийся вне природы, — что мы, наоборот, нашей плотью, кровью и мозгом принадлежим ей и находимся внутри ее, что мы, в отличие от других существ, умеем познавать ее законы и правильно их применять».

Предостерегая грядущие поколения от небережного и непродуманного отношения к природе, Ф. Энгельс тем не менее не терял надежды, что человеческий разум найдет такие формы эволюции цивилизации, которые будут направлены на постоянное снижение негативного техногенного влияния на окружающую среду. Дальнейшее поступательное развитие человечества будет возможно лишь при условии создания подлинно научного отношения к богатствам природы, которое будет учитывать прежде всего жизненные интересы грядущих поколений. При выработке такого рационального рецепта природопользования весьма полезно обращаться к примерам из истории науки и техники, которые подчеркивают все произошедшие необратимые изменения и их последствия. Угроза загрязнения нашей планеты вряд ли бы достигла такого уровня, если бы государственные деятели и бизнесмены более внимательно прислушивались к рекомендациям и предостережениям ученых, а не руководствовались соображениями сиюминутной политической или экономической выгоды.

Второй проблемой, которая все острее осознается в настоящий момент, является угроза конечности полезных ископаемых, прежде всего энергоносителей. И здесь история науки может оказаться весьма полезной. Можно привести несколько примеров, подтверждающих, что человечество уже испытывало аналогичные трудности в прошлом: к примеру, на рубеже II–I тыс. до н.э. отсутствие достаточного количества оловянной руды, необходимой для выплавки бронзы, привело к использованию железа в качестве основного металла для изготовления оружия и орудий труда. Еще одним примером является переход к каменному углю (коксу) при выплавке чугуна и стали, поскольку использование древесного угля для непрерывно возрастающих потребностей черной металлургии привело к окончательному уничтожению лесных массивов в Западной Европе. Последний пример особенно показателен с двух точек зрения. Во-первых, он демонстрирует, что проблема исчерпаемости ресурсов не является абсолютной и может существовать только в рамках той или иной технологии, иными словами, для того или иного уровня развития науки и техники. Следовательно, подобные трудности можно успешно преодолевать, переходя на новый этап развития, овладевая новыми технологиями. Во-вторых, мы убеждаемся, что экологические проблемы уже весьма остро поднимались и в прошлом, однако здравый смысл позволил их решить, не отбрасывая человечество на предыдущий этап развития, а наоборот, продвигая его к новым вершинам в науке и технике. Поэтому не стоит впадать в уныние, а надо надеяться, что очередной виток эволюции естествознания позволит с успехом справиться и с насущными экологическими проблемами.

 

1.2. История химии как часть истории культуры

История химии является неотъемлемой частью истории культуры человечества. При этом культуру следует понимать как специфический способ организации и развития жизнедеятельности человека, представленный в продуктах материального и духовного труда, в системе социальных норм и духовных ценностей.

Можно привести и другие определения культуры. В частности, немецкий просветитель Иоганн Годфрид Гердер определял культуру как историческую ступень совершенствования человечества и связывал ее с уровнем развития наук и просвещения. Но несмотря на множество определений, все они рассматривают две составляющие жизни человечества — материальную и духовную. Большинство отраслей науки относятся именно к материальной составляющей культуры. Не будет большим преувеличением, если сказать, что в настоящее время вся материальная культура человечества опирается на достижения науки и что материально-техническая составляющая культуры сильно влияет на духовный, интеллектуальный и социальный уровень развития общества в целом.

Духовная деятельность человека связана с осознанием ценности процесса познания окружающего мира, человека и его разносторонней деятельности, а также человечества в целом. Духовную компоненту культуры помимо различных видов искусства составляют так называемые гуманитарные науки: философия, психология, филология, социология и многие другие.

В историографии химии долгое время обсуждался принципиальный вопрос о непрерывности химических знаний. Многие исследователи склоняются к мнению, что «истинно» научная химия возникла лишь в конце XVIII в. Однако авторы данной книги считают такой подход излишне категоричным. Постановка вопроса о делении химии на научную и «ненаучную» разрушает культурные, исторически сложившиеся связи и прежде всего игнорирует тот факт, что человек стал использовать химические превращения веществ с той поры, как он стал homo sapiens — человеком разумным. Во все исторические эпохи человек стремился осуществить химические превращения веществ. Все дело лишь в том, что отдельные периоды эволюции химии различались глубиной понимания законов этих превращений.

Еще на заре цивилизации использование химических процессов в ремесленном производстве способствовало расширению ассортимента производимых изделий. Поэтому благодаря первому естественному разделению труда произошло возникновение торгового обмена. В дальнейшем, принимая все более регулярные формы, торговля расширялась, сначала при участии соседних племен, а затем и народов различных частей света. Всемерное расширение торговли стимулировало потребность людей в новых, более качественных, товарах и в конечном итоге привело к возникновению всеобщего эквивалента — денег. Можно предположить, что совершенствование химических ремесел внесло свой весомый вклад в расширение сферы общения различных племен и народностей, а посредством производства и торговли папирусом, пергаментом и бумагой способствовало культурному обмену, развитию языка и письменности, расцвету поэзии и искусства.

Необходимо признать, что разделение культуры на две составляющие не отражает всей сложности их переплетения в истории человечества. В процессе научных изысканий увлеченный исследователь зачастую находится в таком же состоянии эмоционального подъема, как и человек под впечатлением от произведений искусства. Процесс познания гармонии и красоты Природы имеет право развиться в важнейшую потребность духовной жизни человека. К сожалению, способность эмоционального восприятия красоты науки, так же как и отдельных видов искусства, дана далеко не всем. Однако в любом случае стремление к возвышенному и прекрасному должно быть свойственно человеку, поэтому любовь к процессу познания можно воспитывать и развивать, ибо процесс научного познания мира совершенствует не только разум, но и душу.

Великие научные открытия Николая Коперника, Исаака Ньютона, Чарльза Дарвина, Луи Пастера, Константина Циолковского, Альберта Эйнштейна влияли на человеческое мировоззрение, приводя к скачкообразным изменениям всей культуры в целом. Миропонимание людей теснейшим образом связано с наукой, но оно не отделимо от других видов деятельности человека, и прежде всего от искусства. Достижения науки оказывают влияние на развитие языка как средства общения людей. Большую роль в проникновении научных терминов в литературный язык играет научно-популярная литература. В заключение можно сказать, что только отражение окружающего мира средствами научного познания совместно с различными формами духовного творчества позволяют сформировать адекватное мировоззрение человека. Работа ученых и деятелей искусства объединяет людей в сообщество, которое мы и называет человечеством.

 

1.3. Зарождение и становление истории химии

Становление химии как самостоятельной отрасли естествознания вызвало интерес к пониманию путей ее исторического развития. Появление самых первых признаков целостности системы химических знаний породили химическую историографию. В дальнейшем анализ эволюции химической науки стал предметом специальной дисциплины — истории химии. Первая попытка исторического обзора процесса поступательного развития химических знаний была предпринята Р. Валленсиусом еще в XVI в. В следующем столетии появляется уже несколько книг, посвященных истории химии, самой известной из которых стала монография немецкого алхимика Иоганна Кункеля. Автор первой химической теории флогистона Георг Э. Шталь (см. гл. 6, п. 6.3) также интересовался вопросами истории химии, критически относясь к воззрениям своих предшественников. В XVIII в. наиболее глубоким анализом отличались труды шведского ученого Торберна Улафа Бергмана «О происхождении химии» и «История химии в средние, или темные, века от середины VII в. до середины XVII в.». По всей видимости, эти книги были первыми печатными источниками, автор которых уделял большое внимание предмету истории химии и подчеркивал пользу его изучения. В конце того же столетия вышла книга немецкого ученого Иоганна Виглеба «Историко-критическое исследование алхимии…» (1777), которая завершила начальный период создания историографии химии. В 1790–1791 гг. И. Виглеб первым опубликовал данные об «открытиях нового периода» в хронологическом порядке с 1651 по 1790 гг. Эта работа послужила началом создания подлинно научной историографии химии. На рубеже XVIII–XIX вв. немецкий ученый Иоганн Фридрих Гмелин опубликовал трехтомный труд «История химии со времен становления науки до конца восемнадцатого столетия». Несмотря на то что это издание представляло собой преимущественно аннотированную хронологию событий, в нем обсуждались некоторые методологические проблемы истории химии, в частности влияние других отраслей науки, таких как философия и медицина, на процессы накопления и систематизации химических знаний. Трехтомник И.Ф. Гмелина послужил важным источником фактических сведений для будущих исследователей истории химии.

В XIX в. многие выдающиеся ученые, имена которых вписаны в анналы мировой науки, на определенном этапе своей творческой деятельности проявляли интерес к истории химии. Прежде всего необходимо выделить написанные с заметным эмоциональным звучанием работы немецкого ученого Юстуса Либиха (см. гл. 9, п. 9.3), а также исследования по истории химии на ее самом первоначальном этапе, выполненные на основе расшифровки материальных памятников Древнего Египта одним из классиков органического синтеза Пьером Эженом Марселеном Бертло (см. гл. 9, п. 9.2). Несмотря на достаточное количество книг, написанных различными авторами в XIX в., центральной фигурой среди специалистов того времени по праву следует считать Германа Франца Морица Коппа, посвятившего изучению историко-химических проблем около полувека своей жизни. Едва ли будет преувеличением сказать, что Г. Konn является классиком современной научной истории химии. И до настоящего времени все работы немецкого ученого не утратили своей актуальности.

В России первым изданием по истории химии стала книга Николая Александровича Меншуткина «Очерк развития химических воззрений» (1883), посвященная, в основном, проблемам становления теоретической химии.

