Научно – исследовательский проект

О СОЛЯХ И РАСТВОРАХ в старинных первоисточниках Выполнили: ученицы 11 класса МОУ Татарско-Тумбарлинская СОШ Кашапова Зульфия Расиховна, Хабибуллина Зарина Ринатовна. Руководитель: I квалификационной категории Шафикова Римма Нурсаетовна. Бавлы 2010

Изучение письменных свидетельств минувших времен занимает почетное место в исторических исследованиях. Иногда эти свидетельства не только информативны, но и чрезвычайно красивы, имеют огромный познавательный потенциал, историко - литературную и культурную ценность. К наиболее древним из известнейших и широкодоступных первоисточников относятся такие шедевры, как шумеро-аккадский «Эпос о Гильгамеше», эпические поэмы «Одиссея» и «Илиада» Гомера, «Энеида» Вергилия, натурфилософская поэма Лукреция «О природе вещей». Неформальное отношение к этим первоисточникам, сопоставление их содержания с более поздними произведениями, такими, как, например, карело-финский эпос «Калевала» или классические эпосы средневековой Европы, создают условия для проведения исторического эксперимента.

Задачи: - посмотреть на прошлое глазами современника и предпринять виртуальное путешествие во времени; - создать собственную личностно значимую модель отношения прошлого и настоящего в культурном, цивилизационном, научно-исследовательском, общехозяйственном аспектах; -пронаблюдать генезис формирования естественно- научных представлений и использования знаний на практике; -сделать выводы относительно развития умений целенаправленного воздействия на тела и вещества с целью достижения желаемых превращений и необходимых свойств; - на общекультурном материале проследить фундаментальный естественно-научный комплекс «состав строение свойства применение».

Соль сыграла исключительную роль в человеческой истории, и неспроста в вечную латынь вошла емкая и многозначительная фраза: «cum grano salis» «в этом вся соль», «глубинный смысл». «Соляные» афоризмы римлян этой фразой далеко не исчерпываются. «Sal patriae pluris faciendus, quam hospitis mensa» прямой смысловой аналог грибоедовского «И дым отечества нам сладок и приятен». Латинскому «Cum sale panis latrantem stomachum bene lenit» соответствуют множество русских пословиц и поговорок: «Хлеб да соль, и обед пошел», «Сколько не думай, а лучше хлеба- соли не придумаешь», «Без соли невкусно, а без хлеба несытно», «Хлеб-соль и во сне хорошо».

Соль рассматривали как одну из важнейших, принципиальных составляющих пищи: Но жена взглянула косо, Принесла мне щей из дому, Жир в них съеден был собакой, Пес слизал всю соль с капусты. Соль содержится во многих, если не во всех, биологических жидкостях, и это знали люди прошлого, свидетельства чему можно найти, например, у Вергилия: …пот проступил на теле соленый… [Энеида, II, 173 ],

Тита Лукреция Кара: Шея покрыта была лоснящейся влагою пота, В жидких и скудных плевках соленая, цвета шафрана, С хриплым кашлем слюна С трудом выделялась из горла. [О природе вещей, VI, ], или Омара Хайяма: Небо - пояс загубленной жизни моей, Слезы павших – соленые волны морей.

Осмотическое давление биологических жидкостей определяет «сосущую» силу клеток и в значительной мере обусловлено содержанием в них хлорида натрия. Не получая хлорид натрия извне, организм отдает его из тканей, что приводит к серьезным нарушениям в обмене веществ. Поэтому нужны дополнительные поступления соли извне. Древние люди включали соль в перечень самого необходимого: «Главное из всех потребностей для жизни человека – вода, огонь, железо, соль…» [Сир., XXXIX,32]. Соль необходима для нормальной жизнедеятельности не только людям, но и животным:

У меня коров довольно, Молоко дают мне много… Хороши они без кому И красивы без надзора; Их не связывают на ночь, Не развязывают утром. Не кладут пред ними корму, Им не сыплют утром соли. [Калевала, XI, ]

Отметим, что соотносить содержание «Калевалы» с другими произведениями сложно. Этот эпос создавался длительное время – со средних веков по XVIII-XIX столетия. Творили же его люди, фактически находившиеся на первобытной ступени развития общества, но соседствовавшие с существенно более цивилизованными народами, что, безусловно, создавало некоторый специфический фон. Итак, «Калевала» сообщает, что, хотя соль и рассматривалась как показатель благополучия и достатка:

И выковывает Сампо, Что муку одним бы боком, А другим бы соль молоко, Третьим боком много денег. [Калевала, X, ], ее вводили даже в рацион домашних животных. На этом фоне особенно обращается внимание на полное отсутствие информации о соли в таких древнейших литературных памятниках, как «Авеста» и «Эпос о Гильгамеше».

