Химия

 
Самая большая трудность разработки эффективного дистиллятора заключается в наиболее быстром разделении охлажденного дистиллята и горячих паров. Помимо решений в конструкции самого дистиллятора предлагались всякого рода охлаждающие устройства. В «монгольском» и «китайском» дистилляторах это были верхние емкости с водой, входившие в устройство с самого начала его изобретения. В «европейском» дистилляторе уже намного позже его изобретения, в XV в., стала использоваться охлаждающая ванна с водой – «голова мавра», которая составляла одно целое со сферическим шлемом или устанавливалась на него сверху, охватывая максимально большую поверхность. Иногда к этому устройству добавлялось приспособление, обеспечивающее проточную смену воды. Другой способ, применимый к дистилляторам «ретортного типа» с трубкой для отвода испарений, – установка на ней охлаждающего устройства. Он использовался в Европе с XIII в., а в Китае не применялся до знакомства с европейской химией. В новейшее время в Европе было предложено несколько проектов, повторяющих принцип «монгольского» и «китайского» дистилляторов. В частности, последний используется в устройстве многих современных высоковакуумных молекулярных перегонных аппаратов. В конечном счете, преимущества всех исторических типов дистилляции нашли свое применение в решении многочисленных задач современной химии.
 
Алхимико-химические методы и реакции
 
Термохимические методы. Китайские алхимико-химические методы можно подразделить на «сухие» (цзао [2]) и «влажные» (ши [28]), иначе говоря, термохимические и гидрохимические. Первые предполагают нагревание веществ без воды, как при выплавке металлов в металлургии. Вторые связаны с растворением веществ в разного рода растворителях.
 
Согласно «Бао-пу-цзы» («Мудрец, Объемлющий Первозданную простоту») Гэ Хуна (284–364) и другим более поздним алхимическим трактатам, в термохимические методы входили: гоу [3] – «извлечение», дуань [3] – «кальцинирование», лянь [5] – «плавка», фу [13] – «спекание» (с целью предотвращения летучести), фэй [1] – «возгонка» (сублимация), цзю [4] – «прижигание», цзянь [23] – «обжаривание», чжи [25] – «подсушивание», чоу [6] – «извлечение», юн [7] – «плавка» и проч.
 
Среди веществ, которыми занимались алхимики, важнейшее место занимала киноварь (дань [3]) – ярко-красная сернистая ртуть (HgS). Она была известна в Китае гораздо ранее ее лабораторного изучения. Возможно, самое первое ее упоминание встречается в гл «Юй гун» («Деяния Юя») «Шу цзина»  в списке дани области Цзиньчжоу. Первоначально киноварь использовалась как краситель. Когда из нее была получена ртуть (хун [5]) – неизвестно, но на последнюю много ссылались в эпохи Цинь и Ранней Хань.
 
Китайцы знали два вида киновари – естественную и синтетическую. Первая называлась дань, дань ша или чэнь ша – по названию места Чэньчжоу (город и округ на террит. нынешних пров. Хунань и Ляонин), где ее главным образом добывали. Вторая, если требовалось подчеркнуть ее искусственность, называлась инь чжу – «серебряная киноварь».
 
Искусственная киноварь является, вероятно, одним из самых первых химический соединений, созданных человеком в лаборатории. Было обнаружено, что, нагреваясь, киноварь распадается на два компонента – серное вещество, известное в настоящее время как двуокись серы, и ртуть (хун [5]), которая, соединяясь с серой (лю [3]), снова образует сернистую ртуть. Обычно получается черная мета-киноварь, которая при последующем нагревании может быть обращена в свое первичное состояние, в ярко-красную киноварь. Алхимики знали, что она могла переплавляться снова и снова, и использовали это свойство для создания циклически преобразованного эликсира – «восстановленной/перегнанной киновари» (хуань дань).
 
