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

Миттова Ирина Яковлевна

Самойлов Александр Михайлович

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 

В VI веке до н.э. в Древней Греции сложился чернофигурный (чернолаковый) стиль, при котором силуэтные изображения наносились черным лаком на желтую или красную глину, детали одежды, орнамента выполнялись белой и пурпуровой красками

Именно в Египте, где изготавливались чаши, небольшие вазы, блюда, бусы, серьги, браслеты, печати, амулеты в основном зелено-бирюзовой гаммы, стеклоделие древнего мира развивалось наиболее динамично. В течение долгого времени Фивы славились искусными мастерами, создававшими художественные украшения из стекла. Из стеклянной пасты делали вставки в изделия из золота и бронзы. Египетское стекло было предметом активного экспорта; а бусы, видимо, играли роль своего рода «международной валюты»: их находят даже на местах расселения славян. После завоевания Египта фалангами Александра Македонского в эпоху царствования династии Птолемеев (IV–I вв. до н.э.) искусство египетских мастеров стекольного дела достигло своего наивысшего расцвета.

Помимо египтян производство стекла было известно и другим народам Древнего мира. Так, в Финикии из стекла делали украшения и стеклянные скульптурные маски; древнегреческие мастера нашли способ свободного выдувания стекла с помощью трубки. Греческие стеклянные сосуды известны в основном во фрагментах. Редчайшие находки из Таврии (Крыма) хранятся в Эрмитаже.

Римляне уже производили сложные изделия с налепным и инкрустированным декором, так называемое стекло-камея. Образцом такого сосуда является знаменитая Портлендская ваза из синего непрозрачного стекла с белым рельефным узором на тему мифа о Пелее и Фетиде. Эта ваза (I в. н.э.), хранящаяся в Британском музее, в XVIII в. породила волну подражаний, как в стекле, так и в керамике.

Одним из примеров такого подражания является, в частности, знаменитая копия Дж. Веджвуда (см. гл. 7, п. 7.1.3). Римлянам удалось освоить изготовление сложных изогнутых форм, к сосудам они научились приделывать ручки (см. цветную вклейку). Позднее римляне овладели технологией производства хрусталя (стекла с солями свинца). К сожалению, после падения Римской империи под ударами племен варваров Западная Европа практически на шесть веков погрузилась в «темные времена» раннего Средневековья. Многие материалы и технологии их изготовления, известные античным ремесленникам, оказались утраченными. Подобная история случилась и с изготовлением хрусталя: его производство впоследствии заново было открыто европейцами только в XVIII в.

Портлендская ваза. Стекло-камея. Древний Рим. I в. н.э. Лондон. Британский музей 

Древние зодчие применяли высокотемпературные процессы не только в производстве кирпичей и черепицы, но также при изготовлении строительных растворов. При возведении зданий широко использовали строительные растворы на основе гашеной извести. Поэтому повсеместно развивалась технология обжига мела и известняка, которую использовали для получения негашеной извести. Полученную в результате обработки водой гашеную известь применяли и в других целях. В «Естественной истории» Плиния можно найти описание процесса приготовления мыла путем обработки жиров известью, золой и щелочами естественного происхождения. Очевидно, что огонь был необходим и при выделении древесной смолы, различных масел, при получении сажи и изготовлении некоторых красок, например, знаменитой синей египетской, чернил и лекарственных препаратов.

 

2.4.2. Процессы брожения

После того как древние люди стали заниматься скотоводством, одним из основных продуктов питания животного происхождения стало молоко и молочные продукты. Уже в глубокой древности человек осознал, что в результате быстро протекающих в молоке превращений образуется немало других продуктов — кислое молоко, сыворотка, творог, сыр. Люди научились получать разнообразные молочные продукты, базовый ассортимент которых мало изменился до настоящего времени.

До зарождения земледелия и скотоводства, первобытные люди добывали себе пищу только охотой и собирательством. Уже в этот период они заметили, что спелые плоды со временем меняют свой вкус, т.е. процессы брожения сладких фруктовых соков, приводящие к получению спирта, известны людям с давних времен. Накопленные наблюдения позволили перейти к целенаправленному возделыванию таких сельскохозяйственных культур, как виноград, финики, плодовоягодную продукцию которых можно было непосредственно употреблять в пищу и использовать для приготовления вина. Историки считают, что в Средиземноморье выращивать пшеницу и виноград стали практически в одно и то же время. Земледельцы Древней Греции и Рима возделывали различные сорта винограда, а полученное из них вино реализовывалось на внутреннем рынке и экспортировалось в другие страны.

