Я хотел бы сообщить вам здесь не сухой набор фактов из истории химии прошлого, но и дать вам понятие о психологии тех пионеров этой науки, которые расчищали для нас наудачу первые извилистые тропинки в темном лесу неведомого. Мне хотелось бы сделать для вас ясным, почему наука о строении вещества после своего возникновения неизбежно должна была пройти сначала через стадию магии, а затем стадию Алхимии.
У разных народов, как известно, разная кухня. Причем дело не в экзотических блюдах; достаточно посмотреть на самые обычные, повседневные. Даже они оказываются весьма специфическими в разных местах. Неужели же это разнообразие появилось из-за знания биохимических процессов? Нет, это результат огромного числа проб и ошибок. Так родилось то, что называется кулинарией.
Скажем, в горах вода кипит при более низкой температуре, чем в низинах. И в горской кухне мы обнаруживаем в основном жареные блюда. А ведь горцы и не задумывались об этом законе природы. Просто, если в условиях пониженного давления варить продукты, еда будет жесткой. А если жарить, за счет образовывающейся внешней корочки внутри продукта повышается давление и процесс идет успешней. И они знают, что если делать так, то будет хорошо. И все.
Так же и с различными химическими искусствами. На раннем этапе человек не понимал химию процессов, которые он использовал. Просто в результате большого числа проб и ошибок он выяснил, что если делать так, а не иначе, будет желаемый результат. Поэтому химическое искусство, возникшее в глубокой древности, очень трудно отличить от ремесла: оно рождалось и у горна металлурга, и у чана красильщика, и у горелки стекольщика.
История элементов
В 1880 году Фрэнк Уиглсуорт Кларк, главный химик Геологического комитета США, опубликовал результаты своих долголетних исследований состава земной коры. С тех пор подобные исследования, каждый раз все более точные, проводились неоднократно. Числа, выражающие процентное содержание элементов в коре, стали называть кларками. Вот кларки двадцати элементов, оказавшихся наиболее распространенными (% по массе):
1) кислород – 49,50
2) кремний – 25,80
3) алюминий – 7,57
4) железо – 4,70
5) кальций – 3,38
6) натрий – 2,63
7) калий – 2,41
8) магний – 1,95
9) водород – 0,88
10) титан – 0,41
11) хлор – 0,19
12) фосфор – 0,09
13) углерод – 0,087
14) марганец – 0,085
15) сера – 0,048
16) азот – 0,030
17) рубидий – 0,029
18) фтор – 0,028
19) барий – 0,026
20) цирконий – 0,021
Еще до знакомства с металлами человек научился распознавать некоторые минералы, особенно по внешним признакам и прежде всего по привлекающим цветам – ярко-красным, зеленым, синеватым. Он использовал серпентин, бирюзу, малахит, азурит, гематит, реальгар, аурипигмент, галенит и т. д. Это можно утверждать уверенно, поскольку изделия из этих минералов обнаруживаются в древнейших человеческих захоронениях. Известно также, что некоторые минералы красных цветов, как например ярко-красный реальгар (As4S4), наделялись магическими свойствами.
Углерод = С
Несмотря на полное отсутствие конкретных сведений о том, кто, где и когда открыл простые вещества, относительно одного из них можно утверждать, что именно оно было обнаружено и использовано первым. Русское слово уголь и латинское карбо образованы от древнейшего корня кар, которым обозначалось горение. Только у славян этот кар превратился в жар, гол (уголь) и гор (горение).
Огонь первобытных людей оставил после себя вещественный след в виде слоев окаменевшей золы и окаменевшего пепла. В карстовой пещере в окрестностях Пекина толщина такого слоя достигала нескольких метров.
Сначала жгли дерево, затем обнаружили, что если из дерева выжечь все лишнее, кроме того, что мы нынче называем углем, получится топливо, дающее значительно больше тепла и в обращении более удобное, чем дрова. Технология производства угля изложена в «Естественной истории» Плиния Старшего, и она ничем не отличается от той, какой углежоги пользуются и по сей день: дрова складывают неплотной кучей, как для костра, затем засыпают землей, оставляя отверстия, достаточные, чтобы шло обугливание, но недостаточные для полного сгорания углерода.
Почему именно углерод – в виде угля – оказался первым элементом, который удалось найти и использовать? Не мог ли в принципе опередить его какой-нибудь другой элемент? Дело в том, что углерод повсеместно имеется в виде угля. Было бы просто невероятно, чтобы люди уже на заре цивилизации не встречались с ним чуть ли не на каждом шагу, как встречаются, кстати, до сих пор.
Сера = S
Слово сера лингвисты производят от цира, санскритского слова, означающего светло-желтый цвет. Однако, судя по тому, что серой называют и другие горючие вещества, например смолу, главной особенностью серы очень давно стала для человека ее горючесть и способность образовывать при горении сильно пахнущий дым.
Не существует каких-либо сведений о том, когда именно люди начали использовать серу. Но можно предположить, что это произошло еще до ознакомления с металлами. Во всяком случае, ничто не мешало человеку сделать это еще тогда, когда он вел пещерный образ жизни. Случайно попав в очаг, светло-желтый камешек загорался и наполнял пещеру удушливым дымом, вынуждая ее обитателей бежать прочь. А когда через некоторое время дым рассеивался, они, вернувшись, бывали приятно поражены исчезновением всех насекомых. Вероятно, такое случалось не раз, пока люди не распознали, в чем тут дело, и не стали разыскивать и сжигать серу специально, развешивая над очагом одежду. При этих процедурах могли обнаружить и отбеливающее действие сернистого газа на ткани.
В древности люди использовали в основном самородную серу. Народы Средиземноморья получали ее из Сицилии; «рудником» служил кратер вулкана Этна.
Получали серу и из руд. У Агриколы так написано про этот процесс: «Если руда очень богата серой, ее зажигают на широком железном листе с множеством отверстий, через которые сера вытекает в горшки, наполненные доверху водой».
Медь и ее сплавы = Cu
Открытие металла произошло во времена каменного века. Занимаясь поиском подходящих пород камней, а затем наблюдая за изменением формы самородков под ударами твердых камней, люди пришли к мысли использовать их для изготовления мелких украшений путем холодной ковки. Позже начали ковать самородки меди с предварительным отжигом. Поэтому общепринято мнение, что с древности и до начала широкого использования железа наибольшее значение в материальной культуре человечества играли медь и ее сплавы с другими цветными металлами.
Но холодной ковкой можно было придать форму лишь малым по величине предметам – шилам, булавкам, проволоке, крючкам, наконечникам стрел, ножам, требовавшим лишь небольшой ковки и шлифовки. Получение же листов из самородной меди таким способом невозможно, она просто растрескивается. Нам здесь важно, что в древнейших слоях, где были найдены первые медные предметы, не оказалось никаких гончарных черепков. Следовательно, хорошими печами тогда еще не располагали, плавить и тем более выплавлять медь из руды не могли. Легко сделать вывод, что медные орудия и украшения были изготовлены из найденных самородков.
Большинство имевшихся на поверхности земли медных самородков было превращено в изделия за тысячи лет до нас, однако и в новые времена попадались многотонные самородки меди.