Ртуть – единственный металл, находящийся в жидком состоянии при обычных температурах. Серебристо-белая по цвету, тяжелая, жидкая и летучая, она сама по себе возбуждала интерес людей как диковинка. Вызывали интерес ее уникальные химические свойства, в частности, способность растворять металлы и образовывать их амальгамы. Уже в начале периода Сражающихся царств металлические предметы золотили амальгамой из растворенного в ртути золота – ду цзинь. Позже получило развитие искусство нанесения чрезвычайно тонкого слоя золота и других металлов посредством амальгамирования. В «Чжу цзя шэнь пинь дань фа» («Методы [приготовления] киноварного [эликсира] божественной категории философов») Мэн Яо-фу (эпоха Сун) описал следующий метод. Золотой амальгамой с добавленой к ней столовой солью покрывали очищенный металл и нагревали его, испаряя ртуть. После смывания соли водой на нем оставался тончайший слой золота.
 
Помимо киновари алхимики были знакомы с другими соединениями ртути. В «Тай цин ши би цзи» («Записки [из кельи] со скал [писания] Высшей чистоты») Су Юань-мина (VI в.) приведен метод ¬создания сулемы (шэн хун – двухлористая ртуть): нагрев ртуть и олово вместе, получите амальгаму, распылите ее и смешайте с ши янь [1] (пищевая соль – хлористый натрий), тай инь сюань цзин (селенит), дунь хуан фань ши (обычный гипс) или цзян фань (гипс с сернокислым железом); покройте смесь порошком пу сяо (глауберова соль – сернокислый натрий) и нагревайте семь дней и ночей. С современной точки зрения, ртуть и хлористый натрий, нагреваемые вместе ¬долгое время, могут образовать двухлористую ртуть, которая, если будет реагировать далее с лишней ртутью, образует хлористую ртуть. Но это очень медленный процесс.
 
Стремление создать алхимический эликсир побуждало изучать свойства всех известных в древности металлов. Так, в гл. 16 «Бао-пу-цзы» Гэ Хун привел рецепт изготовления золота из олова (си [11]), которое в слитках надо обмазать некой красной солью (чи янь) и раствором извести (хуй чжи). Затем слитки следовало 30 дней нагревать в герметичном тигле. Получавшееся было, разумеется, не золотом, а оловянным сульфидом, или сусальным золотом (SnS₂), желтым веществом с золотым блеском.
 
Свинец (цянь [6]) и его соединения также стали рано использоваться. Еще до эпохи Хань в качестве косметического средства применялись свинцовые белила (ху фэнь – основной карбонат свинца, Pb₃(OH)₂(CO3)₂). Их связь со свинцом была осознана, по крайней мере, во II в.: Вэй Бо-ян в «[Чжоу и] цань тун ци» («Единение триады [согласно “Чжоуским переменам”]») отметил, что если «белила (ху фэнь) поместить в огонь, они теряют свой цвет и восстанавливаются в свинец».
 
Свинец применялся в подготовке свинцового сурика (цянь дань – тетроксид свинца, красное или ярко-оранжевое вещество, Pb₃O₄ или Pb₂PbO₄). В гл. 4 «Бао-пу-цзы Гэ Хун употребил этот термин в одном из рецептов алхимических эликсиров. А в гл. 16 сообщил, что «цянь [6] по своей природе белый, но становится красным, когда [из него] делается дань [3], а дань [3] по своей природе красный, но становится белым, когда [из него] делается цянь [6]». Видимо, «дань» здесь – сокращенное название сурика (цянь дань), а «цянь» – свинцовых белил (Ван Куй-кэ, 1985), «природа» которых в большей степени «бела», чем у свинца, фигурирующего в переводах этого пассажа у Дж. Нидэма (1980) и Е.А. Торчинова (1999).
 
В гл. 2 «Бао-пу-цзы» еще упоминается хуан дань – окись свинца (PbO) желтого цвета (массикот). Родство этого вещества со свинцом, по мнению Гэ Хуна, служит укором «глупцам» (юй жэнь), которые «не верят, что хуан дань и ху фэнь являются продуктами превращения (хуа [1]) свинца».
 
Гидрохимические методы. Среди водных методов в алхимической литературе часто упоминаются следующие: ао – «отваривание», лю [4] – «перегонка», лянь [6] – «вываривание», нян – «заквашивание», си [12] – «промывание», сяо [7] – «растворение», фу [19] – «закисание», фэн [3] – «запечатывание» (закапывание в грунт реактора или дистилляционной камеры), цзе [12] – «связывание» (твердение вещества при испарении из него влаги), цзин [13] – «кристаллизация», цзы [8] – «окунание» (опускание емкости с веществом в холодную воду для охлаждения), цзяо – «поливание» (водой реактора или дистилляционной камеры для охлаждения, также неоднократное переливание жидкости из емкости в емкость), чжу [17] – «кипячение», чжэн [8] – «выпаривание» и проч.
 
