Привет всем любителям науки, техники и технологий. Давненько мы с вами не отправлялись в те самые времена, когда мать природа была превыше всего… Что же, будем исправлять!
Ознакомиться с нашим уровнем техники и технологий вы можете в прошлых постах.
А сегодня мы с вами начнем погружаться в азы химии и получения различных веществ. Согласитесь, не хочется все время махать копьем и стрелять из лука? Душа желает стрелять, да чтобы как в фильмах. Еще в древнем Китае люди научились стрелять и производить фейерверки, но основной ингредиент было не так-то просто достать… Вы правильно понимаете, сегодня речь пойдет про порох.
Но прежде чем мы перейдем к пороху, надо сделать шаг назад и обзавестись дополнительными приспособлениями. Мы имеем в виду керамическую или глиняную посуду.
Итак, керамика.
Древнейшая вещь после каменного инструмента. Человек овладел огнем — и появилась керамика.
Однако, как и везде — проблема получить именно те свойства, что были задуманы.
Тут мы расскажем общие свойства главного материала керамики — глины.
Вообще, глина — это в любом случае смесь всего трех веществ — оксида кремния (SiO2), оксида алюминия (Al2О3) и воды (H2O). Однако, даже такой состав может отличаться не только процентным составом, но и кристаллической решеткой, так как глина имеет в себе химически связанную воду и связи эти могут быть очень разными.
Если у нас в глине почти ничего другого нет, мы имеем оксида кремния — примерно 47%, оксида алюминия примерно 39%, воды примерно 14%.
Это лучшая белая глина, каолинит. Он не слишком пластичен из-за достаточно крупных кристаллов, поэтому лепить из него трудно. Зато он — качественная тугоплавкая глина, что ценно для других областей промышленности — например, для стеклодувного дела.
Но вместе с каолинитом часто идет галлуазит с мелкодисперсными частицами — вот он уже отлично лепится.
Но и это не все, как всегда в реале — «имеются варианты».
Главное различие между глинами — в примесях.
А они могут быть просто фантастически разными.
Во-первых это кварцевый песок (SiO2).
Кварцевый песок — это даже не примесь, это необходимый компонент, его может быть в глине до 60%. И он будет в глине всегда — пусть несколько процентов, но будет.
Глина, в которой мало этого мельчайшего кварцевого песка — «жирная» глина. Она липнет к рукам, плохо держит форму, сохнет долго и при этом растрескивается (потому что усадка большая), а при обжиге легче деформируется.
Глина, в которой много кварцевого песка — «тощая» глина. Она нормально не лепится, при попытке изогнуть слепленное глина трескается и куски плохо приклеиваются друг к другу. Кроме того — прочность изделий снижается.
Если мы в наших скитаниях нашли глину, но она «тощая» — хорошей посуды не получится. Конечно, можно придумать технологию вымывания кварцевого песка, но много проще найти место с более «жирной» глиной. А вот если вы нашли только «жирную» глину, то можете в качестве отощителя добавить размолотый речной песок — и все получится.
Следующая примесь — соединения железа. Они бывают и в виде пирита FeS2 и чаще всего — в виде окислов (фактически — ржавчины). В глине легко может быть железа до 5-8%, как правило — в виде очень мелкодисперсных частиц. Именно они дают привычный красный цвет глиняным горшкам. Если железа в глине много — даже снижается температура плавления глины. До обжига такая глина — зеленовато-коричневатая, самая распространенная глина на этой планете, я думаю нет человека, который ее не видел.
Еще одна примесь — карбонаты кальция и магния. Они уже не такие безобидные, как железо. Они считаются вредной примесью. Они дают трещины после обжига, изделия получаются очень пористые и непрочные. Но если брать обычный красный кирпич — там этих карбонатов может набраться до 30%. Кирпич при этом получается такой себе потрескавшийся, но вполне пригодный для постройки. Сейчас их присутствие определяют по выделению углекислого газа при действии на глину соляной кислотой.