Древние виноделы заметили, что при брожении виноградного или иного фруктового сока без каких-либо внешних воздействий в одних условиях образуется вино, а в других — уксус. Уксус так же, как вино и пиво, был широко распространенным продуктом и притом не только пищевым. Его применяли в ремесленной практике, например при изготовлении свинцовых белил. Для получения всех этих веществ использовали вымачивание, измельчение, продавливание через отверстия, процеживание, сушку (в том числе на нагретых солнцем камнях) и целый ряд других операции.

 

2.4.3. Изготовление красок и косметических средств

Как известно, первым материалом для изготовления одежды были шкуры животных. Производство и выделка кож были бы невозможны без умения обрабатывать шкуры животных, в том числе и химическим путем. При этом широко использовались хорошо известные к тому времени природные соединения: поваренная соль, квасцы и дубильные вещества растительного происхождения, которые добывали из коры сосны, ольхи и дуба. Со временем возникла необходимость окраски кожаных изделий, поэтому стала развиваться и совершенствоваться технология производства различных красителей. Например, в черный цвет кожу окрашивали, обрабатывая медным купоросом, который, в свою очередь, получали кристаллизацией из водного раствора соли. При этом воду соляных месторождений, содержащую сульфат меди, упаривали, а остаток кристаллизовали в специальных емкостях. Другие красители для кож были, как правило, растительного (пигменты, добываемые из лотоса или марены) или животного происхождения. Например, красную краску кармин добывали из кошенили — насекомых подотряда кокцидовых.

C переходом к скотоводству и оседлому земледелию у древних людей произошли изменения и в способе изготовления одежды. Кожаную одежду постепенно начинают вытеснять изделия из различных тканей. Ткачество, как и прядение, возникло в эпоху неолита и широко распространилось при первобытнообщинном строе. Ручной ткацкий станок с вертикальным расположением основы появился примерно в VI–V тыс. до н.э. Ф. Энгельс считал изобретение ткацкого станка одним из важнейших достижений человека на первой ступени его развития. В этот период изготавливали ткани из натуральных волокон животного и растительного происхождения: шерсти, шелка, хлопка и джута. Шелководство известно в Китае с III тыс. до н.э. Родиной хлопководства считают Индию, где в долине Инда уже 5000 лет назад в период хараппской цивилизации выращивали эту культуру и изготовляли пряжу из его волокна. Сведения о возделывании хлопка в Египте относятся к гораздо более позднему периоду — примерно II в. до н.э. Кустарное производство шерстяных тканей имело место еще в городах Древнего Междуречья.

При изготовлении текстильных изделий природные волокна подвергались химической обработке под действием разнообразных веществ — красителей, протрав, моющих средств. Заметим, что краски человек стал впервые использовать еще в каменном веке — для настенной живописи. Постепенно предназначение красящих веществ и их спектр значительно расширились. Качество красок для живописи, изготавливаемых из охры, оксидов железа и меди, сурика и др., было таково, что они тысячелетиями сохраняли свой цвет.

Красители для тканей получали преимущественно из веществ растительного и животного происхождения, а также из минеральных солей. Список растений, наиболее широко использовавшихся для крашения тканей, достаточно внушителен: сафлор, хна, индиго, марена, шафран, резеда, вайда (синильник), дуб, дрок, орех, а также черника. Очень высоко ценился пурпур, который добывали из желез морских брюхоногих моллюсков семейства иглянок (пурпурных улиток). В качестве протравы применяли квасцы, известь, мочевину, смесь оксидов железа с уксусом, медный и железный купорос, экстракт чернильных орешков. Для отмывки тканей использовали растворы соды и аммиака (который добывали из мочи).

В косметологии черную краску приготовляли из свинцового блеска и антимонита (сурьмяного блеска); черную и коричневую — из пиролюзита (диоксида марганца) и некоторых видов глины, содержащих железо, а также из оксида меди; зеленую — из соединений меди (например, яри-медянки); красную — из экстракта хны. Важнейшими косметическими средствами были мази и духи. Мази изготовляли на основе масел и жиров — чаще всего ланолина. Ланолин получали из шерсти овец, выполняя при этом ряд последовательных операций — кипячение, промывание смеси морской водой, фильтрование продукта, его отбеливание на солнце. Масла добывали из оливок, миндаля, орехов (фундука и грецких), плодов кунжута. Эфирные масла извлекали из цветов при обычной или повышенной температуре экстрагированием оливковым или ореховым маслом. Так получали, например, розовое масло. Косметическими средствами считали также кремы и лекарства, которые смешивали с красящими веществами, с консервирующими добавками соли, со смолой и смолоподобными веществами.

Одним из веществ, используемых с самой глубокой древности, является поваренная соль. C незапамятных времен она нашла разнообразное применение в жизни человека, стала важнейшим средством для консервирования продуктов питания. Сначала первобытные люди использовали каменную соль, затем научились получать ее выпариванием морской воды и воды минеральных источников. Особую роль поваренная соль играла в Древнем Египте: она входила в состав смесей, используемых для мумификации.