Минералы долго считались веществами, из которых можно получить разные алхимические эликсиры, что приводило к попыткам их растворять.
 
В анонимном алхимическом трактате эпохи Тан «Хуан-ди цзю дин шэнь дань цзин цзюэ» («Секреты “Канона Хуан-ди о божественном киноварном [эликсире] в девяти триподах”») сказано, что «восемь князей» (ба гун) передали методы растворения жившему во II в. до н.э. князю Хуайнани Лю Аню («Хуайнань-цзы»). Таким образом, есть основание предполагать, что с растворением химических веществ китайцы были знакомы уже во II в. до н.э. Достоверно можно утверждать, что водные растворы некоторых минеральных веществ были известны китайским алхимикам по крайней мере со времен Гэ Хуна, который в «Бао-пу-цзы» писал о рецептах, требующих водных растворов реальгара, киновари, «пяти минералов» (у ши) и проч. В гл. 3 «Бао-пу-цзы» сказано о «превращении в воду 36 видов камней» как о засвидетельствованном искусстве (помимо глотания ножей, выдыхания огня, заклинания змей и проч.). В гл. 19 Гэ Хун упомянул «Сань ши лю шуй цзин» («Канон тридцати шести водных [методов]»), который, судя по названию, посвящен методам растворения. Этот канон не сохранился, но до наших дней дошла анонимная книга со сходным названием «Сань ши лю шуй фа» («Тридцать шесть водных методов»), входящая в «Дао цзан»  и содержащая больше 36 рецептов, включая много случаев с альтернативными предписаниями. Этот набор рецептов, начало которому могло быть положено во II в. до н.э., со временем пополнялся. По крайней мере часть описанных методов растворения была известна во времена Гэ Хуна. Возможно, некоторые добавил Тао Хун-цзин в VI в. В «Сань ши лю шуй фа» описано, как сделать водные растворы серы, киновари, свинца, реальгара, аурипигмента, квасцов и проч. Часто говорится о необходимости запечатывания реагентов в бамбуковой трубке, стенки которой действовали как полупроницаемая мембрана. Иногда все твердые ингредиенты помещали прямо в специальный резервуар хуа чи («прекрасная ванна»), который могли вместе с содержимым закапывать или подогревать сжиганием навоза или другого топлива. Например, для создания водного раствора свинца (цянь си шуй) рецепт следующий: 2 цзиня [1] (1 цзинь [1] в эпоху Тан = 596,82 г) свинцовых опилок, смешанных с 4 лянами [2] (1 лян [2] = 37,301 г) селитры (сяо [6]) помещают в бамбуковую трубку, которую затем герметизируют лаком и опускают в уксус (цу); водный раствор свинца образуется через 100 дней. Водный раствор магнетита (цы ши шуй) делается так: 1 цзинь [1] магнетита, 1 лян [2] реальгара и 1 лян [2] медного сульфата кладут в бамбуковую трубку, которую герметизируют лаком и погружают в уксус; после 30 дней образуется водный раствор магнетита.
 
Для растворения во всех случаях использовалась селитра (азотнокислый калий) в уксусе (разбавленная уксусная, или этановая, кислота, CH₃COOH). Селитру называли сяо ши («каменный растворитель»), полагая, что она в состоянии «растворить 72 вида камней». При добавлении к уксусу селитры возникают азотнокислые ионы и образуется растворитель наподобие разбавленной азотной кислоты, способной растворять и окислять многие металлические и неметаллические вещества. Других кислот китайская химия не знала, как, впрочем, долгое время не знал и весь остальной мир. Концентрированная азотная кислота была получена в Европе в XIII в. Царская водка (смесь азотной и соляной кислот), способная растворять золото, появилась там же в начале XIV в., серная кислота – в начале XVI в., а чистая соляная кислота – в конце XVI в. В некоторых рецептах «Сань ши лю шуй фа», кажется, не делается различия между раствором и суспензией. Есть рецепты, по сути, мнимые, поскольку растворение указанного вещества могло произойти просто в воде. Есть рецепты, в принципе не верные, но на практике дающие положительный результат из-за неучтенных примесей. Например, раствор чистой селитры в чистой водной этановой кислоте не действует на киноварь, но она все же растворяется, если селитра получена из морских источников и в ней присутствуют солянокислые ионы. То же самое относится к рецепту растворения золота, где необходимым компонентом мог быть йодат, обычная примесь необработанной селитры.
 