Одним из ранних названий металла было эс – слово, родственное индийскому айас, что означало руду. Между прочим, и теперь по-немецки руда обозначается сходным словом эрц. Поскольку первые рудники нашли на Кипре и оттуда развозили готовый продукт в разные страны, медь стали называть эс киприум, металл с Кипра. Потом слово киприум в произношении заменилось на купрум, потом отбросили эс и стали всякую медь называть просто купрум. Очевидно, что эти наименования-переименования произошли тогда, когда было уже не просто мореплавание, а торговое мореплавание.
Следующим этапом освоения металлов стал отжиг меди, а позже – восстановление ее из руд. Первым металлургическим горном мог быть костер, но температура древесного огня около 700 °C, а для восстановления меди из карбонатной руды – малахита требуется температура не ниже 700–800 °C. А при отжиге меди плавление происходит при температуре не ниже 1084 °C.
Таким образом, гипотеза открытия металлургии меди в результате случайного попадания кусков руды в костер не верна. Для любой, пусть самой примитивной металлургии нужна печь с искусственным дутьем. А первые такие печи были созданы для гончарного производства. И вот не найдено ни одного культурного слоя – ни в Африке, ни в Азии, ни в Европе, ни в Америке, где были бы остатки металлургического производства в виде шлаков, но не было черепков. Напротив, есть множество находок керамики, датируемых более ранними веками, где нет и следов металлургии.
Мы уже говорили, что путь узнавания нового сложен и случаен. Ну не было у людей знаний! Какие же случайности встречаются в гончарном производстве, использующем печь, настолько часто, что это могло привести к обнаружению плавки металла? Это – восстановление металла из веществ, нанесенных на стенки гончарного изделия для их раскраски. Мы знаем, что это за вещества. Прежде всего, основные карбонаты меди – малахит и лазурит, а также сульфид ртути, киноварь. Все это яркие минеральные краски: зеленая, синяя, красная. А нанесение цветных узоров на изделия из керамики – один из древнейших видов искусства.
Случайно обнаружив кусочки металла, получившиеся на стенках горшков после их обжига, люди начали плавить их специально.
Плавку производили в печах примитивного типа: глиняный тигель с рудой и углем помещался в неглубокую ямку с насыпанным поверх слоем древесного угля. В этих случаях могла быть достигнута температура, необходимая как для восстановительной плавки руды, так и для получения расплава меди, то есть не ниже 1084 °C.
В опытных плавках, проведенных по восстановлению меди при более низкой температуре, не выше 700–800 °C, она получалась лишь в губчатой форме, непригодной для непосредственного использования; полученный продукт необходимо было подвергать дополнительному нагреву в отдельном тигле для плавки. А малахит, основная руда для получения меди, при такой температуре лишь кальцинировался, превращаясь в окись меди.
В Египте первые предметы из меди датируют IV тысячелетием до н. э., хотя вблизи Каира найден кусок медной руды, который, по всем данным, был обработан даже в V тысячелетии до н. э. и относится к меднорудному месторождению на Синайском полуострове. В погребениях этого времени были найдены несколько бусин из свернутой узкой медной полоски и иглы для закрепления погребальных ковриков.
Египтолог А. Лукас считает, что самые древние образцы медных изделий в Египте изготовлены не из самородной меди, а из меди, полученной восстановительной плавкой малахита. О применении же минерала малахита в Египте еще до начала использования самородного металла свидетельствуют обнаруженные там древнейшие малахитовые изделия. Кроме того, древнее население Египта использовало косметическую малахитовую пасту как краску для век; малахитом же окрашивали стены жилищ.
Новейшими исследованиями установлено, что многие древние медные и бронзовые предметы, найденные в различных регионах Старого света – в Германии, Испании, Португалии, изготовлены не из чистой меди, а из медно-мышьяковых сплавов, причем в тех областях, где не было месторождений оловянных руд, мышьяковистую медь производили в большом количестве достаточно долго. Но среди древнейших предметов, найденных в Юго-Восточной Азии, пока нет ни одного, который был бы изготовлен из медно-мышьяковых сплавов. Факты, подобранные и проанализированные И. Р. Селимхановым, свидетельствуют о преднамеренном введении мышьяка в медный сплав, а не о случайном его попадании туда.
Присутствие в меди 0,5–8% мышьяка улучшает ее ковкость в холодном состоянии, дает возможность получить более плотные отливки в рельефных литейных формах. Кроме того, по сравнению с чистой медью, плавящейся при температуре 1084 °C, медь, легированная мышьяком, плавится при более низкой температуре. К тому же изделия из мышьяковистой меди по твердости мало уступают оловянистой бронзе. Только при содержании мышьяка выше 8 % пластичность сплава ухудшается, и он становится хрупким.
Первоначально мышьяковые минералы – золотистый аурипигмент и ярко-красный реальгар – могли привлечь внимание человека как магические средства, в частности потому, что красные минералы с древнейших времен наделялись волшебными свойствами. Причем предположение о применении древними плавильщиками реальгара и аурипигмента было подтверждено многочисленными опытными лабораторными плавками.
Да и скажем прямо: плавильщик не мог не заметить, что присадка этих минералов дает сплав лучшего качества и что при изменении доли добавляемых минералов получаются сплавы различных цветов. В дальнейшем такое резкое изменение окраски и свойств металла при введении малых добавок стало несомненно одним из источников, питавших алхимические представления о трансмутации металлов и о «философском камне», малое количество которого «совершенствует» большое количество металла.
Два слова о латуни. Латунь (желтая медь) представляет один из самых полезных и наиболее употребляемых сплавов. Главные составные ее части – медь и цинк – обыкновенно находятся в отношении около 2 частей меди к 1 части цинка.
Но цинк был открыт только в XVI столетии, а латунь изготавливали много раньше. Готовилась она с помощью восстановительной плавки меди с галмеем, который, как полагали, обладал свойством окрашивать медь в желтый цвет. Этот способ практиковался также и в Средние века и удержался вплоть до начала ХХ века.
Латунь тверже, чем медь, и, следовательно, труднее изнашивается; она очень ковка и вязка и потому легко прокатывается в тонкие листы, плющится под ударом молотка, вытягивается в проволоку или выштамповывается в самые разнообразные формы; она сравнительно легко плавится и отливается при температурах ниже точки плавления меди. Наконец, она имеет красивый желтый цвет и отлично полируется. Некоторые считают, что ее использовали для имитации золота. Одна беда: она со временем чернеет.
Впервые латунь могла быть получена случайно при выплавке меди из руд, содержащих цинк, или при намеренном добавлении окиси сульфида или других соединений цинка в медную шихту.
Бесспорные письменные свидетельства о латуни и латунных изделиях в Египте цитирует Лукас. Считается, что в Древнем Риме при Августе из латуни чеканили монету.
Золото = Au
По своей распространенности самородная медь далеко превосходит все другие металлы, встречающиеся в самородном виде: золото – в сто раз, серебро – в пятьсот, об остальных и говорить не приходится. Вот и познакомились люди сначала с медью, потом с золотом и лишь много позже с серебром.
И все же золото было одним из первых металлов, использованных человеком в быту наряду с медью.
В древности его добывали обычно из аллювиальных песков и гравия, представляющих собой продукты разрушения золотоносных пород, которые в течение длительного времени дробились речными потоками. Позже его добывали также из жил, пронизывающих кварцевые породы; такое золото называется «жильным».
Добыча жильного золота в Египте описана греческим автором Агатархидом, которого традиционная история относит ко II веку до н. э., но оригинал его труда не дошел до наших дней.
