Соли, бумага, сахар

К старейшим видам химических ремесел относится добыча поваренной соли. Ее значение отражено не только частым упоминанием в сказках и легендах; из-за месторождений (соли происходили военные столкновения (зачастую в Германии). С древности люди использовали следующие важнейшие способы добычи поваренной соли:

1. естественное испарение морской воды в "соляных садках" ("морская соль");
2. добыча в рудниках ("соляные копи" были известны еще во времена кельтов, а в Величке, около Кракова, они существовали с XIII в.);
3. выпаривание вод соляных источников.

Солеварни в Люнебурге, Лауенштайне и Аллендорфе существовали с X в., а в Стассфурте, Франкенхаузене (в Шварцбурге) и в Галле (в Швабии) - с XVI в. Как правило, соляные источники были собственностью феодальных правителей; сами же предприятия по выпариванию соли сдавались в наем купцам, которые производили и продавали соль.

Из сочинений Бирингуччо и Агриколы хорошо известно, какие химико-технологические процессы применялись в то время для добычи соли. Растворы, содержавшие соль, выпаривались на больших противнях. При их кипячении добавляли кровь, чтобы примеси (с помощью коагуляции) удалялись вместе с образовавшейся пеной. С конца XVI в. растворы соли очищались и концентрировались путем пропускания их через градирни, заполненные ветками кустарника или соломой. В дальнейшем при производстве поваренной соли стали применять более сложные аппараты и насосы; производительность установок для выпаривания соляных растворов постоянно возрастала вместе с их размерами. Все это требовало значительных капиталовложений в производство, превышающих возможности нанимателей солеваренных предприятий и даже их объединений. Только правители феодальных государств могли содержать солеварни благодаря налогам на соль. Поэтому в XVIII в. солеварение все больше и больше становится государственной монополией, а солеварни приобретают специфические черты капиталистических фабрик [84].

Кроме соли, важнейшими неорганическими продуктами, которые получались с помощью химических методов, были квасцы, сульфат цинка, бура, нашатырь, неорганические красители и лекарственные средства.

Главными поставщиками квасцов до XVI в. служили страны Ближнего Востока и Египет. Они получали высокие прибыли от торговли с европейскими странами. В XV-XVI вв. первые предприятия по добыче квасцов появились в Испании, Марокко, Алжире, а также в Неаполе, Пизе и Толфе. Купцу Джиованни де Кастро (выходцу из Константинополя) удалось найти недалеко от Рима почвы, содержащие квасцы. Изготовление каждой новой партии квасцов папа Пий II праздновал так же пышно, как победу над турками; он наложил запрет на импорт "турецких квасцов" и благословил монопольную продажу квасцов, добытых в его государстве.

Производство квасцов в Богемии впервые возникло в 1407 г. В XVI в. уже во многих европейских странах действовали заводы, производившие квасцы. Квасцы использовались для дубления кожи, приготовления красителей, бумаги, различных клеев и лекарств. Они применялись также в текстильных и других производствах.

Добыча и использование квасцов требовали достаточно развитых химических знаний. Сырье - сульфаты алюминия и калия - нагревали в печах, затем выдерживали в течение 40 дней при определенной влажности. После этого растворяли в воде, а образовавшийся раствор при нагревании концентрировали. Через 4-6 дней выделялись кубические кристаллы розового цвета.

Сульфат цинка, который еще в XVI в. добывали в Карпатах, использовали для производства красок, дубления кож и в фармации.

Бура относилась к продуктам, монополия на производство которых принадлежала странам Востока. Ее добывали главным образом в Индии, откуда в мешках из слоновых шкур транспортировали в Венецию. Там буру очищали, как и многие другие продукты, кристаллизацией. Способы производства буры сохранялись в строжайшей тайне. Даже такой великолепно эрудированный химик, как Агрикола, мог сообщить о способах получения буры только мало проверенные сведения. Лишь в XVIII в. буру стали очищать также в Амстердаме, Копенгагене и Париже. Это связано с тем, что был освоен новый торговый путь в Европу из Индии через Персию и Петербург. Буру применяли для пайки, как антисептическое средство, как флюс в металлургии, как добавку к мылам и крахмалу. Бура использовалась также для дубления кож, пропитки холста, производства стекла, глазури и эмалей.

