Текст книги "Другая история науки. От Аристотеля до Ньютона"

Автор книги: Дмитрий Калюжный

Соавторы: Сергей Валянский
сообщить о нарушении

Текущая страница: 19 (всего у книги 57 страниц) [доступный отрывок для чтения: 21 страниц]

Краски и техника крашения

С древнейших времен люди применяли некоторые минеральные, растительные, животные и неорганические краски. Для наскальной и стенной живописи в Египте применялись земляные краски, а также искусственно полученные окрашенные окислы и другие соединения металлов. Особенно часто применяли охру, сурик, белила, сажу, растертый медный блеск, окислы железа и меди, кобальт и свинцовую глазурь. Так, египетская лазурь, изготовление которой описано Витрувием, состояла из песка, прокаленного в смеси с содой и медными опилками в глиняном горшке.

Наряду с минеральными красками в Египте даже в глубокой древности население использовало растворимые природные красители. Имеются циновки, окрашенные в красный цвет. В это время были известны способы не только прямого, но и протравного крашения. В качестве источников красителей использовали растения: алканну, вайду, куркуму, марену, сафлор, а также и некоторые животные организмы.

Алканна – род многолетних растений семейства Asperifoliaceae, близких к известной у нас медунице. Наиболее интересна A. tinctoria, фиолетово-красный корень которой содержит смолистое красящее вещество, растворяющееся, например, в маслах, с образованием раствора яркого красно-малинового цвета. Краситель, растворенный в водном растворе соды, окрашивает его в голубой цвет, но при подкислении он выпадает в виде красного осадка. Дает окраску красивую, но весьма непрочную.

Вайда (синильник) – один из видов растений рода Isatis, к которому принадлежит также и знаменитая индигофера. Образует синюю краску. Как выяснилось уже в конце XIX века, в состав лучшего индийского «индиго», полученного из индигоферы, входит не только синий краситель – индиготин, но и красный – индигорубин. В видах рода Isatis количество индигорубина различно, и из растений, где его мало или вовсе нет, выделяется синий краситель унылого цвета, именно поэтому ярко окрашивающее индиго из Индии ценилось особенно дорого, но доставка его была нелегка. Согласно Геродоту, на территории Палестины имелись значительные плантации вайды. Ею окрашена туника Тутанхамона.

Куркума – многолетнее травянистое растение семейства имбирных. Для крашения использовали желтый корень С. longa. Краситель легко экстрагируется содой с образованием красно-бурого раствора; окрашивает в желтый цвет без протравы и растительные волокна, и шерсть. Легко изменяет цвет при малейшем изменении кислотности, бурея от щелочей, даже от мыла, но так же легко восстанавливает яркий желтый цвет в кислоте. Нестоек на свету.

Марена красильная – хорошо известное растение, толченый корень которой носил название крапп. Содержащийся в краппе ализарин давал с железной протравой фиолетовые и черные выкраски, с алюминиевой – ярко-красные и розовые, а с оловянной – огненно-красные. В Египте этот краситель был в большом ходу.

Сафлор – однолетнее травянистое растение с яркими оранжевыми цветками, из лепестков которых изготовляли краски – желтую и красную, легко отделяемые друг от друга с помощью уксуснокислого свинца. Несмотря на относительную нестойкость к свету и мылу, сафлор использовали для прямого, без протравы, окрашивания хлопка в желтый или оранжевый цвет.

Кермес – этот краситель получали из особого насекомого – дубового червеца, паразитирующего на разновидности дуба, произрастающей в Средиземноморье. Для приготовления красителя самок насекомых в определенное время собирали (в Испании, например, это делали в июне), умерщвляли уксусом, выдерживали на солнечном свету и высушивали. Красящее начало растворимо в воде, от кислоты желтеет, а от щелочи приобретает фиолетовый цвет. С алюминиевой протравой дает кроваво-красный цвет, с железной – фиолетово-серый, с медной и винным камнем – оливково-зеленый, с оловянной и винным камнем – канареечно-желтый. С железным купоросом дает черный цвет. Согласно Плинию, половина податей, выплачиваемых Испанией Риму, погашалась поставками кермеса.

Пурпур – самая знаменитая краска древности. Источником ее служил напоминающий мидию двустворчатый моллюск рода мурекс, обитавший на отмелях острова Кипр и у финикийского побережья. Образующее краску вещество находится в маленькой железе в виде мешочка, из которого выдавливали студенистую бесцветную массу с сильным чесночным запахом. При нанесении на ткань и высушивании на свету вещество начинало менять окраску, последовательно становясь зеленым, красным и, наконец, пурпурно-красным. После простирывания с мылом окраска становилась ярко-малиновой. Из 12 000 моллюсков получали 1,5 г сухого красителя.