В XX в. объем химических знаний неизмеримо возрос, поэтому объектом исследования все чаще становились либо отдельные периоды эволюции химических знаний, либо развитие определенных отраслей с момента их возникновения. Одному автору становилось уже не под силу провести детальное исследование возникновения и прогресса химической науки за весь период ее существования. Единственной попыткой подобного всеобъемлющего анализа можно считать монументальный 4-томный труд английского ученого Джеймса Риддика Партингтона «История химии», общим объемом около трех тысяч страниц. К сожалению, это ценнейшее исследование до настоящего времени не переведено на русский язык. По мнению известного отечественного специалиста в области истории химии С.А. Погодина, книги Дж. Партингтона представляют собой уникальный справочник по эволюции химической науки, содержащий огромное количество интереснейших фактов и сведений.

Единственное, что осталось вне поля зрения британского ученого, — влияние социально-экономических факторов на процесс становления и развития химических знаний.

 

1.4. Периодизация истории химии

Единый, целостный подход к истории химии с самых отдаленных времен до современной эпохи окажется более плодотворным, если прибегнуть к подразделению ее на периоды. Такая периодизация имеет как мнемонический, так и дидактический смысл, и поэтому ее целесообразность принята всеми историками науки.

В первых работах по историографии химии весь процесс эволюции химических знаний и теорий делили на два основных периода: эмпирический и теоретический. Такой подход кажется вполне оправданным, поскольку на рубеже XVIII–XIX вв. химия пережила процесс глубоких и, можно сказать, революционных преобразований. До этого решающую роль в процессе познания играл эксперимент, в подавляющем большинстве случаев не одухотворенный никакой научной теорией. В XVIII в. все большее внимание ученые стали уделять осмыслению полученных опытных данных, попыткам объяснить их при помощи единой умозрительной концепции.

По мнению многих историографов, только с развитием теоретических представлений химия стала наукой. Происходило это в течение двухсотлетнего периода — с середины XVI в. и до середины XVIII в. Зарождение научной химии некоторые специалисты связывают с работами Парацельса и Агриколы (см. гл. 5, пп. 5.1, 5.2). Созданная в начале XVIII в. теория флогистона являлась вершиной развития теоретических знаний в химии до тех пор, пока А.Л. Лавуазье не разработал свою кислородную теорию процессов горения и окисления (см. гл. 6, пп. 6.5.1, 6.5.2). Если Г.Э. Шталю для объяснения горения нужен был мифический флогистон, то французский химик смог объяснить процессы окисления и восстановления как результат взаимного превращения элементов, реально участвующих в этих реакциях. C этого момента многие ученые критерием правильности химических теорий стали признавать не только качественное, но прежде всего количественное экспериментальное доказательство. Лишь убедившись в необходимости предоставления точных доказательств в подтверждение теоретических воззрений, химия превратилась в современную науку.

Однако об ограниченности такого упрощенного подхода к периодизации истории химии свидетельствует тот факт, что даже в эпоху преимущественного развития теории эксперимент по-прежнему сохранил свое особое значение. Только в сочетании с экспериментальными методами исследования теория приобрела решающее значение для развития всех областей химической науки.

Джеймс Риддик Партингтон (1886-1965)

Целесообразность более подробной периодизации истории химии отстаивал Джеймс Р. Партингтон. В соответствии с классификацией, принятой большей частью историков химии, различают следующие эпохи:

1. Период предалхимический (от начала цивилизации до IV в. н.э.). По мнению некоторых специалистов, предалхимический период завершился гораздо раньше, поскольку алхимия зародилась примерно в IV в. до н.э., однако данная точка зрения основана лишь на анализе мифов и преданий, так как письменные источники, восходящие к этому периоду, были написаны (или переписаны?) гораздо позднее.

К сожалению, в настоящее время ученые не располагают материальными историческими памятниками или документами, прямо подтверждающими, что возникновение греко-египетской алхимии можно отнести к эпохе проникновения эллинской культуры на Ближний Восток и в Северную Африку.

Для предалхимического периода характерно отсутствие понятий, обобщающих приобретенные практические знания, передававшиеся по традиции из поколения в поколение кастами жрецов или ремесленниками.

2. Период алхимический (IV в. н.э. (или IV в. до н.э.) — конец XVII в.).

Отличительными признаками данного этапа в истории химии являются:

— вера в магическую силу философского камня, способного осуществить процесс трансмутации неблагородных металлов в золото или серебро;

— поиски эликсира долголетия, алкагеста или универсального растворителя;

— создание и распространение большого количества мифов.

Алхимический период, в свою очередь, можно разделить на подпериоды, которые обозначаются именами народов, практиковавших «превращение» неблагородных металлов в золото или серебро. Различают алхимию египетскую, греческую, арабскую, раннего и позднего Средневековья, натуральной магии и т.д.

3. Период объединения химии охватывает XVI, XVII и XVIII вв. и состоит из четырех подпериодов: ятрохимии, пневматической химии (химии газов), теории флогистона и антифлогистической системы А.Л. Лавуазье.

Подпериод ятрохимии, заканчивающийся во второй половине XVIII в., ознаменован трудами Парацельса и идеями присоединения химии к «великой матери» — медицине, на которую смотрели как на универсальную науку. В течение этого подпериода родилась настоящая прикладная химия, которую можно рассматривать как начало современной промышленной химии, поскольку в это время развились металлургия, производство стекла и фарфора, искусство перегонки и т.п.

Подпериод пневматической химии характеризуется исследованием газов и открытием газообразных простых веществ и соединений. Кроме Р. Бойля, установившего известный закон зависимости объема газа от давления, с пневматологией связаны имена Дж. Блэка, Г. Кавендиша, Дж. Пристли, К.В. Шееле и других ученых. Все эти великие химики (за исключением Бойля, которого в известной степени можно считать предвестником последующего периода) были приверженцами теории флогистона.

Подпериод теории флогистона по времени почти совпадает с периодом пневматической химии. Он характеризуется широким распространением теории флогистона, созданной на рубеже XVII и XVIII вв. Г.Э. Шталем для объяснения явлений горения и обжигания металлов. Представление о флогистоне быстро распространилась и почти в течение века господствовало при объяснении химических явлений. Люди выдающегося ума — Дж. Пристли и К.В. Шееле — были настолько захвачены идеей флогистона, что так и не осознали роли полученного и исследованного ими кислорода в явлениях горения и обжигания.

Подпериод антифлогистической системы характеризуется новаторскими трудами А.Л. Лавуазье, который, изучая горение и обжигание, не только выяснил и сделал очевидной для других роль кислорода в этих явлениях, разрушив тем самым основу теории флогистона, но также внес четкость в понятие химического элемента и доказал экспериментально закон сохранения массы вещества.

Период объединения химии, охватывающий эти четыре подпериода, очень важен потому, что с ним связано зарождение и упрочение химии как науки, не зависимой от других естественных наук.

4. Период количественных законов охватывает первые шестьдесят лет XIX в. и характеризуется возникновением и развитием атомистического учения Дж. Дальтона, молекулярной теории А. Авогадро, экспериментальными исследованиями по определению атомных масс, установлением и обоснованием правильных атомных масс, разработкой С. Канниццаро реформы атомно-молекулярного учения с его точными формулировками основных понятий химии: атом, молекула, эквивалент.

5. Современный период длится с 60-х гг. XIX в. до наших дней. Это наиболее насыщенный событиями период химии, потому что в течение без малого ста пятидесяти лет ученые совершили открытия, которые составили фундаментальную основу для дальнейшего развития науки. Были разработаны периодическая классификация элементов, учение о сложном строении атома, представления о валентности и химической связи, теория ароматических соединений и стереохимия. Углубились методы исследования строения вещества, были достигнуты огромные успехи в синтетической органической химии, подготовлено уничтожение всяких преград между живой и неживой материей, а также многое другое.

Объем химических исследований в современный период значительно возрос, так что отдельные ветви химии — неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, техническая химия, фармацевтическая химия, химия пищевых продуктов, агрохимия, геохимия, биохимия, ядерная химия и др. — приобрели признаки независимых наук.

Следует признать, что разделение процесса эволюции химических знаний на периоды является, до определенной степени, условным. Его не следует переоценивать по двум основным причинам. Во-первых, потому, что науку нельзя расчленять в ее историческом развитии, поскольку этот процесс является единым и непрерывным. Во-вторых, потому, что строгую хронологию в таком разделении проследить удается далеко не всегда: отдельные периоды перекрываются либо предыдущими, либо последующими, а иногда сосуществуют и с теми, и с другими одновременно.

 

1.5. Краткие биографические данные ученых

ОППЕНГЕЙМЕР (Oppenheimer) Роберт (1904–1967), американский физик. Учился в Гарвардском, Кембриджском и Геттингенском университетах. В 1928–1929 гг. работал в Лейдене и Цюрихе. C 1929 г. профессор Калифорнийского университета и Калифорнийского технологического института. C 1947 г. директор института фундаментальных исследований в Принстоне. Совместно с М. Борном разработал теорию строения двухатомных молекул (1927). Объяснил природу мягкой компоненты космического излучения и предложил теорию образования ливней в космических лучах (1936–1939). В годы Второй мировой войны (1939–1945) возглавлял работы по созданию атомной бомбы; в 1943–1945 гг. был директором Лос-Аламосской лаборатории, а в 1947–1953 гг. — председателем генерального консультативного комитета Комиссии по атомной энергии США. В 1954 г. был снят со всех постов, связанных с проведением секретных работ и обвинен в «нелояльности»; главной причиной этого была оппозиция Оппенгеймера созданию водородной бомбы, а также выступление за использование атомной энергии только в мирных целях.

ВАРДЕН, Ван-дер-Варден (van der Waerden) Бартел Лендерт (р. 1903, Амстердам), математик. По национальности голландец. Профессор университетов в Гронингене (с 1928), Лейпциге (1931–1945), Амстердаме (с 1948) и Цюрихе (с 1951). Основные работы — в области алгебры и алгебраической геометрии. Его книга «Современная алгебра» (1930–1931; русский перевод: ч. 1–2, 1934–1937; 2-е изд., ч. 1–2, 1947) завершила период создания современной «общей» алгебры. Занимался также вопросами истории математики и астрономии в Древнем Египте и Древнем Вавилоне.

