Химия

 
Металлургия
 
Бронза. Самые древние бронзовые (сплав меди и олова) изделия, обнаруженные археологами на территории Северного Китая, принадлежат культуре Эрлитоу (XXI–XVII вв. до н.э.), которая располагалась главным образом в пров. Хэнань, а также в прилегающих провинциях Хэбэй и Шаньси. В районе г. Лоян были найдены многочисленные керамические формы для отливки бронзы и тигли, свидетельствующие о развитом бронзолитейном производстве. Не менее древние бронзолитейные центры были обнаружены в Южном Китае, в бассейне реки Янцзы.
 
Техника бронзового литья достигла достаточно высокого уровня в эпоху Шан-Инь. Из бронзы изготовлялись различная ритуальная утварь, музыкальные инструменты, оружие, ступицы для колес и украшения. Археологами было найдено множество ритуальных котлов и сосудов, поражающих своей красотой и тонкостью исполнения. О высокой технике бронзового производства шанцев говорит и большой вес некоторых котлов. В Нанкинском музее, например, находится весящий 875 кг бронзовый трипод Сы му У дин, отлитый по приказу шанского правителя Сы в память о его матери У.
 
В эпоху Чжоу производство бронзовых изделий все более совершенствовалось. С середины этой эпохи началось вытеснение бронзы железом, но бронзолитейное дело не угасло и в дальнейшем сохраняло важную роль в хозяйственной деятельности.
 
Железо. Археологами обнаружено, что железо (те) стало производиться уже на рубеже эпох Шан-Инь и Чжоу, однако истинный железный век начался в Китае в VIII–VII в. до н.э., почти на 6 столетий позже, чем на Западе. Начало обработки железа произвело техническую революцию в Поднебесной. Изменился уклад жизни населения. Появились ремесленники разнообразных специальностей. С использованием железных орудий труда видоизменилось сельское хозяйство. Произошли значительные политические сдвиги.
 
Первоначально литейные предприятия находились в руках частных производителей. В 119 производство железа было национализировано правительством. Железные инструменты стали общедоступными, но худшего качества. Поэтому пришлось вернуться к частному производству, но уже под контролем государства. С этой целью было учреждено 46 ведомств по всей стране, которые следили за производством литьевого железа.
 
Китайские мастера за короткий срок достигли высокого уровня в производстве железа. Его использовали для изготовления не только оружия и сельскохозяйственных инструментов, но и кухонных плит, черепицы, статуй и цепей для подвесных мостов. Железо активно применялось в строительстве. По повелению танской императрицы У-хоу (правл. 684–704) в 695 была построена восьмиугольная колонна – возможно, самое величественное железное сооружение древности – Дай Чжоу вань го шу дэ тянь шу (Небесная ось, ознаменовывающая добродетели тьмы государств Великой [эпохи] Чжоу). Согласно сохранившемуся описанию, колонна высотой 32 м с диаметром основания 3,7 м стояла на железном постаменте 6 м высотой и 52 м в окружности. На ее вершине был навес 3 м высотой и 30 м в окружности. На нем стояли четыре 3,7-метровых бронзовых дракона, каждый из которых держал в своей пасти громадную позолоченную жемчужину. Количество металла, использованного в этом сооружении, составляло 2000000 цзинь [2] – около 1194 т.
 
Из сохранившихся железных сооружений наибольшей известностью пользуются две пагоды. Первая, старейшая из железных сооружений, была построена в 1061 в Даньяне (пров. Хубэй), а вторая – самая высокая из железных пагод – в 1105 в Лонине (пров. Шаньдун). Высота первой – около 13 м, а второй – 24 м.
 
Первоначально железо в Китае, как и на Западе, получали из крицы. Производство железа осуществлялось сыродутным способом в горнах или малых шахтных печах, заправленных слоями железной руды и древесного угля. При этом воздух подавался в печь посредством естественной тяги через дымоход. Температура была недостаточной для плавки, и получалась крица – тестообразная смесь железа со шлаком, от которого освобождались путем многократной выковки.
 
С IV в. до н.э. китайцы стали производить литьевое железо, опередив в этом европейцев почти на 18 столетий. Технология литья (чжу те) заметно улучшила качество металла. Посредством заливки жидкого металла в специальные литейные формы можно было даже получать изделия со сложными рельефными узорами.
 
