Текст книги "Научные сказки периодической таблицы. Занимательная история химических элементов от мышьяка до цинка"

* * *

Многие химические процедуры, которые были хорошо известны алхимикам, теперь находятся за пределами общепринятой научной практики. И не потому, что они как-то особенно сложны или таинственны, а потому, что считаются слишком опасными. Современное законодательство по охране жизни и здоровья граждан никогда не позволит проводить их даже в условиях оборудованной по всем правилам техники безопасности новейшей химической лаборатории. Одна из подобных процедур – обратимое соединение ртути и серы, основная реакция в алхимической теории. Интерес, который алхимики проявляли к такой элементарной реакции, объясняется просто. Соединяя желтую серу, сухую и горячую, с жидкой ртутью, холодной и влажной, они объединяли четыре важнейших принципа материи.

Цвет серы и яркое мерцание ртути наводили на мысль, что результатом их соединения может стать золото. Алхимики полагали, что все металлические отложения в земле постепенно превращаются в золото. И, если человек нашел вместо золота олово или свинец, это просто значит, что он слишком рано начал копать. Привлекательный внешний вид ртути и серы, которые часто встречаются в природе в чистом виде, вызывал подозрения, что с их помощью вожделенной цели – получения золота – можно достичь быстрее. Великий арабский алхимик и мистик VIII столетия Джабир ибн Хайян, которому мы, возможно, обязаны распространением знания о киновари и ртути из Китая на Запад, полагал, что совершенство в металлах, обнаруживаемых в природе или изготавливаемых человеком, может быть достигнуто только при наличии этих двух элементов в необходимой пропорции и при нужной температуре. Отсутствие совершенства – то есть отыскание неблагородных металлов там, где вы рассчитывали найти золото, – объяснялось просто диспропорцией в названных факторах. С точки зрения Джабира, более ценные металлы отличались от менее ценных бо́льшим присутствием в них ртути. Но существовали, конечно, и другие условия, имевшие отношение к чистоте и типу каждого используемого элемента. К примеру, серебро можно было изготовить путем соединения ртути с тем, что Джабир называл белой серой, в то время как золото можно было получить из «лучшей» ртути с очень небольшим количеством красной серы, хотя установить теперь, что имеется в виду под приведенными здесь терминами, не представляется возможным.

Так гласила теория. Стоит ли говорить, что эксперименты не давали никакого реального результата, хотя отдельным проходимцам и удавалось убедить некоторые легковерные души, что они по крайней мере сумели увеличить уже имевшееся количество золота за счет добавления ртути и серы. Сера сгорала, а ртуть соединялась с золотом путем амальгамации, производя впечатление увеличения в весе; разумеется, никакого реального прибавления золота не было. Вместо того чтобы оставить всякую надежду получить золото, алхимики стали развивать теорию Джабира в свете полученных отрицательных результатов, предположив, что все металлы, а не только золото, могут быть получены путем варьирования пропорций этих двух элементов. Таким образом, упомянутая реакция была центральной для основных направлений алхимической науки в средневековой Европе и продолжала оставаться ключевой для алхимического подхода к миру на протяжении нескольких столетий. Проводили ее довольно часто при полном одобрении ученого сообщества. В одном тексте начала XVII века мы видим гравюру с изображением Фомы Аквинского, привычным жестом гида указывающего на разрез алхимической печи, крытой дерном, в которой смешиваются пары обоих элементов. «Человеческое искусство, так же как и природа, создает металлы из серы и ртути», – гласит подпись к рисунку. Описываемая реакция, несмотря на то, что проводилась на основе ложных воззрений на природу химических элементов, тем не менее стала поворотным пунктом в эволюции современной химической науки. Данная реакция стала первым зарегистрированным случаем сознательного синтеза нового вещества из двух уже известных ингредиентов.