БЕРНАЛ (Bernal) Джон Десмонд (1901–1971), английский физик и общественный деятель, иностранный член АН СССР (1958), член Лондонского королевского общества (1937). В 1922 г. окончил Кембриджский университет. В 1923–1927 гг. работал в лаборатории Дэви-Фарадея в Лондоне. В 1927–1937 гг. преподавал в Кембриджском университете. C 1937 г. профессор Лондонского университета. В 1939–1942 гг. работал в области противовоздушной защиты, в 1942–1945 гг. научный советник штаба объединенных операций. Основные научные труды в области кристаллографии. Исследовал структуры графита, металлов, воды, стиролов, гормонов, витаминов, белков, вирусов, цементов. В 1933 г. дал так называемую берналовскую модель льда, которая позволяет объяснить поведение воды во всех соединениях. Ему принадлежат также работы по теории жидкого состояния. Автор трудов о роли и месте науки в жизни общества, в которых он осветил философское значение науки, взаимосвязь науки, техники и социальных условий; влияние науки на общественное развитие с позиций диалектического материализма; показал особенности развития науки при капитализме и социализме. Книга Бернала «Социальная функция науки» (1938) (в русском переводе «Наука в истории общества») положила начало новой области знания — науковедению. Активный борец за мир, президент-исполнитель Президиума Всемирного Совета Мира (1959–1965), вице-председатель Всемирной федерации научных работников, президент Международного союза кристаллографов (1963–1966). Иностранный член АН СССР (1958) и многих др. академий наук мира. Лауреат Международной Ленинской премии «За укрепление мира между народами» (1953).

ОСТВАЛЬД (Ostwald) Вильгельм Фридрих (1853–1932), немецкий физико-химик и философ-идеалист. Окончил в 1875 г. Дерптский (Тартуский) университет. Профессор Рижского политехнического училища (1882–1887), Лейпцигского университета (1887–1906). Член-корреспондент Петербургской АН (1895). Основные научные работы посвящены развитию теории электролитической диссоциации. Обнаружил связь электропроводности растворов кислот со степенью их электролитической диссоциации (1884); дал способ определения основности кислот по электропроводности их растворов; установил закон разбавления, названный его именем (1888); предложил рассматривать реакции аналитической химии как взаимодействия между ионами (1894). Изучал также вопросы химической кинетики и катализа; разработал основы каталитического окисления аммиака. В 1887 г. совместно с Я. Вант-Гоффом основал «Журнал физической химии» («Zeitschrift für physikalische Chemie»), а в 1889 г. осуществил издание «Классики точных наук» («Ostwald’s Klassiker der exakten Wissenschaften»). Автор «энергетической» теории в философии, одной из разновидностей «физического» идеализма: считал единственной реальностью энергию, рассматривал материю как форму проявления энергии. Нобелевская премия по химии (1909).

ГЕРДЕР (Herder) Иоганн Готфрид (1744–1803), немецкий философ, критик, эстетик. В 1764–1769 гг. пастор в Риге, с 1776 г. — в Веймаре. Теоретик движения «Бури и натиска», друг И.В. Гете. Проповедовал национальную самобытность искусства, утверждал историческое своеобразие и равноценность различных эпох культуры и поэзии. Трактат о происхождении языка, сочинения по философии, истории, которая, по Гердеру, есть осуществление «гуманности». Собирал и переводил народные песни. Оказал влияние на немецкий романтизм.

КУНКЕЛЬ Иоганн (1630 или 1638–1703), немецкий алхимик. Изучал аптечное дело и химию металлов. Основная его деятельность — аптекарь и алхимик при дворах герцогов и курфюрстов. C 1688 г. — придворный алхимик шведского короля Карла XI. Профессор Виттенбергского университета. Был сторонником теории T. Парацельса о трех началах, а также учения Я. Ван Гельмонта. Провел исследования по получению стекла. Предложил рецепт красного рубинового стекла. Описал конструкцию и практическое применение паяльной трубки.

БЕРГМАН (Bergman) Торнберн Улаф (1735–1784), шведский химик и минералог, член Королевской АН с 1764 г. Родился в Катаринберге. Окончил Упсальский университет в 1758 г. Вначале занимался изучением права, но проявлял большой интерес к биологии, медицине, математике и химии. В 1767 г. получил кафедру химии в университете г. Упсала. Основные исследования посвящены анализу неорганических веществ и минералов. Разработал ряд методов качественного анализа. В течение последующих 16 лет Бергман написал большое количество статей, которые в 1779–1788 гг. были изданы в виде собрания сочинений в пяти томах под названием «Небольшие работы по физике и химии». Его работы были переведены на немецкий и французский языки. Составил таблицы химического сродства, которыми пользовались до начала XIX в. Бергман был прекрасным исследователем и педагогом и принадлежал к числу химиков, приобретших международную известность. Он оказывал поддержку К.В. Шееле, которого очень ценил и как человека, и как тонкого экспериментатора.

ГМЕЛИН Иоганн Фридрих (1748–1804), немецкий химик и врач. Окончил Тюбингенский университет. Работал там же (с 1775 — профессор), с 1780 г. — профессор Геттингенского университета. Работы посвящены систематизации химических знаний. Широко известен как автор ряда руководств по химии, химической технологии и истории химии. Был одним из первых естествоиспытателей, которые сочетали в своих трудах проблемы теоретической химии и истории химии, которая в его изложении служила средством возбуждения интереса к ее изучению. Иностранный почетный член Петербугской АН (с 1770).

КОПП (Kopp) Герман Франц Мориц (1817–1892), немецкий химик и историк химии. Профессор Гисенского (с 1843) и Гейдельбергского (с 1864) университетов. Ученик Ю. Либиха. Изучая связь физических свойств органических соединений с их составом, установил постоянство разности температур кипения соответствующих производных метана, этана и др. (1842). Подобную же зависимость обнаружил (1864) для молекулярных теплоемкостей органических соединений (правило Коппа-Неймана). Установленные Коппом закономерности имеют приближенный характер. Автор трудов «История химии» (Т. 1–4, 1843–1847), «Развитие химии в новое время» (1871–1874), «Материалы к истории химии» (Т. 1–3, 1869–1875). Президент Немецкого химического общества (с 1880).

МЕНШУТКИН Николай Александрович (1842–1907), русский химик. Окончил Петербургский университет (1862). Профессор Петербургского университета (1869–1902) и Петербургского политехнического института (1902–1907). Основное направление работ — исследование скорости химических превращений органических соединений. Изучая разложение третичного амилацетата при нагревании, нашел, что один из продуктов реакции (уксусная кислота) ускоряет ее; это был классический пример автокатализа. Открыл влияние растворителя на скорость химической реакции (1887–1890), а также влияние разбавления и химического строения на скорость химического взаимодействия. За работы по химической кинетике был удостоен Ломоносовской премии (1904). Автор книг: «Аналитическая химия» (1871; 16 изд., 1931), «Лекции по органической химии» (1884; 4 изд., 1901). Его работа «Очерк развития химических воззрений» (1888) — первый в России оригинальный труд по истории химии. Был одним из основателей Русского химического общества и редактором его «Журнала…» (с 1869 по 1900). Под его руководством были построены и оборудованы химические лаборатории Петербургского университета (1890–1894) и политехнического института (1901–1902).

ПАРТИНГТОН (Partington) Джеймс Риддик (1886–1965), английский химик и историк химии. Член Международной академии истории науки. Окончил Манчестерский университет. В 1911–1913 гг. совершенствовал свое образование под руководством В. Heрнста. C 1913 г. работал в Манчестерском университете. В 1919–1951 гг. профессор Лондонского университета. Известен в основном работами по истории химии. Главные среди них — «История химии» (Т. 1–4, 1961–1970). Занимался также химической термодинамикой; определял удельную теплоту газа. Автор пятитомного труда «Расширенный курс физической химии» (1949–1954).

 

ГЛАВА 2.

НАКОПЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ В ДОИСТОРИЧЕСКИЕ ВРЕМЕНА

 

… Однако, по крайней мере, доисторические времена делятся на периоды на основании естественнонаучных, а не так называемых исторических изысканий, по материалу орудий труда и оружия: каменный век, бронзовый век, железный век.
Карл Маркс  

 

2.1. Источники знаний о химических навыках древнего человека

Проследить возникновение химии на заре цивилизации представляется весьма нелегкой задачей. Древняя история любой науки сводится к сумме обособленных сведений, ссылкам на достигнутый в те времена технический прогресс и не может являть собой целостного изложения. Систематизация фактов, относящихся к истории химии, возможна лишь тогда, когда существенную роль начинает играть общая теория, оказывающая влияние на последующую эволюцию химических знаний. Для химии тех далеких времен однозначно еще не решен вопрос: была ли она искусством или наукой.

Сотни тысяч лет назад в эпоху палеолита человек впервые создал искусственные орудия труда. Сначала он использовал только те материалы, которые находил в природе — камни, дерево, кости, шкуры животных. Он научился их обрабатывать, придавать нужную форму. Однако после такой механической обработки камень все еще оставался камнем, а дерево — деревом.

Прежде чем приступить к рассмотрению уровня химических знаний древнего человека, целесообразно сопоставить важнейшие источники, содержащие сведения о химических ремеслах до нашей эры. Одним из основных источников наших представлений об укладе жизни доисторических людей являются материальные памятники, найденные во время археологических раскопок. На основании научного анализа обнаруженных ими при раскопках предметов ученые воссоздали довольно подробную картину образа жизни и характера труда древних племен и народов. Изучение инструментов, оружия, керамических и стеклянных сосудов, украшений, остатков каменных стен, фрагментов их росписи, отдельных кусков мозаики 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, необходимых для жизни людей.

В 1872 г. неподалеку от египетского города Фивы был найден папирус, возраст которого составил, по мнению ученых, тридцать шесть 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». Его содержание также составляют фармацевтические и медицинские рецепты.

