Химия

 
Наиболее распространенные термины для печи – лу [6] и цзао [1] могут также означать очаг, камеру сгорания, горн, топку или сушильный шкаф. Печи имели самые разнообразные формы, были квадратные и округлые в основании, высокие и низкие, сужающиеся и расширяющиеся кверху. Так, «печь перевернутой луны» (янь юэ лу), насколько можно судить по ее изображению в «Цзинь дань да яо ту» («Изображения самого главного в золоте и киновари», 1333) Шанъ-ян-цзы, формой напоминает бочонок, стоящий на перевернутом ажурном тазике. На ее верхней поверхности имеется круглое отверстие, на которое должен устанавливаться реакционный сосуд и которое, как указано в сопровождающем тексте, напоминает по очертаниям «перевернутую луну». Печь с таким названием упоминал Вэй Бо-ян.
 
В «Шан дун синь дань цзин цзюэ» («Секреты киноварного канона сердцевины Высшего вместилища/[священного писания] Шан дун), анонимном и недатированном трактате, вероятно, написанном до середины XV в., сказано о «камере сгорания в форме черепахи» (гуй син лу), у которой вершина сделана согласно «небесным письменам» (тянь вэнь), а основание – «земным принципам» (ди ли). Что имеется в виду – непонятно, но, возможно, речь идет о соответствующей гравировке, изображающей карты звездного неба и территории Китая.
 
По способу подогрева реакционного сосуда печи подразделялись на два типа: в первом реактор подогревался снизу, а во втором – сверху (также с боков или со всех сторон). Печи нижнего подогрева могли иметь одну или несколько конфорок, на которые ставились нагреваемые сосуды. Об использовавшихся в них средствах для создания хорошей тяги известно мало. На рисунках печей в алхимических трактатах не изображаются дымоходные трубы. Их либо вообще не было, либо не считали нужным рисовать. Однако на ханьских глиняных моделях обычных кухонных печей дымоходные трубы присутствуют. Встречаются алхимические печи, на стенках которых проделано множество отверстий для входа воздуха и выхода дыма. В дно топки часто вставлялся колосник (железная решетка), находившийся на некоторой высоте над основанием печи. Ниже колосника были ниши, выполняющие функцию поддувала, через которое под решетку поступал воздух. Если требовалась высокая температура, использовались мехи. Печи верхнего подогрева имели два различных предназначения. Во-первых, – для нисходящей дистилляции, когда дистиллят, выделяемый при нагреве исходного вещества, стекал через перфорированное дно реактора в расположенный под ним приемный резервуар. Реактор в такой печи помещался в камеру сгорания, в дне которой было сделано отверстие для его установки. Во-вторых, в них была нужда, если требовалось равномерное нагревание реакционного сосуда со всех сторон. Реактор при этом устанавливался в камере сгорания на треноге. Топливо (древесный уголь, шелуха риса, навоз) в обоих вариантах распределялось вокруг сосуда, а в определенных случаях его засыпали целиком горячей золой или раскаленными углями.
 
