Фотография — удивительный пример новой технологии, возникшей из соединения нескольких уже существовавших методов и весьма незамысловатых материалов и веществ. Сложите горн, вымазанный огнеупорной глиной, и выплавите из песка или кварца с добавлением натриевого флюса стекло. Из одного слитка выточите фокусирующую линзу, другой расплющите в прямоугольную пластину для негатива, а затем, использовав ваши навыки в изготовлении бумаги, изготовьте листы фотобумаги. В фотопроцессах используются те же кислоты и растворители, к которым мы в этой книге обращаемся раз за разом, — примитивный снимок можно сделать, располагая серебряной ложкой, навозной кучей и поваренной солью. И если бы вы перенеслись в XVI в., вы легко нашли бы там все необходимые химикаты и оптические элементы для сооружения примитивной фотокамеры и могли бы показать Гольбейну, как, не ломая голову над изобретением масляных красок, запечатлеть короля Генриха VIII на фотоснимке.
Заполнение периодической таблицы элементов, применение фотографии для исследования мира — все это важные занятия для цивилизации, возрождающейся из пепла. Но когда общество встанет на ноги и жизнь в той или иной степени наладится, людям с каждым днем будет требоваться все больше базовых веществ, о которых мы здесь все время пишем. Чтобы удовлетворить растущий спрос, обществу придется освоить кое-какие сложные технологии химической промышленности.
Химическая промышленность
Мы часто слышим о промышленной революции, о новых умных механизмах, значительно облегчивших труд человека, существенно ускоривших прогресс и преобразивших жизнь общества в XVIII столетии. Однако не меньше, чем автоматические прядильные и ткацкие станки или рокочущие паровые машины, переход к развитой цивилизации обеспечило изобретение химических процессов для производства кислот, щелочей, растворителей и других веществ, необходимых людям.
Для удовлетворения многих важных потребностей, упоминаемых в этой книге, нужны химические агенты, помогающие превратить добытое в природе сырье в необходимые материалы или продукты. Сменятся несколько поколений возрождающегося человечества, и возросшее население уже не сможет обеспечивать спрос на жизненно необходимые вещества примитивными методами, о которых мы писали выше, так что дальнейший прогресс цивилизации окажется под вопросом.
Сосредоточимся на производстве двух веществ, становившихся в свое время причиной кризисов развития западного мира: в конце XVIII в. это была сода, в конце XIX в. нитраты. Постапокалиптическая цивилизация также неизбежно столкнется с необходимостью поддерживать достаточный запас и того и другого. Что же избавит возрождающееся человечество от необходимости добывать соду из древесной золы, а нитраты — из навоза? Начнем с промышленного синтеза соды, поскольку с него начинается история мировой химической индустрии.
Как мы видели, кальцинированная сода (карбонат натрия) — это насущно необходимое соединение, применяемое в самых разных областях хозяйства. Он незаменим в роли флюса при плавке песка для выделки стекла (сегодня больше половины производимого в мире карбоната натрия потребляет стекольная промышленность), а преобразованный в каустическую соду (гидроксид натрия), лучше любых других агентов способствует осуществлению химических реакций при изготовлении мыла и бумаги. Стекло, мыло и бумага — три главных устоя цивилизации, и начиная со Средних веков человеку для их поддержания нужен постоянный приток недорогой щелочи.
Традиционно для получения щелочей брали поташ, продукт сжигания древесины. К XVIII столетию леса на большей части Европы были вырублены, и поташ начали ввозить из Северной Америки, России и Скандинавии. Однако в ряде случаев предпочтительнее углекислая сода (карбонат натрия), ведь полученная из него каустическая сода — гораздо более мощный гидролизирующий агент, чем едкое кали. Ее производили в Испании, пережигая местное растение солерос, и на побережьях Ирландии и Шотландии — из выброшенных волнами бурых водорослей. Еще углекислую соду добывали в природных залежах рудного оксида натрия на дне высохшего озера в Египте. Но во второй половине XVIII в. население и экономика Запада настолько выросли, что спрос на соду превысил ее добычу из природных источников. Возрождающееся постапокалиптическое человечество также неизбежно столкнется с такой ситуацией. Химическая углекислая сода — близкая родственница обычной морской соли[
47], запасы которой практически бесконечны. Можно ли переработать ее в жизненно важный хозяйственный ресурс?
В XVIII в. французский химик Николя Леблан открыл простой двухступенчатый алгоритм решения: сначала нужно соединить морскую соль с серной кислотой, а затем прокалить продукт реакции в печи с толченой известью и углем или древесным углем при температуре около 1000 °C, пока не образуется черная, похожая на пепел масса. Карбонат натрия, который вам нужен, растворяется в воде, поэтому его можно извлечь по той же технологии, которая применялась при сжигании водорослей. Однако, хотя процесс Леблана позволяет без труда превратить морскую соль в соду и не зависеть от запасов растений и минералов, он чудовищно неэффективен и сопряжен с образованием ядовитых отходов
[48]. В идеале возрождающемуся человечеству лучше будет пропустить простой, но нерациональный процесс Леблана и сразу перейти к более эффективному варианту.
Метод, разработанный бельгийским инженером-химиком Эрнестом Сольве, чуть более сложный, но он ловко замыкает цикл добавлением аммиака: используемые реагенты восстанавливаются, и отходы, а значит, и загрязнение среды сведены к минимуму.
Процесс Сольве основан на следующей химической реакции: бикарбонат аммония соединяют с крепким рассолом, чтобы ионы бикарбоната «пересели» на натрий и образовался бикарбонат натрия (идентичный применяемому в хлебопечении разрыхлителю), который затем простым нагреванием преобразуется в кальцинированную соду. Чтобы это осуществить, рассол пропускают через две колонны, где он насыщается сначала аммиаком, а затем двуокисью углерода. Растворяясь в соленой воде, они соединяются и образуют тот самый бикарбонат аммония. Соль вступает в обменную реакцию, образуя нерастворимый бикарбонат натрия, который выпадает в осадок. На этом этапе процесса Сольве главный ингредиент — аммиак: он поддерживает в рассоле щелочную среду, достаточную для того, чтобы бикарбонат натрия не растворился, и тем самым аккуратно разделяет две соли.