Нашатырь долгое время импортировался в Европу из Египта и Индии, хотя еще Гебер (псевдо-Джабир.- Перев.) в XIV в. описал способ получения этого соединения. Изготовление нашатыря в Европе началось лишь в XVIII в. О его получении из ветоши, старой шерсти, костей, а также из выделений и останков животных написано у Фестера [13, с. 160].

Долгую и интересную историю имеют производство мыла, бумаги, красок, клея, древесного дегтя, смолы, поташа, соды, крахмала, эфирных масел, камфоры, сахара, лекарственных средств. Ниже мы рассмотрим лишь некоторые химические производства, особенно важные для дальнейшего развития химии. К ним относятся получение бумаги, сахара, соды и хлора.

В то время, когда в Египте, Греции и Риме писали на пергаменте и папирусе, в Китае уже со 150 г. до н. э. употребляли бумагу. В VIII в. н. э. секреты производства бумаги стали известны в Северной Африке, Испании и Италии. Несмотря на все попытки сохранить в тайне эти секреты, в XIII-XIV вв. бумагу изготовляли уже во всей Европе. При этом использовали наряду с тряпьем и растительными волокнами такие вещества, как щелочи, клей, отбеливающие и красящие соединения; применялись различные емкости, сушилки, мешалки, вальцы и т.п.

Появление бумаги создало предпосылки для быстрой передачи знаний и ускорения общения между людьми. Особенно важную роль бумага стала играть после того, как в середине XV в. Гутенберг изобрел книгопечатание. Значительное увеличение производства бумаги было важнейшим следствием этого изобретения. Распространение в XV-XVI вв. книгопечатания оказало такое же громадное влияние на развитие знаний, как в XX в. появление радио и телевидения. Начиная с середины XVIII в. книги и газеты издавались все чаще на "живых" языках европейских стран, а не на латыни. Применение "живых" языков для печатания книг резко увеличило количество читателей в европейских странах. Все это происходило в эпоху Возрождения, и большинство людей, которые приобщались к знаниям посредством чтения, были представителями буржуазного сословия. Просвещение стало составной частью борьбы буржуазии за свои политические и экономические права. Изобретение книгопечатания хотя и не оказывало непосредственного влияния на развитие производств, но зато способствовало "демократизации" знаний. Прогрессивные ученые боролись с цеховыми правилами, согласно которым опыт следовало хранить в тайне. Бирингуччо и Агрикола в получивших широкую известность сочинениях описали известные ранее лишь немногим сведения о способах производства разнообразных химических продуктов [25]. Знания приходили на смену традициям. И ученые пытались сделать накопленные ранее знания проведения химических процессов полезными для решения многих практических задач.

Изготовление сахара, как и бумаги, отчетливо показывает интернациональный характер развития производственных процессов. Впервые сахар начали получать в Индии. Очистка сахара, по-видимому, была освоена в Персии, а затем усовершенствована в X в. в Египте и Сирии. Марко Поло писал, что из Египта опыт производства сахара проник в Китай [85]. Первоначально ремесленники ограничивались тем, что сок сахарного тростника сгущали и осветляли с помощью молока. Египтяне очищали сахарный сироп известью или золой. Леденцы и кристаллический сахар были весьма ценными товарами, которые позже стали монополией арабов. Арабы способствовали распространению посевов сахарного тростника также на Сицилии и в Испании. Как и многие другие товары, сахар поступал в Европу с Востока через Венецию. Долгое время в европейских странах сахар был настолько дорогим, что его применяли лишь в медицинских целях. Открытие Нового Света привело в XVI в. к появлению плантаций сахарного тростника в Бразилии, Мексике, на острове Сан-Доминго и на Кубе. Увеличение производства сахара было обусловлено и быстро возросшим в XVI-XVIII вв. спросом на чай, кофе и какао.

