Порох. От алхимии до артиллерии: история вещества, которое изменило мир

Еще только начиная размышлять о свойствах пороха в XIII столетии, люди уловили связь между грохотом взрыва и раскатом грома. Взрыв и был громом, низведенным на землю. Теперь Мейоу теоретически обосновал это поэтическое сравнение: взрыв порохового заряда был не просто похож на раскат грома — на самом деле и гром, и взрыв происходили из-за взаимодействия «сущностей» селитры и серы, веществ, входивших в состав пороха. Все химические реакции были результатом столкновения этих «сущностей». Будучи врачом, Мейоу пришел к выводу, что дыхание — это поглощение организмом «селитряно-воздушного духа». Он обнаружил, что в вакууме артериальная кровь выделяет пузырьки газа, а венозная — нет, и предположил, что сокращение мышц есть результат крошечных «взрывов серы и селитры». Всем миром, интуитивно чувствовал он, движут простые силы, те же, что скрыты в порохе.

Теорию Мейоу — в частности, ту ее часть, где шла речь о метеорологических феноменах, — подтверждали самые обычные наблюдения. Разве в воздухе после грозы не носился легчайший привкус порохового дыма? Разве селитра, добавленная в воду, не делала ее холоднее? Разве она не служила консервантом для мяса? Спекуляции множились. Разумеется, именно селитра, содержащаяся в облаках, вызывает благодаря своим замораживающим способностям снег и град. Ценность селитры в качестве удобрения была давно известна — и фермеры были убеждены, что выпавший весной снег увеличит будущий урожай. И конечно, было совершенно понятно, что именно «сущности» серы и селитры, встречаясь под землей, производят мощные взрывы, которые на поверхности проявляются как землетрясения и извержения вулканов. Обилие серы вокруг Везувия было достаточным доказательством.

Историки науки давно указали, что, если бы Мейоу пришло в голову использовать вместо выражения «селитряно-воздушный дух» слово «кислород», он опередил бы свое время на сотню лет. Однако Мейоу умер в 1679 году в возрасте 38 лет, и к тому времени наука по-прежнему была не способна полностью отказаться от представления, что огонь — это нечто, скрытое внутри горючего вещества.

История продолжилась в Германии: немецкие теоретики вновь обратились к аристотелевским категориям. Они постулировали существование элемента, который отвечает за горение и в изобилии содержится в живой материи. Вспыльчивый профессор Эрнст Шталь назвал это вещество флогистоном — от греческого «горючий» — и построил на нем всеобъемлющую теорию химической реакции. Шталь полагал, что когда какое-либо вещество горит, оно отдает свой флогистон — «дефлогистонизируется». Когда горящую свечу помещали под стеклянный колпак, воздух внутри перенасыщался флогистоном, и свеча гасла. Горение в вакууме было невозможно, поскольку там не было воздуха, который мог бы поглощать флогистон. Согласно Шталю, флогистон не был тождествен огню, однако был «материей и первопричиной огня». Его теория была принята с восторгом: в течение столетия ее продолжали разрабатывать и изучать пылкие «флогистонисты». Это было последнее «прости» представлению об огне как природном первоэлементе.

Детально разобраться в химии порохового взрыва удастся не скоро: химическая теория будет развиваться медленно. Только в XIX столетии в фокусе исследователей окажется эта сложная, стремительная, протекающая при высокой температуре реакция. Однако к тому времени, когда были полностью разработаны точные научные инструменты и методы XX века, черный порох постепенно вышел из употребления, поэтому многие детали химии его горения остаются не вполне ясными даже сегодня: не было стимула заниматься глубоким изучением технологии, которая по большей части устарела.

Однако исследования, проведенные в конце XIX столетия, показали, что в результате экспериментов, которые на протяжении пятисот лет вели тысячи ремесленников, удалось нащупать соотношение, весьма близкое к теоретически идеальному для наиболее мощного взрыва: 75 процентов селитры, 15 процентов древесного угля и 10 — серы. Именно эта пропорция ингредиентов обеспечивала их полное выгорание.

Температура горения черного пороха — 2138 градусов Цельсия. Такая высокая температура усиливает взрывной эффект, заставляя стремительно расширяться образующиеся в результате горения газы. Однако для артиллеристов она создавала проблемы, поскольку была выше точек плавления и бронзы, и железа, и потому каждый выстрел неизбежно изнашивал канал ствола и запальное отверстие. Серия выстрелов, быстро следующих один за другим, разогревала орудие до опасного предела.

В основе горения пороха лежали сложные химические реакции, варьировавшиеся в зависимости от точного состава конкретной смеси и условий, при которых происходило сгорание. Упрощая, можно сказать, что нитрат калия вступал в реакцию с углеродом и серой, чтобы образовать сульфид калия, газообразную двуокись углерода и азот:

2KNO ₃+ S + 3С — > K ₂S + 3СО ₂+ N ₂