Агатархид, посетивший золотые рудники в Египте, видел, как добывают золото. Сначала раскалывали скалу, в которой находились жилы, затем обломки породы нагревали огнем, резко охлаждали водой и дробили кирками и молотами непосредственно в шахтах. Раздробленную породу извлекали из шахты, толкли в больших каменных ступках «до величины гороха», а потом мололи в ручных мельницах до мелкого порошка. Для отделения золота полученный порошок промывали водой на наклонной плоскости и, наконец, отмытое золото сплавляли в небольшие слитки.
Совсем недавно на местах древних рудников добычи золота обнаружены мельницы, дробилки и остатки каменных столов для обработки измельченной золотоносной породы, а вообще на территории Египта найдено около ста древних разработок золота в кварцевой породе. По-видимому, для извлечения золота использовались породы, содержащие не менее десятых долей процента золота. Во времена Агриколы, в XVI веке, низший предел содержания золота в породе для рентабельной его добычи составлял 0,188 %, а сейчас с успехом используются породы, содержащие даже 0,0001 % золота.
Золото, широко встречающееся в природе в самородном состоянии, редко бывает химически чистым. Основные примеси в больших концентрациях – серебро и медь, в небольших – другие металлы, в том числе и железо. Как показали современные анализы, основной примесью в природном египетском золоте было серебро, содержание которого в добываемом золоте составляло в среднем 15–18 %. Иногда на поверхности египетских золотых предметов можно заметить включения серебра в виде разбросанных светлых пятен.
Результаты химического анализа некоторых древних египетских золотых изделий свидетельствуют, что золото не подвергалось рафинированию, то есть специальной очистке. Но в более поздние времена очистка золота уже безусловно производилась. Согласно Агатархиду, в Древнем Египте процесс рафинирования проводили нагреванием золота со свинцом, оловом, солью и ячменными отрубями. Видимо, при этом процессе полностью удалялось серебро, о выделении которого не сообщается.
Процесс извлечения золота с помощью ртути сообщает Плиний Старший. Согласно его описанию, руду, содержащую золото, дробили и смешивали с ртутью, затем породу отделяли от ртутно-золотой смеси фильтрацией через кожаный (замшевый) фильтр, а золото получали из получившейся амальгамы, выпаривая ртуть. Правда, в нашей версии хронологии Плиний Старший – автор Средневековья, а впрочем, и описанный им метод получения золота широко применялся в Средние века. Даже более того: считается, что золочение с помощью ртутного амальгамирования было освоено достаточно поздно, а именно в раннем Средневековье.
Цвет золота зависел от содержания естественных (природных) или искусственно введенных примесей: меди, серебра, мышьяка, олова, железа. Древние ремесленники принимали все эти сплавы золота за разновидности самого золота.
В древности изделия из золота изготовляли путем ковки или литья, что было легче, чем литье меди, температура плавления которой на 20o выше, чем золота.
Широко применялось, особенно в Египте, листовое золото – фольга, которой покрывали самые различные предметы, как металлические, так и деревянные. Например, фольгу накладывали (и укрепляли с помощью пайки) на медь, бронзу, серебро; покрытие золотом изделий из меди спасало их от коррозии. Золотой фольгой покрывали деревянную мебель. Уже в античности (то есть раньше XIV века) листовое золото шло на изготовление зубных коронок.
В Египте широко применялись изделия из природного сплава золота с серебром, который египтяне называли азем, греки – электрон, а римляне – электрум. Полагали, что он назван так из-за своего светло-желтого цвета, напоминающего янтарь, который греки также называли электроном. Причем А. Лукас полагает, что сплав электрон был известен ранее янтаря, который получил свое название благодаря цветовому сходству с этим сплавом.
Светло-желтый цвет золото приобретает, если содержание в нем серебра достигает 20 % и более. А в Египте были месторождения золота с содержанием серебра даже более 30 %. Поэтому древнейший электрон был природным. Широкое его распространение в Древнем мире, особенно в Египте, объясняется его лучшими механическими свойствами по сравнению с чистым золотом: он тверже, прочнее и меньше подвергается износу, особенно при трении.
Серебро = Ag
О давнем знакомстве человека с серебром свидетельствует само его название, сходное во многих языках: русское серебро, немецкое зильбер, английское сильвер… То есть название металлу было дано еще до разделения диалектов единого праиндоевропейского языка.
Хотя кларк у серебра в 15 раз больше, чем у золота, в виде самородков оно встречается гораздо реже. Это, а также менее заметный цвет – самородки серебра обычно покрыты черным налетом сульфида – обусловило более позднее открытие его человеком. По этой же причине серебро было более редким и поначалу более ценным, чем золото. А кстати, мы можем предположить относительную молодость латинского названия серебра – аргентум, что означает белое; это слово, очевидно, было приложено к уже хорошо известному белому металлу.
Итак, сначала в руки людей попадал только самородный металл, он был крайне редок и дорог. Но затем положение изменилось, и самым радикальным образом. Что произошло? Второе открытие серебра в прямой связи с добычей свинца из соединений, где свинец и серебро встречались вместе; археологические находки двух этих металлов синхронны. Вероятно, это второе открытие было двухступенчатым.
Первая ступень. Проводя очистку золота расплавленным свинцом (подробнее об этом расскажем в главе о свинце), в некоторых случаях вместо более яркого, чем природное, золота получали металл более тусклый. Но зато его было больше, чем исходного металла, который хотели очистить. Это и был электрон греков.
Вторая ступень. Обнаружив такое приятное «прибавление» золота, древние металлурги попытались выделить золото непосредственно из тех свинцовых руд, которые давали прибавку. Каким образом могли они это сделать? Да тем же самым, каким они выделяли очищаемое золото из сплава со свинцом. Сначала свинцовый блеск (природный сульфид свинца) обжигали; получался окисел, который в присутствии угля восстанавливался до металла. Расплавленный свинец продолжали нагревать, одновременно продувая над ним воздух. Свинец окислялся, на поверхности расплава образовывалась желтая пленка глета, ее удаляли и снова продолжали процесс. Постепенно весь свинец превращался в глет. (Потом свинец восстанавливали из полученного глета обычным путем, так же как из свинцовой руды, – прокаливанием с углем.) Кстати, и все прочие сопутствующие свинцу неблагородные металлы окислялись и уходили в ту же пленку. А когда пленка уже не образовывалась, мастера переставали раздувать мехи и жечь уголь.
Расплав постепенно остывал и оказывался не свинцом, не золотом, а еще более драгоценным в те времена металлом – чистым серебром. Вероятно, открытие было многократно повторено. И серебра сразу стало намного больше, чем золота. Ведь свинцовых руд сравнительно много, и нередко свинцовый блеск содержал значительные – до 5 и более процентов – примеси сульфида серебра. В более позднее время этот процесс мог служить одним из истоков алхимических представлений о «совершенствовании» металлов.
В течение длительного времени из серебра изготовлялись различные предметы украшения, ювелирные изделия – бусы, кольца, перстни, в том числе перстни-печати, вазы, сосуды, фурнитура для одежды и даже для дверей. Из серебра, как и из золота, изготовлялись тонкие листы и фольга, которыми покрывались некоторые деревянные предметы. Остатки тонкого листового серебра сохранились на одеяниях царя и царицы, изображенных на троне Тутанхамона, а также на полозьях ларца и ковчегов в гробнице.
Позднее серебро широко использовалось для чеканки монет.