 

2.4.4. Лекарства и яды

Как свидетельствуют письменные источники, сохранившиеся до наших дней (см. гл. 2, п. 2.1), древние египтяне уже в III–II тыс. до н.э. для лечения многих болезней использовали различные химические вещества минерального и органического происхождения. Как писал римский историк Плиний, в его время было известно большое количество медицинских препаратов, действующих на человеческий организм как расслабляющие, успокаивающие, возбуждающие и болеутоляющие лекарства. Например, железный купорос с древности использовался как рвотное средство, растворы квасцов — для компрессов и полосканий горла, экстракт из семян мака — как снотворное и т.д. Разнообразие лекарственных и косметических препаратов, применявшихся в эпоху античности, свидетельствует о довольно высоком уровне знаний химических и фармакологических свойств многих веществ.

Были известны также различные виды минеральных вод и их целебное действие на организм человека. На основании археологических раскопок ученые пришли к выводу, что не только знатные женщины, но и богатые вельможи в рабовладельческих государствах древности широко использовали в повседневной жизни разнообразные косметические вещества: кремы, благовония, средства ухода за волосами, составы для грима — от палочек для подкрашивания губ до теней для век.

Хотя в то время еще не была понятна химическая сущность веществ, пагубное действие некоторых из них на живые организмы было хорошо известно. Так, не имея еще представления о том, что монооксид углерода — индивидуальное газообразное вещество, люди знали, что при неполном сгорании древесного угля получается «дым», который при добавлении к воздуху даже в довольно незначительных концентрациях приводит к смерти людей и животных. Довольно рано состоялось знакомство первобытных людей и с ядами животного и растительного происхождения. Древние охотники, рыболовы и собиратели знали, какие животные и растения представляют собой смертельную опасность. Со временем человек научился извлекать ядовитые выделения животных и соки растений. Яды издавна широко использовались при охоте на крупных животных; во время сражений ими смазывали наконечники стрел и копий. В ходе военных действий сражающиеся забрасывали на укрепления или на корабли противника глиняные сосуды с ядовитыми змеями. Бывало, что это решало исход сражения, как в случае победы карфагенян под командованием Ганнибала над флотом пергамского царя Эвмена II, армия которого во время Пунических войн сражалась на стороне римлян.

Как гласит предание, великий философ Сократ отравился соком цикуты во исполнение смертного приговора, вынесенного ему афинским судом. Яды в древности были и одним из наиболее распространенных средств, используемых для сведения личных счетов, знатные сановники зачастую прибегали к их помощи в борьбе со своими противниками. Это было настолько распространенным явлением, что многие из них имели даже специальных слуг, которые опробовали напитки и кушанья. История знает немало примеров, когда на пути к власти и богатству нежелательных соперников или политических конкурентов устраняли с помощью ядов. Злоумышленное отравление в то время не было связано с риском разоблачения, поскольку было трудно установить, что смерть наступала именно в результате действия яда. Предполагают, что Агриппина (мать одного из самых жестоких правителей Рима — Нерона) в 54 г. н.э. отравила своего мужа императора Клавдия, вероятно, соком аконита. Древнеримский сатирик Ювенал писал: пусть не страшится сока аконита тот, кто пьет из глиняных кружек, пусть его боится только тот, кто пьет из драгоценных кубков.

Существовало поверье, что человеческий организм можно обезопасить от действия ядов несколькими способами: имея священные амулеты, используя определенные вещества, которым приписывали способность обнаруживать яды в напитках и кушаньях, а также постоянно принимая микроскопические дозы ядовитых веществ. Использование ядов в политических интригах продолжалось и в Средние века. Неувядаемой дурной славой на этом поприще покрыли себя члены семьи римского папы Александра VI Борджиа и французская королева Екатерина Медичи. Число преступлений подобного рода резко сократилось лишь в XIX в., когда были открыты химические реакции, позволяющие обнаружить в организме отравляющие вещества.

Однако далеко не всегда ядовитые вещества применяли исключительно из злого умысла. Очень часто их применяли для борьбы с вредными насекомыми. Так, например, сосуды для приготовления и хранения вина предварительно «окуривали» серой; дымом от сгорания специально приготовленной смеси серы, масла и смолы уничтожали вредителей виноградных лоз. Специально приготовленными «маслами» обрызгивали посевы зерновых культур, чтобы уничтожить вредных насекомых. В Древнем Китае за 200 лет до н.э. использовали соединения мышьяка для борьбы с насекомыми, а также применяли специальные вещества для обработки семян перед посевом.