Если вы нашли глину, где много карбонатов кальция и магния — вы не получите из нее хорошей посуды. Только кирпич.
Остальные примеси настолько на качество изделий не влияют. Например, если в глине содержится гипс — он дает выплавки в виде прозрачных капелек зеленоватого стекла. Или, например, сульфаты дают после обжига белесоватые гладкие пятна. Соли ванадия — желтовато-зеленоватые пятна.
Соединения натрия и калия резко снижают температуру плавления глины.
Еще попадаются органические примеси, вроде мельчайших частиц угля, которые дают глине черно-серый цвет и выгорают при обжиге. При этом случается так, что после выгорания органики обожженная глина становится белой.
В общем — вполне юзабельная глина, пусть даже не такая прочная и не такая красивая.
Глину найти не так трудно (ну, если вы не в Сахаре, где вокруг песок или не в тундре, где вечная мерзлота).
Глина — порода осадочная и вымывается водой. Поэтому глину и стоит искать у воды:
1. В заболоченных местностях.
2. Где много ручьев и родников по берегам рек и в оврагах.
3. Где низкий уровень воды в колодцах (то есть — низкий уровень подпочвенных вод).
Идеальнее всего — смотреть обрывы по берегам рек и в оврагах, где геологические слои уже вскрыты и лежат как слоеный пирог.
Но без лопаты в любом случае не обойтись.
Глину распознать просто. Достаточно растереть в пальцах образец и добавить немного воды. Как при этом ведет себя глина известно каждому. В конце концов мы все в раннем детстве научились различать в песочнице песок от собачьих экскрементов — и это умение нам сейчас и пригодится.
В данном случае главное — записывать как можно точнее где был взят образец, при этом ценными будут данные о толщине слоя глины и о толщине покрывающих пород, ведь попаданцу придется много копать.
Также некоторые свойства найденной глины можно определить на месте.
Например, рекомендуется тут же развести глину водой, слепить из нее колбаску толщиной с палец и попытаться ее согнуть — до тех пор, пока она не треснет. Пластичность глины определяется по радиусу изгиба. Если глина плохо гнется и белая — это каолин, можно задумывать химические производства.
А количество песка столетиями пробовали «на язык». Если в глине мало песка, то он на зубах не скрипит.
В общем — в любом случае для окончательного вердикта необходим пробный обжиг.
Таким образом у нас появилась посуда! А если добавить к обращениям с глиной немного практики, то мы сможем слепить с вами все, что наша душа пожелает. И можем возвращаться к пороху.
Классический дымный порох состоит из трех компонентов — уголь, сера и селитра.
Древесный уголь в то время был доступен везде, его можно получить путем пережигания в ямах без доступа воздуха.
Сера в древние времена была привозная, но была — ее добывали на вулканах и плавили в горшках с водой. Но мы же не можем рассчитывать на кого-либо кроме себя? Так что и серу будем добывать сами.
Сделаем очень грубое уточнение. Мы очутились в той местности, где есть вулкан. Если вы считаете, что это слишком нечестно, то напишите в комментарии и мы расскажем, как добыть серу без вулкана. А пока хоть в фантазиях, но упростим себе жизнь. Вокруг вулкана можно найти очень много веществ содержащих серу, как минимум по резкому запаху. Для добычи нам потребуется два глиняных горшка. Один вкапываем в землю. На него ставим другой, с отверстием в дне. Заполняем верхний горшок веществом, содержащим серу и нагреваем. В результате нагрева, сера будет стекать в нижний сосуд, в результате чего, после отвердевания, мы получим нужный нам ресурс.
А вот с получением селитры у нас могут быть проблемы.
Рассмотрим самый древний, простой и средневековый метод — в селитряницах.
Слово «селитряница» имеет в русском языке негативное значение, подобное «навозной куче». То есть — раньше имело, потому что уже много сотен лет селитряниц не существует. Но если вы попали в древность, то спрашивать «селитру» бесполезно, она называлась «емчуга» (не путать с жемчугами!). Ну и некоторое время ее называли «китайский снег».