Для коммерческих и торговых целей серебро применялось в различных видах: массивные кольца, бруски, слитки, крупные куски металла, плитки, проволока, небольшие обрубки различной формы. Серебром иногда спаивали медные изделия.
В быту серебро почти повсюду появилось позднее меди и золота, а в некоторых регионах – незадолго до появления железа. Лукас считает, что впервые серебро попало в руки человека в виде самородных золото-серебряных сплавов с содержанием золота менее 50 %. Он подтверждает это анализами древнеегипетских серебряных изделий, которые все содержат золото, иногда до 38 %.
Свинец = Pb
Научившись плавить медь и золото, древние металлурги стали предпринимать попытки расплавить и некоторые другие тяжелые минералы, обладавшие металлическим блеском. Делалось это в горне, топливом служил древесный уголь, а при его избытке окись углерода создавала восстановительную атмосферу. Последнее обстоятельство было исключительно важным.
Извлечение свинца из руд путем восстановительной плавки является простейшей из всех металлургических операций, требующей одного лишь восстановительного прокаливания. Выплавка свинца производилась на костре в неглубокой яме, на дно которой стекал расплавленный металл.
Самородки свинца в природе весьма редки и притом очень малы. Поэтому с самого начала металлический свинец мог получаться лишь восстановительной плавкой галенита, иначе называемого свинцовый блеск.
Надо полагать, что люди, «расплавившие» свинцовый блеск, неоднократно пытались затем плавить свинец вместе с золотом. Хотя бы потому, что могли путать вначале эти металлы. Иной цвет свинцового расплава не должен был чрезмерно смущать первых металлургов – в тех случаях, когда в золоте бывало много примесей, оно тоже было не таким уж золотым. А при совместной плавке свинец окислялся кислородом воздуха и превращался в глет. Так, вероятнее всего, был открыт первый процесс очистки золота от всех металлических примесей, кроме серебра, – купелирование.
Затем было обнаружено, что расплавленный свинец можно использовать не только для очистки золота, но и для извлечения драгоценного металла из такой золотоносной руды, в которой он находится в виде мельчайшей пыли. Этот способ извлечения золота из руд был открыт в Египте. Во всяком случае, он был одним из самых главных секретов египетских жрецов.
В силу своей пластичности свинец не мог найти самостоятельное широкое применение; это подтверждают и результаты археологических раскопок. Из свинца и его сплавов с оловом или же сурьмой отливали культовые фигурки, грузила для рыболовных сетей, кольца, бусы, различные предметы украшения, пробки, хозяйственные сосуды, модели тарелок, подносов, изготовляли водопроводные трубы, саркофаги. Для повышения прочности изделия к свинцу иногда приплавляли немного олова. Свинцом заполняли полости бронзовых статуэток и гирь для весов. Главное применение свинца в древности – для закупоривания сосудов.
Свинцовый блеск, растертый в пудру, широко применялся на Ближнем Востоке в качестве краски для подведения глаз, а в Египте соединения свинца применялись для окрашивания матовых стекол в желтый цвет различных оттенков.
В древней металлургии свинец использовался в основном для легирования меди вместо дорогого олова. Иногда его приплавляли к меди вместе с оловом. Анализ показал, что свинец присутствует также и в некоторых медных сплавах. Видимо, он прибавлялся для повышения жидкотекучести сплава в процессе отливки из него профилированных предметов, например статуэток и различных фигурок. Приплав мог осуществляться либо непосредственным внесением металлического свинца в расплавленную медь, либо совместной восстановительной плавкой медных и свинцовых руд. Выплавка медно-свинцовых сплавов требовала высокого мастерства плавильщиков из-за ликвации (расслоения) металлов в процессе плавки вследствие большой разницы в удельном весе.
В античном мире получали сплавы на основе меди и свинца, из которых изготовлялись различные предметы: орудия труда и быта, а также боевое оружие.
В Древнем Египте не различали свинец, олово или сурьму. Такая неясность объясняется прежде всего некоторым подобием физических свойств этих элементов. Их воспринимали как различные разновидности именно свинца, который стал известен человечеству раньше, чем олово и сурьма. А вот римлянин Плиний Старший различает свинец и олово, используя названия plumbum nigrum (черный свинец) и plumbum album (белый свинец), и здесь интересно, что даже в XVI веке Г. Агрикола применяет аналогичную терминологию: у него plumbum nigrum – свинец, plumbum candidum – олово, a plumbum cinereum – висмут.
Сурьма = Sb
Стиби – греки называли этот минерал стимми, арабы – исмид и атемид – был известен древним народам очень хорошо; порошком из этого минерала тогдашние модницы чернили брови. Греческое стимми означало метку, что как раз свидетельствует об использовании вещества как краски. Химическое название стибиум происходит от первоначального названия минерала стиби. Известное обозначение некоторых соединений антимонид происходит от средневекового европейского слова антимоний, что есть испорченное арабское атемид; русское сурьма – от тюркского сюрьме (сурьмить, краситься). Так что названия, как и данные археологии, говорят, что сурьма, подобно цинку, пришла в Европу с Востока.
Возможно, металлическая сурьма как самостоятельный элемент не была известна в Египте.
Самородная сурьма встречается в природе очень редко, и следует считать, что металлическую сурьму стали использовать лишь после того, как научились получать металл в процессе плавки из сурьмяных руд. В Египте использовались сурьмяные бронзы. Но так как там отсутствуют месторождения сурьмяных руд, предполагается, что материал привозили с Кавказа. Хрупкость металлической сурьмы не позволяла широко использовать сам металл для изготовления из него предметов.
Получить металл из стиби было немногим сложнее, чем из свинцового блеска (галенита). В обоих случаях требовался лишь окислительный обжиг сульфида, а затем восстановительная плавка окиси, нагревание с углем. Правда, для получения сурьмы нужна несколько более высокая температура, чем для получения свинца, но она не выходит за пределы того, что дает гончарный горн.
Поскольку стиби использовали как краску, вполне вероятно, что металл из нее получили впервые при обжиге окрашенных сосудов. Однако вполне вероятна и другая возможность – сурьмяный блеск путали со свинцовым блеском и получили случайно, перепутав руду. А вот в Средние века хорошо отличали сурьму от прочих металлов; этому способствовало главным образом развитие медицины.
Подробный анализ разнообразных сообщений о находках изделий или покрытий из металлической сурьмы в Древнем Египте показывает, что эти сообщения почти все ошибочны. Лукас считает, что во всем Древнем мире не умели выделять металлическую сурьму из руды и что этот процесс стал доступным лишь в XV веке. А в литературе первое упоминание о сурьме как об особом металле содержится в одном из сочинений Агриколы, XVI век. Он писал:
«Стибиум, расплавленный в тигле и очищенный, есть много оснований считать подходящим металлом для сопровождения свинца, потребного писателям. Если к этому сплаву добавить некоторое количество олова, то получается типографский сплав, из которого делают шрифт, которым печатают на бумаге книги».
Алхимики называли сурьму «красный лев» и «волк» за ее свойство, будучи расплавленной, растворять другие металлы. Это свойство – жадно соединяться – могло выглядеть и как своего рода отвращение к одиночеству.
Ртуть = Hg
Документальные сведения о знакомстве древних с ртутью относятся ко времени возникновения Византии. В Лейденском и Стокгольмском папирусах описано применение ртути в различных целях в частности, для изготовления амальгам, подцвечивания металлов, ртутного золочения.
