Реакция гидролиза, трансформирующая животные жиры в мыло, также применяется для производства клея.
Клей получают, проваривая кожу, жилы, рога и копыта: все, что содержит прочную соединительную ткань, состоящую из коллагена, который разлагается до желатина. Желатин растворяется в воде, так что получается вязкая клейкая масса, которая, высохнув, становится твердой и прочной. Необходимое для этого гидролитическое разложение много быстрее происходит в сильнощелочной среде — еще одно применение щелока — или в кислой (этого момента мы коснемся позже).
Пиролиз древесины
Дерево может дать много больше, чем уголь для топлива и вытянутые из золы щелочи. Когда-то оно служило главным источником органических соединений — химического сырья и прекурсоров для самых разных процессов и производств, — и лишь в конце XIX в. его потеснила каменноугольная смола, а чуть позже — процесс получения нефтепродуктов из сырой нефти. Так что в постапокалиптическом мире, где у вас может не оказаться доступных залежей угля или постоянного источника сырой нефти, старинные «древесные» технологии помогут возродить химическую промышленность.
Главный принцип выжигания угля: удалить из древесины летучие вещества, чтобы остался жарко горящий почти чистый углерод. Но отходы этого выжигания на самом деле весьма полезные вещества. И небольшое усовершенствование процесса позволит захватить улетучивающиеся пары. Во второй половине XVII в. химики заметили, что сжигание дерева в закрытом сосуде высвобождает горючий газ и пары, которые можно конденсировать в водянистую жидкость. Эти вещества стали называть пиродревесными или пирогенетическими, и они представляют собой сложную смесь многих компонентов. В идеале возрождающееся сообщество могло бы сразу освоить технологию выжигания дерева в герметичных металлических контейнерах с отводными трубами для откачки паров и конденсации путем охлаждения в резервуаре с холодной водой. Газы, выделившиеся при горении, не конденсируются, и их можно использовать для топки печей под контейнерами. В главе 9 мы увидим, что пирогенетическими газами можно даже заправлять машины.
Собранный конденсат легко разделяется на водянистую жидкость и плотный смолистый осадок: и то и другое — сложные смеси, которые можно разделить ранее описанным способом дистилляции. Жидкая фракция, изначально называемая пирогенетической (пироуксусной) кислотой, состоит в основном из уксусной кислоты, ацетона и метанола.
Уксусная кислота применяется для консервирования пищевых продуктов: как мы отмечали, пищевой уксус — это, по сути дела, ее слабый раствор. Реагируя с соединениями щелочных металлов, она производит широкий круг полезных солей. Например, соединяясь с едким натром или едким кали, дает ацетат натрия, который используется как закрепитель при окрашивании тканей. Ацетат меди применяется как фунгицид и с античных времен служит сине-зеленым пигментом для изготовления красок.
Ацетон — хороший растворитель и применяется как основа для красок (это им так резко пахнут лаки для ногтей) и как обезжиривающий состав. А еще он нужен для производства пластика и кордита, взрывчатого вещества, которым в Первую мировую войну снаряжали патроны и снаряды. В какой-то момент Британия даже опасалась проиграть войну из-за дефицита ацетона. Огромная потребность в ацетоне для кордита намного превосходила то количество, которое можно было получить путем дистилляции древесины, — даже с учетом ацетона, ввозимого из богатых лесом стран, таких как США. Увеличить производство позволило изобретение новой технологии секреции ацетона определенным видом бактерий в процессе брожения и море каштанов, собранных школьниками для такой закваски.
В больших количествах сухой дистилляцией древесины получают метанол, изначально называвшийся древесным спиртом: каждая тонна дерева дает около 10 л. Молекула метанола — простейшая из всех спиртов: она содержит лишь один атом углерода, в то время как этанол, например, то есть питьевой спирт, строится на основе блока из двух. Метанол используется как топливо и растворитель, служит антифризом и играет важнейшую роль в производстве биотоплива, к чему мы перейдем в главе 9.
Сырой деготь, выпаренный из обожженного дерева, тоже можно разложить дистилляцией на основные составляющие: легкий текучий скипидар (плавает на поверхности воды); плотный густой креозот (тонет в воде) и темный вязкий деготь. Скипидар — широко востребованный растворитель, исторически употребляемый для красителей, к нему мы вернемся в главе 10. Креозот — удивительно сильный консервант, им покрывают или пропитывают древесину, чтобы сохранить ее от гниения и воздействия стихий. Также он обладает антисептическими свойствами, замедляет размножение микробов и консервирует мясо — именно он придает характерный вкус копченостям. Деготь — самый клейкий из трех экстрактов, плотная микстура из длинноцепных молекул, его воспламеняемость делает его идеальной пропиткой для факелов. Смолистый деготь отталкивает воду и годится для замазывания худых ведер и бочек; не одно тысячелетие им герметизируют стыки между досками в корабельных и лодочных корпусах.
Эти важные химикалии в каких-то количествах дает древесина любых деревьев, но дегтем особенно богаты смолистые плотные породы, например хвойные — сосна, ель и пихта. Береста тоже дает много дегтя, и с каменного века ею закрепляли оперение на стрелах. Но вообще-то, если вам нужен только деготь, можно собирать его, когда он истекает из смолистых дров, обжигаемых в горне, и даже просто в жестяном ящике, поставленном на огонь.
Дистилляция — широко применимый способ разделения жидких смесей, основанный на разнице температур кипения разных фракций, и возрождающемуся человечеству хорошо бы освоить его как можно скорее. Дистилляция разделяет перемешанные продукты пережигания древесины, вытягивает, как мы уже видели, спирт из бродящего сусла, а еще раскладывает сырую нефть на фракции: от плотного вязкого битума до легких и летучих компонентов типа бензина. A по достижении определенного уровня индустриализации дистиллировать можно даже самый воздух. Его охлаждают примерно до –200 °C, повторяя процесс расширения и охлаждения, и запирают в резервуаре с вакуумной изоляцией, гигантском термосе вроде тех, в которых мы берем чай на пикник. После этого жидкий воздух понемногу нагревают и каждый газ, испаряющийся из него, собирают — чистый кислород, например, применяется в медицинских целях.
Кислоты
До сих пор мы говорили в основном о щелочах, поскольку их сильные разновидности относительно легко получить. Кислоты, химическая противоположность щелочей, не меньше распространены в природе, но сильные кислоты встретить не так просто, как, например, щелок, и их широкое хозяйственное применение началось значительно позже. Мы уже видели, как растительные продукты сбраживаются для дистилляции спирта и как спирт, в свою очередь, можно окислить, выставив его на воздух, чтобы получить уксус. Уксусная кислота первой из всех кислот оказалась в распоряжении человека и бóльшую часть человеческой истории оставалась у него единственной. Цивилизация располагала широким выбором щелочей — поташ, кальцинированная сода, гашеная известь, аммиак, — но тысячелетия прогресс в химии сдерживался тем, что из кислот была доступна лишь одна, и та слабая.