Техника крашения достигла высокого уровня в Сирии. Египтяне для получения пурпурной окраски наносили красную краску на синюю ткань, а для зеленой окраски – синюю на желтую. В качестве протрав употребляли вначале алюминиевые квасцы и соли железа, главным образом сульфат, но затем и ацетат. Медные, свинцовые и оловянные протравы вошли в практику достаточно давно.

Алюминиевые квасцы добывали в Египте, в пустыне к западу от Нила. По утверждению Геродота, в VI веке до н. э. из Египта в Дельфы было направлено 1000 талантов (более 36 тонн) «вяжущей земли», то есть квасцов. Считается, что греки использовали квасцы для крашения мареной. А вещество, пригодное для протравы, можно выделять из лишайников. Теперь мы знаем, что это сульфат и тартрат алюминия. О пользе квасцов для дубления кож и в медицине было также достаточно давно известно.

В качестве протравы другого типа употребляли танниды из галловых орешков, из плодов, древесины и корня гранатового дерева, из древесины и плодов акации (катехины), из сумаха и др.

Стекло

Стекло было получено достаточно рано. К сожалению, одно и то же слово, применяемое и для древнего, и для современного изделия – стекло, затемняет суть. То, что получали в древности, представляло собой плохо сплавленную смесь песка, поваренной соли и окиси свинца – фритту. Ни материал, ни техника античности не позволяли изготавливать из стекла крупные предметы.

Стекольное производство в Египте давало декоративный и поделочный материал, так что изготовители стремились получать окрашенное, а не прозрачное стекло. В качестве исходных материалов использовали природную соду, а не зольный щелок, что следует из весьма низкого содержания в стекле калия, и местный песок, содержащий некоторое количество карбоната кальция.

Низкое содержание кремнезема и кальция и высокое содержание натрия облегчало плавку стекла, поскольку снижалась температура плавления, но это же обстоятельство уменьшало прочность, увеличивало растворимость и снижало атмосферостойкость материала.

При производстве стекла различные компоненты смешивались в глиняных тиглях и сильно нагревались в специальной печи, сложенной из огнеупорного кирпича, до получения однородной и светлой массы. Готовность стекла опытный мастер определял на глаз. По окончании плавки стекло разливали в формы или отливали небольшими порциями. Часто стеклянной массе давали остыть в тигле, который затем обламывали. Полученное таким образом стекло переплавляли и по мере надобности пускали в производство.

Раньше всего стекло употреблялось для бисерных украшений. Бусы изготовлялись вручную, поштучно. Тонкую стеклянную нить обвивали вокруг медной проволоки, обламывая нить после каждой готовой бусины. Позднее для изготовления бисера вытягивали стеклянную трубку нужного диаметра и затем разрезали ее на бусины.

Вазы формовали на шишке из глины, обернутой тканью и насаженной на медный прут как рукоятку. Для более равномерного распределения стеклянной массы ее несколько раз быстро поворачивали. С этой же целью вазу прокатывали по каменной плите. После этого прут и шишку вытаскивали из изделия, и давали ему остыть.

Окраска стекла зависела от введенных добавок. Аметистового цвета стекло окрашено добавкой соединений марганца. Черный цвет получали добавкой меди, марганца или большого количества железа. Значительная часть синих стекол окрашена медью, хотя образец синего стекла из гробницы Тутанхамона содержал кобальт. Более поздние исследования показали наличие кобальта еще в ряде стеклянных изделий. Это обстоятельство особенно интересно потому, что в Египте кобальт не встречается вовсе, а кроме того, кобальтовые руды в отличие от медных не имеют характерного цвета, и их применение требует определенного опыта. Так что они не могут быть раннего происхождения.

Зеленое египетское стекло окрашено не железом, а медью. Желтое стекло окрашено свинцом и сурьмой. Образцы красного стекла обусловлены содержанием окиси меди. В гробнице Тутанхамона обнаружено молочное (глушеное) стекло, содержащее олово, а также кусочек окиси олова, по-видимому, специально приготовленной. Там же обнаружены изделия из прозрачного стекла.