В алхимическом компендиуме «Ця нь гун цзя гэн бао цзи чэн» («Полное собрание наиболее драгоценного о свинце и ртути, [знаках] цзя [1] и гэн [1], [обозначающих дерево и металл]», 808) Чжао Най-аня (псевдонимы: Чжи И-цзы, Цин Сюй-цзы) печь нижнего подогрева названа ян лу («янская печь»), а верхнего – инь лу («иньская печь»). Инь лу у Чжао Най-аня имеет приспособленный ниже ректора водяной сосуд, служащий охладителем. В «Дань фан сю чжи» («Необходимые сведения о киноварной комнате/алхимической лаборатории», 1163) У У поместил рисунки двух печей: вэй цзи лу («несовершенная печь») и цзи цзи лу («совершенная печь»). Дж. Нидэм (1980) полагал, что при их перерисовке были допущены неточности и исходно изображались два варианта дистилляторов («китайский» и «монгольский», о которых см. ниже). Однако, если считать эти рисунки правильными, то нетрудно согласиться с упоминаемым Дж. Нидэмом мнением современных китайских исследователей Цао Юань-юя, Ли Цяо-пина и Хуан цзы-цина, согласно которому, первая печь имеет верхний нагрев и нижнее охлаждение, а вторая – верхнее охлаждение и нижний нагрев. Дополнительный аргумент в пользу такого толкования предоставляют названия этих печей, происходящие от имен 64-й и 63-й гексаграмм «Канона перемен» («И цзин») – Вэй цзи и Цзи цзи, в первой из которых триграмма Ли [8] (символ огня) стоит над Кань (символ воды), а во второй – наоборот. Чжао Най-ань также использовал эти термины, печь инь лу называя вэй цзи лу, а ян лу – цзи цзи лу. Но он не указал, что у второй есть водяной охладитель. Возможно, в описанной им процедуре нагревания реагентов охладитель не требовался и его просто сняли с печи или основным в значении данных терминов является позиция нагревания, а второстепенным – наличие или отсутствие охладителя.
 
Не случайно эти два вида печей упоминаются вместе. Считалось, что для определенных реакций требуется или один из этих способов подогрева, или их периодическое чередование через некоторое время, трактовавшеся как инвертирование сил инь [1] и ян [1]. У Чжао Най-аня описана процедура с подобным инвертированием – «нагревание по четырем сезонам» (сы ши хо), имевшее суточную цикличность и длившееся 7 дней. В качестве меры времени, соответствующей одному «сезону» (ши [1]), брались полтора двухчасия (ши [1]). Процедура начиналась с двухчасия цзы [4] (23–01 ч.). В первую половину суток герметично закрытый сосуд с реагентами ставился на две меры времени в печь ян лу, а затем также на две меры в печь инь лу. Во вторую половину суток процедура повторялась. В первой печи сосуд испытывал огонь «весны и лета», а во второй – «осени и зимы». Огонь весны должен быть умеренным, лета – интенсивным, осени – теплым, зимы – слабым. Помимо устройства печей это достигается регулированием количества топлива.
 
Самый распространенный реакционный сосуд в китайской алхимико-химической лаборатории – трипод дин, берущий свое начало от одноименных бронзовых сосудов, использовавшихся для приготовления жертвенной пищи еще в эпоху Шан-Инь. Наиболее раннее его упоминание как реакционного сосуда встречается у Вэй Бо-яна. Характерная черта дин – наличие трех ножек, однако в алхимических текстах этим термином назывались сосуды и без таковых. Например, без ножек был хунь дунь дин («сосуд хаоса»; см. Хунь дунь). Другой вид алхимических сосудов – гуй [9]. В принципе, у гуй [9] должна быть крышка, а у дин – нет, хотя часто встречаются и исключения.
 
Помимо открытых сосудов или реакционных камер, с крышками или без них, применялось много видов герметизированных емкостей, в которых можно было получить давление значительно выше атмосферного. Одной из них была шэнь ши («камера духа/божественное помещение»), схожая с сосудами алудель арабской и западной алхимии. Чаще всего они применялись для возгонки.
 
Для герметичного закрытия реакторов любого типа использовалось несколько видов замазок, например, обычный пчелиный воск, лак, разные глины. Особо выделялась замазка из семи веществ – «глина из шести [и еще] одного [компонентов]» (лю и ни).
 
Важную роль играл также яо фу («котел для снадобья») – закрытый сосуд из двух и более чаш, подобных тиглям и имеющих на горлышках фланцы, которые тщательно притирались и с помощью которых они герметически соединяются друг с другом. Его можно сравнить с европейским пиксом – «бомбой», контейнером для пробной монеты. Обе чаши делались из чугуна, но иногда верхняя была керамическая и имела две ручки. Яо фу известны по крайней мере с VIII в. В XII–XIII вв. из них были сделаны первые пороховые бомбы.
 