Селитряница вообще — это и есть куча навоза и отбросов. В нее свозили дерьмо, золу, землю с кладбищ, листву, ботву с огородов, солому, пищевые отбросы, трупы животных. Туда же добавляли старый строительный раствор, куски штукатурки и прочий известковый материал — но это не идеальный вариант, потому что селитра получается кальциевая, гигроскопическая. Нам же желательно калиевую, но для нее вместо извести нужно много золы.
Все это обильно и много лет поливали мочой и помоями, ставились заборы и навесы для защиты от солнца и дождя, покрывалось сверху соломой и ветками и оставлялось для созревания. При этом очень хорошие результаты были там, где использовались человеческие моча и экскременты, варианты с навозом животных давали меньше селитры.
Понятно, что внешне такие «производственным мощности» не радовали, особенно на запах.
Тем более, что этот процесс должен идти хотя бы два года. То есть сразу никак не выйдет, а только спустя годы ожидания.
В те времена то, что происходило в кучах было тайной, но сейчас мы можем разложить по полочкам.
Сначала остатки разлагаются и производят аммиак. Потом в дело вступают несколько видов нитратных бактерий, которые перерабатывают аммиак на азотистую и слабую азотную кислоту. Кислоты вступают в реакцию с минеральными основаниями и дают нитриты и нитраты.
Для того, чтобы аммиак зря не выходил, селитряницы и огораживают от ветра, а также покрывают плотным слоем соломы и дерна.
Для того, чтобы дожди не вымывали готовые кислоты, делают навесы.
Моча пьяниц содержит аммоний, способствующий процветанию нитратных бактерий.
Известь или зола служат минеральными основаниями для нитритов и нитратов.
Тут нужно помнить, что так как первую скрипку играют бактерии, то многое зависит от климата. В северных странах селитру не очень-то сделаешь, а холодной зимой процессы производства вообще останавливаются. В этом отношении идеально было в Южном Китае, где и изобрели порох — там жаркие влажные периоды сменялись сухими и теплыми, во время которых селитра кристаллизовалась. В любом случае — во Франции селитру получать куда как легче, чем на Урале.
Итак, прошло два года. Мы имеем разложившуюся массу. Из нее нужно добыть селитру.
После созревания «селитряная земля» промывалась водой, которая растворяла селитру. Полученый щелок выпаривался в медных котлах и остужался в корытах. При этом на дне вырастали крупные шестигранные кристаллы — искомая селитра. Полученную селитру «литровали» — очищали повторной промывкой.
Из кубометра «селитряной земли» двухгодичной давности получалось примерно 5 кг селитры.
Итак, вот мы через это все прошли и получили… Что мы получили? В полученном веществе — приблизительно 10% калиевой селитры, 18% хлористого натрия и 72% нитрата кальция и магния. Как бы стрелять можно, но лучше все же поля удобрять.
Вообще вопросы качества тут встают в полный рост. Как нам определить качество селитры? Ведь в порохе ее должно быть не менее половины, а идеально — в районе 75%.
Да и качество полученного пороха в целом как определять?
Ну, с углем еще понятно — сначала древесный уголь для пороха делали исключительно из крушины, потом начали обжигать ольху, липу, орешник и другие мягкие породы.
В Петровские времена, например, считалось что порох получается лучше, если при его изготовлении использовать вино: «велено зелейным мастерам зделать из готовой мякоти 300 пуд самого доброго чистаго пороху с вином для стрельбы». Хотя если учесть, что поначалу качество пороха определялось исключительно на язык, возможно вино имело свою роль…
Ну и остается смешать калиевую селитру, серу и древесный уголь в соотношении 75:15:10. И мы имеем самое грозное оружие. Оно все еще представляет опасность для нас самих, но окружающих пугает все равно больше.
На уместный вопрос, о месте применения полученного пороха, мы пожалуй ответим в следующий раз! А вам, всего хорошего и не теряйтесь ни в каких ситуациях.