Фрагмент Лейденского папируса 

Чрезвычайно важными письменными источниками сведений о состоянии химических ремесел в древнем мире стали еще 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 об известных в древности веществах, способах их получения и выделения. Эти манускрипты являются менее древними, чем папирусы Эберса и Бругша: они датируются началом нашей эры. Тем не менее, анализ их содержания позволяет предположить, что приведенные в них рецепты были созданы на основе тысячелетней традиции развития химических ремесел. Такой вывод можно сделать с учетом общеисторического подхода к процессу развития ремесленного и промышленного производства. В древние времена существовала многовековая традиция сохранения тайны «производственных секретов», согласно которой многие практические навыки передавали из поколения в поколение, тщательно скрывая их от посторонних и непосвященных. Эти правила были нарушены лишь в XVIII в. и особенно в XIX–XX вв., что, в первую очередь, было обусловлено началом технической революции и возникновением научного естествознания.

Весьма интересную информацию можно почерпнуть из сочинений великих врачей Древнего Египта и античности:

— «папируса Эдвина Смита», фундаментального медицинского исследования, которое хотя и относится к 1700–1550 гг. до н.э., но основано на материалах, известных с Древнего или даже Раннего царства;

— Эмпедокла (V в. до н.э.; его труды сохранились лишь в виде фрагментов);

— Гиппократа (III в. до н.э.);

— Галена (II в. н.э.).

В этих манускриптах обсуждались, главным образом, вопросы медицины и фармации. Неудивительно, что при этом рассматривались и тесно связанные с медицинской практикой достижения химиков-практиков (аптекарей), занимавшихся приготовлением лекарственных и косметических препаратов. Развитие 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 знаменитые целители и аптекари одновременно были и выдающимися химиками.

Необходимо упомянуть некоторые другие важные письменные источники, донесшие до нашего времени главным образом сведения о теоретических

представлениях в древности. Безусловно, это Библия, «Илиада» и «Одиссея» Гомера, а также некоторые фрагменты сочинений древнегреческих философов. Среди наследия античной философии особо следует выделить сохранившиеся отрывки из диалога Платона «Тимей», сочинения Аристотеля «О небе» и «О возникновении и уничтожении», а также книгу Теофраста «О минералах».

Из древнеримского периода до нашего времени уцелели два труда «Естественная история» знаменитого ученого Плиния Старшего и трактат Диоскорида «О лекарственных средствах», в которых подробно и очень интересно (хотя и не без ошибок) изложены не только представления античных философов о составе и свойствах веществ, но и многочисленные рецепты получения различных соединений и препаратов.

Плиний Старший (23–79 гг. н.э.) 

 

2.2. Покорение огня

Возможность осуществлять химические превращения некоторых веществ первобытные люди получили лишь тогда, когда научились разводить и поддерживать огонь. Следовательно, процесс горения явился первым химическим превращением, сознательно и целенаправленно используемым человеком в повседневной практике. Для первобытных людей огонь стал универсальным средством защиты от хищных зверей, холода и темноты и, что особенно важно, оказался необходимым средством труда. Согласно замечательному определению Карла Маркса, средство труда есть вещь или комплекс вещей, которые человек помещает между собой и предметом труда и которые служат для него в качестве проводника его воздействий на этот предмет. «Укротить» огонь удалось лишь после того, как человек научился самостоятельно его добывать. Остроумные приспособления, предназначенные для сохранения и получения огня, накапливались и усовершенствовались в течение нескольких тысячелетий. Этот процесс продолжался вплоть до второй половины XIX столетия, до изобретения спичек и первой зажигалки, и был направлен на достижение одной цели — сделать существование человека менее зависимым от господства природных стихий, превратить огонь во всеобщее средство труда. Таким образом, горение стало тем первым природным процессом, овладение которым оказало решающее влияние на всю последующую историю цивилизации, и по меткому выражению Ф. Энгельса, «окончательно отделило человека от животного царства».

Зависимость от огня самого человеческого существования древними народами ощущалась настолько, что у многих племен наблюдался его культ: либо сам огонь почитали как божество (огнепоклонники древней Персии, Сварогбог огня славян-язычников), либо возникали легенды о даровании огня людям богами или эпическими героями (древнегреческий миф о Прометее).

Человечество еще находилось в каменном веке, когда — около 8000 лет до н.э. — произошла так называемая неолитическая революция, связанная с коренным изменением в способе добывания пищи. Сначала человек стал разводить животных, а несколько позднее — выращивать растения. Создание нового, принципиально иного способа хозяйствования было длительным и сложным процессом, который проходил самостоятельно и независимо только в нескольких точках земного шара. Одним из древнейших центров возникновения земледелия и скотоводства являлся регион «Плодородного полумесяца» (Ближний Восток). «Плодородный полумесяц», бассейн Средиземного и Черного морей, некоторые районы современной Турции в различные периоды данного временного отрезка предоставляли наилучшие условия для эволюции людей. Именно в этих регионах человек осуществил самостоятельно, без всякого влияния извне, переход к новому экономическому укладу и новому образу жизни в течение IX–VII тыс. до н.э. Распространение земледелия заставило человека перейти от кочевого образа жизни к оседлому; возникли постоянные поселения и первые города.

По мере накопления знаний о свойствах огня в различных районах земного шара первобытные люди усмотрели новые возможности его использования, осознали его важнейшее значение для совершенствования техники и условий жизни.

Уместно привести хотя бы неполный список химических ремесел, известных с глубокой древности, для которых было необходимо использование огня, главным образом, как источника энергии. Прежде всего, это — крашение, мыловарение, получение клея, скипидара, выделение древесной смолы и масел из семян различных масличных растений. Не менее важную роль огонь играл в процессе изготовления пива, получения сажи (важнейшего компонента красок и чернил) и других красителей, а также некоторых лекарственных препаратов. Например, знаменитую синюю египетскую краску готовили сплавлением в глиняных сосудах песка, соды и медных стружек. Таким образом, огонь, оказавшись в руках человека, породил немало разнообразных ремесел, многие из которых явились по существу первым опытом химического производства.

Древние племена стали использовать огонь для получения важнейших предметов обихода, в первую очередь, посуды. Зарождение гончарного производства стимулировало широкое применение первобытным человеком еще одного природного сырья — различных сортов глины. Первые глиняные фигурки датируются временами палеолита (около 27 тыс. лет до н.э.). Несколько позднее появляются глиняные сосуды для хранения воды и продуктов питания. Примерно в это же время возникает новая отрасль техники того времени — обжиг, создается гончарное производство, способное удовлетворить потребности первобытных людей в керамических сосудах и иных изделиях, предназначенных для сбора, хранения и перевозки воды и продуктов питания. Сосуды из древесины и кожи, применявшиеся до керамических, нельзя было подвергать нагреванию, поэтому использование сосудов из обожженной глины оказало огромное влияние на эволюцию человечества в целом, существенным образом раздвинув границы применения огня в технике и повседневной жизни.

Керамические изделия эпохи неолита, созданные в разных частях Земли, очень похожи. Они еще достаточно несовершенные, большей частью открытых форм, с толстыми стенками, сохранившие следы пальцев древних ваятелей. В позднем палеолите появляются сосуды с плоским дном, их начинают украшать вылепленным орнаментом; керамика, произведенная в разных местах, обретает самобытность форм и орнаментов.

Тонкостенный глазурованный сосуд из высококачественной белой глины — каолина. Китай. Середина II тыс. до н.э.

В VI тыс. до н.э. в ряде регионов (Средняя Месопотамия, побережье Эгейского моря) ремесленники переходят к производству расписной керамики. Появляется лощеная керамика прекрасного качества (коричневых и красных или строго черных тонов). В этот же период при помощи обжига начинают производить не только посуду, но и кирпичи — ценный строительный материал. Человек получил возможность создавать прочное долговременное жилье даже в безлесных районах, причем эти дома были в гораздо меньшей степени подвержены опасности возникновения пожаров.

Обожженная керамика использовалась также для отделки зданий. Прекрасным примером подобного рода прикладного искусства можно считать ворота Иштар в Вавилоне (см. цветную вклейку). В городах Хараппской цивилизации (долина реки Инд) кирпичные плитки использовали для мощения полов. В Вавилоне примерно в VI в. до н.э. искусство обжига кирпича достигло очень высокого уровня — в берлинском музее «Пергамон» хранятся образцы покрытий мостовых Вавилона, которые поражают воображение посетителей не только прочностью материала и качеством обработки, но и цветовой гаммой глазури.

Глина стала одним из первых природных материалов, с помощью которых человек реализовывал свои художественные замыслы. Древние скульпторы совершенствовали свое мастерство в изготовлении фигурок животных и человека. Керамические статуэтки девушек-кор, относящиеся к крито-микенской культуре, пленяют своим изяществом.

В бронзовом веке в государствах Междуречья и Египта ремесленники изобрели гончарный круг; после его внедрения изготовление керамики становится наследственной профессией. Примерно в тот же период происходит еще одно существенное усовершенствование в технологии гончарного производства: древние мастера начинают использовать глазурь (бесцветную или окрашенную) — стекловидное защитно-декоративное покрытие на керамике, которое закрепляется обжигом. Благодаря глазури пористые сосуды становились водонепроницаемыми, а разнообразные цвета и украшения превращали керамические изделия в подлинные произведения искусства. В Китае, благодаря использованию качественной белой глины — каолина, уже во II–I тыс. до н.э. производили тонкостенную глазурованную посуду. В Древнем Египте во II тыс. до н.э. появляется фаянс.

Использование устойчивых к нагреванию сосудов позволяло не только готовить более вкусную пищу, но и консервировать ее путем упаривания. Применение различных методов термического воздействия на пищевые продукты помогло уже в древности сделать ценные наблюдения и важные практические открытия. Особо следует отметить выделение жира, получение травяных настоев и отваров, упаривание растворов, экстракцию целебных и ядовитых веществ из соков растений. В результате использования химических реакций с участием продуктов, выделяемых из веществ растительного и животного происхождения, была усовершенствована технология выделки шкур животных, появилась возможность придавать им мягкость и эластичность, предотвращать гниение.