Уже в древности люди знали и широко использовали многочисленные вещества, обладающие опьяняющим либо успокаивающим действием (в том числе наркотические средства, притупляющие сознание). В качестве наркотиков часто применялись экстракты из семян белены или корня мандрагоры, в которых содержатся алкалоиды (особенно скополамин).

Следует признать, что наши знания об уровне развития прикладной химии в те далекие времена никак нельзя назвать исчерпывающими. К сожалению, сохранилось слишком мало исторических источников, которые помогли бы представить объем химических знаний того периода. Вероятно, многие из них по тем или иным причинам утеряны безвозвратно. Хотя не прекращающиеся изыскания археологов постоянно поставляют все новые и новые артефакты.

Например, 14 июня 1936 г. при раскопках древней столицы Парфянского царства Ктесифона неподалеку от Багдада (Ирак) немецкий археолог Вильгельм Кениг отыскал небольшой керамический сосуд, содержавший медный цилиндр и железный стержень. Верхняя часть горлышка глиняного сосуда была намеренно удалена, а на круглом отверстии заметны следы асфальта или битума. В. Кениг задался вопросом: не было ли прежде аналогичных находок в культурных слоях, относящихся к эпохе Парфянского царства (250 г. до н.э. — 250 г. н.э.)? Детальный анализ показал, что подобные артефакты были обнаружены поблизости от иракской столицы группой археологов Мичиганского университета в начале 30-х гг. XX в.

Группой ученых было высказано предположение, что это устройство — названное «парфянской батареей» — может представлять собой древнейший гальванический аппарат. Начиная с 1940 г. различными учеными предпринимались попытки разгадать его истинное предназначение. Например, инженер-электрик из США У.Ф.М. Грей создал первую действующую реконструкцию «парфянской батареи». В 1957 г. М. Швальб опубликовал статью, в которой предположил, что загадочное устройство древние мастера могли использовать для нанесения на металлические предметы тонких золотых покрытий гальваническим способом. Известный американский физик российского происхождения Г. Гамов в своей книге «Рождение и смерть Солнца» поддержал идею о том, что «парфянская батарея» предназначалась для получения слабого электрического тока.

«Парфянская батарея»: а — модель, изготовленная У.Ф.М. Греем в 1940 г. для выставки в Беркгиирском музее (в разрезе); б — схема батареи, представленная X. Брошем в 1992 г. (в разрезе)

(из книги Н. Канани «Парфянская батарея. Электрический ток 2000 лет назад?») 

В последующие годы, вплоть до начала XXI в. специалистами в области электрохимии было проведено немало экспериментов на приборах, представляющих собой реконструкции «парфянских батарей». В результате было установлено, что, используя доступные в те времена электролиты (уксусная и лимонная кислоты), можно получить значение э.д.с. порядка 0,5 В и тока в 1 мА. В этот период была высказана еще одна гипотеза по поводу возможного применения данных приборов: вполне вероятно, что их использовали в медицинской практике для обезболивания или других видов электротерапии.

Однако до настоящего времени вопрос о предназначении удивительных находок не нашел окончательного решения. Нельзя не считаться и с мнением ряда ученых, которые отвергают все предположения о связи этих приборов с электричеством, считая, что загадочные сосуды использовали для хранения сакральных текстов, написанных на материалах с органической основой.

В этой научной дискуссии еще рано ставить точку. «Неужели древние шумеры имели какое-либо представление об электролизе? Откуда же они получали тогда электрический ток? Может быть, с помощью этих загадочных глиняных сосудов? … Из электролитов шумерам были известны только разбавленные лимонная и уксусная кислоты. Для того чтобы между медным цилиндром и железным бруском, помещенными в раствор какого-либо из этих электролитов, возникла достаточная разность потенциалов, необходимо последовательно соединить несколько сосудов. Неужели, несмотря на всю сложность получения золотых покрытий электролитическим путем, этот способ был известен в древности?». Вот лишь некоторые из вопросов, возникающих в связи с «парфянской батареей», и в настоящее время их существует гораздо больше, чем ответов.

К сожалению, ученые еще не в состоянии окончательно ответить на вопрос, с каких времен человек стал использовать электрохимию. Если будут найдены изделия двухтысячелетней давности с хорошо сохранившейся гальванической позолотой, либо удастся отыскать письменные источники, свидетельствующие, что парфянские мастера умели наносить на бронзовые или медные изделия тонкие слои серебра или золота, гипотеза об электрохимическом использовании «парфянской батареи» получит объективное материальное подтверждение, но до тех пор ее истинная природа останется загадкой.

