ХИМИЧЕСКИЕ ЗНАНИЯ ПЕРВОБЫТНЫХ ЛЮДЕЙ
На низших ступенях культурного развития человеческого общества, при первобытно-родовом строе, процесс накопления химических знаний происходил весьма медленно. Условия жизни людей, объединявшихся в малочисленные общины, или большие семьи, и добывавших средства к существованию путем использования готовых продуктов, которые давала природа, не благоприятствовали развитию производительных сил.
Потребности первобытных людей были примитивны. Прочных и постоянных связей между отдельными общинами, особенно если они территориально были отдалены друг от друга, не существовало. Поэтому передача практических знаний и опыта требовала длительного времени. Понадобилось много веков, чтобы первобытные люди в жестокой борьбе за существование овладели некоторыми отрывочными и случайными химическими знаниями. Наблюдая окружающую природу, наши предки познакомились с отдельными веществами, некоторыми их свойствами, научились использовать эти вещества для удовлетворения своих потребностей. Так, в далекие доисторические времена, человек познакомился с поваренной солью, ее вкусовыми и консервирующими свойствами.
Потребность в одежде научила первобытных людей примитивным способам выделки шкур зверей. Сырые, необработанные шкуры не могли служить сколько-нибудь пригодной одеждой. Они легко ломались, были жестки, а при соприкосновении с водой быстро загнивали. Обрабатывая шкуры каменными скребками, человек удалял с обратной стороны шкуры мездру, затем шкуру подвергали длительному вымачиванию в воде, а в дальнейшем — дублению в настое корня некоторых растений, затем ее сушили и, наконец, жировали. В результате всех этих операции она становилась мягкой, эластичной и прочной. Чтобы освоить подобные простейшие способы обработки различных природных материалов в первобытном обществе, потребовалось много столетий.
Огромным достижением первобытного человека было изобретение способов добычи огня и его использования для обогрева жилищ и для приготовления и консервирования пищи, а в дальнейшем и для некоторых технических целей. Изобретение способов добычи огня и его использования, как полагают археологи, произошло около 50 000—100 000 лет назад и ознаменовало собой новую эру в культурном развитии человечества.
«...Добывание огня трением,— писал Ф. Энгельс в «Анти-Дюринге»,— впервые доставило человеку господство над определенной силой природы и тем окончательно отделило человека от животного царства» (1).
Овладение огнем привело к значительному расширению химико-практических знаний в первобытном обществе, к ознакомлению доисторического человека с некоторыми процессами, происходящими при нагревании различных веществ.
Однако понадобилось много тысячелетий для того, чтобы человек научился сознательно применять нагревание природных материалов, чтобы получать необходимые ему продукты. Так, наблюдение за изменениями свойств глины при ее прокаливании привело к изобретению глиняной посуды. Гончарные изделия зарегистрированы в археологических находках эпохи палеолита. Значительно позднее был изобретен гончарный круг и введены в практику специальные печи для обжига глиняной посуды и керамических изделий.
Ремесленная химия до начала новой эры
Металлургия. В рабовладельческом обществе происходило довольно быстрое расширение сведений о металлах, их свойствах и способах их выплавки из руд и, наконец, об изготовлении различных сплавов, получивших большое техническое значение.
Достижения ремесленных металлургов древности стали, в общем, основой металлургической техники всего средневековья. Лишь в новое время в старинные методы выплавки металлов, особенно в технику получения железа были внесены существенные усовершенствования.
Краски и техника крашения. В древности широко использовались некоторые минеральные краски для наскальной и стенной живописи, в качестве малярных красок и в других целях. Для окраски тканей, а также и для косметических целей использовались растительные и животные краски.
Для наскальной и настенной живописи в Древнем 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 и другие вещества. Древнеегипетская лазурь, изготовление которой было позднее описано Витрувием, состояла из песка, прокаленного в смеси с содой и медными опилками в глиняном горшке.
Античные натурфилософские учения
Первые философские представления о природе вещества и происхождении его свойств зародились практически одновременно в разных цивилизациях около VII века до н.э. В Китае это были Конфуций и Лао Цзы, в Индии – Будда, в Персии – Зороастр (Заратустра), в Греции – философы т.н. Милетской школы.
Все эти натурфилософские учения имеют общие черты:
1. Космологический подход. Учение о природе вещества и его свойств является частью учения о мироздании в целом, причем свойства вещества с необходимостью следуют из свойств Вселенной.
2. Дуализм. Важнейшим элементом любого натурфилософского учения является существование пар противоположных мировых начал (Ян – Инь, светлое – тёмное, активное – пассивное, любовь – ненависть и т.п.).
Отличительная особенность греческой натурфилософии – её в значительной степени светский (нерелигиозный) характер. В греческой натурфилософии можно выделить два течения, выделившиеся по способу ответа на вопрос о делимости материи: континуализм и атомизм.