Почему же ртуть была открыта позже свинца и олова? Дело в том, что в обычных условиях ртуть – жидкость, а человеку прежде всего нужны были твердые металлы, из которых можно сделать какую-нибудь полезную вещь. Кроме того, в отличие от свинца и олова, точки кипения которых соответственно 1740 и 2270 °C, ртуть кипит уже при 357 °C. Следовательно, при случайном восстановлении из природных соединений она чаще всего незаметно улетучивалась. А в самородном виде ртуть встречается чрезвычайно редко.
А как она могла быть открыта? Сульфид ртути – киноварь, всем хорошо известная красная краска. В Египте и Греции ее называли хюдор скифакон – скифская вода. По аналогии с ал купрумом, металлом с Кипра, скифская вода – это вода из Скифии. Конечно, скифы привозили не жидкую ртуть, а только киноварь. А брали они ее в одном из крупнейших в Европе месторождений, оно известно сейчас как Никитовское и находится около Артемовска в Донбассе. На глубине 20 метров от поверхности там найдены ходы, проделанные людьми, единственным орудием производства которых были молоты из камня, и такие молоты обнаружены в древних забоях. Так что добыча киновари была актуальной уже в каменном веке.
Получение ртути из киновари описано Теофрастом, как полагают, в IV веке до н. э.: оказывается, ртуть можно получить, растирая киноварь с уксусом медным пестом в медной ступе.
Превращению эпизодических встреч с ртутью в постоянное знакомство с ней способствовало широкое распространение купелирования. Зная, что расплавленным свинцом можно извлекать и концентрировать золото, как было не испробовать, не обладает ли таким же свойством жидкий металл из киновари? Оказалось – обладает. Впрочем, в силу редкости киновари, а значит и ртути, ртутное амальгамирование золота сначала использовали лишь для повторного извлечения металла.
Олово и оловянная бронза = Sn
Оловянная бронза, то есть медь, в которой основным легирующим элементом было олово, постепенно стала вытеснять медно-мышьяковые сплавы. Появление оловянной бронзы ознаменовало начало новой эпохи в истории человечества, которая определена как бронзовый век. Медно-оловянные предметы находят в памятниках бронзового века на огромном пространстве всего Старого света.
Присадка олова к меди, начиная с минимальных долей процента, улучшает ее литейные качества, но изменяет пластичность сплава. Бронзы, содержащие до 5 % олова, допускают ковку и волочение вхолодную, при большем же содержании олова такая обработка возможна только вгорячую. С повышением содержания олова хрупкость бронзы увеличивается; бронзы, содержащие до 30 % олова, дробятся под молотком.
Небольшая добавка олова к меди незначительно понижает ее точку плавления, например медь с 5 % олова плавится при 1050 °C, с 10 % – при 1005 °C, с 15 % – при 960 °C. В древности из-за дороговизны олова, которое в большинстве стран было привозным и доставлялось нерегулярно, плавильщики заменяли его полностью или частично другими легирующими металлами: мышьяком, сурьмой, свинцом, никелем, а позднее и цинком. Поэтому состав древних оловянных бронз разнороден. Повышенные примеси металлов, кроме олова, объясняются также химическим составом медных руд, использованных плавильщиками, и в некоторых случаях переплавкой с медью лома бронзовых изделий.
Однако распространение оловянной бронзы ставит немало проблем. Неизвестно происхождение олова – как входившего в состав древней бронзы, так и использовавшегося самостоятельно. Последовательность открытия оловянной бронзы и олова также остается пока невыясненной. Можно было бы предположить, что до получения оловянной бронзы человек научился выплавлять олово из его руды, касситерита (SnO2), тем более, что процесс выплавки не представлял трудностей, ведь температура плавления олова лишь 232 °C. Однако повсюду оловянные предметы появились либо одновременно с бронзовыми, либо позднее их.
В Европе медного века фактически не было – изделия из меди встречаются редко, однако изделия из бронзы появляются здесь внезапно и распространяются повсеместно. Это необъяснимо, как и то, что даже первые бронзовые изделия показывают высокое мастерство их создателей, возникшее без предварительных этапов. И в Юго-Восточной Азии искусство отливки появляется внезапно, словно занесенное извне.
Не говорят ли эти сообщения о том, что люди не всегда учились искусству выплавки и обработки металлов, а получали его в готовом виде? Так, искусство бронзы могло быть отработано в Египте и отсюда попало к народам всего мира. Точно так же произошло и с железом, но в этом случае, наоборот, оно было «занесено» в Египет.
Это подтверждает и поразительное сходство различных предметов, оружия из бронзы, обнаруженных археологами на территории всей Европы. Изделия до такой степени похожи друг на друга, что закрадывается подозрение, будто все они изготовлены в одной мастерской.
Сама выплавка олова из его природной двуокиси (касситерита) с древесным углем довольно проста, и выплавленный металл может быть добавлен к меди для получения бронзы. Другой вариант возможного получения бронзы – совместная плавка медных руд, предварительно смешанных с касситеритом (чистый касситерит содержит почти 80 % Sn). Следует, однако, учитывать, что совместная выплавка меди и олова в больших масштабах требовала доставки оловянных руд к местам, где находились источники меди. То есть это стало возможным только после развития средств передвижения.
Многие соображения относительно возможных источников олова в древности зачастую исходят из ошибочных и путаных сведений об олове в трудах древних и средневековых авторов. Месторождения олова по сравнению с другими металлами очень редки. Хоть и предполагалось, что установление источников олова в регионах, где расцветала металлургия, не представит затруднений, на самом деле эта проблема остается нерешенной до сих пор.
Источники олова искали в тех районах, где обнаружено много древних медно-оловянных предметов, например в Иране и на Кавказе. Однако, судя по современным геологическим исследованиям, в Иране месторождения оловянных руд отсутствуют. Металлогеническими и геохимическими методами была также установлена невероятность залегания в пределах Кавказа промышленных оловянных руд, как по запасам, так и по содержанию олова. На письменные сообщения разных авторов рассчитывать нельзя, так как свинец и олово не различали до позднего Средневековья.
Большинство известных в мире месторождений касситерита находится в Малайзии, Индонезии, Китае, Боливии, на Британских островах (на Корнуэлле), в Саксонии, Богемии, Нигерии. При этом довольно часто отмечается Богемия как один из центров снабжения оловом бронзовой металлургии. Но месторождения олова там слишком глубоко залегают в гранитах, вряд ли они были доступны древнему рудокопу.
Есть еще одна загадка. Во многих европейских языках нет различия между свинцом и оловом. По-польски олув – это свинец. И по-литовски и на языке пруссов свинец тоже называли оловом – алвас, алвис. Вся средневековая Европа путала свинец и олово, вернее и то и другое считали свинцом, только олово – белым свинцом (плюмбум альбум), а свинец – черным свинцом (плюмбум нигрум). Но для изготовления оловянной бронзы надо уметь их различать. Это еще одно указание на привнесенность бронзы в Европу.
Железо = Fe
Золото, серебро, медь удавалось расплавить уже в первых гончарных горнах, а железо – нет: температура его плавления 1539 °C, а горн с мехами давал не более 1100 °C. Возможность же расплавить металл означала замену тяжелой и трудоемкой ковки гораздо более производительным литьем, позволяла легко и быстро изготовлять инструменты и оружие любой формы.