Возможность получать литьевое железо обеспечивалась тем, что китайцы сооружали доменные печи из глины, хорошо отражающей тепло. Поэтому они выдерживали более высокую температуру, чем металлургические печи на Западе. Китайские печи были маленькими, но эффективными. Высокая температура в них достигалась еще за счет использования особых воздуходувок, представляющих собой мехи двойного действия, которые работают от водяного колеса. Такие воздуходувки обеспечивали равномерное поступление воздуха в горн. Широко применялись воздуходувные мехи, нагнетающие воздух в печь сразу с четырех сторон. Кроме того, китайские металлурги использовали железную руду, богатую фосфором, а также добавляли в нее содержащие фосфор вещества, что позволяло совершать выплавку железа при более низкой температуре (если к железной руде добавить 6 % фосфора, уменьшается точка плавления с 1130^o C до 950^o C). Такая техника применялась до VI в. н.э., когда в употребление вошли надлежащие доменные печи, уже не нуждавшиеся в ней.
 
Когда железная руда нагревается в печи, металл плавится, теряет кислород и становится т.н. «литьевым железом». Литьевое железо содержит большое количество углерода – в диапазоне от 1,8 до 4,5 %. Такое железо ломко и не поддается ковке. Умеренное обезуглероживание литьевого железа приводит к получению стали, которая должна содержать 0,9–1,8 % углерода для высокоуглеродистой стали и 0,1–0,9 % для низкоуглеродистой. При дальнейшем уменьшении количества углерода получается мягкое железо, которое годится для изготовления гвоздей, подков и пр.
 
Китайцы начали производить сталь из литьевого железа уже во II в. до н.э. Литьевое железо называлось «сырым железом», сталь – «сильным железом», чистое железо – «зрелым железом». Считалось, что железо становится «зрелым», потеряв все «жизненные соки», т.е. углерод, в современной терминологии.
 
Высококачественную сталь в древнем Китае с II в. до н.э. получали путем интенсивного обдувания литья воздухом, благодаря чему происходило окисление углерода. Этот метод называется «сотня очисток», т.к. применялся многократно. О нем упоминается в «Хуайнань-цзы» (180–122 до н.э.).
 
Применялся и другой метод получения стали, более древний. Железную поковку, в которой мало углерода, помещали в печь и обкладывали углем. В процессе горения угля углерод проникал в верхний слой поковки. Затем железо обрабатывали под молотом и вновь помещали в печь. После многократного повторения указанных процедур из железной болванки оп¬ределенного веса получали в десять раз меньшее количество стали. Стоила такая сталь очень дорого, но качество ее было отменное. Клинки из китайской стали – упругой и незатупляющейся, звонкой и легкой – пользовались большой известностью и за пределами страны.
 
Хорошее оружие можно изготовлять, сваривая вместе различные сорта стали, чтобы лезвие было твердым, а весь клинок эластичным. Такую технику китайцы использовали в III в.
 
В V в. сталь нужного качества получали путем плавления предварительно выплавленной железной болванки в ванне с расплавленным железом, имеющим другой углеродный состав, что давало необходимое содержание углерода в стали. С этим методом сходен разработанный П. Мартеном в 1864.
 
Производство бумаги
 
До появления бумаги (чжи [21]) китайцы использовали для письма разные материалы. Самые ранние протописьменные знаки были обнаружены в Китае на неолитической глиняной посуде, датируемой V–IV тыс. до н.э. К эпохе Шан-Инь относятся находки панцирей черепах и костей животных с мантическими надписями. Также в это время писали на бронзе и камне. К концу эпохи Шан-Инь для письма начали применяться узкие деревянные или бамбуковые планки (цэ), которые скреплялись шнурком. Текст записывался столбцом на одной стороне планок, длина которых доходила до 50 см.
 
В период Чунь-цю в качестве материала для письма стали применять шелк (сы [8]). Правда, из-за его дороговизны, наряду с шелковыми свитками еще несколько веков в Китае были распространены и книги в виде связок бамбуковых планок. Шелковые свитки (цзюань – этим термином впоследствии стали обозначать части или главы книги и отдельные тома издания) состояли из полотнища, которое наматывалось на деревянный стержень (чжоу [5]). При написании текста шелковый свиток разворачивался левой рукой справа налево, поэтому столбцы иероглифов также записывались справа налево. Такой принцип расположения текста сохранялся в Китае вплоть до нач. XX в.
 
На костях, панцирях, камнях и металле писали резцом, изготовленным из твердого материала. Иногда получавшиеся штрихи подкрашивали. На бамбуковых и деревянных планках писали заостренным деревянным стилом (би [10]), обмакивая его в черный лак, изготовленный из древесного сока.
 