Керамика

Уже в глубокой древности появились глазурованные глиняные изделия. Наиболее древние глазури представляли собой ту же глину, которая шла на производство гончарных изделий, но тщательно растертую, видимо, с поваренной солью. В более позднее время состав глазурей был значительно усовершенствован, в них включили соду и окрашивающие добавки окислов металлов. Рано появились и раскрашенные, но не глазурованные керамические изделия.

Постройки месопотамских городов украшены орнаментированными плитками, которые делали следующим образом: на кирпич после легкого обжига наносился контур рисунка расплавленной стеклянной черной нитью. Затем окаймленные нитью площадки заполнялись сухой глазурью, и кирпичи подвергались вторичному обжигу. При этом глазурная масса остекловывалась и прочно связывалась с поверхностью кирпича. Такая разноцветная глазурь – в сущности, род эмали – обладала большой долговечностью.

Образец такой глазурованной различными цветами керамики хранится в берлинском музее «Пергамон» и содержит изображения львов, драконов, быков, воинов. Изображения, выполненные в ярких синих, желтых, зеленых и других тонах, превосходно сохранились. По-видимому, этот же способ лег в основу покрытия разноцветной эмалью металлических изделий (выемочная, или перегородочная, эмаль). Единственная с ним проблема – неизвестно, к какому времени относятся изделия.

Производство облицованных разноцветной глазурью керамических изделий было известно и среднеазиатской архитектуре.

В Китае относят к древним временам производство фарфора и фаянса; фаянсовые изделия известны и в Египте. Кстати, до настоящего времени не выяснено, каким связующим материалом пользовались древние мастера при изготовлении и формовке фаянсовых смесей. Возможно, применялось какое-то органическое вещество, выгоравшее при обжиге. Глазуровка фаянсовых изделий первоначально производилась смесью соды и окрашивающих добавок окислов металлов, преимущественно малахитовой или азуритовой муки, а позже стали готовить сначала сухую глазурь сплавлением соды, местного песка, всегда содержащего (в Египте) соли кальция, и окрашивающих добавок.

Другие отрасли ремесленной химической техники

Из других отраслей ремесленной химической техники заслуживает прежде всего упоминания прежде всего искусство фармации и парфюмерии. Одна из древнейших сохранившихся рукописей Египта, так называемый Папирус Эберса, содержит ряд рецептов изготовления фармацевтических средств. Несмотря на то что рецепты не могут быть названы чисто химическими – они посвящены способам извлечения из растений различных соков и масел, – все же в них дано представление об операциях вываривания, настаивания, выжимания, сбраживания, процеживания и прочих.

Становится понятным, что к моменту появления письменности мастера уже были хорошо знакомы с многочисленными операциями, которые вошли впоследствии в арсенал химических методов, применяемых в лабораториях. Наряду с металлургией именно фармацию следует считать главным истоком экспериментальной химии.

Для приготовления ароматических веществ использовались лилии, смола мирра, горький миндаль, маслины, кардамон, мед, вино, и т. д. Лепестки цветов помещались между слоями твердого жира или замачивались в масле. Для изготовления благовонных курений использовались аравийский ладан, мирра и гальбан.

Сосуд для перегонки

Для приготовления пива использовались ячмень, просо, пшеницу и другие злаковые культуры. Зерно отбирали, в течение суток вымачивали в воде, затем рассыпали, проветривали и размалывали. Затем из этой смеси замешивали тесто, добавив в него дрожжи. После того как сусло перебраживало, полученное пиво процеживали и разливали по кувшинам.

В Древнем Египте получило широкое распространение ремесло мумификации трупов умерших. Долгое время не удавалось в точности восстановить некоторые операции этого процесса, доведенного до высокой степени совершенства. Сейчас он в значительной степени известен; мы не будем его описывать, отметим только, что в составе смолы, заливаемой в череп покойного, палеобиолог Мишель Ласко обнаружил наличие алкалоида из листьев табака. Это растение из семейства пасленовых росло только в Америке и на Дальнем Востоке; их появление в Египте загадочно.

Соль с древности употреблялась не только как приправа к пище, но и для засола рыбы. Добывали ее в искусственных солончаках (Египет), где она выпаривалась из морской воды. Но хватало и естественных источников соли.

Сода считалась важнейшим очистительным средством и использовалась для химического разложения жиров и сала. Ее употребляли для гигиенических целей, приготовления благовонных курений, изготовления стекла, глазурей, красок, использовали при приготовлении пищи, в медицине и для отбелки холста. Сода являлась основным средством бальзамирования.

Клей извлекали из костей, кожи, сухожилий и хрящей, для чего эти животные продукты кипятили в воде и получали желатин. Отвар выпаривался и затем разливался в формы, в которых он при охлаждении превращался в твердую массу.