Как и в отношении ряда других металлов, освоение человечеством железа могло идти (и шло) двумя путями: использование природного металлического железа и химическое превращение железной руды. Природное металлическое железо встречается на поверхности Земли как самородное и как метеоритное. Самородное можно найти в виде мелких листочков и чешуек, вкрапленных в горные породы, в частности в базальты. Нередко оно образует также кусочки, а иногда и сплошные массы довольно значительных размеров. В частности, описаны железобазальтовые монолиты в сотни тонн.
Самородное железо всегда содержит заметные количества никеля. Различают два типа такого железа: аварит (содержание никеля до 2,8 %) и джозефинит (50 % и более никеля). Самородное железо ковко и тягуче, так что в принципе оно могло бы быть использовано человеком, если бы не исключительно редкие находки его масс, доступных механическому ручному переделу.
Значительно более доступно природное металлическое железо неземного происхождения – метеоритное, но оно очень сложно для обработки. Здесь интересно, что египтяне называли железо бенипет, что означало «небесный металл», а греки – сидерос, «звездный».
Другой путь получения железа – путь химического превращения железной руды, требовал освоения достаточно высоких температур. Вообще говоря, для восстановления железа из его окислов окисью углерода, что и происходит в обычном металлургическом процессе, достаточна температура лишь несколько выше 700 °C. Однако железо, получающееся таким путем, представляет собой спеченную массу, состоящую из металла, его карбидов, окислов и силикатов; при ковке оно рассыпается.
Первоначальные опыты ранних гончаров с окислами железа были связаны, скорее всего, с ролью последних как красящего вещества, от примеси которого зависит цвет глины (в частности, бурый) и цвет керамики (красный при окислении железа, темно-серый или черный при восстановлении железа из окислов). Максимальный красящий эффект достигался при температуре около 900 °C с добавление флюса, в том числе 7 % костной смеси (CaО, P2О5), но в этом случае получаются также и железные крицы, пригодные для ковки. А без флюса получается губчатое железо, для ковки не пригодное.
При температурах 1075 °C и выше уже даже без добавки костной смеси образовывались такие железные крицы, которые можно ковать. Как известно, медь плавится при 1083 °C, и получается, что металлургия чистой меди и железа могли возникнуть одновременно.
Но для получения железа путем прямого восстановления его окислов сыродутным методом нужна температура выше 1400 °C, а более определенно она зависит от сырья. Так, для восстановления FeО достаточно 1420 °C, для Fe3O4-1538 °C, а для Fe2O3-1565 °C. Попутно отметим, что температура от 1400 до 1540 °C требуется и для производства стекла. Так что производство железа сыродутным способом, как и производство стекла, стало следствием температурного потенциала, достигнутого цивилизацией.
Казалось бы, относительная простота технологии получения железа, сравнительно с технологией выплавки бронзы, и значительно большая доступность сырья должны были бы способствовать быстрому вытеснению бронзы железом. Но железные руды менее ярки, а потому менее заметны, чем медные, так что, несмотря на распространенность, их поиск на первых порах был более сложным. Кроме того, из бронзы без труда можно делать отливки, тогда как плавка железа сразу требовала весьма высоких температур и особой техники. Для первобытных металлургов был важен и результат их тяжелых усилий, они знали, что железо, полученное в их примитивных горнах, чересчур мягкое. Оно не сразу смогло соперничать с бронзой в качестве материала для изготовления орудий труда и оружия.
Производство железа сыродутным способом существовало у ряда африканских племен еще в конце XIX века. Сыродутный горн сооружался из глины или из камней, обмазанных глиной. В стенах оставлялись отверстия для дутья, обычно два на противоположных сторонах. В эти отверстия вставлялись глиняные трубки (сопла), на которые надевали кожаные мехи, приводившиеся в движение, как правило, рычагами. Горн засыпался древесным углем и железной рудой. Частицы железа при сыродутном способе свариваются в крицу, комок железа, представляющий собой после проковки его молотом предварительный материал для кузнечной работы.
В Западной Европе для плавки железа использовали простейшие ямы диаметром около 1,5–1,6 и глубиной 0,6–1 метра. Ямы были обмазаны двумя слоями глины толщиной 16 и 8 сантиметров. Сохранились следы глиняных сопел для принудительного дутья. В более ранних типах европейских железоделательных сооружений для дутья использовали естественный ветер (в частности горный). При слабом ветре приходилось создавать движение воздуха, размахивая веером из ветвей деревьев.
Хорошо изучена славянская домница VIII–IX веков в Желеховицах (Чехия), включавшая целую систему сыродутных горнов. Процесс плавки в домнице шел на основе руды магнетита (Fе3О4) и гематита (Fе2О3) с использованием древесного угля, полученного из ясеня, клена и липы. К предварительно нагретым горнам доставляли раздробленную на мелкие части руду. В горнах зажигали древесный уголь, в разгоравшийся огонь бросали руду и производили принудительное дутье из меха, расположенного за горном, вместе с тем пользовались и природным ветром. Частицы железа сплавлялись при 1300–1400 °C в железные крицы. Жидкий шлак предохранял образовавшееся железо от нового окисления.
Предполагается, что первым значимым использованием железа было изготовление оружия, что, кстати, привело к перевороту в военном деле. Но чтобы перейти от изготовления из железа ювелирных драгоценных изделий к использованию его в массовом изготовлении разных видов оружия, а затем и орудий труда, потребовались и технический прогресс, и скачок в ценностной ориентации. В этом, по существу, и состоял переход к так называемому железному веку.
Цинк = Zn
Выше мы говорили, что, зная латунь, металлурги той эпохи не имели никакого понятия о металлическом цинке. В отличие от бронзы, латунь получали, бросая после меди в огонь серый камень, именуемый кадмией. Согласно легенде, название свое кадмия получила по имени финикийца Кадма, открывшего свойство этого камня делать красную медь желтой, подобной по цвету золоту.
Известно, что элементы разных подгрупп во второй группе Периодической таблицы элементов гораздо ближе по своим свойствам, чем, скажем, в первой группе. Цинк, например, во многом похож на магний. А кадмия – карбонат цинка – весьма сходна с доломитом, двойным карбонатом магния и кальция. По-видимому, это и помогло открыть ее удивительное свойство облагораживать медь.
Дело в том, что доломит использовался в качестве флюса при выплавке меди из окисных и обожженных сульфидных руд. Достаточно было по ошибке взять вместо доломита кадмию, и вместо красной меди в горнах появилось «золото». И хотя это золото оказалось отнюдь не таким благородным, как настоящее, у него были по сравнению с медью значительные достоинства. И не только цвет: латунь тверже меди, а плавится при более низкой температуре.
Что же касается самого цинка, то древним металлургам получить его было очень трудно. Карбонат цинка уже при 300 °C разлагается на окись цинка и углекислый газ. Для восстановления окиси цинка углем нужна температура уже около 1000–1100 °C, но кипит цинк при 906 °C, и поэтому он сразу получается в виде пара, который на воздухе воспламеняется, опять превращаясь в белые хлопья окиси. Медь способна удержать часть цинкового пара и образовать латунь.
А вот для того чтобы превратить этот пар в металлический цинк, требуется немалое искусство. В Трансильвании, на территории нынешней Румынии, был найден дакский идол, отлитый из сплава, содержащего 87 % цинка; по тому времени это был практически чистый металл.
Португальские купцы, привозившие цинк в Европу в XV и XVI веках, называли его индийским оловом. А в Европе секрет его производства был раскрыт в середине XVI века силезскими металлургами, чему, конечно, способствовало их знакомство с индийским цинком: сделать уже известную вещь легче, чем неизвестную.
