От зажигательных смесей до пороха

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

^* (Иоанниты (госпитальеры) - члены духовно-рыцарского ордена, основанного в Иерусалиме крестоносцами в XII в. С конца XIII в. обосновались в Европе; центр - вначале на о. Мальта, с 1854 г.- в Риме.- Прим. перев.)

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

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

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

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