Производили различные сорта растительного масла: касторового, льняного, оливкового, конопляного и др. Есть упоминания о производстве сливочного и топленого масла из молока и сливок.

Помимо перечисленных, широко использовались квасцы, поташ, известь, гипс, селитра, слюда, смола и много других веществ.

В качестве строительного вяжущего материала в Древнем мире применяли обычно гипс; в Индии также был обнаружен гипсовый цемент в ряде построек. Кроме такого гипсового цемента, при кладке зданий в качестве вяжущих веществ применяли асфальт и битум, и те же строительные растворы применялись в Ассирии и Вавилонии, благо, во многих районах Аравии битум и асфальт можно брать прямо с поверхности земли. А вот известковые строительные растворы долгое время не были известны, что и понятно, так как известняк требует для обжига около 1100 °C.

Начало химии как науки

Практическая деятельность врача и повара, садовника и металлурга, горшечника и кузнеца – эти основные виды «химических» ремесел древности попадают в поле размышляющего древнего теоретика и в какой-то степени описываются.

В Китае – правда, мы не знаем когда – выработалась концепция пяти элементов: вода, огонь, дерево, земля, металл, круговорот которых выражает космическую динамику инь и янь. Интересно отметить, что порядок взаимного порождения элементов отвечает эмпирической очевидности: дерево – огонь – земля – металл – вода и опять: дерево – огонь – земля – металл – вода и т. д.; в основе этой последовательности чувствуется влияние наблюдения за процессами горения, плавки металлов и органического роста, что характерно для земледельческой и ремесленной практики Китая.

С пятью элементами было связано пять цветов, пять тонов музыкальной гаммы, пять вкусовых ощущений, времена года (земле соответствовал год в целом), страны света, планеты, органы тела и моральные качества человека. Идеи о взаимодействии и борьбе инь и янь, как и концепция пяти элементов, надолго остались связанными со всей сферой прикладного знания, включая медицину и алхимию.

В византийской химии учение указывало только четыре стихии: вода, огонь, земля и воздух. Теорию эту приписывают древнему греку Эмпедоклу из Агригента (якобы ок. 490–430 гг. до н. э.), но мы не раз уже показывали, что если есть что-либо реальное в жизни и учении древних греков, то эта реальность относится ко временам Византийской империи. Посмотрим же, какова история химии в Византии.

Византия

Византийцы всегда были склонны видеть в Египте, культурнейшей территории империи, страну древней и тайной мудрости. А египетская цивилизация основывалась на водах Нила, поэтому нет ничего удивительного, что одной из первооснов сущего считали воду. Второй сущностью считался огонь, он – энергетически деятельное начало всего. Огонь представлялся людьми стихией всеобщих связей, взаимопереходов и взаимопревращений. Еще две сущности – воздух и земля.

В своем основании теория стихий исходит из практики, но обратного движения пока нет: практическое искусство ремесленников не зависит от умозрительных теорий.

Считается, что создатель системы стихий Эмпедокл был философом, государственным деятелем, поэтом, врачом, ритором, инженером-физиком, жрецом и чудотворцем. Космос Эмпедокла образован, помимо четырех элементарных стихий (огонь, воздух, вода, земля), двумя «силами» – это Любовь и Вражда.

Учение о количественной пропорции элементов, входящих в состав всех вещей, имело множество взаимосвязанных аспектов: научный, философский, медицинский, эстетический. Так, например, в медицинском аспекте, весьма близком к собственно химической стороне этого учения, дается представление о четырех элементарных качествах-силах: горячее и холодное, влажное и сухое. В дальнейшем оно трансформировалось в концепцию видов темперамента, а также и в «психологию», теорию ощущений и восприятия.

В учении Эмпедокла нет места качественному изменению в сущности вещей, нет абсолютного возникновения и уничтожения, а есть только смешение и разделение частей исходных элементарных стихий. Считается, что термин «качество» (латинское qualitas) впервые ввел Платон. Затем на идее первоэлементов Эмпедокла и «качествах» Платона была построена и теория химии – ее приписывают Аристотелю, и теория алхимии.

Качественное изменение веществ – на этой проблеме базируется все учение Аристотеля. Он по-новому группирует элементы: «Огонь и земля являются крайними элементами и самыми чистыми, в то время как вода и воздух являются промежуточными и самыми смешанными». Он полагает, что каждому элементу присуще одно качество как его «собственное», то есть доминирующее: «для земли – это сухость скорее, чем холод, для воды – холод скорее, чем влажность, а для воздуха – влажность скорее, чем тепло, и для огня – тепло скорее, чем сухость».