Плотно прилегающие двусторонние сосуды изготовляли и до яо фу. Бронзовые дуй [3] из двух сферических чаш с ручками и ножками существовали уже в эпоху Чжоу. Иногда они имели дополнительные кольцевые ушки у краев, служившие, возможно, для связывания цепями двух половин, чтобы достичь их более плотного соединения.
 
В «Цзинь хуа чун би дань цзин би чжи» («Тайные инструкции киноварного канона растворимой лазури золотого цветка», 1225) Пэн Сы и Мэн Сюя отмечено, что реакционный сосуд, называемый «куриным яйцом хаоса» (хунь дунь цзи цзы) и «камерой духа/божественным помещением» (шэнь ши), часто делался в форме яйца. Об ингредиентах внутри реактора говорится как об «эмбрионе киноварного [эликсира]» (дань пэй). Также в «Дань фан сю чжи» («Необходимые сведения о киноварной комнате/алхимической лаборатории», 1163) У У указал, что для успешной реакции реактор должен быть подобен куриному яйцу (цзи цзы), ведь химикаты в нем походят на эмбрион (тай [1]) птенца в яйце или ребенка в утробе матери. Чтобы сохранить их в целостности, надо сделать сосуд полностью герметичным.
 
В компендиуме «Цянь гун цзя гэн бао цзи чэн» («Полное собрание наиболее драгоценного о свинце и ртути, [знаках] цзя [1] и гэн [1], [обозначающих дерево и металл]», 808) Чжао Най-аня и в анонимном и недатированном «Шан дун синь дань цзин цзюэ» («Секреты киноварного канона сердцевины Высшего вместилища/[священного писания] Шан дун») предложено использовать пустое куриное яйцо как алудель – «сосуд хаоса» (хунь дунь дин) или «камеру духа/божественное помещение» (шэнь ши).
 
В III тыс. до н.э. использовался глиняный сосуд ли [17] – разновидность трипода с одним горлышком и корпусом, расходящимся книзу на три секции-ножки. Такая форма, видимо, предполагала наибольший контакт с огнем поверхности сосуда, у которого могли быть ручки, крышка и желоб у горлышка для удобства наливания из него. Если на горлышко такого трипода ставился сосуд с перфорированным дном, получалась пароварка цзэн [1]. В нижнем сосуде кипятили воду, а пар проходил через перфорацию в верхний сосуд с приготовляемой пищей.
 
Впоследствии в цзэн [1] вместо трипода ли [17] стали использовать сосуды самых разнообразных форм. В частности, известна пароварка, сделанная как бы из двух соединенных сосудов, у верхнего из которых вместо дна имелась сменная тарелка с дырками (чжэн лун) разнообразных форм – круглыми, крестообразнымми, в виде прорезей. Цзэн [1] применялись алхимиками для обработки паром разных веществ и имели важное значение для изобретения дистилляции. Сосуды подобной конструкции использовались в металлургии (особенно цветной) для отделения металлов от шлаков и менее плавких окислов: при достаточном нагревании верхнего сосуда расплавленный металл стекал через его перфорированное дно в нижний сосуд. Изготовлялись специальные водяные бани, в которых ванночка для воды составляла одно целое с печкой. В эту ванночку можно было погружать несколько сосудов любой формы. Однако более совершенные водяные бани имели особую емкость, которая по форме соответствовала ванночке для воды и имела крепления, позволяющие устанавливать ее на нужной глубине.
 
Различались сосуды дин двух типов: нагревающий хо дин («огненный сосуд») и охлаждающий шуй дин («водный сосуд»). Первый использовался как нагреватель твердых веществ или жидкостей, второй – как охладитель, который чаще всего помещался над первым в качестве конденсатора при осуществлении сублимации или дистилляции. В сложных конструкциях сублиматоров или дистилляторов, когда получаемый продукт в газообразном состоянии отводился по трубопроводу в приемник, охлаждающий сосуд размещался над ним.
 
