Джек Келли - Порох. От алхимии до артиллерии: История вещества, которое изменило мир

Главным компонентом «огненного зелья» станет селитра. В Китае ее можно было найти без труда — она выступала белой коркой на некоторых почвах. В местностях, где не хватало столовой соли, повара иногда использовали селитру, чтобы улучшить вкус блюд. Конечно, они замечали, как ярко вспыхивает огонь, если бросить в него щепотку этого белого порошка. Веками изучали свойства селитры алхимики. Смешивая ее с водой, они получали слабый раствор азотной кислоты, с помощью которого удавалось растворять вещества, иначе растворению не поддававшиеся. Производство относительно чистой селитры было непременной частью обычного репертуара алхимиков. Все алхимические трактаты эпохи Тан (618–907 гг.) упоминают о селитре и способах ее приготовления.

Селитра — это продукт жизнедеятельности двух бактерий из тех, что питаются разлагающейся органической материей. Предприимчивые микроорганизмы nitrosomonas и nitrobacter — непременные участники экологически чистого земледелия: благодаря им в результате гниения образуются любимые растениями нитраты, в том числе и селитра. Селитра растворяется дождевой водой, впитывается в почву и в результате испарения почвенной влаги выходит на поверхность. Остальные вещества, растворенные в воде, кристаллизуются быстрее, что позволяет нитратам накопиться на поверхности. Жаркий климат южного Китая, с его чередованием влажного и сухого сезонов, способствовал и стремительному разложению, и быстрому испарению. В результате в местах с благоприятными природными условиями селитра отлагалась в верхнем слое почвы, откуда ее нетрудно было извлечь.

В нитратном анионе, который является основной частью молекулы селитры, три атома кислорода связаны с одним атомом азота. Это соединение образует соль с любым доступным металлом — например, с кальцием, натрием или калием. Из них для изготовления пороха лучше всего подходит нитрат калия — калийная селитра.

Она и стала основой «огненного зелья» — благодаря способности ярко вспыхивать, которую приходилось наблюдать китайским поварам. Стабильная в обычном состоянии, при нагреве до 335 градусов по Цельсию она распадается, высвобождая атомы кислорода, которые до этого были связаны с азотом. Суть механизма искусственного огня заключалась именно в высвобождении чистого кислорода, который мог теперь воспламенить любое находящееся рядом горючее. Сколько селитры должно быть в смеси — на этот вопрос можно было ответить только путем долгих проб и ошибок. Идеальная пропорция — три четверти от общего веса — была найдена лишь со временем; древнейшее же «огненное зелье», содержавшее меньшее количество селитры, ярко горело, но не взрывалось.

Дело было за легкодоступным топливом. Случайные взрывы опасных эликсиров, возможно, подсказали направление поисков. Алхимики давно знали о горючих возможностях серы. Этот элемент — один из немногих, которые встречаются в природе в виде простого вещества, — можно было найти в отложениях вблизи вулканов или получить путем нагревания сульфидных руд и последующего осаждения серных паров на холодных стенках сосуда.

Третьим компонентом смеси стал древесный уголь, который издавна использовался как источник тепла. Этот сложный материал получается при пережигании дерева в бедной кислородом среде и состоит из чистого углерода с примесью летучих углеводородов и других следов его органического происхождения. Примеси, равно как и ячеистая структура древесного угля, играют в действии пороха едва уловимую, но чрезвычайно важную роль, которую ученые не вполне могут объяснить даже сегодня. Истолченные в порошок каменный уголь или графит, будучи почти чистым углеродом, лишены подобных свойств, и из них нельзя приготовить эффективный порох.

Селитра, сера и древесный уголь, вступая в сложное взаимодействие, вызывают к жизни магию «огненного зелья». Первой на жар искры или пламени реагирует сера. Желтый минерал воспламеняется при относительно низкой температуре — 261 градус по Цельсию. Его горение выделяет тепло, которое поджигает древесный уголь и разлагает селитру, высвобождая из нее кислород. Этот чистый кислород ускоряет воспламенение все большего количества горючего. Древесный уголь при этом дает больше тепла, чем сера, что еще более ускоряет реакцию.

Большинство веществ при горении выделяет газы, объем которых многократно превышает объем самого горючего. Когда вспыхивает порох, газы выделяются мгновенно, а тепло, образующееся при реакции, заставляет их чрезвычайно расшириться. Стремительным расширением горячего газа и объясняются все эффекты «огненного зелья».

Конечно, эти химические подробности тогда не были известны — до открытия кислорода оставалась еще почти тысяча лет. Китайские алхимики разрабатывали теории, исходя из собственной концепции движущих сил мироздания, которая рассматривала мир как систему находящихся в равновесии противоположностей: инъ — пассивное, холодное, женское начало и ян — активное, горячее, мужское. Их взаимодействие считалось первопричиной всех явлений и изменений, которые можно наблюдать в мире.

«Селитра — князь, а сера — министр, — говорится в китайском историческом тексте XVI века. — Их взаимозависимость — вот что порождает их пригодность». Другой документ поясняет, что селитра «чрезвычайно негативна и обладает лунными качествами инь. Сера чрезвычайно позитивна и обладает солнечными качествами ян — то есть обращена вовне. Когда два этих сверхприродных элемента, инь и ян, встречаются в очень тесном пространстве, то последующий взрыв ошеломит любое существо и уничтожит все вокруг».

Судя по предостережению насчет взрывчатого эликсира, алхимики сначала считали «огненное зелье» опасной ошибкой. Его свойства не укладывались в набор привычных домашних функций огня — приготовление пищи, освещение и отопление. Это была странность, которой следовало избегать. В то время у алхимиков не было инструментов, которые могли бы заставить случайное открытие работать.

Если порох поджечь не в замкнутом пространстве, он сгорает с мягким хлопком и вспышкой пламени, оставляя облако плотного белого дыма, — чем не колдовство? Вероятно, подобные эффекты прежде всего и привлекли китайских алхимиков: вместо того, чтобы внять предупреждению, они увидели здесь возможности для публичных фокусов, которые могли бы поразить зрителей. Китайцы очень любили применять огонь в церемониях и развлечениях, а «огненное зелье» предлагало изобретательному импресарио мириады возможностей. Пиротехника стала первой областью, в которой нашло применение новое волшебное вещество.

Когда порох поджигают, химическая энергия, скрытая в нем, превращается в тепловую энергию пламени и механическую энергию сжатого газа. Чтобы заставить все это работать, достаточно простых приспособлений — сосудов той или иной формы. Похоже, что уже в то время ремесленники-пиротехники разработали четыре основных вида применения пороха, которые, по сути, не изменились со времен средневекового Китая до наших дней.