Наблюдения за изменением свойств жиров и масел при нагревании оказали большое влияние на развитие способов освещения. Открытое пламя костра и горящую лучину сменили факелы и масляные светильники. Только после этого стала возможна постоянная работа в темных закрытых помещениях, например, в шахтах и штольнях, пробитых в горах для добычи полезных ископаемых. На протяжении нескольких тысячелетий вплоть до второй половины XIX в. сжигание растительных масел и животных жиров оставалось основой разнообразных осветительных устройств.

Все приведенные факты подтверждают, что естественнонаучная деятельность человека зародилась не в момент появления первых теорий, а в гораздо более раннем периоде. Зачатки научных знаний возникли уже тогда, когда первобытные люди стали осмысленно и целенаправленно применять химические и технологические процессы, которые могли изменять свойства веществ, с целью получения продуктов, необходимых для их жизнедеятельности. Овладение огнем позволило перейти от использования материалов, предоставляемых средой обитания, к первым попыткам осознанного выделения и синтеза веществ, и поставило качество жизни древнего человека на совершенно другой уровень, послужило мощным стимулом для последующего развития не только сфер науки и материального производства, но и всей человеческой цивилизации.

 

2.3. Эра металлов

 

2.3.1. Медь и бронза

Накопление и систематизация наблюдений за процессами обжига привели к совершенствованию конструкций печей, что способствовало развитию методов регулировки силы пламени и достижению более высоких температур. Последние обстоятельства повлекли за собой чрезвычайно важные последствия — они позволили совершить еще один революционный скачок в эволюции человечества — перейти к использованию нового вида минерального сырья — металлов. Чтобы обозначить важность этого этапа в истории человечества, его выделяют в особый период, который называется энеолитом, халколитом или каменно-медным веком. Для него характерно появление первых медных изделий на фоне преобладающего использования каменных орудий труда.

Первыми металлами, которые в различных целях стали применять древние люди, были самородные медь и золото. Знакомство древнего человека с металлами произошло, по всей видимости, случайно в процессе поиска минералов, подходящих для изготовления каменных орудий. В первую очередь люди натолкнулись на медные самородки, которые более распространены в природе по сравнению с золотыми или серебряными. Сначала эти металлы применяли для создания украшений, то что медь и золото обладают пластичностью и ковкостью, скорее всего, было обнаружено совершенно случайно. Поэтому самой ранней формой обработки самородных металлов, которая, по мнению некоторых историков, возникла уже в IX–VIII тыс. до н.э. (т.е., в самом начале процесса перехода к оседлости), закономерно стала холодная ковка. Древнейшими из металлических изделий (приблизительно 8500 лет до н.э.) считают медные подвески, найденные на территории северного Ирака. Для сравнения: самые древние золотые украшения, относящиеся лишь к VII тыс. до н.э., были обнаружены в Болгарии (Варненский некрополь и поселение Дуранкулак). Археологические раскопки последних лет доказывают, что изделиями из самородной меди 8 тыс. лет назад пользовались обитатели древнего города Чатал-Гуюк (Западная Анатолия, Турция).

Однако металлы еще не могли получить сколько-нибудь заметного практического применения: самородки были малы, а сковать их вместе без разогрева было невозможно. Как свидетельствуют археологи, первым металлом, который стали выплавлять древние люди, оказался свинец. При раскопках в Чатал-Гуюке были найдены свинцовые бусины, датируемые примерно VI тыс. до н.э. Фактически начало веку меди положило освоение людьми техники горячей ковки и литья, которому во многом способствовало распространение и усовершенствование гончарного производства: печи и керамические формы для отливки дали возможность взяться за опыты с медью уже всерьез. Произошло это на Ближнем Востоке примерно в VII–VI тыс. до н.э., а в Европе и Китае лишь 3000 лет спустя. Самым древним изделием из литой меди (VI тыс. до н.э.) считается верхняя часть жезла или булавы, найденная в поселении Кан-Хасан (Турция).

Литье в высшей степени упрощало процесс получения готового изделия, а медный топор только за счет своей большей массы ускорял процесс рубки дерева втрое. Однако распространению медных орудий на данном этапе еще препятствовали как трудность отыскания самородков, так и крайняя мягкость меди, значительно ограничивающая ее применение при обработке других материалов. Некоторые историки считают, что металлургия меди не повлекла за собой коренных изменений в образе жизни людей, так как медные орудия не только никогда не вытесняли полностью каменных, но и уступали им во многих отношениях, имея решительное преимущество лишь в технологичности. Более того, запасы самородной меди стремительно истощались.

Следующий этап развития технологий наступил на рубеже VII–VI тыс. до н.э., когда была открыта возможность получения металлов из руды. О том, как человек от использования самородной меди перешел к ее выплавке, до сих пор не существует единого мнения. Возможность получения меди из руды около 6000 лет до н.э.

к настоящему времени доказана результатами находок археологов при раскопках в Чатал-Гуюке, на Синайском полуострове и в горных областях Шумера (современный Ирак). Ранняя технология получения меди была основана на использовании таких ее соединений, как малахит и азурит.

Ранее высказывалось мнение, что впервые медь из руды получили случайно при помощи обычного костра. Более поздние исследования опровергают эту гипотезу. Как показали эксперименты, выплавить медь из азурита или малахита можно только в печах, поскольку в этом случае удается достичь температуры, необходимой для восстановительной плавки руды.

Наблюдая за горением древесины в печах различных типов, древние металлурги разработали метод получения древесного угля. Его использование позволило осуществлять нагрев до высоких температур, при которых плавились медь и даже железо. Однако применение древесного угля стало плодотворным лишь после осознания роли воздуха в процессе горения и достижения высокого уровня развития техники обжига. В результате многовекового опыта работы с печами для обжига человек научился подбирать и использовать горючие и огнеупорные материалы, а также создал устройства для принудительной подачи воздуха. Использование древесного угля и кузнечных мехов позволили уже в те далекие времена создать основы металлургической техники, которая вплоть до середины XVIII в. изменялась очень незначительно, за исключением постоянно возрастающих объемов производства.

В горизонтах многослойного поселения Чатал-Гуюк, датированных 6400–5700 гг. до н.э., были найдены различные мелкие металлические украшения: медные бусины, трубочки, колечки, а также мелкие изделия из свинца.

Несмотря на существующие различия во мнениях, достаточно большое число историков склоняются к утверждению, что колыбелью цветной металлургии следует считать древние поселения в Западной Анатолии (современная Турция).

Принципиальная схема печей древних металлургов, использовавшихся для выплавки меди и бронзы 

Горы в этой части Малой Азии обладали богатыми залежами меди и олова. Медь также добывали на Кипре, Крите, в Египте, в пустыне Негев (Израиль), Иране и по побережью Персидского залива. Добыча медной руды всегда была весьма трудоемким процессом. В определенном смысле это обусловлено условиями залегания медных руд. C одной стороны, выходы меднорудных жил на поверхность холмов способствовали первому знакомству человека с этими минералами. Под действием потоков воды естественным образом обнажались залежи медьсодержащих минералов, которые было не трудно заметить, поэтому древние медные рудники устраивали на склонах: сбегающие с вершин холмов после дождя ручьи размывали пустую породу, что облегчало добычу медной руды (см. цветную вклейку).

Сухопутными и морскими торговыми путями драгоценную медь ввозили на территорию древнейших государств Египта и Месопотамии. C этого времени медь стала вполне доступным материалом для изготовления оружия, орудий труда и предметов домашнего обихода: медная сковорода, найденная в древнеегипетском захоронении, датируется 3200 г. до н.э.

Вполне обоснованным следует считать мнение некоторых историков о том, что использование медных орудий труда не слишком заметно повлияло на общий уровень развития цивилизации, в его пользу свидетельствуют результаты экспериментов по реконструкции некоторых технологических приемов древних ремесленников.

Как известно, величественные египетские пирамиды считаются одним из семи чудес света. Создание подобных грандиозных архитектурных памятников в эпоху достаточно примитивных технологий порой порождает домыслы о вмешательстве инопланетного разума. Самую большую из египетских пирамид — пирамиду Хеопса (Хуфу) египтяне возвели в XXVII в. до н.э., когда медь еще только начинала уступать свои позиции бронзе. В 2001 г. группа американских ученых поставила эксперимент, целью которого было доказать, что египтяне, вооруженные только медными орудиями для обработки камня, действительно были способны построить эти гигантские сооружения. Была предпринята попытка реконструкции технических приемов, которые могли применять египтяне, чтобы выпиливать каменные блоки для строительства пирамид. Для обработки природного розового гранита применяли четырнадцатикилограммовые медные пилы длиной 1,8 м, шириной 15 см и толщиной 6 мм. В качестве абразивного материала использовали сухой и влажный кварцевый песок. Результаты экспериментов показали, что скорость стачивания гранита была в четыре раза выше, чем скорость деградации медных пил. При этом распил имел клиновидный профиль, по форме и размерам очень похожий на следы, которые видны на гранитных блоках саркофага фараона Джедефра (IX Династия), хранящегося в Каирском Музее.

Основные центры возникновения технологии выплавки меди

Получение металлов из руды и древесного угля в яме. Воздух вдувается кузнечными мехами. Древнеегипетское изображение 

Приведенный пример еще раз красноречиво свидетельствует о том, что наши представления об уровне развития ремесленного производства и общем объеме естественнонаучных знаний в эпоху Древнего мира весьма фрагментарны, нуждаются в постоянном пополнении и уточнении.

Примерно в середине IV тыс. до н.э. человечество вступило в новую продолжительную эпоху — бронзовый век. Именно к этому периоду относят появление первых бронзовых изделий, найденные при раскопках поселений, относящихся к так называемой майкопской культуре (Северный Кавказ, Россия). Как считают некоторые специалисты по истории Древнего мира, именно отсюда технология бронзы быстро распространилась по всему Ближнему Востоку, а несколько позднее достигла поселений, расположенных в долине Инда. В древнем Китае первые бронзовые изделия появились примерно 4100 лет назад. Несмотря на то что хронология весьма приблизительная, бронзовый век обычно делят на три периода: ранний (3500–2000 лет до н.э.), средний (2000–1500 лет до н.э.) и поздний (1500–1200 лет до н.э.).