Как получали цинк индийцы, никто не знает. А вот как его получали в Европе, известно, об этом рассказал Георгий Агрикола. Цинк, заключенный в руде, отделяется во время плавки от всех других металлических веществ по той причине, что от жара он становится летучим и превращается в пар. Этот пар оседает в специальном приемнике, сделанном в стене над желобом, по которому стекает расплавленный свинец. Приемник изнутри закрыт большим плоским камнем с щелями для входа паров цинка, а снаружи – другим камнем на глиняной замазке, который в течение всей плавки поливают холодной водой, чтобы охладить и осадить пар. Каждую плавку начинают в десять часов утра и ведут двадцать часов, до шести часов следующего утра.
Когда плавка закончена, рабочий железным ломом открывает приемник, удаляет снизу немного замазки, и собравшийся в течение плавки цинк вытекает оттуда, подобно ртути. Затем цинк переплавляют в железном горшке и отливают в полусферические формы.
Из кадмии, переименованной арабами в каламин, а европейскими алхимиками в галмей, цинк был получен в 1721 году. Тайну галмея удалось раскрыть фрейбергскому профессору Иоганну Фридриху Генкелю (кстати говоря, учителю Михаила Васильевича Ломоносова во время его пребывания во Фрейберге). Генкель так обрадовался, что ему удалось «сжечь» галмей, а потом из его «золы» получить блестящий металл, что в своем сочинении он уподобил цинк древнеегипетскому символу бессмертия – птице Феникс, восстающей из пепла. Так состоялось окончательное открытие цинка.
Но и во второй половине XVIII века этот металл все еще оставался редкостью. Мало кто, даже из весьма образованных людей, мог похвастать тем, что имел счастье подержать его в руках. И даже в первой половине XIX века интерес к цинку был так велик, что известный русский скульптор Иван Петрович Витали отлил из этого металла восемнадцать витых, украшенных скульптурами колонн для Георгиевского зала Большого Кремлевского дворца в Москве.
Вот так необычна история открытия этого металла, первые статуи из которого делали, говорят, еще древние обитатели Румынии.
Мышьяк = As
Итак, сначала людьми были открыты уголь, сера, медь, золото, серебро, железо в самородках. Затем свинец, олово, те же серебро, медь и железо в рудах. Затем – жидкая ртуть. Затем – цинк, восстанавливающийся из своего окисла в виде пара.
Сначала твердые тела, после этого жидкость и пар. Такой ход исторических событий совершенно естествен: легче всего обращаться с твердыми телами, труднее уловить жидкие, еще труднее – газообразные.
После цинка вторым элементом, уловленным из пара, стал мышьяк, который в условиях нормального атмосферного давления при 663 °C возгоняется, не плавясь. Если бы не эта технологическая трудность, то ничто не помешало бы мышьяку быть открытым еще в то время, когда изготавливали медные украшения и инструменты со значительным, в 2–3%, содержанием мышьяка. Так же, как цинк и олово, мышьяк придает меди твердость. Не исключено, что именно по этой причине сульфиды мышьяка могли получить свое название: ведь наиболее давнее из дошедших до нас древнегреческое арсеникос означает «сильный». Аналогия с названием олова – станнум (стойкий) – напрашивается сама собой.
В отличие от цинка, каких-либо упоминаний о металлическом мышьяке в древних рукописях не найдено, хотя он не так уж редко встречается даже в самородном виде. Отсутствие упоминаний связано, вероятно, с отсутствием возможности хоть как-то использовать мышьяк. Случайно наткнувшись среди серебряных, свинцовых или медных минералов на сероватый хрупкий камень или случайно получив мышьяк при выплавке серебра либо свинца, древние металлурги не знали, на что его употребить. Даже в наше время металлический мышьяк почти не используется – разве что в производстве свинцовой дроби.
Что же касается его сульфидов, то они издавна находили широкое применение. Например, As4S4 – реальгар, природный красный пигмент, несколько похожий на киноварь, с которой его нередко путали. Один средневековый алхимический рецепт начинался словами: «Сгусти меркурий, полученный из арсеника…» Не исключено, что металлический мышьяк неоднократно получали именно вследствие этой ошибки, намереваясь добыть ртуть из реальгара, принятого за киноварь.
Другой сульфид, As2S3, во времена Плиния называли аурипигментум, то есть «золотая краска». В наши дни эту яркую лимонно-желтую краску называют «королевская желтая». Однако основное применение сульфидов мышьяка уже в самые давние времена было весьма далеко от живописи. Русское слово мышьяк означает «мышиный яд», узбекское маргумуш – «мышиная смерть», сербскохорватское мишомор – то же самое.
И в наше время борьба с мышами – дело нужное, хоть и не первостепенной важности. Для древних же и средневековых земледельцев мыши были грозной опасностью. Важнейшей гарантией выживания были запасы зерна. Но мало создать запасы, надо их еще сохранить! В конкуренции с мышами в поедании запасов зерна победа оказалась на стороне людей только благодаря тому, что они сумели приручить кошку. Недаром в Древнем Египте кошку считали священным животным и мумифицировали, тысячи этих мумий сохранились до нашего времени. Священными считались и другие истребители мышей – змеи, мангусты. Это было оружие номер один. Оружием номер два стали сульфиды мышьяка и хорошо растворимый белый арсеник – трехокись мышьяка.
А первое описание металлического мышьяка и способа его получения – нагреванием смеси белого арсеника Аг3О3 с мылом – содержится в сочинениях Альберта Великого XIII века.
Висмут = Bi
Существует предположение, что немецкое слово висмут произошло от арабского би исмид, что означало «подобный сурьме». И действительно, этот металл по многим своим свойствам – легкоплавкости, хрупкости, химическим особенностям – напоминает сурьму, расположенную в Периодической таблице элементов как раз над висмутом.
Парацельс – он же Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм (1493–1541), основатель ятрохимии (или иатрохимии – медицинской, лечебной химии), в своих сочинениях описывал два вида сурьмы: черную (ту, что и мы считаем сурьмой) и белую, о которой он сообщал, что ее также называют магнезией и висмутом. Это очень похоже на то, как свинец называли черным свинцом, а олово – белым свинцом.
Когда впервые люди столкнулись с металлическим висмутом, сказать невозможно – иногда он встречается даже в самородном виде. Куски белого с красноватым отливом металла могли попадаться горнякам и в глубокой древности. Но, видимо, это были редкие и случайные находки.
Даже в «Алхимическом словаре» Руланда, выпущенном в 1612 году, бизематум (висмут) объясняется как «всякий легчайший, бледнейший и дешевейший свинец». И это несмотря на то, что уже в 1450 году был получен первый типографский сплав на основе висмута. В 1480 году немецкие краснодеревщики уже отделывали шкатулки, а также небольшие сундуки и комоды металлическим висмутом – они и сейчас хранятся в одном из нюрнбергских музеев.
И хотя еще Георгий Агрикола, в середине XVI столетия описавший получение висмута из руд, указывал, что висмут – это не свинец и не олово, эти его слова воспринимались лишь как практический совет использовать висмут для иных целей.