Современное представление об уровне развития химических ремесел в Древнем мире было бы весьма ограниченным, если бы опиралось только на материальные памятники археологических раскопок. Весьма важные сведения о химических знаниях той эпохи были получены при расшифровке древнейших письменных источников (см. гл. 2, п. 2.1). Однако многие ученые считают, что в те времена далеко не все секреты химических превращений люди доверяли папирусу или пергаменту — передача знаний (в том числе и химических) происходила в значительной мере «из уст в уста». Зачастую ремесленники тщательно хранили тайну известных им способов превращений веществ, а обучение секретам химического ремесла было сопряжено с обязанностью обучающихся не разглашать полученные знания. Того, кто пренебрегал этой традицией, ждало презрение коллег по химическому «цеху» и даже смерть. Меры повышенной секретности позволяли ремесленникам обеспечить себе монополию на производимую продукцию. Такой способ передачи навыков потерял свое значение только в XIX–XX вв., когда научное познание природы превращений веществ позволило раскрыть тщательно охраняемые «секреты». Однако, приходится признать, что наши знания о химических методах и веществах, использовавшихся ремесленниками и жрецами древних цивилизаций, весьма приблизительны. В табл. 2.1 представлен общий анализ уровня развития химических знаний и ремесел разных народов Древнего мира.

Таблица 2.1

Общий анализ уровня развития прикладной химии в предалхимический период

Высокотемпературные процессы

— Огонь — более 100 тыс. лет до н.э.

— Глиняные изделия — десятки тыс. лет до н.э.

— Обжиг известняка (>1100°С) — примерно 4500 лет до н.э., Египет

Металлургия. Позже (алхимики): Золото Au — Солнце, Серебро Ag — Луна, Медь Cu — Венера, Железо Fe — Марс, Ртуть Hg — Меркурий, Олово Sn — Юпитер, Свинец Pb — Сатурн

— Cu, Au (самородные) — IX тыс. до н.э.;

Выплавка меди из руды — около 6000 лет до н.э., Малая Азия, Синайский полуостров, Ближний Восток

— Бронза: сначала (Cu+As), позднее (Cu+Sn) — около 3500 лет до н.э., Северный Кавказ, Малая Азия, Египет, Месопотамия

— Pb: VI тысячелетие до н.э.,

Ag: 4000–3500 лет до н.э.

— Fe: метеоритное — с V–IV тысячелетий до н.э.,

Fe: получение из руды — 1500 лет до н.э.,

ковкая сталь — 1100 лет до н.э., Южный Кавказ, Малая Азия

— Hg: IV–III вв. до н.э.

— Sb (сурьму плохо отличали от свинца)

Стекло

— Египет: IV–III тыс. до н.э., Китай: III–II тыс. до н.э.

Фармация, парфюмерия, бальзамирование

— Папирус Эдвина Смита — XVIII в. до н.э., папирусы Эберса и Бругша — примерно XVI в. до н.э.

Красители и протравы

— Начиная с VII тыс. до н.э.

Папирус и пергамент

—Папирус: IV тыс. до н.э.,

—Пергамент: середина II в. до н.э.

Строительные материалы

— Гипс (около 2000 лет до н.э.), асфальт, битум, известняк, известковые растворы

Биохимические процессы (брожение)

Пищевые продукты

Кулинария

— Более 10 тыс. лет до н.э. 

 

2.5. Рост потребностей и накопление химических знаний

Анализируя лишь важнейшие достижения ремесленной химической практики в древности, приходится признать, что даже в те далекие времена химия проникала практически во все сферы человеческой деятельности и особенно — материального производства. Изучение истории древних рабовладельческих государств подтверждает сформулированное ранее положение: вещества по-разному внедряются в практику: одни позволяют по-иному удовлетворять возникшие ранее потребности, другие способствуют появлению у людей новых запросов. Этот процесс, который можно назвать законом роста потребностей, и по сей день играет значительную роль в развитии человеческого общества.

Развитие химической ремесленной практики предоставило человеку неограниченные возможности. C одной стороны, были получены вещества, на основе которых возникли новые отрасли материального производства, с другой — разработка новых способов получения различных веществ позволила изменить выбор важнейшего сырья, используемого для производства орудий труда и предметов повседневного обихода. И.Б. Троммсдорф писал: «Лишь после того, как человек сумел осознать потребность в чем-либо, он должен был приложить усилия для ее удовлетворения». Иоганн Виглеб в труде «Историко-критическое исследование алхимии» (см. гл. 1, п. 1.3) анализировал особенности раскрытия тайн природы. «Поскольку все тела природы без исключения являются химическими телами, — отмечал Виглеб, — то можно, не опасаясь впасть в ошибку, заявить, что человечество даже для удовлетворения самых насущных потребностей должно было иметь определенные знания о свойствах веществ. Необходимость заставила человека еще в глубокой древности использовать природные вещества; здравый смысл подсказал человеку пути их наилучшего применения».