Схема, иллюстрирующая эксперимент по реконструкции условий обработки каменных блоков с помощью медных орудий труда:

1 — гранитные пилы распиливали медными пилами с ходом 115 см с использованием песка в качестве абразивного материала; 2 — деревянные ручки для двух рабочих, по одному с каждой стороны; 3 — каменные гири, прикрепленные к пиле с каждой стороны (общей массой до 32 кг); 4 — блок розового гранита длиной 95 см; 5 — порошок из мелких частичек меди, гранита и песка 

Открытие технологии выплавки бронзы, несомненно, было случайным событием, поскольку металлургия чистых металлов (мышьяк и олово), используемых в качестве добавок к меди, древним людям не была известна. Подтверждением данного постулата служит и тот факт, что первые бронзовые изделия были выполнены из сплава меди и мышьяка с содержанием последнего до 7% по массе. Археологические раскопки показали, что медная руда, используемая в тот период, была в значительной мере обогащена соединениями мышьяка, поэтому мышьяковистую бронзу можно было легко получить непосредственным сплавлением природного сырья. В Альпах, на границе Австрии и Швейцарии, в леднике были найдены хорошо сохранившиеся останки мужчины (Oetzi the Iceman); при нем был найден топор, изготовленный из меди чистотой 99,7%. Повышенное содержание мышьяка в волосах этого древнего человека позволяет предположить, что он был причастен к процессу выплавки меди. Случайно или в результате осмысленных наблюдений древние металлурги пришли к заключению, что добавка к меди другого металла приводит к повышению твердости сплава, снижает температуру плавления (приблизительно на 100 градусов) и облегчает разливку расплава в заготовленные изложницы вследствие снижения его вязкости.

Период использования мышьяковистой бронзы оказался сравнительно коротким. По всей видимости, древние металлурги убедились, что пары, образующиеся в процессе изготовления этого сплава, являются смертельно ядовитыми. К началу III тыс. до н.э. наблюдается повсеместное вытеснение сплавов меди и мышьяка оловянной бронзой. Производители убедились, что добавление олова в количестве 10% по массе является практически идеальным вариантом при изготовлении сплавов на основе меди. Наиболее древние изделия из оловянной бронзы были обнаружены в гробнице египетского фараона Итети, который правил в XXX в. до н.э. В качестве основной руды, содержащей олово, использовали касситерит. Оловянная бронза обладала рядом существенных достоинств по сравнению с мышьяковистой:

— она была более твердой, но при этом менее хрупкой;

— ее можно было закалять при охлаждении;

— при последующей ковке ее механические свойства заметно улучшались;

— при отливке изделий снизилась вероятность образования раковин;

— технология изготовления стала относительно безопасной.

В более поздний период в Средиземноморье возникает технология еще одного сплава на основе меди — латуни. Благодаря своему красивому золотистому цвету этот сплав получил достаточно широкое распространение в Древней Греции и Риме.

Бронзовые изделия, найденные во время археологических раскопок на территории Румынии

Лошадка. Поздний бронзовый век (около XIV в. до н.э.). Найдена при раскопках в г. Мцхета (Грузия) 

Обработка меди и бронзы прошла эволюцию от холодной ковки металла до литья в двустворчатых каменных формах. Бронза стала основным материалом для изготовления орудий труда, оружия и предметов обихода. Использование бронзы привело к появлению новых видов орудий труда и оружия: впервые появились прямые длинные мечи. Причем в Китае, где бронза стоила дешево, изготовление оружия из нее продолжалось даже во II в. н.э., — т.е. уже в эпоху широкого распространения железных орудий. Бронзовый клинок был легче и острее железного, хотя из-за меньшей, чем у стали, твердости рубящей кромки не годился для поражения железных доспехов и фехтования против железного меча.

Широкое использование бронзы выявило множество преимуществ, среди которых наиболее весомыми были возможность многократного использования металла, а также быстрота и легкость его обработки (см. цветную вклейку). Наступление бронзового века, сменившего энеолит, привело к заметному росту производительности труда. Этот период в истории человечества ознаменовался распадом первобытнообщинного строя и возникновением в некоторых районах Земли рабовладельческих государств. По мнению некоторых историков, одним из наиболее известных событий бронзового века, подробно описанных в мировой литературе, следует считать многолетнюю осаду и гибель Трои.

Основной причиной, по которой бронза так и не смогла полностью вытеснить из употребления каменные орудия и оружие была прежде всего высокая себестоимость ее производства: необходимые для изготовления бронзы медные руды встречаются несравненно реже железных, а олово было остродефицитным материалом еще в глубокой древности — финикийцы плавали за ним к берегам туманного Альбиона. Результаты анализа некоторых бронзовых изделий, найденных при раскопках в бассейне Средиземного моря, однозначно свидетельствуют, что находящееся в этих образцах олово по изотопному составу идентично оловянной руде, добываемой в Великобритании.

Как уже говорилось выше, первоначально древние металлурги эксплуатировали только выходы рудных пластов на поверхность главным образом на склонах гор. Но жила уходила вглубь, и, чтобы добраться до нее, возникала необходимость строить глубокие колодцы. Рудокопам приходилось решать задачи по укреплению сводов деревом, созданию искусственного освещения, подъему добытой руды на поверхность. В горном деле стали использоваться первые механизмы — «журавли» и вороты. Ранние рудники колодезного типа возникли кое-где еще в эпоху варварства. Создавались и обслуживались они небольшими артелями земледельцев, работавших в них в свободное время. C возникновением государств появились и огромные (по тем временам, естественно) карьеры, разработки в которых осуществлялись силами тысяч рабов. Но даже такое количество работников ничего не могли сделать, когда жила уходила в землю на десятки метров. В I тыс. до н.э. в наиболее развитых государствах для добычи медной руды появились уже настоящие шахты: со стволами, уровнями, вагонетками и водоподъемными механизмами.

Дефицит медной и, главным образом, оловянной руд в итоге приводил к тому, что бронзовая индустрия развивалась только у цивилизованных народов. Сырье, необходимое для получения бронзы в количестве, достаточном для изготовления орудий труда и массового вооружения армии, можно было добыть только в рудниках, либо получить в результате обмена. Бесперебойное производство бронзы способствовало развитию товарообмена между различными государствами. При этом отмечается существенный прогресс в кораблестроении и мореходстве, поскольку основные торговые пути пролегали через Средиземное море. Более того, некоторые племена и народы, например, финикийцы или жители острова Крит в эпоху кносской культуры, сделали резкий рывок в своем развитии исключительно за счет торговли. Считается, что бронзовая культура критян возвысилась за счет экспорта медной руды и древесного угля, а позднее еще и обеспечивала безопасность торговых путей. Создав большой флот, критяне подчинили себе ряд островов Эгейского моря. Широкие торговые и дипломатические связи с Египтом и государствами Передней Азии обеспечили Криту первенство в Эгейском бассейне. Морское владычество (талассократия) критян этого времени сохранялось в памяти греков много веков спустя.

Разновидности прямых бронзовых мечей. Поздний бронзовый век 

Рекордный по тем временам показатель производства бронзы на душу населения, около 300 граммов в год, ученые отмечают в Вавилоне (притом, что в самом Междуречье не было существенных запасов ни оловянных, ни медных руд). В Египте же производство этого металла составляло всего порядка 50 граммов в год на одного жителя. Племена, находившиеся на более низких ступенях развития, редко могли располагать бронзой в достаточном количестве, за исключением тех случаев, когда территория их обитания была богата всеми необходимыми для производства этого сплава ресурсами, как это имело место в Скандинавии. Либо, как в случае скифов, племена поддерживали постоянные экономические контакты с греческими поселениями на побережье Черного моря. Историки считают, что пребывание какого-либо народа в эпохе бронзы подразумевает наличие среди археологических находок бронзовых изделий культового назначения или оружия (см. карту на цветной вклейке). Даже строительство хорошо оснащенных шахт не снимало проблему дефицита бронзы, поскольку у народов, располагающих такими возможностями, и потребности в металле были очень высокие. Удовлетворить их могло только в 15 раз более распространенное, чем медь, железо. Быстрое истощение доступных запасов меди и олова ускоряло переход к новому этапу металлургии.

Закату бронзового века способствовало и еще одно обстоятельство. Многие высокоразвитые культуры в этот период оказались стертыми с лица Земли либо в результате грандиозных стихийных катастроф, либо под ударами более воинственных и менее цивилизованных соседних племен — «народов моря». Около 1470 г. до н.э. тектоническая катастрофа на острове Фера повлекла за собой череду губительных землетрясений на Крите. Разрушение городов и деревень, гибель населения и флота — все эти обстоятельства определили запустение острова и гибель кносской культуры острова Крит. Началом переселения, ставшего важнейшим рубежом в истории Южной Европы и Ближнего Востока, послужила экспансия индоевропейцев, населявших бассейн Верхнего и Среднего Дуная. В первой половине XIII в. до н.э. по неизвестным причинам они внезапно двинулись на юго-запад в направлении Балканского, Апеннинского и Пиренейского полуостровов, вызывая «по цепочке» новые и новые перемещения племен. Одним из последствий такого переселения народов явился заметный упадок экономики и культуры. В цветущих и преуспевающих городах Восточного Средиземноморья практически в течение нескольких десятилетий воцарились хаос и разрушения. Все это привело к тому, что в налаженной системе торговых отношений, обеспечивающих бесперебойную поставку сырья для производства бронзы, выпали звенья, которые играли весьма существенную роль. Цивилизации, зависящие главным образом от привозного сырья, были поставлены перед проблемой прекращения производства этих сплавов. Древние металлурги вынуждены были озаботиться поиском новых материалов и технологий для производства оружия и орудий труда.