Континуализм исходит из предположения, что материя непрерывна и делима до бесконечности; любая сколь угодно малая часть материи тождественна тому телу, делением которого она получена.
Атомизм утверждает, что материя дискретна и состоит из множества неделимых частичек – атомов, – движущихся в пустоте.
Милетская школа натурфилософии и её последователи
Фалес Милетский (около 625-547 до н. э.) явился основателем греческой натурфилософии. По мнению Фалеса, поскольку все вещества способны к взаимопревращениям, все они являются проявлениями одного основного вещества – архесомы (элемента). У Фалеса основным веществом является вода. Причина выбора воды – в её всеобщести, поскольку Земля представлялась Фалесу в виде диска, плывущего по бесконечному Океану и накрытого полусферой Неба. При этом сама Земля образована "сгущением" воды.
Учение Фалеса о существовании некоего первоначала всех веществ было воспринято большинством более поздних философов; различие взглядов выражалось лишь в вопросе о том, что является первоначалом.
Анаксимен из Милета (около 585-525 до н. э.), опираясь на новые представления о том, что Земля представляет собой шар, окружённый воздухом, утверждал, что первоосновой Вселенной и всех тел (веществ) является именно воздух. Сгущаясь к центру Вселенной, воздух образует воду и землю.
Ксенофан (около 565-473 до н. э.) считал, что первоначалом всех вещей является, напротив, именно земля, находящаяся в центре Вселенной. Из земли и воды произошли все остальные вещи.
Гераклит Эфесский (около 540-480 до н. э.) выделял первоначало всех вещей по иному принципу. Поскольку основным свойством Вселенной является постоянное изменение, первосубстанцией должно быть нечто, наделённое способностью к изменению в максимальной степени. Таковой субстанцией, по мнению Гераклита, является огонь – изменчивый и всё изменяющий.
Некоторые философы выражали сомнение в том, что все вещества могут иметь одно-единственное первоначало; появились учения, в которых предполагалось существование нескольких начал (элементов).
Анаксимандр (около 610-546 до н. э.) высказал предположение о том, что некая первосубстанция – бесконечная, вечная, объемлющая все миры – предстаёт нам в виде трёх известных основных субстанций – воды, земли и огня. Эти субстанции (стихии) находятся в вечной борьбе, однако некий естественный закон (необходимость) не позволяет одной стихии возобладать над другими. Все вещества (тела) окружающего мира образуются в результате сочетания воды, земли и огня.
Эмпедокл из Агригента (около 490-430 до н.э.) довёл число элементов-стихий до четырёх. По Эмпедоклу, вещество образовано смешением земли, воды, воздуха и огня. Элементы Эмпедокла материальны и наделены свойствами филии (любви) и фобии (вражды). Эти две противоположности, присущие всем телам, и приводят материю в движение.
Идею существования четырёх начал всех вещей (элементов) – земли, воды, огня и воздуха – поддерживали и такие великие философы античности, как Пифагор (около 570-500 до н. э.) и Платон (428-348 до н. э.).
Физическое учение Платона изложено в диалоге "Тимей". Заимствовав у своих предшественников представление о четырех видах материи (земле, воде, воздухе и огне), он считал их способными к взаимопревращениям. Эти виды материи, по мнению Платона, являются проявлением единой первичной материи. Частицы разных видов материи представляют собой правильные геометрические тела. Платон объяснял свойство видов материи – твердость, плавкость, воздухообразность, огнеобразность – геометрией многогранников. Как было доказано греческими геометрами, существует лишь пять правильных многогранников: тетраэдр, октаэдр, куб, икосаэдр и додекаэдр. Поскольку из существующих видов материи самым устойчивым и наименее подвижным является Земля, то ей соответствует четырехугольная плоскость куба (в) как наиболее обеспечивающая эту устойчивость. Свойство других видов материи обеспечиваются соответствующими многогранниками: огню соответствует тетраэдр (а), воде – октаэдр (б), воздуху – икосаэдр (г). Поскольку не было элемента, соответствующего додекаэдру (д), Платон высказал идею, что существует еще пятый элемент, который бог использовал, чтобы создать небесные тела.
Платоновы тела в некотором отношении можно сравнить с атомами, однако Платон категорически отрицал их неделимость. Элементы, по мнению Платона, представлены числами, которые находятся в постоянной пропорции, т.е. огонь относится воздуху, как воздух к воде и как вода к земле.
Данная картина перекликалась с идеями Пифагора, развившего идею объяснения явлений реальности на основе математической закономерности. Однако у Пифагора опытное познание в области физических явлений подменялось мистикой чисел. Идеалом познания пифагорейцев было пассивное созерцание, а не активный эксперимент. Вместе с тем для развития физических концепций была чрезвычайно важна установленная пифагорейцами возможность операций с физическими величинами путём сведения их к мере и числу.