Закон роста потребностей достаточно многогранен. Его применение в каждом конкретном случае зависит, во-первых, от уже существующего уровня развития потребностей, а во-вторых, от уровня развития производства, позволяющего удовлетворять лишь определенные потребности на конкретном этапе развития общества. Уместно также напомнить, что в законе роста потребностей отражается органичное переплетение всех направлений человеческой деятельности: взаимосвязь материальной и духовной культуры, так, возникновение письменности в Древнем Междуречье и Египте способствовало появлению и усовершенствованию технологий изготовления папируса и пергамента, которые стали достижимы лишь на определенном уровне развития химических ремесел.

Человеческие потребности, складывающиеся в процессе функционирования того или иного общества, В. Штрубе детерминирует по их значению. По его мнению, следует отделять простейшие потребности, необходимые для каждого человека (пища, жилье, одежда, средства передвижения), от значительно более сложных запросов, возникающих на определенном этапе развития общества (информация, торговый обмен, образование людей, удовлетворение их культурных запросов). Каждому времени соответствуют определенные требования в одежде, обстановке и даже в стиле поведения людей. Все эти виды потребностей тесно связаны друг с другом; их удовлетворение в значительной мере определяется уровнем развития общества, с одной стороны, и стимулирует это развитие — с другой.

Специфика каждого конкретного периода развития человечества нередко приводит к появлению неоправданных или даже амбициозных претензий не только отдельных личностей и сословий, но даже государства в целом. Следует подчеркнуть, что характер потребностей может иметь не только положительные, но и отрицательные последствия для человечества. К настоящему времени вполне очевидны примеры того, что неограниченное потребление природных ресурсов не всегда используется в созидательных целях. На протяжении последних десятилетий ученые-экологи настойчиво привлекают внимание общества к проблеме усиливающегося «парникового эффекта» на фоне непрерывно сокращающихся площадей вечнозеленых тропических лесов. Последствия такого эффекта, вызванного в том числе и увеличением содержания углекислого газа в атмосфере, могут послужить причиной глобального изменения климата на планете. Общеизвестно, что по потреблению энергоресурсов на душу населения практически единоличным лидером в мире являются Соединенные Штаты. Тем не менее, правительство США не торопится подписать Киотский протокол, регламентирующий выброс углекислого газа в атмосферу, поскольку считает, что подобное соглашение снизит уровень жизни граждан этой страны.

Хотелось бы надеяться, что человеческая цивилизация наконец достигнет такого уровня, когда в сознании подавляющего большинства жителей нашей планеты возникнет понимание необходимости радикальных перемен отношения к природе. Люди должны осознать, что дальнейшее развитие человеческого общества невозможно без достижения экологического равновесия с окружающей средой, и, вняв призывам античных философов, изменить направление вектора эволюции: от безудержной гонки за удовлетворением материальных потребностей — к достижению морально-этического совершенства.

 

2.6. Происхождение термина «химия»

Современная история химии пока еще не в состоянии дать однозначного ответа на вопрос о происхождении этого слова. Можно лишь с уверенностью проследить эволюцию термина в более поздний период. На разных европейских языках слово «химия» имеет сходное звучание: chemistry (английский), Chemie (немецкий), chimie (французский), chimica (итальянский), quimica (испанский и португальский), kemi (шведский и датский), kimya (турецкий). Такое сходство свидетельствует о том, что европейские языки обогатились этим термином практически в одно и то же время и из одного источника. Большинство специалистов абсолютно уверены, что таким источником было арабское слово «al-kimiya». Поэтому первоначально в Средневековой Европе появились слова «алхимия» и «алхимик».

По всей видимости, термин «химия» в более или менее современном произношении — «химейа» (χημεια) впервые употребил в IV в. н.э. греческий философ и естествоиспытатель, один из основателей алхимии Зосима Панополитанский. Затем это слово перешло в арабский язык, где получило новое звучание с учетом специфики языка — «al-kimiya».

К настоящему времени об истоках происхождения слова «химия» существует несколько гипотез. Согласно одной из версий, его родиной следует считать Древнюю Грецию. Термин «химия» созвучен древнегреческому слову χυμος — «химос» или «хюмос», которое означало «сок растения». Таким образом, χημεια может означать «искусство выделения соков из растений». Такая трактовка присутствует в древнегреческих сочинениях по медицине и фармакологии. Однако «сок», о котором идет речь, древние греки могли использовать и в переносном смысле — «расплавленный металл». Поэтому χημεια способно означать и «литье», «искусство металлургии», «искусство литья и плавления металлов». Кроме того, в древнегреческом языке существовало и сходное по звучанию слово χυμευσις — «химевсис», что, скорее всего, следует понимать как «смешивание» — необходимую операцию во многих химических процессах. Поэтому и это слово вполне могло стать предтечей современного термина «химия».