 

2.3.2. Железо и сталь

Еще один скачкообразный рывок в развитии цивилизации связан с открытием технологии получения железа. Термин «железный век» был введен в науку около середины XIX в. датским археологом К.Ю. Томсеном. Этот металл был известен человеку с древнейших времен. Археологические раскопки выявляют изделия из железа, датируемые примерно IV тыс. до н.э. и относящиеся к древнеегипетской и древнешумерской цивилизациям. Поделки из железа того времени представляют собой главным образом наконечники для стрел и украшения. В них использовалось метеоритное железо, а точнее — сплав железа и никеля, из которого состоят эти небесные тела. Упоминание о неземном происхождении железа осталось во многих языках. Например, древнеегипетское название «бенипет» означает «небесное железо», а древнегреческое слово «sideros» связывают с латинским «sidus» (родительный падеж sideris) — «звезда, небесное тело». Хеттские тексты XIV в. до н.э. упоминают о железе как о металле, упавшем с неба. В хеттском захоронении, относящемся приблизительно к XXV в. до н.э., был найден железный кинжал с бронзовым эфесом. Недавно было подсчитано, что на территории Древнего Ближнего Востока могло находиться до 1 млн. тонн железных метеоритов.

Самым древним из известных образцов железа, полученных восстановлением из оксидов, можно считать маленький слиток, найденный при раскопках на Синайском полуострове, поблизости от печей для выплавки меди. Его возраст — около 5000 лет. Оксиды железа использовали в качестве флюса при выплавке меди и бронзы. Возможно, что подобные слитки могли образоваться как побочные продукты. В начале II тыс. до н.э. в Месопотамии, Анатолии и Египте появляются первые предметы, изготовленные из переплавленного железа, что можно констатировать по отсутствию никеля в составе сплава. Тем не менее, железо использовалось в основном в культовых предметах. Вероятно, железо в те времена было очень дорогим — более дорогим, чем золото. Можно сослаться на древние тексты, в которых указывается, что хетты, поставляя железо ассирийцам, обменивали его на серебро в соотношении один к сорока по массе. В Древней Греции оружие было в основном бронзовым, однако в 23-й песне «Илиады» рассказывается, что Ахилл наградил диском из железной крицы победителя в соревновании по метанию диска.

Большинство историков склоняются к мнению, что секрет плавки железа был открыт примерно в 1600–1500 гг. до н.э. в Малой Азии. Согласно одному из наиболее вероятных предположений, сыродутный процесс получения железа был впервые применен племенами хатти, жившими в горах Армении (Антитавр) в XX–XV вв. до н.э. Народность хатти находилась в зависимости от более могучих и многочисленных племен хеттов. Широко использовать железо первыми стали именно хетты, проживавшие на территории древнего государства Урарту (Армения) и позднее расселившиеся вплоть до современной Сирии. Еще древнегреческий географ и историк Страбон в своих трудах писал, что в Канеше — колонии Ассирии — производство железа было налажено в середине II тыс. до н.э. Двести лет хетты хранили секрет изготовления железа, но, тем не менее, между 1600 и 1200 гг. до н.э. производство этого металла достаточно широко распространилось на Ближнем Востоке. В этот период железо все еще значительно уступало по распространению бронзе, несмотря на то, что исходное сырье для его производства было значительно доступнее.

Только после XI в. до н.э. началось массовое изготовление железного оружия и орудий труда в Палестине, Сирии, Малой Азии, Закавказье, Индии. Ассирийское войско в IX–VIII вв. до н.э. считается первой в истории армией, полностью оснащенной железным оружием и доспехами. В это же время железо становится известным на юге Европы. В XI–X вв. до н.э. отдельные железные предметы проникают в область, лежащую к северу от Альп, а также на Европейскую часть современной территории России. Однако преобладание железных орудий в этих областях отмечают только начиная с VIII–VII вв. до н.э. В VIII в. до н.э. железные изделия широко распространяются в Месопотамии, Иране, а несколько позднее — в Средней Азии. Первые известия о железе в Китае относятся к VIII в. до н.э., но распространяется оно только с V в. до н.э.

В отличие от сравнительно редких месторождений меди и олова, железные руды, правда, чаще всего низкосортные (бурые железняки), встречаются почти повсюду, но получить железо из руды гораздо труднее, чем медь. Чтобы реализовать на практике восстановление руды с целью получения железа, пригодного для дальнейшей переработки, необходимо было выполнить три условия:

1. Введение оксидов железа в зону нагревания в условиях восстановления;

2. Достижение температуры, при которой получается металл, пригодный для механической переработки;

3. Открытие действия флюсов — добавок, облегчающих отделение примесей в виде шлаков. Использование шлаков облегчало получение ковкого металла при температурах, ниже точки плавления железа.

Сначала для получения железа использовали костры, а затем специальные плавильные ямы — сыродутные горны. В горн, выложенный из камня, загружали легковосстановимую руду и древесный уголь. Дутье, необходимое для горения угля, подавалось в горн снизу (первое время естественной тягой, а впоследствии при помощи мехов). Образующийся угарный газ восстанавливал оксиды железа. Металл получали в тестообразном состоянии за счет восстановления железной руды при температуре около 900–1350° С. Относительно низкая температура процесса и большое количество железистого шлака препятствовали науглероживанию металла и позволяли получать железо только с низким содержанием углерода. На дне печи образовывалась крица — комок пористого или губчатого железа весом 1–5 кг, которую необходимо было проковывать для уплотнения, а также удаления из нее шлака. Процесс был малопроизводительным и обеспечивал извлечение из руды лишь около половины содержащегося в ней железа. К тому же сыродутное железо по качеству значительно уступало бронзе. Вот почему металлургия железа развивалась медленнее, чем металлургия меди и сплавов на ее основе. Это объясняется и тем, что при достижимых в то время температурах металлургических процессов бронза получалась в расплавленном состоянии, а железо — в виде тестообразной массы с многочисленными включениями шлака и несгоревшего древесного угля. В связи с низким содержанием углерода сыродутное железо было мягким. Изготовленные из него оружие и орудия труда быстро затуплялись, гнулись, не подвергались закалке, поэтому по функциональным свойствам, и прежде всего по долговечности, они пока еще не выдерживали конкуренции с бронзовыми изделиями.

Для перехода к более широкому производству и применению железа необходимо было усовершенствовать примитивный сыродутный процесс, а главное — овладеть процессами науглероживания железа и его последующей закалки, т.е. создать технологию получения стали. Лишь примерно в начале I тыс. до н.э. в Индии, Месопотамии, Армении и Египте были разработаны методы получения железа, оказавшие определяющее влияние на развитие металлургии последующих веков.

Прямые железные мечи и железный фрагмент орнамента на кожаных ножнах. Западная Европа. VI–V вв. до н.э. 

По мере усовершенствования способов дутья и увеличения высоты горна температура процесса повышалась, поэтому определенная часть железа в большей степени насыщалась углеродом, т.е. получался чугун или, точнее, передельный чугун. Этот сравнительно хрупкий продукт считали отходом производства. Отсюда название чугуна — «чушка», «свинское железо» (англ. — pig iron). Первые сведения о чугуне относятся к VI в. до н.э. В Китае из высокофосфористых железных руд получали чугун, содержащий до 7% фосфора, с низкой температурой плавления, из которого отливали различные изделия. C VI–V вв. до н.э. этот материал получали уже и ремесленники Древней Греции и Рима.

Решающее усовершенствование технологии получения железа заключалось в повторном прокаливании железного слитка в присутствии угля. При этом поверхностный слой металла слегка насыщался углеродом и упрочнялся. Изделия, полученные таким способом, уже были заметно более надежными, чем бронзовые. После повторного нагревания железа в печи с древесным углем оно превращалось в ковкую сталь (англ. — wrought iron). В I тыс. до н.э. такие усовершенствования обеспечили железу главенствующее положение среди материалов, используемых человеком. Также было замечено, что при повторном прожигании в горне в условиях сильного дутья и чугун превращается в железо хорошего качества; более того, практика показала, что такой двустадийный процесс является более выгодным, чем сыродутный. Примерно в это же время древние металлурги обнаружили еще несколько важных закономерностей:

— чем длительнее выдержка сыродутного железа при повторном нагревании в смеси с древесным углем, тем качественнее изделие;

— быстрое охлаждение железа от температуры красного каления (закалка) приводит к улучшению механических характеристик (повышается твердость).

Наконечники копья , дротика и щиты из железа. Западная Европа. VI–V вв. до н.э. 

На завершающей стадии совершенствование механических свойств стальных изделий (повышение твердости при сохранении пластичности) уже практически полностью зависело от мастерства кузнеца, вот почему эта профессия долгие годы была весьма почитаемой у разных народов (недаром практически у всех европейских наций аналоги русской фамилии «Кузнецов» являются одними из самых распространенных: в Великобритании — Смит, в Германии — Шмидт и др.). Мастерство кузнеца позволяло выковать меч или топор, у которых режущая кромка была значительно тверже, чем остальная часть. Это давало существенные преимущества — такие клинки были довольно пластичными, поэтому сломать их в бою было достаточно трудно.

Все усовершенствования технологии получения ковкой стали привели к тому, что к началу новой эры металлургия железа была почти повсеместно распространена в Европе и Азии. Этому способствовали преимущественно два обстоятельства: 1) достаточно низкая себестоимость процесса, обусловленная главным образом доступностью исходного сырья; 2) отсутствие необходимости вовлечения в технологический процесс большого числа людей. Именно эти факторы оказались решающими в распространении технологии железа даже среди народностей и племен, которые находились в условиях общинно-родового строя.

В то же время, нельзя не учитывать мнения влиятельной группы историков, которые связывают переход к технологии железа исключительно с природными катаклизмами и массовой миграцией менее цивилизованных народов, происходящими в XII–XI вв. до н.э. Эти специалисты считают, что все названные процессы привели к разрушению отлаженной системы доставки сырья, необходимого для производства бронзы. Аргументом выступает тот факт, что в Древнем Египте, который не был вовлечен в эти разрушительные процессы, доминирование производства бронзы сохранялось вплоть до завоевания его ассирийцами в 663 г. до н.э.

