Научившись получать серную кислоту, вы откроете дорогу производству других кислот. Соединив ее с поваренной солью (хлоридом натрия), получите соляную кислоту, а с селитрой — азотную. Азотная кислота особенно полезна своей выдающейся способностью окислять: она окисляет даже те вещества, которые не по силам серной. Поэтому азотная кислота незаменима в производстве взрывчатки и подготовке соединений серебра для фотографии.
Глава 6Материалы
На этом континенте существовала куда более развитая цивилизация, чем то, что мы сегодня имеем, и отрицать это невозможно. Стоит только взглянуть на груды щебня и на ржавые остатки металла, и вы поймете это. Стоит зарыться в песчаные насыпи, и вы найдете их дороги, выщербленные от времени. Но где свидетельства существования машин, о которых нам рассказывали ваши историки? Где остатки самодвижущихся повозок и летающих машин?
Из предыдущей главы видно, какую великую пользу приносит человеку дерево. Без упоминаний о его химическом потенциале дерево — один из самых древних строительных материалов, из него делают балки, опоры и доски. Особенное применение находят свойства разных древесных пород, и человечество накопило огромный объем специальных знаний, который придется заново набрать восстанавливающейся цивилизации. Например, прочные и перевитые волокна вяза не поддаются расщеплению, и потому вяз отлично подходит для тележных колес. Древесина пекана чрезвычайно тверда: из нее хорошо вырезать шестерни для механизмов водяных и ветряных мельниц. Сосна и ель вырастают высокими и прямыми и лучше других годятся для корабельных мачт.
Дерево не только обладает полезными механическими свойствами: дровяные очаги спасут от холода, когда исчезнет центральное отопление, на них же можно приготовить пищу: жар предотвращает заражение микробами и помогает высвободить питательные вещества. В предыдущей главе мы увидели, как путем бескислородного пережигания дерева сублимируются важнейшие вещества — сырье, на котором можно восстановить химическую промышленность. Мы увидели, что выжженный из дерева уголь послужит идеальным фильтром для питьевой воды, когда пересохнут краны, а бутилированная вода исчезнет с магазинных полок. На этом же угле жарко горят печи для обжига керамики и кирпичей, на нем можно плавить стекло, чугун и сталь.
Сразу после апокалипсиса люди могут просто занимать уцелевшие дома, ремонтируя и подновляя их по мере возможности. Но все необитаемые и необслуживаемые здания неизбежно обветшают и обрушатся в первые же десятилетия, а растущей популяции постапокалиптических людей понадобятся жилища. Вероятно, будет гораздо проще построить новые, чем пытаться восстановить рассыпающиеся строения прежней цивилизации. А чтобы строить, придется научиться кое-каким основам. Кирпич, стекло, бетон и сталь — в буквальном смысле строительные блоки нашей цивилизации. Но все они берут начало в грязной земле, мягком известняке, песке и кусках камня, которые мы с помощью огня превращаем в самые удачные строительные материалы человеческой истории. Проследить этот процесс проще всего на примере глины, которой придают форму, пока она мягкая и податливая, а затем, обжигая в печи, превращают в твердую керамику — так человек меняет свойства вещества для своих целей.
Глина
В нашем современном обиходе глину мало кто замечает — многие, наверное, помнят ее только по школьным урокам лепки. Но вообще-то керамика сыграла решающую роль в развитии цивилизации. В глиняных сосудах с крышками пищу можно спрятать от насекомых и зверей, а также готовить ее, консервировать, выдерживать, транспортировать для продажи и брать с собой в дорогу. Глина, сформованная в виде брикетов и затем обожженная, дает незаменимый строительный материал, плоть городов, мельниц и заводов.
Пласты глины залегают повсюду, она обнаруживается под поверхностным слоем почвы во многих местах Земли. Глина состоит из мельчайших частиц алюмосиликатов — это слои окисленного алюминия и кремния, выветренных из скал и зачастую далеко унесенных реками или ледниками. Разные виды глины просто выкапываются из неглубоких ям и обрабатываются вручную. Примитивный сосуд можно изготовить, скатав из влажной глины шар, погрузив в него большие пальцы и вылепив круглую емкость. Но чтобы добиваться более сложных и разнообразных форм, придется заново изобрести гончарный круг. Самая ранняя конструкция круга — свободно вращающийся диск, на котором гончар крутит обрабатываемый объект. В «новом» гончарном круге, вошедшем в употребление по меньшей мере 500 лет назад, а может быть, намного раньше, используется маховик — например, массивный круглый камень, — который накапливает энергию вращения, чтобы ход круга был равномерным. Время от времени вращению придается новый импульс толчком руки или ноги или, если вам повезет найти его, действующим электромотором.