При письме на шелке начали применять волосяную кисть и тушь. Дешевые кисти изготавливались из меха зайцев и кошек, а дорогие – из меха соболя и лисицы. Пучок меха, которому придавалась конусообразная форма, обматывали у нерабочего конца нитью, обмакивали в канифоль и вставляли в отверстие на торце бамбуковой или деревянной палочки, которую часто покрывали лаком и украшали резьбой или инкрустацией. Для особенно ценимых кистей делался особый футляр.
 
Первоначально тушь изготовляли из графита. Тушь из копоти, получаемой при сжигании сосны, стали применять в эпоху Восточной Хань. Чтобы придать ей блеск, добавлялись различные компоненты – яичный желток, мускус, растительный сок и др. При династии Сун делали уже не только черную, но и цветную тушь, используя различные красители. Она хранилась в виде твердых брусков. Перед употреблением такой брусок надо было растереть на специальной каменной плитке и получившийся порошок разбавить водой в тушечнице. Часто тушь растирали сразу в тушечнице. В X в. бумага (и вообще материал для письма), кисть, тушь и тушечница получили образное название «четыре драгоценности кабинета культурного [человека]» (вэнь фан сы бао).
 
По традиционной версии, отраженной в «Хоу Хань шу» («Книга об [эпохе] Поздней Хань»), в 105 н.э. придворный евнух Цай Лунь доложил императорскому двору о создании им бумаги. Для ее изготовления он использовал кору деревьев, коноплю, ветхие тряпки и старые рыбацкие сети. Однако бумага производилась в Китае и раньше. В «Хоу Хань шу» указывается, что «Цай Луню приказали изготовить бумагу (чжи [10]), поскольку шелк дорог, а [бамбуковые] планки тяжелы». Это означает, что уже были известны как принцип создания бумаги, так и термин для ее обозначения. Поэтому можно полагать, что Цай Лунь после многих экспериментов просто смог разработать лучший состав для бумаги. Археологические находки показывают, что бумага употреблялась в Китае двумя столетиями раньше. Самые древние образцы бумаги были найдены в 1957 около г. Сиань (пров. Шэньси) в могильнике, датируемом 140–87 до н.э. Сырьем для нее служили отходы ткацкого производства.
 
К IV в. бумага в значительной степени заменила использовавшиеся тогда другие материалы для письма – шелк, бамбуковые и деревянные планки. В эпоху Тан она уже широко употреблялась. Тогда в уездах Сюань, Чжоу и Цзин провинции Аньхой начали производить высококачественную, не желтеющую со временем бумагу из риса, пользующуюся популярностью и в наши дни. К X в. производство бумаги распространилось по всему Китаю.
 
В древности бумага делалась из разнообразных волокнистых веществ: из старого тряпья, коконов шелкопряда, стеблей конопли, древесных стружек, изношенных рыболовных сетей, бамбука, рисовой и пшеничной соломы, сандалового дерева, морских водорослей, китайской крапивы и т.д. В I в. н.э. бумага в основном изготавливалась из отглаженной шелковой ваты, для получения которой годились бракованные коконы шелкопряда, что заметно удешевляло продукцию.
 
При изготовлении бумаги из бамбука его стебли расщепляли, замачивали и затем вываривали в течение нескольких суток. Образовавшуюся после отцеживания гущу тщательно размалывали до получения кашицеобразной массы. Ее зачерпывали специальным бамбуковым ситом, укрепленным на подрамнике и служившим формой. Сито с оставшимся в нем тонким слоем бумажной массы клали под пресс. Спрессованные листы снимались, складывались в стопку, отжимались, сушились, разглаживались и разрезались по нужным размерам.
 
Бумага в традиционном Китае использовалась не только в качестве материала для письма, но и для обертывания, как средство гигиены, для изготовления постельных принадлежностей, занавесок, ширм, одежды и обуви. Из нее делались фонари, веера, зонтики, деньги, игральные карты, искусственные цветы и обои. Одежда из бумаги была очень теплая и не продуваемая холодными ветрами. В IX в. использовались бумажные плиссированные доспехи, которые не пробивались стрелами и пулями.
 