Технология производства сахара вплоть до XVIII в. мало отличалась от разработанной в средневековом Египте. Правда, в отличие от Египта в Европе для совершения механической работы использовали в этом производстве не людей и животных, а чаще всего ветряные двигатели или водяные колеса. Сила ветра и воды приводила в движение вальцы, которые выжимали сахарный сок, и мешалки, предохраняющие сироп от пригорания к стенкам варочных котлов. Для очистки сахарного сиропа многократно повторяли промывание известковой водой со щелоком и нагрев, при котором вместе с образующейся пеной от сахара отделялись примеси. Густую сахарную массу после этого заливали в глиняные формы, в которых сахар затвердевал. Остатки сиропа спускали через нижнее отверстие в этих формах. Сахар обкладывали специальной сырой глиняной "кашей", которая поглощала примеси. После удаления этой "каши" и промывки сахарная "голова" приобретала чистый белый цвет. Затем сахар поступал в продажу. По данным Фестера, из 100 частей сахара-сырца образовывалось лишь около 20 частей сахара-рафинада [13, с. 109].

С конца XVI в. рафинация тростникового сахара была освоена в Антверпене, Гамбурге, Нюрнберге, Аугсбурге, Дрездене, а также в некоторых английских и французских городах. Фестер указывал, что в XVII-XVIII вв. производство сахара было важнейшей отраслью химических ремесел, связанных с получением органических продуктов [13, с. 196]. Наряду с мелкими мастерскими в XVIII в. возникали крупные предприятия по производству сахара-рафинада с числом рабочих 100 и более. Такие фабрики имели большие по тем временам производственные возможности. Во второй половине XVIII в. были основаны новые сырье и технология для рафинации сахара.

Андреас Сигизмунд Маргграф в 1747 г. выпустил книгу под названием "Химические способы получения настоящего сахара из некоторых растений, произрастающих в нашей стране". Маргграф в своем труде описывал способы получения из свеклы и некоторых других растений такого же сахара, как из тростника. Процессы, описанные Маргграфом, были наглядными примерами многочисленных химических реакций, осуществленных в ту весьма практичную эпоху. Правители различных государств стремились заменить на внутреннем рынке своих стран ввозимые из других стран продукты товарами собственного изготовления. Технология, предложенная Маргграфом, была необычайно важна для развития сахарной промышленности, однако описанные им способ производства и сырье были слишком дороги, чтобы обеспечить полноценную замену тростниковому сахару. Лишь благодаря обширным изысканиям, проведенным в конце XVIII в. Францем Карлом Ахардом, удалось упростить процессы получения сахара и вывести сорт свеклы, содержащей повышенное количество сахара. Промышленное получение сахара из свеклы распространилось в Германии в начале XIX в., а вскоре во Франции сахароварение превратилось в мощную отрасль индустрии. Под прессами из свеклы получали сок; затем нагревая его, удаляли с образовавшейся пеной загрязняющие вещества. После этого в сок добавляли известь и животный уголь. Очищенный с помощью этих веществ сок подвергали многократному нагреванию и испарению. В XIX в. в техническом оснащении производства сахара появились важные усовершенствования: применение паровых машин и вываривание сиропа в вакууме. В 1850 г. в мире добывали из сахарного тростника 1,26 млн. т сахара, а из свеклы 0,2 млн. т. В 1900 г. из сахарного тростника добывали 6,0 млн. т, а из сахарной свеклы 6,8 млн. т.

Появление отрасли промышленности, производящей сахар из свеклы, вызвало большое изменение структуры сельского хозяйства и повлияло на рацион питания людей, стимулировало выведение новых сортов растений, переустройство системы землепользования во многих странах, развитие производства минеральных удобрений. Высокая степень механизации и химизации сделали выработку сахара одной из наиболее развитых отраслей промышленности.