Высохшая глина — материал относительно долговечный, но еще лучше ее обжечь, превратив в керамику. При температуре от 300 до 800 °C из глины безвозвратно испаряется вода, и минеральные волокна спекаются вместе, но сохраняют пористую структуру. Если нагреть выше 900 °C, начнут спекаться сами частички глины и вытаивать незначительные примеси. Эти глазирующие соединения пропитывают всю структуру материала и, остывая, отверждаются в стекловидный агент, крепко связывающий кристаллы глины и заполняющий все полости, отчего сосуд становится особенно прочным и водонепроницаемым. Для герметизации изделие намеренно покрывают этим веществом перед обжигом — это и есть глазурование. Можно еще бросить в печь немного соли: испепеляющий жар разлагает ее, и пары натрия, смешиваясь с кремнием в составе глины, образуют прозрачное покрытие (только имейте в виду, что в процессе выделяется хлор, ядовитый газ). Этот метод исторически применялся для герметизации керамических труб, предназначенных для водопровода и канализации.
Обожженная керамика — не только прочный и водонепроницаемый материал, это еще и чрезвычайно термостойкий «огнеупор». У алюмосиликатов высокая температура плавления, и, поскольку составляющие их элементы уже соединены с кислородом, этот минерал не воспламеняется при нагреве. Такой огнеупорный кирпич — идеальный материал для печей и горнов. Чтобы использовать огонь в технологическом процессе, его нужно запереть в печи, а значит, понадобится вещество, которое не даст теплу уходить и в то же время само не пострадает от жара. Прекрасный пример того, как цивилизация сама себя тащит вперед: обжиг глины в большом костре для получения огнеупорного кирпича, из которого пережившие апокалипсис построят печи для обжига новых и новых кирпичей. Сама история цивилизации — это эпопея обуздания и одомашнивания огня, покорения все более высоких температур: от костра к гончарной печи, плавильне бронзового века, горну железного века и домнам промышленной революции — и этот путь был бы невозможен без огнестойкого кирпича.
Обожженный кирпич также повсеместно применяется в строительстве. В сухом климате сойдет и примитивная стена из высушенной на солнце грязи — самана, но сильный ливень может размыть такую постройку. Гораздо более стойкий кирпич получится, если несколько щедрых пригоршней глины умять в формовочную матрицу в виде параллелепипеда и отправить в печь, где цепь химических реакций превратит глину в твердую долговечную керамику. Однако для возрождения цивилизации несколькими пригоршнями глины не обойтись. Чтобы стена стояла прочно, ряды кирпича должны быть скреплены между собой — и тут мы возвращаемся к извести.
Строительный раствор
В предыдущей главе мы говорили, что первым материалом, который людям постапокалиптической цивилизации, вероятнее всего, придется добывать, когда иссякнут запасы, оставшиеся от нас нынешних, будет известняк. Мы говорили о том, что известняк играет ключевую роль в синтезе многих веществ, необходимых для цивилизации. Теперь давайте посмотрим, как этот же чудо-минерал поможет возродить ее из руин. Известняковые блоки — удобный строительный материал, как и мрамор, метаморфическая порода, в которую известняк превращается под давлением в глубинах земной коры, — но в постапокалиптическом мире важнее будут те продукты, в которые известняк можно превратить.
Гашеная известь умеет превращаться из мягкой пасты в материал, застывающий до твердости камня. В смеси с водой и некоторым количеством песка гашеная известь дает строительный раствор, который не одно тысячелетие служит человечеству для прочного скрепления каменных блоков в крепкие стены, способные нести большую нагрузку. Если песка взять поменьше, но подмешать какие-нибудь волокна, например конский волос, получится штукатурка, которой покрывают стены, чтобы были ровными.
Известковый строительный раствор в ходу уже много столетий, но перевернула саму природу строительства другая технология, открытая и внедренная в массовое производство римлянами. Римские зодчие заметили, что смесь гашеной извести с вулканическим пеплом, так называемым пуццоланом, или даже с истертым в порошок кирпичом или керамикой затвердевает много быстрее, чем просто гашеная известь, и оказывается в несколько раз прочнее. Этот удивительный минеральный клей под названием цемент может гораздо больше, чем скреплять между собой ряды кирпичной кладки. Им можно превратить в монолит мешанину булыжников и щебня, то есть, по сути, получить бетон. Эта революция в строительных технологиях позволила римлянам возвести такие поразительные сооружения, как Колизей или огромный купол римского Пантеона, который поныне остается самым крупным в мире монолитным бетонным куполом.
Но по-настоящему достичь торгового и военного могущества Риму помогло другое, почти волшебное свойство цемента: бетон, сделанный с пуццоланом или толченой керамикой, затвердевает даже под водой. В отличие от известкового раствора цемент застывает в воде, и там происходит другой химический процесс. Вулканический пепел содержит алюминий и кремний — мы их упоминали как составляющие глины, — которые реагируют с гашеной известью и, гидратируясь, образуют исключительно прочный материал.