Сырьем для производства всех видов мыла служат масла и жиры. Так что если, готовя утром завтрак, вы брызнули на рубашку жиром от бекона, чтобы отстирать его, вам, как ни странно, понадобится вещество, также полученное из жира. Мыло удаляет жирные пятна с одежды и смывает насыщенный бактериями жир с кожи за счет того, что оно легко смешивается и с жирными соединениями, и с водой, которые не смешиваются между собой. Такую легкость в общении мылу придают молекулы особого типа: у них длинный углеводородный хвост, который хорошо соединяется с жирами и маслами, и электрически заряженная голова, быстро растворяющаяся в воде. Молекула масла или жира сама по себе состоит из трех углеводородных цепочек жирных кислот, прикрепленных к соединительному блоку. В производстве мыла ключевой момент — сапонификация, то есть разрыв химических связей, соединяющих три жирные кислоты. Это делается с помощью щелочей, обширного класса веществ, которые гидролизируют сцепляющие мостки в молекулах. Щелочи — противоположность кислот, и при соединении эти вещества друг друга нейтрализуют, образуя воду и соль. Так, обычная поваренная соль, хлорид натрия, получается нейтрализацией щелочи (гидроксида натрия) соляной кислотой.
Следовательно, для приготовления мыла нужно получить соль жирной кислоты путем гидролизации жира щелочью. Хотя жир и вода не смешиваются, соль жирной кислоты умеет внедрять свой длинный углеводородный хвост в жир, оставляя снаружи голову, растворяющуюся в воде. Облаченная в щетину этих длинных молекул капелька масла закрепляется в воде, которая ее пытается отторгнуть, и таким образом жир можно отделить от кожи или материи и смыть. На флаконе с «укрепляющей, оживляющей, увлажняющей чистой морской свежестью» — гелем для душа у меня в ванной — перечислено около тридцати составляющих. Но при всех пенообразующих, стабилизирующих, консервирующих, желирующих и сгущающих добавках активным агентом остается мягкое мылоподобное поверхностно-активное вещество (ПАВ) на основе кокосового, оливкового, пальмового или касторового масла.
Таким образом, перед гражданами постапокалиптического мира, где производства химических реактивов больше нет, остро встает вопрос, где раздобыть щелочь. На их счастье, пережившие апокалипсис могут обратиться к старинным способам химической экстракции и к такому не самому очевидному сырью, как зола.
Сухие остатки костра состоят в основном из негорючих минеральных компонентов: это они придают белый цвет золе. Первый шаг к восстановлению примитивного химического производства восхитительно прост: бросьте золу в котел с водой. Черная недогоревшая угольная пыль всплывет на поверхность, а поскольку многие древесные минералы нерастворимы, они в виде осадка выпадут на дно. Но вам нужно заполучить те, которые растворяются.
Снимите с поверхности и удалите угольную пыль, а водный раствор слейте в другую посуду, стараясь, чтобы туда не попал осадок. Выпарите воду из второй посудины путем кипячения или, если вы находитесь в жаркой стране, вылейте раствор в широкие мелкие сосуды и оставьте на солнце испаряться. После выпаривания воды в сосудах останется белый кристаллический осадок, похожий на соль или сахар, так называемый поташ (именно от английского народного слова potash («горшок золы») происходит латинское название калия (potassium) — элемента, составляющего основу полученного вещества). Для получения поташа важно брать золу костра, выгоревшего дотла, а не залитого водой или дождем, иначе из нее уже будут вымыты нужные вам растворимые минералы.
Белый кристаллический осадок на самом деле состоит из нескольких компонентов, но главный, добытый из древесного пепла, — это карбонат кальция. Если вместо дров вы сожжете охапку высушенных водорослей и повторите тот же процесс экстракции, то соберете кальцинированную соду, карбонат натрия. Для жителей западных побережий Шотландии и Ирландии сбор и пережигание водорослей не первое столетие остаются важным доходным промыслом. Водоросли также содержат йод, темно-фиолетовое вещество, которое окажется весьма полезным для обеззараживания ран и для фотографического процесса, к которому мы еще вернемся.
Описанным способом можно собрать около 1 г карбоната кальция или натрия с каждого килограмма сожженных дров или водорослей — это около 0,1 %. Однако поташ и кальцинированная сода — настолько нужные вещества, что на их выпаривание и очистку стоит потратить усилия, к тому же выпаривать можно на огне, уже разведенном для каких-то иных целей. Древесина служит удобным хранилищем этих веществ, дело в том, что корневая система дерева десятилетиями собирает воду и растворенные в ней минералы с огромного объема почвы и огонь помогает эти минералы концентрировать.
И поташ, и кальцинированная сода — щелочи; само латинское слово alkali происходит от арабского al-qalīy, что значит «выгоревшие угли». Если засыпать выпаренный поташ в чан с кипящим маслом или жиром, жир сапонифицируется, и получится мыло. И в постапокалиптическом мире вы сможете соблюдать чистоту и защищаться от заразы, обходясь такими простыми веществами, как жир и пепел, плюс небольшое знание химии.
Реакция гидролиза будет полнее, если взять более крепкий щелочной раствор: щелок. Тут мы и возвращаемся к гашеной извести, гидроксиду кальция.
Саму гашеную известь применять для сапонификации нельзя, потому что известковое мыло не растворяется и вместо мягкой пены оставляет на воде пленку. Но гидроксид кальция реагирует с поташом или содой: гидроксильная группа меняет партнера, и мы получаем гидроксид кальция или гидроксид натрия: едкое кали или едкий натр, оба они называются щелоком. Едкий натр — сильная щелочь (он запросто превратит жиры в вашей коже в человеческое мыло, поэтому обращайтесь с ним с особой осторожностью), и таким образом он идеально подходит на роль сапонифицирующего агента для получения твердых мыльных брикетов
[26].
Другая легко получаемая щелочь называется аммиак. Организм человека, как и любого млекопитающего, выводит излишки азота в виде водорастворимого состава, который называется мочевиной и выходит с мочой. Жизнедеятельность определенных бактерий превращает мочевину в аммиак — многим знакома характерная вонь в плохо вымытом общественном туалете, — так что эту важнейшую щелочь тоже можно добыть, не прибегая к сложным технологиям, а просто ферментируя мочу в банках. Исторически этот метод сыграл важную роль в производстве одежды, окрашенной индиго (традиционный краситель для джинсов), а к разнообразным применениям аммиака мы еще вернемся.
Сапонификация жирных молекул дает еще одну полезную субстанцию. После того как жир превратится в мыло, остается побочный продукт глицерин — химическая составляющая липида, которая служит связующим звеном, соединяя три хвоста жирных кислот. Глицерин сам по себе восхитительно полезная вещь, и его легко экстрагировать из пенного мыльного раствора. Содержащиеся в мыле соли жирной кислоты в соленой воде растворяются хуже, чем в пресной, так что, если раствор посолить, они выпадут в осадок в виде твердых частиц, а в жидкой фракции останется глицерин — важнейшее сырье для производства пластика (об этом мы поговорим в главе 11).