Помимо функции конденсаторов охлаждающие сосуды выполняли функцию термостабилизаторов, работа которых основана на поддержании изолированной от реагентов воды в состоянии кипения. Более совершенными термостабилизаторами были водяные рубашки самых разнообразных конструкций. Обширная подборка их изображений приведена в «Цзинь хуа чун би дань цзин би чжи» («Тайные инструкции киноварного канона растворимой лазури золотого цветка», 1225) Пэн Сы и Мэн Сюя. Например, ко дну охлаждающего сосуда прикреплялась закрытая с противоположного конца трубка, которая опускалась в нагревающий сосуд через отверстие в его крышке. Размещение трубки в центре реакционного пространства позволяло достаточно равномерно охлаждать реагенты. Для увеличения эффективности трубка делалась разветвляющейся на два или три отростка или на ее нижней части укреплялись цилиндрические либо дисковые резервуары, не соприкасавшиеся с внутренней поверхностью реакционного сосуда. По сути, устройство иного типа получалось, когда такой резервуар соединялся со стенками и дном реакционного сосуда, образуя водяную рубашку. При такой конструкции уже не было необходимости помещать отводную трубку в центре сосуда. Поэтому она укреплялась на водяной рубашке сбоку и могла быть направлена вертикально или под некоторым углом.
 
Множество глиняных или металлических сосудов с особыми крышками упомянуты в алхимических книгах как сублиматоры. Среди них – хун дин («ртутный трипод»), применявшийся для получения ртути из киновари. При нагревании киновари в нем ртуть разлагалась и ее пары, поднимаясь, осаждались на крышке. Когда там накапливалось достаточное количество продукта возгонки, он соскребался пером.
 
Помимо ртути, одним из веществ, рано полученных возгонкой, была камфора. В XVII–XVIII вв. в сложном процессе промышленной возгонки получали не только ее твердые кристаллы, но и камфорное масло. В сублимационной камере кипятили воду, и подымающийся пар проходил через сетчатый поддон с щепками камфорного дерева, извлекая из них ароматические вещества. Насыщенный ими пар в верхней части камеры попадал в бамбуковую трубку, по которой затем поступал в закрытый конденсационный короб с несколькими секциями или вертикальными перегородками. Для охлаждения на короб ставили емкости с водой. При конденсации кристаллы камфоры осаждались на его стенках и перегородках, а камфорное масло образовывалось на поверхности воды, полученной из пара и скапливающейся на дне.
 
Среди химического оборудования важное место занимали дистилляторы. Их можно подразделить на нисходящие и восходящие. Видимо, в Китае первыми появились нисходящие дистилляторы ртути. Уже в IV в. до н.э. использовался следующий метод. Стебель молодого бамбука с тремя коленцами ставили вертикально. Перегородку в верхнем коленце убирали, а в средней делали несколько маленьких отверстий для стекания ртути и на нее укладывали мох, в верхнюю секцию помещали киноварь. Трубка оборачивалась пеньковой тканью и обрабатывалась паром целый день, а затем обмазывалась желтой глиной. В таком виде она закапывалась вертикально в землю по верхний конец. Сверху помещали дрова и жгли их в течение суток. Киноварь разлагалась, и ртуть перетекала в нижнюю секцию бамбукового стебля.
 