Более того, это первая бесспорная демонстрация обратимости химической реакции, так как ртуть не только легко соединялась с серой, превращаясь в результате в сульфид ртути (киноварь), но и сульфид ртути при нагревании вновь распадался на составные части. Таким образом проявлял себя один из главных законов бытия: материя не создается из ничего и не уничтожается бесследно.

Сам по себе эксперимент несложен. Я могу взять немного ртути из старого термометра, положить в тигель, добавить туда необходимое количество серы, накрыть смесь и нагревать ее до тех пор, пока не появится насыщенный оттенок киновари, свидетельствующий о присутствии сульфида ртути. Я могу снова нагреть полученное соединение, чтобы разделить его на два первоначальных элемента и выделить ртуть после того, как сера сгорит. Но, несмотря на то что я скептически отношусь к множеству на все лады расписываемых опасностей проведения различных химических экспериментов на дому, теперь я прекрасно понимаю (хотя раньше не понимал, когда добывал себе ртуть путем выжигания отслуживших свой срок батареек), насколько вредны могут быть пары ртути.

Я решил проследить за проведением названого эксперимента в университетской аудитории преподавателя Лондонского Университетского колледжа Маркоса Мартинона-Торреса. Маркос построил свою академическую карьеру на стыке археологии и материаловедения, что дает ему великолепный предлог для воспроизведения алхимических экспериментов в интересах исторической точности. Однако, когда речь зашла о повторении эксперимента по соединению серы с ртутью, даже ему запретили проводить его в институтских лабораториях, и он был вынужден уединиться на заброшенном поле в пригороде.

Сосуд, предназначенный для проведения реакции, – глиняный алудель (слово арабское, как и многие другие химические термины), разновидность большого тигля с высокой заостренной крышкой, напоминающей шляпу колдуньи; в нем пары смешиваются и охлаждаются. Все описываемое приспособление по форме и размеру похоже на страусиное яйцо. Небольшое отверстие наверху не позволяет давлению внутри сосуда возрасти до такой степени, чтобы вызвать взрыв. Маркос и его коллега Николя Тома из университета Пантеон-Сорбонна в Париже высыпают на дно алуделя принесенную с собой киноварь, надевают колпачок и запечатывают его влажной глиной. Затем складывают небольшую печь из кирпичей и глины, наполняют ее древесным углем и зажигают. Когда, по их мнению, печь достаточно нагревается, чтобы разложить киноварь, но еще не настолько, чтобы ртуть вышла в виде паров, они помещают в нее алудель. Надев специальные предохраняющие дыхание маски, ученые устраиваются на краю поля, откуда внимательно наблюдают за алуделем, который начинает нагревать алое пламя печи. Удостоверившись, что алудель не лопнул, они вскоре замечают небольшие капельки ртути, сконденсировавшиеся вокруг отверстия. Это знак того, что реакция произошла.

Когда сосуд остывает, его разбивают. На внутренней стенке сосуда видны крошечные яркие гранулы. Собрав ртуть, добавив серы и нагрев их еще раз, ученые вновь получают киноварь, желто-оранжевую смесь, отчасти плотную, отчасти расплавленную, которая на первый взгляд могла бы напомнить разогретый пудинг с патокой, если бы не исходящий от нее омерзительный запах.

Часть II. Огонь

Кругосветное плавание серы

Золото и серебро, железо и медь множество раз появляются в Библии благодаря их монетарной или просто прагматической ценности. Свинец и олово упоминаются только мимоходом. Это шесть из десяти элементов, известных с античных времен. Еще один элемент имеет символическую ценность совершенно иного рода. Я имею в виду серу.

Сера в Библии упомянута 14 раз, и всегда отрицательно. Каждое ее появление сопровождается сценами наказания и разрушения или по крайней мере угрозой страшного насилия. В Книге Бытия гибель проклятых городов Содома и Гоморры сопровождается падением на них серы и огня с неба. Шесть упоминаний о сере имеются в центральных главах Книги Откровения Иоанна Богослова и связаны с описанием Великой Скорби, Возвращения Царя, Тысячелетнего Царства и Страшного Суда. Сера начинает течь, как только будут вскрыты семь печатей и протрубят семь труб, и продолжает течь, пока 200 стихами ниже мы не становимся свидетелями явления Нового Иерусалима.