Учение Аристотеля
До логического совершенства систему четырёх стихий довёл один из величайших мыслителей античности – Аристотель из Стагиры (384-322 до н. э.). По мнению Аристотеля, четыре известные стихии не материальны, а являются лишь различными проявлениями (состояниями) первоматерии. Первоматерия предстаёт человеку, проявляя одновременно два из двух пар противоположных свойств – холода или тепла и влажности или сухости:
Тепло + сухость = огонь
Тепло + влажность = воздух
Холод + сухость = земля
Холод + влажность = вода
Существование двух пар противоположных элементов, являющихся носителями двух противоположных пар качеств, Аристотель представлял графически в виде т.н. квадрата противоположностей.
В результате соединения элементов в различных сочетаниях возможно образование сложных тел с различными свойствами. Образование нового тела (с иным сочетанием элементов) возможно, по Аристотелю, в результате миксиса – истинного смешивания (в отличие от механического). Важным моментом в учении Аристотеля является способность элементов к взаимопревращению. Это возможно, поскольку каждый элемент представляет собой лишь одно из состояний единой первоматерии (определённое сочетание качеств). Положение о возможности превращения одного элемента в другой стало позднее основой алхимической идеи о возможности взаимных превращений металлов (трансмутации).
Ещё одним моментом в учении Аристотеля является сделанное им предположение о существовании пятого элемента (по латыни quinta essentia; эфир или начало движения), из которого состоят небесные тела. Поскольку небесам присущи вечность и совершенство, они не могут быть образованы теми же элементами, что и земные тела (тела "подлунного мира")
РЕМЕСЛЕННАЯ ХИМИЯ В ЭЛЛИНИСТИЧЕСКИЙ ПЕРИОД
В 332 г. до н. э. Египет в числе других стран Древнего мира был покорен войсками Александра Македонского (356-323 гг. до н. э.). В следующем году в дельте Нила был заложен город Александрия. Город этот благодаря выгодному географическому положению быстро вырос и сделался крупнейшим торговым и промышленно-ремесленным центром Древнего мира. После смерти Александра Македонского и распада его империи в Египте воцарился один из полководцев македонян Птолемей Сотэр, основавший династию Птолемеев.
В Египте поселилось много ученых и ремесленников-греков, которые овладели знаниями и практическим опытом египетских мастеров и жрецов и внесли свой вклад в дальнейшее развитие античной ремесленной техники. В Египте в этот исторический период, получивший название ''эллинистический'', скрестились знания и практический опыт двух древнейших культур: египетской и древнегреческой. Поселившиеся в Египте пришельцы-завоеватели - эллины (греки) получили доступ к накопленным в течение тысячелетий секретам египетской ремесленной техники, к рецептурной литературе, касающейся добычи и переработки драгоценных металлов и камней. Сами же греки принесли в Египет и свои обширные знания и опыт, также накопленные в течение длительного времени, начиная с критской и микенской культур.
Новые властители Египта Птолемей, подражая прежним фараонам и деспотам восточных империй, завели роскошный двор, окружив себя искусными врачами, учеными и астрологами. В качестве придворного учреждения Птолемей учредили Александрийскую Академию, вначале построенную по образцу Платоновской Академии. При Академии был организован музей (Дом муз), в котором были собраны различные редкости, а также богатейшая в Древнем мире библиотека. Почти тысячелетнее существование Александрийской Академии представляет собою одну из важнейших страниц истории науки. Здесь было сделано немало открытий, особенно в области механики, военной техники и физики, а также в области медицины.
Ремесленная техника эллинистического периода может быть охарактеризована как высшая ступень античной ремесленной техники. В эллинистическом Египте процветали важнейшие направления ремесленной химической техники: переработка металлических руд, производство и обработка металлов, в том числе производство разнообразных сплавов, красильное искусство с более широким ассортиментом красителей по сравнению с Древним Египтом, приготовление разнообразных фармацевтических и косметических препаратов.
До нас дошли некоторые литературные памятники эллинистического Египта, в том число и рецептурпо-химические сборники. Следует подчеркнуть, однако, специфический характер таких сборников. Они не представляли собой записок обычных мастеров-ремесленников, а скорее - представителей так называемого ''священного тайного искусства'', получившего в Александрии весьма широкое развитие. Древнеегипетские мастера владели искусством изготовления золотоподобных сплавов. Уже в первые столетия до н. э. такое искусство подделки металлов приобрело широкое распространение. Оно процветало и в самой Александрийской Академии, где и получило свое наименование.
Изучение дошедших до нас письменных памятников эпохи эллинистического Египта, содержащих изложение тайн ''священного тайного искусства'', показывает, что способы ''превращения'' неблагородных металлов в золото сводились к трем путям:
1) изменение поверхностной окраски подходящего сплава либо воздействием подходящих химикатов, либо нанесением на поверхность тонкой пленки золота;
2) окраска металлов лаками подходящего цвета;
3) изготовление сплавов, внешне похожих на подлинное золото или серебро.