Алхимики затвердили, что существует соответствие между числом планет – Солнце, Луна, Венера, Юпитер, Сатурн, Марс, Меркурий – и числом известных (в то время) металлов – золото, серебро, медь, олово, свинец, железо, ртуть. Постепенно традиция называть металлы именами небесных тел превратилась в стройную систему. Для средневекового алхимика золото было в определенном смысле Солнцем, серебро – Луной, железо – Марсом (уже не по цвету планеты, а по воинской профессии бога Марса, что, впрочем, тоже вначале восходило к «кровавому» цвету планеты), медь – Венерой, ртуть – Меркурием, олово – Юпитером, свинец – Сатурном. Вплоть до конца XVIII столетия эти металлы обозначались соответствующими астрономическими символами.
Естественно, что появление в практике новых металлов означало нарушение традиционных воззрений, иначе говоря, парадигмы. Согласиться с этим было чрезвычайно трудно. Гораздо проще было считать новый, ранее не известный металл разновидностью старого. Вот и стал цинк индийским оловом, сурьма – свинцом, висмут – тоже оловом, только серым, или свинцом, только «бледнейшим».
Остроумный выход из создавшегося положения предложил испанский металлург падре Альваро Алонсо Барба. В сочинении «Искусство металлургии» (1610) он писал:
«Недавно в горах Богемии нашли висмут. Это металл, промежуточный между оловом и свинцом, отличающийся от них обоих и мало известный. И если бы даже хотели приписать какую-то тайную силу воображаемой связи между планетами и металлами, то сегодня совершенно не достоверно, что планет семь. Благодаря телескопу обнаружены и другие. В «Трактате о спутниках Юпитера» знаменитого Галилея можно найти удивительные наблюдения, касающиеся числа и движения этих новых планет».
В общем, для новых металлов можно было бы при желании подобрать новые планеты. Так самые новейшие открытия могут быть использованы для латания дыр в самых старых догмах.
Платина = Pt
Третий из металлов, считающихся в наше время драгоценными, был открыт на несколько тысяч лет позже золота и серебра. Платина, то есть серебришко, – так пренебрежительно назвали испанские конкистадоры белый, тяжелый, нержавеющий металл. Напоминая серебро своим видом и благородной способностью не ржаветь, платина никак не желала поддаваться ни огню, ни молоту.
Первое упоминание о платине в литературе принадлежит итальянскому ученому Юлию Цезарю Скалигеру. В 1557 году, полемизируя с другим итальянцем, Гиролами Кардано, определившим всякий металл как «вещество, которое плавится и, остывая, твердеет», Скалигер указал, что под это определение не подходят два металла, а именно ртуть и еще один, который находят в Южной Америке и который «ни огнем, ни каким-либо иным испанским искусством никто не в состоянии сделать жидким». Температура плавления платины 1769 °C, достичь ее не могли очень долго.
Фосфор = P
В 1669 году гамбургский алхимик Геннинг Бранд, пытаясь получить Философский камень, случайно открыл фосфор. А в Парижской библиотеке есть сборник алхимических манускриптов, из которого следует, что в XII веке арабский алхимик Алхид Бехиль, перегоняя мочу с глиной и известью, получил некое вещество, которое назвал карбункулом. Карбункулус по-латыни означает «уголек». Вполне вероятно, что «уголек» Алхида Бехиля тоже был фосфором.
Первая стадия процесса изготовления золота из других металлов алхимикам была (в принципе) известна: надо было найти Философский камень. Бранд разумно рассудил, что раз Философский камень и эликсир долголетия – одно и то же, то он должен постепенно покидать человеческий организм. Собрав бочку собственной мочи и дав ей постоять месяца два, Бранд принялся упаривать ее до густоты сиропа. Остаток смешал с песком и, поместив смесь в реторту, начал нагревать сосуд, постепенно усиливая огонь. Сперва отгонялась вода, но когда реторта раскалилась добела, Бранд заметил голубоватый свет, испускаемый веществом, собравшимся в приемнике.
Философский камень, Господи, помилуй!
Пока Бранд обогащался, торгуя Философским камнем, лучшие химики Европы пытались разгадать его секрет. Первыми добились успеха саксонский алхимик Иоганн Кункель и великий английский естествоиспытатель Роберт Бойль. Кункелю удалось, приехав в Гамбург, выведать, что фосфор получается из мочи, но он сохранил секрет. Что же касается Бойля, то Бранд, демонстрируя ему «холодный огонь», не удержался и тонко намекнул, что, мол, такое блестящее вещество получается из весьма низкого и пренебрегаемого. Искуснейшему Бойлю потребовалось совсем немного времени, и образец «холодного огня» вместе с секретным пакетом, содержавшим описание процесса получения фосфора из урины, был направлен в Королевское общество.
Ни Бойль, ни Кункель торговать холодным огнем не стали. Больше всего денег заработал на нем один из ассистентов Бойля, Амбруаз Ханкевиц. После смерти патрона он построил фабрику и на протяжении пятидесяти лет сбывал свой фосфор по цене 3 фунта стерлингов за унцию (31,1 грамма). Вот кто спокойно обошелся без Философского камня.
Кобальт = Co
В 1738 году был открыт кобальт. Если не считать фосфора, который вполне мог оставаться неоткрытым до середины XVIII века, кабы не погоня Бранда за Философским камнем, то предыдущий элемент висмут был открыт за триста лет до кобальта. А дальше начинается лавина, шквал открытий: никель, водород, азот, кислород, марганец, хлор, барий (последние четыре элемента были открыты в течение одного года!), молибден, теллур, вольфрам, уран, титан, хром, иттрий – и это все до наступления XIX столетия.
Лавина хлынула благодаря радикальному изменению, происшедшему в науке о веществе: из алхимии «ушла» химия. Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм объявил: «Настоящая цель химии заключается не в изготовлении золота, а в приготовлении лекарств». Его последователь Иоганн Баптист Ван Гельмонт, тоже называвший себя ятрохимиком (медико-химиком), продолжил освобождать химию от алхимии. Завершил этот процесс Роберт Бойль. Так алхимия пошла по двум дорогам. По одной – химия, освободившаяся от мистики и магии. По другой – алхимия со всей мистикой, но без рациональных методов, ушедших с химией.
Алюминий = Al
До последнего времени началом эпохи электричества было принято считать 1786 год, когда Луиджи Гальвани произвел свои знаменитые опыты. Некоторые археологические открытия заставляют, однако, усомниться в этом. Во время раскопок у берегов Тигра, в развалинах античного города Селевкия, археологи обнаружили небольшие глазурованные глиняные сосуды высотой около 10 см. В них находились железные стержни и запаянные медные цилиндры, судя по внешнему виду, разъеденные кислотой. И это не первая подобная находка! Было высказано предположение, что эти сосуды – своего рода гальванические элементы. Когда после тщательного исследования их восстановили в первоначальном виде, они дали электрический ток.
А в Китае есть гробница известного полководца Чжоу-Чжу (265–316). Когда был проведен спектральный анализ некоторых элементов орнамента этой гробницы, то выяснилось, что он состоит из сплава, 10 % которого составляет медь, 5 % – магний и 85 % – алюминий. Однако первый алюминий, как известно, был получен только в 1808 году, когда для этого был применен электролиз, который и до сих пор остается основным способом получения алюминия. Значит, – даже отвлекаясь от достоверности или недостоверности китайской хронологии, – мы должны предположить одно из двух. Или задолго до XIX века был известен другой способ получения алюминия, о котором ныне никто ничего не знает и над которым безуспешно бьется современная наука, или в то время какая-то ограниченная группа ученых знала о явлении электролиза.