В главе девятой Откровения говорится о том, как Иоанн видит избиение третьей части человечества армией численностью в «две тьмы тем» всадников, «которые имели на себе брони огненные, гиацинтовые и серные; головы у коней – как головы у львов, и изо рта их выходил огонь, дым и сера. От этих трех язв, от огня, дыма и серы, выходящих изо рта их, умерла третья часть людей…» (Откровение Иоанна Богослова, гл. 9, ст. 17–18).

Затем раздается звук седьмой трубы, знаменующий приход Царства Божьего на небесах. Сатанинский зверь возносит множество своих голов, и ангел предостерегает, что любой, кто будет поклоняться зверю, «будет пить вино ярости Божьей, вино цельное, приготовленное в чаше гнева Его, и будет мучим в огне и сере пред святыми Ангелами и пред Агнцем» (Откровение Иоанна Богослова, гл. 14, ст. 10).

Вавилон пал, небеса торжествуют. В Битве при Армагеддоне, которая затем следует, дьявол и его пособники «живые брошены в озеро огненное, горящее серою» (Откровение Иоанна Богослова, гл. 19, ст. 20). Наконец Иоанн слышит, как Господь произносит приговор тем оставшимся, кто отверг слово Его: «Боязливых же и неверных, и скверных и убийц, и любодеев, и чародеев, и идолослужителей, и всех лжецов – участь в озере, горящем огнем и серою; это – смерть вторая» (Откровение Иоанна Богослова, гл. 21 ст. 8).

Бог или Иоанн не демонстрируют большого разнообразия в выборе форм наказания для грешников в последние дни существования мира. Из чего мы должны заключить, что огонь и сера имеют некий ритуальный смысл. Тот факт, что адский огонь всегда сопровождает сера и что сера никогда не упоминается без упоминания огня, есть свидетельство не только того, что сера – горючее вещество, но и того, что ее пламя отличается какими-то специфическими страшными особенностями. Мильтон был прекрасно осведомлен об этих характеристиках, ключевых для первой сцены в его «Потерянном Рае», где описывается низвержение дьявола с небес.

 
Тюрьму, где, как в печи, пылал огонь,
Но не светил и видимою тьмой
Вернее был, мерцавший лишь затем,
Дабы явить глазам кромешный мрак,
Юдоль печали, царство горя, край
Где мира и покоя нет, куда
Надежде, близкой всем, заказан путь,
Где муки без конца и лютый жар
Клокочущих, неистощимых струй
Текучей серы.[15]15
  Дж. Мильтон. Потерянный Рай. Пер. Арк. Штенберга. – Прим. пер.


[Закрыть]
 

Сера действительно горит не как свеча, а неярким голубоватым пламенем, которое едва светит – уж поистине «видимая тьма». Она не так быстро сгорает, как древесное топливо, и потому ее огонь легко представить как «неистощимый»[16]16
  В английском подлиннике поэмы Мильтона «вечно пылающей». – Прим. пер.


[Закрыть], особенно если возгорание серы случается – что иногда имеет место в природе – в трещинах в земной коре, которые уходят в незримые глубины земли.

* * *

Неужели описанный здесь материал – та же самая сера, которую я видел на складе в доках Галвестона в Техасе? Громадные кубы лимонного цвета, которые больше напоминали очередное творение поп-арта, нежели важный промышленный товар, подготовленный к транспортировке. Я видел элемент, очищенный путем сублимации – то есть путем конденсации твердого вещества непосредственно из паров, – в форме, известной под старинным изысканным названием «серные цветы». Естественно, что, когда я разглядывал их в ярком весеннем солнечном свете, они вовсе не ассоциировались с вечным проклятием и адским огнем.