В «Хуан-ди цзю дин шэнь дань цзин цзюэ» сказано, что во всех 36 методах растворения используется селитра. Хотя уксус упоминается не всегда, имеются косвенные указания, что он также требуется. Таким образом, описываемые реакции являются окислением химических элементов или составов разбавленной азотной кислотой. Большинство из них вполне возможны, однако кислотность, даваемая уксусной кислотой и селитрой, чрезвычайно низка, и, следовательно, эти реакции очень медленны (протекают несколько недель).
 
В «Хуан-ди цзю дин шэнь дань цзин цзюэ» («Секреты “Канона Хуан-ди о божественном киноварном [эликсире] девяти триподов”», эпоха Тан), отмечено, что ши дань (сульфат меди – CuSO₄, также его гидрат медный купорос – CuSO₄•5Н₂О) необходим при растворении киновари. Действительно, киноварь (сернистая ртуть) растворима в смеси уксуса и селитры только в присутствии катализатора, роль которого здесь играет сульфат меди.
 
До VI в. в алхимических текстах ничего не говорилось о концентрации уксуса. Производилась ли до этого времени дистилляция уксуса – неизвестно. Однако даже если ее не осуществляли, концентрация уксуса могла повышаться его вымораживанием из раствора в воде.
 
Во многих рецептах важную роль играло вмешательство бактерий в химические процессы. В частности, в некоторых описанных реакциях, как можно полагать, с помощью бактерий происходило сведение сульфатов к сульфидам и полисульфидам. Разумеется, о бактериях китайцы ничего не знали, и их использование опиралось только на практику. Часто в рецептах предписывались те или иные органические вещества, создававшие необходимую питательную среду для бактерий, но и без подобных предписаний органика легко попадала в реактивы из-за нестерильности веществ и методов, в частности, использования бамбуковых трубок как реакторов. В качестве органических компонентов фигурировали соки и экстракты из разных растений, масла, полученные выжимкой, кровь животных, личинки жуков, лошадиные экскременты и проч.
 
В гл. 4 «Бао-пу-цзы» есть рецепт приготовления «питьевого золота» – цзинь е («золотого раствора» в пер. Е.А. Торчинова или «золотой жидкости» в пер. А.И. Кобзева). Надо взять 1 цзинь [1] золота и добавить сюань/юань мин лун гао («жир таинственного-сюань [6] яркого дракона» [согласно Е.А. Торчинову, в прочтении юань мин лун гао, учитывающем стандартную табуирующую замену иероглифов «сюань» [6]/«юань[1]»: «драконий жир изначального света»; однако возможен перевод с учетом оппозиции «сюань [6] – мин [3]» и древнего значения «лун»: «жир темного и светлого дракона/коня»; Е.А. Торчинов трактовал лун гао – «драконий жир» – как сульфат кальция, гипс, алебастр – CaSO₄, CaSO₄•2H₂O, 2CaSO₄•H₂O. – А. Кобзев]), цзинь хуа ши (камень, превращающий в золото) и еще несколько ингредиентов, названных подобным аллегорическим образом. Если все это положить в сосуд и запечатать, то через несколько дней образуется цзинь е. Согласно «Ши яо эр я» («[Подобный] “Приближению к классике” [словарь] камней и лекарств»), «сюань/юань мин лун гао» может обозначать ртуть или уксус и сырую дикую малину. Известно также, что цзинь хуа ши – это калиевая селитра (азотнокислый калий, KNO₃ [по Е.А. Торчинову, саль нитри европейской алхимии. – А. Кобзев]). В стеблях дикой малины присутствуют ионы CN^–, которые в уксусной кислоте формируют цианистоводородную кислоту (HCN). Селитра необходима для осуществления окислительных реакций и обеспечивает наличие ионов щелочноземельного металла K⁺. Ионы CN^– и K⁺ образуют цианид калия, при избытке которого золото дает растворимое комплексное соединение вида H₂O∙2K[Au(CN)₂]. Таким образом, не беря во внимание другие вещества из данного рецепта, допустимо предположить, что, следуя ему, в самом деле можно получить растворитель золота, но только очень медленного действия. Согласно Е.А. Торчинову (1999), цзинь е – это раствор треххлористого золота, аналогичный европейскому «жидкому золоту» (aurum potabile), применявшемуся в медицинских целях, например, Парацельсом (1493–1541). Однако во времена Парацельса этот раствор получали с помощью «царской водки» (смесь концентрированных азотной HNO₃ и соляной HCl кислот), которую китайская алхимия не знала. Раствор треххлористого золота можно также получить с помощью хлорной воды, вопрос о знакомстве китайцев с которой пока остается открытым.
 