Получение стали явилось поворотным моментом в истории развития металлургии и всей истории развития человечества. Железо стало символом новой силы и мощи, иного военного и политического порядка. Человечество получило доступ к орудиям труда и оружию высокого качества. Технический переворот, вызванный распространением железа и стали, намного расширил власть человека над природой. Стала возможной расчистка под посевы больших лесных площадей, расширение и совершенствование оросительных и мелиоративных сооружений, в целом улучшилась обработка пахотных земель. Ускорилось развитие различных ремесел, особенно кузнечного и оружейного. Усовершенствовалась обработка дерева для строительства, производства транспортных средств (судов, колесниц и т.п.), изготовления разнообразной утвари. Ремесленники, начиная с сапожников, каменщиков и кончая рудокопами, получили в свое распоряжение более совершенные инструменты. К началу нашей эры все основные виды ремесленных и сельскохозяйственных ручных орудий (кроме винтов и шарнирных ножниц), употреблявшихся в Средние века, а частично и в новое время, были уже в ходу. Облегчилось сооружение дорог, усовершенствовалась военная техника, расширился обмен, распространилась металлическая монета как средство обращения.

Тем не менее необходимо отметить, что использование железа не вытеснило полностью использование бронзы. Переход от каменного века к бронзовому, а затем и к железному для разных народов проходил крайне неравномерно. При археологических раскопках на месте Марафонской битвы были обнаружены не только стальные и бронзовые мечи, но и каменные наконечники стрел. И в более поздние периоды бронза сохраняла некоторое значение, так как превосходила железо в технологичности: если железному изделию можно было придавать форму только ковкой (поэтому даже старинные гвозди имели квадратное сечение), то бронзовые орудия можно было изготовить, используя процесс литья. Изделие сложной формы проще было именно отлить, чем выковать. Что же касается прочности, то бронза однозначно была тверже сыродутного железа и не такой хрупкой, как сталь. Бронзовые доспехи, в том числе цельнолитые кирасы, вплоть до начала нашей эры использовались в Риме (см. цветную вклейку). Вплоть до XIX в. в Европе и шлемы делали преимущественно из бронзы.

Дополнительным достоинством бронзы было ее удобство при массовом производстве. Так, китайцы, например, уже в первом тысячелетии новой эры отливали из бронзы детали к арбалетным замкам, наконечники и ушки для арбалетных болтов и многое другое. Бронзовый наконечник, конечно, не обладал пробивной способностью стального. Однако каждый стальной наконечник надо было выковывать и закаливать персонально, а их бронзовые собратья отливались в специальном станке по 100–200 штук разом, причем обладали стандартностью — качеством, недостижимым для железных изделий того времени.

 

2.3.3. Технология получения других металлов

Параллельно с развитием технологии черной металлургии совершенствовались и методы получения других металлов. Всего древним народам было известно семь металлов: железо, золото, медь, олово, серебро, свинец и ртуть (жидкое серебро).

Золото и серебро с глубокой древности использовали для изготовления украшений и драгоценностей. Ювелирное искусство Древнего Египта, отличающееся любовью к ярким полихромным эффектам, находилось на высокой стадии развития. Материалами служили преимущественно золото, лазурит, аметист, бронза, яшма, обсидиан и изумруды. При этом использовали чеканку, гравировку и так называемую холодную эмаль (включение кубиков стеклянной пасты и цветных камней между золотыми перегородками). Пристрастие к яркой полихромии, частое использование лазурита и техники холодной эмали характерно также и для ювелирных изделий Междуречья.

Пектораль (нагрудное украшение) фараона Тутанхамона (покровительницей царской власти считали богиню Нехбет, священным животным которой был гриф).

Золото, инкрустация. Древний Египет. XIV в. до н.э. Каир. Египетский национальный музей

Серебряная амфора древнегреческой работы из Чертомлыкского кургана (Днепропетровская область , Украина). IV в. до н.э. Санкт-Петербург. Эрмитаж 

Ювелирные изделия стран Эгейской культуры, обнаруженные главным образом при раскопках в Микенах (Крит) и Трое, представляют собой посмертные золотые маски, украшения со сканью и зернью, золотые сосуды с изображениями быков, каракатиц, морских звезд и отмечены большей сдержанностью цветовых решений. В классическом древнегреческом ювелирном искусстве (V–IV вв. до н.э.) важнейшим средством художественных эффектов являлся матовый блеск золота. Особую известность среди ювелирных изделий эллинистического периода получили художественные изделия из серебра (см. цветную вклейку).

Естественные свойства золота — однородность, делимость, устойчивость к воздействию химически агрессивных сред, портативность (большая стоимость при небольшом объеме и массе) — делали его на протяжении длительных исторических периодов наиболее подходящим материалом для роли всеобщего эквивалента, т.е. денег. В качестве денег золото употреблялось еще за 1500 лет до н.э. в Китае, Индии, Египте и Месопотамии. Первоначально золото обращалось в форме слитков, а в I тыс. до н.э. в нескольких государствах Древнего мира стали чеканить монеты (см. цветную вклейку).

Помимо бронзы и латуни, были известны и другие сплавы. Например, хорошо была изучена технология получения сплавов золота и серебра. Для того чтобы золото и серебро стали более твердыми, например при чеканке монет, к этим металлам добавляли медь. В ювелирном деле широко использовали сплав, состоящий из трех частей золота и одной части серебра. Такой сплав греки называли электром и считали его индивидуальным металлом.

Свинец, например, применяли для отливки ядер для пращей и стенобитных машин, изготовления досок для письма, грузил, монет и т.п.

В Древнем Риме свинцовые трубы использовали при создании систем водоснабжения и канализации. Кроме того, большие количества свинца расходовали в процессах приготовления красок, таких, как свинцовые белила или сурик. Уже в те времена было известно, что эти краски надежно защищают различные поверхности от разрушающего воздействия влаги. Еще во времена Геродота древние греки красили корпуса своих кораблей суриком.

Шлем знатного аккадца Мескаламдуга. Изготовлен из электра — сплава золота с серебром. Царское захоронение в Уре. Около 2500 г. до н.э. Багдад. Иракский музей 

По свидетельству Плиния, ртуть очищали, продавливая ее через кожу. В трудах Диоскорида есть упоминания о том, что ртуть можно очистить путем перегонки. В те времена была известна не только металлическая ртуть, но и некоторые ее соединения, например киноварь HgS. Ее употребляли как пигмент при получении некоторых красителей, а также как сырье для получения самой ртути. В отличие от золота, серебра или меди, ртуть не служила материалом для получения изделий, а применялась лишь для амальгамирования. На этом методе был основан один из древнейших способов извлечения золота и серебра из руды.

Таким образом, возникновение металлургии позволило человечеству на практике овладеть важнейшими химическими процессами: обжигом — окислением металла и обратным превращением — восстановлением оксида в металл. Известный химик Пауль Вальден, занимавшийся историей науки, писал: «Так эмпирически было открыто 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 века».

 

2.4. Общий уровень развития прикладной химии древних цивилизаций

 

2.4.1. Химические технологии, связанные с использованием высоких температур

Древние цивилизации накопили большой объем знаний по прикладной химии не только в области металлургии. В понимании человека огонь из грозной непобедимой стихии все больше и больше превращался в незаменимого и искусного помощника. Осознавая, какие безграничные возможности скрываются в умелом использовании этого мощного средства труда, ремесленники старались расширить область его практического применения. Наблюдая за изменениями свойств и взаимным превращением веществ под воздействием высоких температур, древние мастера постоянно не только совершенствовали уже известные объекты и методы прикладной химии, но и старались овладеть новыми материалами и технологиями.

Античные жители Средиземноморья в совершенстве овладели гончарным искусством. Для покрытия керамических изделий разноцветной глазурью была разработана особая техника. Выдающихся достижений в этом направлении добились древние греки и римляне. Расписанные художниками античные амфоры и пифосы и по сей день вызывают восхищение.

Народам древности также была известна технология изготовления стекла. Большинство историков считают, что зарождение технологии производства этого материала произошло в Древнем Египте примерно 4000 лет до н.э., хотя при раскопках в Месопотамии находят фрагменты стеклянных изделий, которые старше более чем на 500 лет. Древние стеклянные изделия археологи находят в культурных слоях, относящихся к эпохе зарождения цивилизации в Китае. Зарождение технологии стекла обычно связывают с развитием гончарного производства. На поверхность изделия из глины могла попасть смесь соды и песка, в результате чего появлялась стекловидная пленка-глазурь.

Развитию стекольного дела в Египте способствовали большие природные запасы соды. Первое стекло было непрозрачным и мутным. Позднее стали уменьшать содержание соды и вводить оксиды свинца и олова. За две тысячи лет до н.э. в Египте стекло варили в глиняных горшочках — тиглях емкостью около 0,25 л. Такое непрозрачное стекло изготавливалось путем прессования в открытых глиняных формах или путем навивания стеклянной массы на палочку. Однако позднее ремесленники научились окрашивать стекло в голубой, зеленый и красный цвет (см. цветную вклейку). Для окрашивания в состав стекла стали добавлять соединения марганца и кобальта. Плиний Старший указывал на возможность получения окрашенных стекол, имитирующих драгоценные камни.

Коренные изменения в технологии стеклоделия произошли на рубеже нашей эры, когда были решены две важнейшие проблемы — изготовление прозрачного бесцветного стекла и формование изделий выдуванием. Получение прозрачного стекла стало возможным в результате усовершенствования стекловаренных печей, что позволило повысить температуру варки и надежно воспроизводить условия хорошего осветления расплавленной массы. Стеклодувная трубка, изобретенная за несколько веков до н.э., оказалась универсальным инструментом, с помощью которого стало возможным создавать простые, доступные всем предметы обихода, например посуду. Была разработана стеклодувная техника, которая мало изменилась вплоть до начала XX столетия.

Амфора с росписью геометрического стиля. VIII в. до н.э. Афины. Национальный музей