В элементарной сере нет ничего страшного. Ее неприятный альтер эго пробуждается только при прохождении ею химических изменений. Простейшая реакция – горение, в результате которой появляется едкий, обесцвечивающий и удушающий газ – двуокись серы. Результат упомянутой реакции наряду со сжиганием еще и очищение – то, благодаря чему мы начинаем различать обычный огонь, который просто уничтожает, и библейский серный огонь, вонь которого имеет очищающее воздействие. Возможно, посредством серы даже сатана может быть очищен и возвращен к его исходной ипостаси Люцифера, светоносного ангела, низвергнутого с небес. Во времена античности сера широко использовалась как дезинфицирующее вещество и в связанных с этим ритуальных целях. Когда Одиссей возвращается на Итаку и убивает женихов, преследовавших его жену Пенелопу, он приказывает няньке принести немного серы и разжечь огонь, дабы очистить дом от скверны. В настоящее время серу продолжают продавать для названных целей. К примеру, ее применяют как дезинфектант в оранжереях. Серный огонь вплоть до ХХ века использовался в качестве борьбы с холерой, саму же серу принимали внутрь при пищеварительных и других расстройствах. Миссис Сквирс по утрам подает «серу с патокой» в Дотбойз-Холле в романе Диккенса «Николас Никльби». Упомянутая мерзкая смесь используется, по ее словам, «отчасти потому, что, если не давать что-нибудь вроде лекарства, они всегда будут болеть и хлопот с ними не оберешься, а еще потому, что это портит им аппетит и обходится дешевле, чем завтрак и обед».

Горение – быстрая форма окисления, химического соединения вещества с кислородом. В желудке у нас происходит прямо противоположный процесс, известный как восстановление, который в данном случае осуществляется при помощи бактерий. В результате простейшей реакции восстановления серы образуется еще один дурно пахнущий газ – сероводород. Два упомянутых фундаментальных процесса лежат в основе широкого спектра химических преобразований серы, абсолютно необходимых для существования жизни. Группа вредных соединений, образующихся таким образом, несомненно, и является источником дурной репутации серы, но подобной репутации не было бы, если бы эти соединения не входили в один химический цикл с другими соединениями, ответственными за более приятные ощущения. К примеру, различные острые запахи представителей семейства луковых возникают из-за их специфического химического состава. Репчатый лук, чеснок, лук-порей и скорода содержат различные соединения серы в микроскопических количествах. Во время приготовления пищи названные соединения превращаются в вещества, гораздо более сладкие, чем сахар, родственные тем, что используются в качестве искусственных подсластителей. В случае с представителями семейства капустных нагревание постепенно переводит содержащие серу соединения в еще более пахучие формы. Вот, в частности, почему плохо приготовленная брюссельская капуста столь малоаппетитна. Соединения серы, образующиеся при переваривании пищи, выходят из тела вместе с экскрементами и кишечными газами. Одно из таких соединений, метантиол, по некоторым сведениям, самое сильнопахнущее на свете, добавляется к не обладающему никаким запахом природному газу, чтобы мы могли вовремя заметить его утечку из труб. И хотя сера присутствует во всех них в очень небольших количествах, ее омерзительного запаха и ассоциаций с экскреторными телесными функциями вполне достаточны, чтобы объяснить дьявольскую репутацию данного химического элемента в культуре.

Сера, которую я видел на причале Галвестона, – побочный продукт местной нефтехимической промышленности. Глядя на нее, я вспомнил фумаролы[17]17
  Места выхода подземных газов.