Водные методы китайской алхимии не ограничивались только растворением. В «Хуайнань вань би шу» («Десять тысяч успешных трюков [князя] Хуайнани», II в. до н.э.) приведено самое раннее описание осаждения меди из ее солей на железе: если бай цин (основной медный карбонат, азурит) встречает железо, то превращает его в медь. В Европе подобное описание было сделано немного позже. Во второй половине I в. Плиний Старший (23–79) в «Естественной истории» (т. 34) отмечал, что если железо помазать уксусом или квасцами, оно становится медистым по внешности. Однако у китайских авторов отчетливо определяется соль меди, тогда как высказывание Плиния может относиться просто к ржавлению. Эффект медного осаждения упомянут также в гл. 16 «Бао-пу-цзы»: если обмазать веществом цзэн цин (медный карбонат, CuCO₃•Cu(OH)₂) железо (те), оно станет красным (чи [4]), как медь (тун [5]).
 
Шэнь Ко (1031–1095) в «Мэнси би тань» («Записки из Мэнси») писал: «В Цяньшань (округ Синьчжоу) есть горький источник, который образует ручей у основания ущелья. Если воду из него нагреть, она станет дань фань (медный купорос). Если дань фань нагреть, он станет медью. Если дань фань долго нагревать в железном котле, он превратится (хуа вэй) в медный. Таким образом, вода может быть обращена в медь». По его мнению, это явление схоже с ростом в пещерах сталактитов из капающей воды и подтверждает цитату из раздела «Су вэнь» («Вопросы о простом») медицинского канона «Хуан-ди нэй цзин»: «Есть пять элементов (у син [1]) на небе, и пять элементов на земле. Почва, находясь на небе, является влагой (ши [28]). Почва рождает металл и камень, и влага также может рождать металл и камень».
 
В тексте Шэнь Ко отражено наблюдение трех процессов: выделения из водного раствора медного купороса, его разложения и осаждения металлической меди на железе, при котором происходит образование железного сульфата. Шэнь Ко, видимо, относил любой раствор к классу «воды» как одного из пяти элементов или был введен в заблуждение прозрачностью названных растворов, отчего принял их за чистую воду и пришел к неверному выводу, что она может «превратиться» в медь или в сталактиты. Авторитет классического текста укрепил его в этом заблуждении. Идея, что железо может «превратиться» в медь, также ошибочна, однако таков был стиль мышления тогда. Понимание, что при соприкосновении медного купороса с железом происходит не трансмутация металлов, а лишь их обмен, произошло только в XVII в. в Европе. На рубеже XI–XII вв. в Китае началось индустриальное применение процесса, описанного Шэнь Ко. Как сообщается в гл. 180 «Сун ши» («История [эпохи] Сун»), методом производства «мокрой меди» (цзинь тун) изготовлялись тонкие чугунные тарелки, которые затем погружались в корыта с раствором медного купороса дань шуй. Через несколько дней на их поверхности образовывался слой медного сульфата. Его соскребали и помещали для очистки в печь. После трех очисток получалась качественная медь. В то время было построено две фабрики, которые производили такую «купоросную медь» (дань тун).