Хотя один из фрагментов шестой таблицы «Эпоса о Гильгамеше» все-таки можно расценивать как опосредованное упоминание о соли: «…носил… зольные хлебцы». Зольные хлебцы скорее всего были выпечены примитивным методом - в горячей золе. При выпечке зола, содержащая некоторое количество хлорида натрия, неизбежно попадала в верхнюю часть коржа и подсаливала лепешку. Впрочем, не исключено, что золу специально добавляли в тесно. Некоторую информацию об этом можно почерпнуть из классического цикла легенд западноевропейского Средневековья, известного как «Роман о Тристане и Изольде»: «… они разделили между собой ячменный с пеплом хлеб» [Изольда Белорукая]. Может быть, и этот хлеб был загрязнен твердыми продуктами сгорания топлива? Нет. Золу или пепел добавляли специально на стадии приготовления теста: «Не поставил он деликатных блюд, а угостил лишь хлебом из ячменной муки, смешанной с пеплом…» [Изольда Белорукая].

Может быть, во времена сложения «Эпоса о Гильгамеше» соль не имела широкого применения в связи с ее высокой стоимостью. Ведь соль высоко ценили и в значительно более поздние времена: Горе! Так, видно, с лицом у тебя твой рассудок несходен; В доме своем ты и соли щепотку мне дать пожалел бы. [Одиссея,XVII, ] Высоко ценили соль древние греки, хотя и жили возле ее величайшего вместилища – моря: В страхе великом тогда приходили мы тесным проливом; Сцилла грозила с одной стороны, а с другой пожирала Жадно Харибда соленую влагу… [Одиссея,XII, ]. Разумеется. о присутствии в морской воде соли знали не только греки, но и другие цивилизованные народы Античности. Вот что об этом говорят римские источники: … стосковавшись по суше, троянцы На берег мчатся скорей, на песок желанный ложатся, Вольно раскинув тела, увлажненные солью морскою. [Энеида,I, ].

Отсутствие знаний о соли представлялось жителям древней Эллады высшей степенью дикости. Возникал даже вопрос: может ли такое вообще быть? Как можно, путешествуя морем, встретить людей, этого моря не знающих и не пользующихся его благами?... весло корабельное взявши, отправься Странствовать снова и странствуй, покуда людей не увидишь, Моря не знающих, пищи своей никогда не солящих. [Одиссея, XI, ] Трудно определить, где и когда впервые встал вопрос о том, каким образом соль попала в море, но попытки объяснения этого феномена дошли до нас в римском научном наследии. Оперируя понятиями наивного атомизма древности, Лукреций привел на этот счет любопытные, но, к сожалению, не слишком вразумительные соображения: Там, где простерлась теперь океана лазурная область, Вниз провалилась земля и пучиной соленой залилась. День ото дня, чем сильней и эфир раскаленный и солнце, Распространяя лучи, отовсюду давили на землю, Так что, под градом толчков на все ее крайние части, Плотно сбивалась она, постепенно сгущаяся к центру, Тем изобильнее пот у нее выжимался из тела, Влагой соленой моря и водные полня равнины. [О природе вещей, V, ] Нечто похожее можно найти и в трудах Эмпедокла: Море пот земли... Быстрыми солнца лучами разимая соль отвердела... [О природе, 55-56]

Эти представления совсем незначительно выходят за границы мифологических, но весьма показательны, поскольку отражают попытки древних дать реалиям природы научное объяснение. Отметим, что эти взгляды, наверное ввиду их образности и доходчивости, оказались феноменально живучими и прослеживаются, например, в «Городе солнца» (1602) Томмазо Кампанеллы: «Море это пот Земли...» Суждения Томаса Мора, насколько можно судить из текста «Утопии» (1516), видимо, недалеко ушли от Лукрециевых. Важно другое свидетельство, что более чем за полторы тысячи лет (как, впрочем, и поныне) люди не утратили интерес к этим вопросам: «... утопийцы... по некоторым приметам, полученным путем продолжительного опыта... предсказывают дожди, ветры и прочие изменения погоды. Что же касается причин всего этого, приливов морей, солености их воды и вообще происхождения и природной сущности неба и мира, то они рассуждают об этом точно так же, как наши старые философы; отчасти же, как те расходятся друг с другом, так и утопийцы, приводя новые причины объяснения явлений, спорят друг с другом, не приходя, однако, во всем к согласию» [О путешествиях утопийцев].

