Ларс Орстрём - Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

15 августа 1754 года оказалось неблагоприятным днем для шведского шпиона Рейнгольда Ангерштейна. После того как он якобы проявил живейший интерес к литейной Бенджамина Хантсмана, ему сразу предложили уехать из города в первой же карете. В своем дневнике он записал лишь кое-какую поверхностную информацию о том, как делаются карманные ножи, и в сравнении с тем, как много деталей он указал о других местах, недостаточность сведений о Шеффилде и в самом деле наводит на мысль о преждевременном и поспешном отъезде [54] Berg P. Background and Biography // R.R. Angerstein’s Illustrated Travel Diary, 1753–1755: Industry in England and Wales from a Swedish Perspective. Science Museum, 2001. .

Однако, будучи человеком, обладавшим большими светскими талантами, а также отличавшимся благородным происхождением, он не отчаялся. По всей видимости, он нашел ночлег в Уэнтворт-Хаус – доме юного маркиза Рокингема, Чарльза Уотсона-Уэнтворта. Мимоходом, между техническими и деловыми заметками в его дневнике, мы узнаем, что маркиз женат на «дочери богатого джентльмена» [55] Angerstein R.R. Angerstein’s Illustrated Travel Diary, 1753–1755: Industry in England and Wales from a Swedish Perspective. Science Museum, 2001. . Ангерштейн ничего не сообщает нам о ее привлекательности, но возможно, в те времена шпионы были сосредоточены исключительно на выполнении заданий. Он, разумеется, не читал Яна Флеминга и понятия не имел о том, какого поведения мы ожидаем от шпиона благородных кровей. Однако он рассказывает нам, что один из предков маркиза был обезглавлен за поддержку, которую оказывал Карлу I.

Сам Ангерштейн, по всей видимости, был недурен собой, если верить, что портрет на рисунке 9 точно передает сходство; он до сих пор висит в главном офисе Jernkontore («Железной конторы», Ассоциации шведских производителей стали [56] Шведское слово jern – это старое написание järn, «железо». ) в центре Стокгольма. В 1754 году ему было 36 лет, и, допуская художественную вольность, мы могли бы сказать, что он путешествовал по Англии и Уэльсу в попытках раскрыть сарацинский секрет. Он был промышленным шпионом, которого послало на задание шведское правительство, и в этом качестве использовал «все возможные средства, легальные или иные», чтобы суметь увидеть то, что ему было нужно [57] Berg, Background and Biography. .

В середине XVIII века шведское правительство и производители железа хотели знать все о том, как британцы производят сталь. Причина этого была не в том, что шведы хотели улучшить свои фабрики по производству оружия: все реальные мечты о шведской военной мощи в Европе закончились почти за 50 лет до того под маленьким украинским городом Полтавой. Нет, это был всего лишь бизнес. В то время большая доля железа, которое использовалось в британской сталелитейной промышленности, приходила из Швеции, и в некоторые годы эта доля составляла почти 60 % от всех доходов шведского экспорта [58] Ibidem. . Поэтому у шведов имелась веская причина пристально наблюдать за любыми связанными с железом разработками в Англии и соседних с ней странах.

Сейчас мне, конечно же, хотелось бы сказать, что причиной быстрого отъезда Ангерштейна из Шеффилда с его литейной стало то, что владелец литейной, бдительный мистер Хантсман, хранил от всех возможных конкурентов сарацинский секрет – древний способ производства стали, который он не так давно заново открыл [59] Чтобы узнать больше о более поздних попытках шпионажа против Хантсмана, см. путешествия Йохана Людвига Робзама в книге Rydberg S. Svenska studieresor till England under frihetstiden. Almquist & Wiksells boktryckeri, 1951. P. 170–187. . Однако это не вполне соответствовало бы истине, поскольку то, что я решил назвать «сарацинским секретом», представляет собой довольно сложный процесс, который и сегодня не до конца понят, несмотря на утверждения обратного. Тем не менее я не слишком отклонился бы от истины, поскольку речь идет об изготовлении высококачественной стали из железа и углерода.

Рисунок 9.Рейнгольд Ангерштейн, дворянин, промышленник и шпион, сегодня наблюдает за факсом и ксероксом в Ассоциации шведских производителей стали в Стокгольме. Портрет написан в 1755 году Олофом Арениусом, фото автора.

Чистое металлическое железо – не слишком полезный материал. Этот относительно мягкий металл быстро ржавеет. Но, смешав его с небольшим количеством углерода, вы получите сталь – материал, который физически изменил наш мир во многих отношениях: от небоскребов и мостов до скальпеля и бурильных установок [60] В технических терминах сталь – это материал из железа, содержащий менее 2 % углерода по массе. Те материалы, в которых концентрация углерода выше, имеют другие названия – например, чугун. . Открытие стали – одно из чудесных природных совпадений. Для того чтобы получить железо из железной руды, первые металлурги использовали углеродсодержащие материалы в форме дров, а когда процесс был усовершенствован, дерево заменил уголь, и все это привело к тому, что небольшое количество углерода попадало в железо, в результате чего получалась эта волшебная смесь.

Углеродсодержащий материал не только дает необходимый для плавления железа жар, но является также и ключевым для реакции ингредиентом. Из главы 2 мы узнали, что металлы в природе существуют главным образом в виде положительных ионов, которым нужны электроны, чтобы стать металлами. Урану требуется мощный восстановитель – металлический кальций; но, для того чтобы сделать металлическое железо из ионов Fe 2+или Fe 3+, мы можем использовать углерод:

3C + 2Fe 2O 3→ 3CO 2+4Fe.

Здесь мы вычисляем степень окисления, пользуясь правилом, согласно которому кислород всегда имеет заряд –2, за исключением состояния простого вещества или когда он соединяется с фтором, и видим, что железо вступает в реакцию со степенью окисления +3, а углерод в итоге получает степень +4.

Приведенная выше реакция упрощена: в пылающей литейной печи множество реакций происходит одновременно, и железо выплавляется при помощи оксида углерода (I), СО, который образуется, когда значительный избыток углерода частично окисляется кислородом воздуха. Вот с этой реакцией, тоже записанной в упрощенной форме, вы, возможно, встречались в школьной программе:

3CO + Fe 2O 3→ 3CO 2+ 2Fe.

Когда железо плавится, оно растворяет некоторое количество углерода, а поскольку атомы углерода меньше, чем атомы железа (их размеры соотносятся примерно как бильярдный шар и мяч для гольфа [61] Реальные значения радиусов атомов составляют 0,07 нанометра для углерода и 0,14 нанометра для железа. ), они не полностью разрушают атомную структуру железа. Вместо этого, когда сплав железа с углеродом остывает и начинает твердеть, маленькие атомы углерода внедряются между атомами железа, в результате чего материал становится более жестким, но при этом более хрупким.