Согласно учению, элементы обязательно должны возникать и исчезать, переходя друг в друга. Аристотель различает три способа превращения элементов. Первый способ – последовательное превращение одного элемента в другой в естественном (космографическом) порядке элементов: огонь – воздух – вода – земля – огонь и так далее. Механизмом этого способа является переход одного из элементарных качеств в другое, противоположное ему. Огонь (теплое – сухое) переходит в воздух (теплое – влажное), который переходит в воду (влажное – холодное), а это переходит в землю (холодное – сухое), а она переходит в огонь (сухое – теплое), и т. д.

Подобные превращения, отмечал Аристотель, происходят легко и быстро, так как для их осуществления необходим переход лишь одного из качеств, составляющих элемент. Достаточно смены доминирующего качества в одной из двух пар элементарных качеств, чтобы было осуществлено превращение элемента в другой.

Второй способ превращения элементов состоит в одновременной конверсии сразу двух качеств в противоположные качества. Третий способ превращения – в переходе сразу двух взаимодействующих элементов, не являющихся последовательными в смысле естественного порядка их местоположения в космосе, в один или другой оставшийся элемент посредством элиминации (исключения) двух качеств, взятых по одному в каждом из взаимодействующих элементов. В этом случае любые возможные сочетания исходных качеств дают или те же самые исходные элементы, или просто пары качеств, не существующие как элементы. В общем, довольно стройная теория, достаточная для обоснования идеи трансмутации.

Вот как произошли металлы по Аристотелю. Земля, нагреваясь теплом Солнца, производит два вида испарений: холодное и влажное (пар) и теплое и сухое (дым). Смешение пара с землей дает металлы. Плавкие или ковкие металлы, как железо, золото, медь, образуются при поглощении пара камнями, сухость которых сжимает его и приводит к затвердеванию. Потенциально металлы принадлежат к водному типу веществ, хотя и не являются водой. Можно сказать, что, согласно Аристотелю, металлы возникают из земли при действии влажных и холодных атмосферных паров. Металлы как бы растут из земли под действием влажных паров:

«… На Кипре медь нарезают на мелкие куски и засевают в почву. Когда проходит дождь, она вырастает, пускает побеги, и ее собирают». Самый лучший сорт железа (халибианское и амизенианское железо) «растет из песка, приносимого реками».

Как и растения, металлы прежде всего известны Аристотелю своими лечебными функциями: «Медь имеет большую врачевательную силу. Ветер, создаваемый медным (или бронзовым) оружием, лечит лучше, чем ветер от железного оружия». Лечебные функции металлов и их соединений разнообразны; медь лечит ушибы, белый свинец хорош как противозачаточное средство, фригийская зола (по-видимому окись цинка) полезна для лечения глаз.

Медь и серебро не свариваются животным теплом и нелегко растворяются в желудке. Железо усваивается гораздо лучше, по крайней мере желудками мышей: «На Кипре мыши едят железо». Металлы приводятся в тесное соприкосновение с растительными и животными соками и вне организма: «Медь для имитации золота окрашивают желчью». Все эти цитаты собрал Партингтон в своей «Истории химии».

Но это была умозрительная теория, а требовалось объяснить факты, с которыми приходится сталкиваться каждый день. Например, почему превращение веществ происходит далеко не всегда. Или почему, например, соль в воде растворяется, а серебро нет. Или почему уголь горит, а золото нет. Тогда была выдвинута теория пятого элемента, пятой сущности – квинтэссенции. Если в составе вещества ее нет, то превращения не происходит.

Таким образом, в византийской химии как науке развитие шло будто бы параллельно. Практика имела большие достижения. Мастера научились получать металлы из руд, приготовлять и обрабатывать металлические сплавы, знали перегонку, способы очистки и сплавления металлов, амальгамирование, начала стеклоделия, крашение, изготовление и применение лекарств. Теоретики-мудрецы, досконально знавшие процессы ремесленного производства, создавали теорию. Но вследствие обилия метафор и странной лексики, их труды были мало понятны мастерам-ремесленникам. Это ограничивало круг «посвященных», и теория стала вариться в собственном соку. Она была внешне красива, но очень далека от реальности: из-за недостатка знаний возникала мистика.

Кто же они были, эти мудрецы? Мы знаем их под прозвищами Демокрита, Платона, Пифагора, Аристотеля и других.