[Закрыть] на дне Мексиканского залива, где особые морские бактерии синтезируют чистую желтую серу из газов, выходящих из земной утробы (в данном случае очень точная метафора). Я знал, конечно, что та сера, которую я видел, на самом деле получена из сероводорода в природном газе, его доставляют на берег с платформ, расположенных в море, но в обоих случаях названный газ в конечном итоге является продуктом гниения растений эпохи палеозоя. Даже море обязано своим романтическим ароматом, как недавно выяснилось, серному газу, на сей раз диметилсульфиду, выделяемому микробами, что обитают в поверхностных водах.

* * *

Должно быть, именно аромат моря манил тех моряков, что в канун Рождества 1835 г. отплывали из Плимута в путешествие, коему суждено было стать кругосветным плаванием. Судно под названием «Сера» семь лет изучало океаны и собирало научные образцы.

Упомянутая экспедиция по своим планам была сходна с путешествием другого корабля британских ВМС – «Бигль», который в то время находился на последнем этапе длительного плавания и вскоре должен был высадить на берег свой опасный груз: Чарльза Дарвина, собранные им образцы и новые идеи.

Экспедиция на «Сере» описана в двухтомном «Повествовании о кругосветном путешествии, совершенном на корабле Ее Величества „Сера“ с 1836 по 1842 гг., с подробным описанием морских операций в Китае с декабря 1840 по ноябрь 1841 г.» капитана корабля Эдварда Белчера. Корабельный врач Ричард Бринсли Хайндс дополнил упомянутое сочинение еще тремя томами, детально описывая флору, млекопитающих и моллюсков, которых они видели во время своего путешествия.

«Сера» Белчера, бомбардирский корабль на десять орудий, была третьим из трех кораблей королевских ВМС с таким названием. Первое из них уже так называлось на тот момент, когда Британские ВМС приобрели его у американских владельцев в 1778 г. Мне не удалось выяснить, чем было вызвано его «химическое» наименование. Полагаю, что слово «сера» попросту воспринималось как символ воинственности, так как второе судно под именем «Сера», купленное в 1797 г., принимало участие в битве при Копенгагене бок о бок с такими кораблями, как «Вулкан», «Взрыв» и «Ужас». Подобно второй «Сере», третья «Сера» была снабжена мортирами, которые были способны стрелять взрывавшимися ядрами, или «бомбами», с носа корабля, а не только палить из пушек с бортов. Названная способность пошла в дело, когда судно отвлекли от его чисто научной миссии и втянули в военные операции с Китаем во время Первой опиумной войны.

На своем пути «Сера» проплыла через Тенерифе и Острова Зеленого Мыса, вокруг мыса Горн и вверх вдоль южноамериканского побережья до Панамы, откуда совершила три больших обхода северной и южной части Тихого океана, измеряя глубины и оглядывая горизонты в поисках неоткрытых еще островов, после чего двинулась на запад через Океанию, Малакку и Мадагаскарский пролив к мысу Доброй Надежды, а оттуда назад на родину. Основными задачами экспедиции были исследовательские, с этой целью судно было оборудовано хронометрами, как «карманными», так и «большими», и сигнальными ракетами. С помощью сопоставления данных хронометров в двух местах на суше в момент вспышки ракеты можно вычислить расстояние между ними. Когда команда снимала данные с хронометра на острове Горгона неподалеку от побережья Колумбии, несколько неисправных ракет взорвались у самой земли. К счастью, пороха оказалось достаточно, чтобы осуществить вторую попытку. Второй сигнал был успешно сымпровизирован с помощью нескольких мешков с порохом, которые втащили на верхушку высокого дерева и там подожгли.

У пролива Нутка в Британской Колумбии «индейцы» собрались вокруг «Серы» в своих каноэ, пытаясь продать рыбу и меха. Решено было устроить развлечение, и капитан Белчер отважно вышел на берег в сумерки с «волшебным фонарем и запасом ракет для фейерверка». Демонстрация волшебного фонаря вызвала бурный восторг, зато ужас, охвативший зрителей при виде фейерверка, был таким, что «у меня на каждой руке повисло по несколько женщин».