Согласно другому, широко распространенному методу, сосуд с перфорированным дном застилался мхом, заполнялся киноварной рудой, а затем ставился над приемником, закопанным в землю. Сверху сосуд нагревался, ртуть освобождалась окислением и стекала в приемник. Двуокись серы при этом улетучивалась через горлышко сосуда. Согласно более развитому методу, изложенному в анонимном сочинении эпохи Сун «Гань ци ши лю чжуань цзинь дань» («Воспринявший пневму-ци [1] шестнадцатикратно циклически преобразованный золотой киноварный [эликсир]»), в печь помещался перфорированный сосуд с киноварью над приемником, частично заполненным водой. Сосуд засыпали горящими углями или горячей золой от жженой бумаги. В другой конструкции, представленной Чжао Най-анем в «Цянь гун цзя гэн бао цзи чэн» («Полное собрание наиболее драгоценного о свинце и ртути, [знаках] цзя [1] и гэн [1], [обозначающих дерево и металл]», 808), преемник заглублялся в грунт, насыпанный в камере сгорания на треть ее высоты, а реакционный сосуд ставился на приемник. В анонимном трактате эпохи Сун «Тай цзи чжэнь жэнь цза дань яо фан» («Целебные рецепты разных киноварных [эликсиров] совершенного человека Великого предела»; см. Тай цзи) в качестве реактора для дистилляции ртути указана перевернутая фарфоровая колба (ambix) с пористой пробкой. Она помещалась над тиглем с уксусом и подогревалась сверху и сбоку.
 
Восходящие дистилляторы, называвшиеся так же, как и древние пароварки – цзэн [1], - предназначались для разделения жидких смесей на разносоставные фракции. Самая простая их форма известна в истории науки как «монгольский дистиллятор». В нем пары от кипящей в большом чане жидкости конденсируются на внешней поверхности конусообразного таза с холодной водой, помещенного выше, и стекают в кастрюлю, помещенную под его дном. Свое название он получил потому, что использовался древними монголами для приготовления алкоголя из забродившего кобыльего молока.
 
С VII в. в Китае алкоголь дистиллировали из подвергнутого брожению риса, проса или других злаков. Однако дистилляторы там существовали и раньше, используясь для перегонки разных веществ, которыми особенно интересовались алхимики, например ртути. Дистилляция воды впервые упомянута Чэнь Цан-ци (681–757) в «Бэнь цао ши и» («Собрание утерянного о корнях и травах», 725). В «Бэнь цао ган му» («Основные положения о корнях и травах») Ли Ши-чжэнь (1518–1593) рекомендовал дистиллированную воду (цзэн ци шуй) при различных детских болезнях.
 
Китайские дистилляторы различались устройством. Возможно, первоначально в ходу был «монгольский» тип. В дальнейшем вместо кастрюли, устанавливаемой под конусообразным конденсатором, стали использовать воронку с повернутой в бок длинной отводной трубкой – лоу доу («протекающий ковш»), по которой конденсат стекал в сосуд, стоящий рядом с выпарным чаном. Этот сосуд часто ставили в емкость с холодной водой. Такой тип дистиллятора был наиболее распространен в Китае, вследствие чего Дж. Нидэм (1980) предложил называть его «китайским». Его изображение можно найти в ряде алхимических книг, самая ранняя из которых «Чжи-чуань чжэнь жэнь чжэн шу» («Освидетельствованное искусство истинного человека [Гэ] Чжи-чуаня») приписывается Гэ Хуну (Чжи-чуаню), но, по всей видимости, была написана в VIII–IX вв.
 
Еще один тип дистиллятора, видимо, появившийся между VII и XII вв., имел над выпарной камерой сферическую крышку, в середине которой укреплялась одним концом дугообразная (как у реторты) отводная трубка, другими концом опущенная в приемный сосуд. Пар по мере прохождения через эту трубку остывал, и его конденсат стекал в приемный сосуд. Такое устройство использовалась, в частности, для дистилляции ртути. Поскольку ртутные пары не могли полностью конденсироваться в трубке, ее конец помещался в воду, налитую в приемный сосуд.
 
С I в. н.э. в Европе применялся дистиллятор, который Дж. Нидэм (1980) условно называл «европейским». Главная его особенность в том, что на сосуд с нагреваемой жидкостью установлен куполообразный «шлем» с идущим по внутреннему краю кольцевым желобком, от которого в сторону и немного вниз направлена трубка. Пар конденсируется на внутренней поверхности купола, стекает в желобок, а из него по трубке в приемный сосуд. Такой тип дистиллятора во множестве модификаций доминировал в Европе до XVIII в. В Китай он попал вместе с современной химией.