Другие исследователи считают, что родиной понятия «химия» все же следует считать Древний Египет. Слово χημεια могло означать «египетское искусство». Первые письменные источники, в которых упоминается этот термин, относятся к периоду эллинизма в истории Древнего Египта, который начался после завоевания Страны вечного Нила фалангами Александра Македонского. Поэтому древние греки, пораженные объемом химических знаний египтян, могли называть этим словом магическое искусство превращать обыкновенные металлы в золото и серебро. Название это, вероятнее всего, произошло от древнего названия Египта (Khame, Khem или Chuma), что по одной из версий означает «черная земля». Сами египтяне называли свою страну «Черной землей». Плодородная илистая почва в дельте Нила контрастировала с цветом «Красной земли» — бесплодной пустыни, охватывавшей долину великой реки с запада и востока. Этой точки зрения придерживался знаменитый французский химик Марселей Бертло, который немало потрудился на ниве истории науки. Любопытно, что похожее слово «гумус» (humus) в латинском языке означает «почва». Согласно библейским текстам, один из сыновей Ноя — Хам поселился именно там, где впоследствии возникло Египетское государство. Поэтому в Библии Египет считали землей, где проживали потомки Хама. Сведения по истории египетской цивилизации указывают, что, по всей видимости, химическое ремесло возникло именно там.

Еще одна версия происхождения термина «химия» также связана с Древним Египтом. Согласно ей, химическими знаниями обладали боги Древнего Египта. Существует предание о письме богини и мифической властительницы Страны вечного Нила Изис своему сыну Гору, в котором она якобы открывает рецепт получения золота. В этом письме «Мудрый Химес» (или «Хемес») назван первым из простых смертных, кому удалось разгадать эту великую тайну. Поэтому наука и носит имя первого ученого. Очень часто этого ученого отождествляли с древнеегипетским богом Солнца Амоном-Ра и называли «величайшим, прославленным, известным всему миру Химесом».

И, наконец, существует утверждение, что родиной термина «химия» был Древний Китай. Сторонники этой версии считают, что слово «химия» происходит от древнекитайского «ким» — «золото».

 

2.7. Краткие биографические данные ученых

ЭБЕРС (Ebers) Георг (1837–1898), немецкий египтолог и писатель. Его именем назван найденный и опубликованный им в 1875 г. древнеегипетский медицинский трактат («Папирус Эберса»). Автор исторических романов.

ЭМПЕДОКЛ из Агригента (ок. 490–430 гг. до н.э.), древнегреческий философ, поэт, врач, политический деятель. В гилозоистической натурфилософии Эмпедокла «корни» всего сущего — четыре вечных неизменных первовещества (земля, вода, воздух, огонь), а движущие силы — любовь (сила притяжения) и вражда (сила отталкивания), под действием которых космос то соединяется в единый бескачественный шар, то распадается. По Эмпедоклу, подобное познается подобным. Образ Эмпедокла получил отражение в мировой литературе (Ф. Гельдерлин).

ГИППОКРАТ (лат. Hippocrates, греч. Иппократис), (ок. 460–377 гг. до н.э.), древнегреческий врач, естествоиспытатель, философ, реформатор античной медицины. В трудах Гиппократа, ставших основой дальнейшего развития клинической медицины, отражены: представление о целостности организма; индивидуальный подход к больному и его лечению; понятие об анамнезе; учения об этиологии, прогнозе, темпераментах. C именем Гиппократа связано представление о высоком моральном облике и образце этического поведения врача. Гиппократу приписывается текст этического кодекса древнегреческих врачей («Клятва Гиппократа»), который стал основой обязательств, принимавшихся впоследствии врачами во многих странах.

ГАЛЕН (Galenus) (ок. 130200 гг. н.э.), древнеримский врач. В классическом труде «О частях человеческого тела» дал первое анатомо-физиологическое описание целостного организма. Ввел в медицину вивисекционные эксперименты на животных. Показал, что анатомия и физиология — основа научной диагностики, лечения и профилактики. Обобщил представления античной медицины в виде единого учения, оказавшего большое влияние на развитие естествознания вплоть до XV–XVI вв. Учение Галена канонизировано церковью и господствовало в медицине в течение многих веков.