Путешествие «Серы» напоминало экспедицию Кука по некоторым «горячим точкам» мира с геологической точки зрения: Канарским островам, Панаме, Сандвичевым островам (Гавайям), Аляске. Белчер разгуливал по мексиканским вулканам, словно по шотландским горам. На высоте 5000 футов на краю одного из трех кратеров вулкана Вьехо он погрузил в почву термометр и обнаружил, что тот зашкалил. «Очень скоро у меня ноги стали горячими даже сквозь толстую кожу обуви». В другой раз у Тепитары, рядом с озером Манагуа, они развлекались у серного источника: «В моем термометре было только 120 градусов, поэтому я могу лишь констатировать, что источник был настолько горячий, что в нем варились яйца, – сообщает Белчер. – На мелких камешках, между которыми текла вода, виднелось множество кристаллов. В осмотренных образцах я заметил смесь серы и известковых пород. На вкус они были вполне сносны». Но ни в этом, ни в каком-либо другом случае Белчер ни разу не обратил внимания на совпадение его находок с названием корабля.

Тем временем судовой врач Хайндс и его помощники наблюдали за местной флорой и фауной и собирали морских улиток, моллюсков, гребешков, лемуров, африканских тушканчиков, попугаев, зимородков, мимозы, молочаи, кактусы и дубы. Открытие, что сера играет важную роль в растительной и животной жизни, было сделано поколением или двумя ранее на основе исследований хрена и бычьей желчи.

Однако, когда «Сера» проплывала по Малаккскому проливу, команде корабля не посчастливилось обнаружить аморфофаллус титанический, или трупный цветок, громадное соцветие которого распускается один раз в несколько лет, распространяя при этом запах разложения, возникающий из-за сложной смеси диметилполисульфидов.

Более «серные» приключения ожидали их впереди. В Сингапуре Белчер получил приказ Адмиралтейства немедленно проследовать в Кантон и принять там участие в морских операциях против Китая. Первая опиумная война разразилась в 1839 г., когда англичане захватили Гонконг, пытаясь принудить Китай разрешить свободную торговлю. Ботаник, находившийся на «Сере», покинул судно и вернулся в Кью, «считая себя абсолютно лишним в дальнейших предприятиях данного путешествия». Седьмого января 1841 г. «Сера» встала на внешних оборонительных позициях реки Кантон и начала обстрел врага, затем атаковала китайские джонки. Один снаряд попал в склад боеприпасов на судне, ближайшем к флагманскому кораблю китайцев, и тот «взлетел на воздух в классическом стиле». Англичане развили успех, захватив еще и важный форт, но обнаружили, что противник за ночь успел убрать оттуда все орудия. Кроме того, они сами могли легко стать жертвой взрыва, так как китайцы при отступлении все обильно посыпали порохом.

Вернувшись в Спитхед, дожившие до завершения странствий члены команды «Серы» с радостью узнали, что им полагается вознаграждение за длительность пребывания в путешествии. Данный закон был принят во время их отсутствия. Эдвард Белчер был возведен в рыцарское достоинство. Однако Ричард Хайндс, открыв свои чемоданы, обнаружил, что многие из его образцов с помощью насекомых «превратились в пыль»; позднее он также к своему глубокому разочарованию узнал, что 200 образцов растений, с таким трудом собранные в Калифорнии и на островах Тихого океана, «уже описаны».

Путешествие корабля «Сера» невольно продемонстрировало широкое распространение и исключительную необходимость того элемента, в честь которого он был назван. Команда с уважением относилась к его частым извержениям из земных недр и использовала его для научных, военных нужд и для развлечения. Корабль вернулся в страну, где незадолго до того изобретатель Томас Хэнкок получил патент на использование серы для вулканизации резины, а связанные с ней библейские ужасы уже померкли до такой степени, что марку спичек можно было спокойно назвать именем Люцифера.