В середине VIII в. китайские войска, поддерживавшие тюркские племена с предгорий Тянь-Шаня в войне с арабами, потерпели поражение. Среди взятых в плен китайских солдат было много ремесленников-бумагоделов. Их отправили в Дамаск, где они передали мусульманам свое мастерство. В 793 при правлении Харун ар-Рашида началось производство бумаги в Багдаде. В течение нескольких столетий арабы продавали готовую бумагу в Европу, ревниво охраняя тайну ее производства. В самом конце IX в. изготовление бумаги развернулось в Египте, в начале XII в. – в Марокко, а после завоевания арабами Испании проникло в Европу.
 
С середины XIX в. традиционное производство бумаги в Китае начало быстро сокращаться, не выдерживая конкуренции с европейскими технологиями. В настоящее время китайская бумага используется в основном для художественных целей.
 
Лаковое производство
 
К числу выдающихся достижений древнего Китая относится лаковое производство. Применение лака (ци [10]) восходит к эпохе Шан-Инь. Уже к XIII в. до н.э. его обработка достигла достаточно высокого уровня, о чем свидетельствует, например, лакированный гроб того времени, обнаруженный в 1976 в могильнике царицы Фу-хао в Аньяне. В период Сражающихся царств лаковая индустрия достигла совершенства. Древнекитайские лаковые изделия – это образец первого в мире изготовления и применения пластмассы.
 
В качестве источника лаконосной смолы китайцы использовали лаковое дерево (Rhus vernicifera), растущее только в Китае и упоминающееся уже в «Ши цзине». При надрезе его коры выделяется серый густой ядовитый сок, который содержит урисиол (C₁₄H₁₈O₂), на воздухе мгновенно полимеризирующийся под воздействием кислорода. Загустевший сырой лак необходимо было, собрав, подвергнуть начальной обработке и консервации. Эти операции требовали высокой профессиональной квалификации и были сопряжены с опасностью для здоровья. С одного дерева можно получить всего около 50 г лака. В конце эпохи Чунь-цю лаковые плантации разводили в бассейне р. Янцзы и в царстве Ци. В начале эпохи Чжань-го лаковое дерево выращивали в царстве Цзинь, разделившемся в IV в. на Чжао, Хань и Вэй, а при династии Западной Хань – еще и на территории совр. провинций Сычуань и Ганьсу.
 
Лак, вырабатывавшийся в традиционном Китае, имеет удивительные свойства. Он устойчив к воздействиям воздуха и воды, выдерживает высокую температуру (до 400–500^о C), способен консервировать дерево, почти не вступает в реакцию с кислотами и бактериоустойчив. Все эти свойства делают его практически «вечным» материалом, обеспечив ему широкое применение.
 
Лак использовался в Китае для покрытия мебели, шкатулок, блюд, сосудов и пр. Получались красивые, легкие и долговечные изделия. Им покрывали оружие и предметы воинского снаряжения. Металлические вещи покрывались лаком для предохранения от коррозии, а дерево и ткани – от губительного воздействия влаги. Лаком отделывали погребальные принадлежности, применяли во фресковой живописи и в отделке зданий.
 
Технология лакового производства была очень сложной. В его производстве было занято много узкоспециализированных работников, составлявших достаточно длинную технологическую цепочку. Часть из них ухаживала за лаковыми деревьями и собирала сырой лак. Другие совершали состоящие из нескольких звеньев операции по грубой и тонкой обработке сырья. В лак добавлялись различные пигменты, чтобы получить его традиционные цвета – черный, красный, коричневый, зеленый, желтый, золотой. Несколько мастеров делали заготовки, на которые он должен был наноситься. В качестве основы использовались дерево, кожа, шелк, лен и другие материалы. Деревянную заготовку необходимо было загрунтовать, а во многих других случаях грунтовка не требовалась. Заготовка могла быть комбинированной, на ней закреплялись металлические детали, драгоценные и полудрагоценные камни для инкрустации и проч.
 
После совершения всех этих подготовительных операций лакировщики наносили лак на поверхность заготовок. Накладывалось до сотни его слоев, чтобы получить покрытие необходимой толщины. Затем наступала очередь художников, гравировщиков и мастеров по обработке фурнитуры, которые выполняли художественное оформление изделия. На заключительной стадии лаковое изделие попадало в руки работников, которые с помощью различных абразивных материалов полировали его поверхность до блеска.
 
Такая сложная технология делала лаковые изделия достаточно дорогими, их стоимость заметно повышалась еще и в зависимости от художественной ценности. Иметь лаковые изделия считалось очень престижным. Китайские императоры часто дарили те или иные покрытые лаком предметы подчиненным в знак своей милости. Начиная с эпохи Хань лаковые изделия составляли важную статью внешней торговли китайской империи.