ГАМОВ (Gamow) Георгий Антонович (1904–1968), американский физик-теоретик, член-корреспондент АН СССР (1932). Родился в России (г. Одесса), выпускник Ленинградского университета (1926; некоторое время он учился вместе с А.А. Фридманом). Гамов рано обратил на себя внимание выдающимися способностями и по праву считается одним из наиболее перспективных молодых ученых своего поколения. В 1934 г. Гамов командируется вместе с Л.Д. Ландау на стажировку в «Мекку новейшей физики» — Институт теоретической физики Нильса Бора в Копенгагене. В том же году эмигрировал в США. Круг научных интересов Гамова был необычайно широк и охватывал квантовую механику, атомную и ядерную физику, астрофизику, космологию и биологию. Разработал теорию альфа-распада. Высказал предположения о существовании туннельного эффекта. Выдвинул гипотезу о «горячей Вселенной» и реликтовом излучении. Сделал первый расчет генетического кода. Много сил отдал делу популяризации науки.

ДИОСКОРИД (Dioscorides) Педаний (I в. н.э.), древнеримский врач. По происхождению грек. В основном сочинении «О лекарственных средствах» систематически описал все известные медикаменты растительного, животного и минерального происхождения, сгруппировал свыше 500 растений по морфологическому принципу. Труды Диоскорида сыграли значительную роль в разработке систематики растений в XVI–XVII вв.

МАРКС (Marx) Карл (1818–1883), мыслитель и общественный деятель, основоположник марксизма. Родился в г. Трир (Германия) в семье адвоката. В 1835–1841 гг. учился на юридическом факультете Боннского, затем Берлинского университетов. C 1842 г. редактор демократической «Рейнской газеты». В 1843 г. переехал в Париж, где познакомился с представителями социалистического и демократического движения. В 1844 г. началась дружба Маркса с Ф. Энгельсом. В период революционных событий в Европе (1848–1849) активно участвовал в работе международной организации «Союз коммунистов» и вместе с Энгельсом написал ее программу «Манифест Коммунистической партии» (1848 г.). В июне 1848 г. — мае 1849 г. Маркс вместе с Ф. Энгельсом издавал в Кельне «Новую Рейнскую газету» и был ее главным редактором. После поражения революции Маркс в 1849 г. переехал в Лондон, где прожил до конца жизни. Теоретическую и общественную деятельность продолжал благодаря материальной помощи Ф. Энгельса. Маркс был организатором и лидером 1-го Интернационала (1864–1876). В 1867 г. вышел главный труд Маркса — «Капитал» (т. 1); работу над следующими томами Маркс не завершил (их подготовил к изданию Энгельс (т. 2, 1885; т. 3, 1894)). В последние годы жизни активно участвовал в формировании пролетарских партий; разработал принципы материалистического понимания истории (исторический материализм), теорию прибавочной стоимости, исследовал развитие капитализма и выдвинул положение о неизбежности его гибели и перехода к коммунизму в результате пролетарской революции. Идеи Маркса оказали значительное влияние на социальную мысль и историю общества на рубеже XIX–XX вв.

ЭНГЕЛЬС (Engels) Фридрих (1820–1895), мыслитель и общественный деятель, один из основоположников марксизма. Родился в г. Бармен (ныне Вупперталь, Германия) в семье фабриканта. В 1841–1842 гг., отбывая воинскую повинность в Берлине, посещал университет. Встреча с Марксом в Париже в 1844 г. положила начало их дружбе. Энгельс активно участвовал в организации (1847) и деятельности «Союза коммунистов», вместе с Марксом написал программу Союза — «Манифест Коммунистической партии» (1848). В июне 1848 г. — мае 1849 г. вместе с Марксом издавал в Кельне «Новую Рейнскую газету». В 1849 г. участвовал в вооруженном восстании в Юго-Западной Германии. В ноябре 1849 г. переехал в Лондон, в ноябре 1850 г. — в Манчестер, где работал в торговой конторе, с 1870 г. жил в Лондоне. Вместе с Марксом руководил деятельностью Первого Интернационала. Стремился обобщить достижения современного ему естествознания и распространить диалектико-материалистический метод на познание природы. Основным результатом этих занятий была большая незавершенная рукопись «Диалектика природы» (написана в 1873–1883 гг., опубликована в 1925 г.). Согласно Энгельсу, «единство мира состоит в его материальности», а движение есть способ существования материи. Существуют пять форм ее движения — механическая, физическая, химическая, биологическая и социальная. Пространство и время являются формами существования материи. Критиковал естественные науки и естествоиспытателей за преимущественно позитивистскую ориентацию мышления с характерными для него господством эмпиризма и забвением теоретических и философских проблем. Резко возражал агностицизму во всех его проявлениях; разрабатывал диалектико-материалистическую методологическую альтернативу идеалистическим, спиритуалистическим, метафизическим и вульгарно-материалистическим парадигмам. Считал неизбежным трансформирование философии в науку о мышлении.

ТЕОФРАСТ (Феофраст) (наст, имя Тиртам) (372–287 гг. до н.э.), древнегреческий естествоиспытатель и философ, один из первых ботаников древности. Ученик и друг Арист