Другая история науки. От Аристотеля до Ньютона

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 можно 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 известной 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 попасть 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 друга, что возможен вывод: 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), 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,