Соль издревле получали упариванием природных соляных растворов (не секрет, что там, где много соли, часто возникают проблемы с пресной водой: «Жители Египта, города которых лежали не на реке, а внутри страны, как только река отступала, страдали от недостатка воды и вынуждены были пить солоноватую воду, которую вычерпывали из колодцев» [Геродот, История, II, 108]). Поэма «О природе вещей» позволяет найти содержательные рассуждения о выпаривании соляных растворов и кругообороте воды в природе:... воды текут постоянно, Нет нужды говорить: потоков великих стремленье Это являет везде; но вода постепенно уходит, Так, что в целом и нет никакого избытка во влаге. Частью стремительный ветер, взметая морские равнины, Воду уносит, а солнце лучами ее распускает. [О природе вещей, V, ]

и далее: Множество, кроме того, поднимает от моря природа Тел дождевых, как о том говорит нам вобравшее сырость Платье, которое мы развесим по берегу моря. Видно из этого нам, и что в значительной степени тучи Могут усиливать рост от движенья соленой пучины; Ибо во кровном родстве находятся всякие воды. Кроме того, и от рек и от самой земли, как мы видим, Часто туманы идут, и пар постоянно клубится; Точно дыханье, они уносятся кверху оттуда, Мглою своей небеса затмевая, и, мало-помалу Вместе сходясь в вышине, облака, наконец, образуют. [О природе вещей, VI, ]

В древних текстах можно усмотреть и теоретические основы процесса упаривания растворов и получения соли как частного проявления общего принципа кругооборота веществ в природе: «Все, что от земли, обращается в землю, и что из воды возвращается в море» [Сир., XL, 11]. Водно-солевой раствор можно рассматривать как производное твердого соли (кстати, именно «философская соль» стала в XVI столетии воплощением общего принципа твердости в системе алхимико-иатрохи-мических представлений Парацельса, а согласно греческим натурфилософским воззрениям его воплощением считалась земля) и жидкого воды, как настоящей, так и идеальной, философской. В процессе упаривания составные части раствора разъединяются, в результате чего соль вновь становится твердым веществом, т. е. «что от земли, обращается в землю».

Естественно, что в зависимости от состава сырья (соляного раствора) и использованной технологии качество получаемой соли также будет разным. На каком основании можно утверждать, что людям Античности это было известно? Если бы технология получения хлорида натрия сводилась лишь к элементарному упариванию морской воды, то этим простейшим процессом владели бы все без исключения живущие у моря народы, но строки «Калевалы» свидетельствуют об обратном: О, когда б запел создатель... Произнес бы заклинанья. Море в мед он обратил бы, А песок в горох красивый, Хрящ морской в хороший солод, Солью стали б камни моря, Хлебородной почвой рощи, Темный лес пшеничным полем, Горы стали б пирогами, Стали б яйцами каменья. [Калевала, XXI, 389, ]

Зачем мечтать, чтобы в результате божественной милости «солью стали... камни моря», если соль несложно получить естественным путем? Тем более зачем доставлять ее из-за тридевяти земель, о чем опять-таки вещает «Калевала»: В печке медная кастрюля, Вся наполнена, набита Мяса толстыми кусками И обсыпанными солью, Что из дальних мест везется, Из земли идет немецкой, С вод морских, что за Двиною: По соленому проливу В кораблях она приходит. [Калевала, XLVI, ]

Соль получали из разных источников: из ее залежей (каменная соль), экстракцией из солончаковой земли, упариванием вод соленых источников и морской воды. Последний метод в древности был, пожалуй, самым распространенным. Суть его сводится к естественному упариванию морской воды, при котором повышалось содержание растворенных в ней солей и они выкристаллизовывались в соответствии с растворимостью. Этот процесс хотя и кажется простым, но имеет свою специфику, без понимания которой получаемая соль будет малопригодной для пищевых целей ввиду высокого (13-24 %) содержания нежелательных примесей.

Во-первых, качество соли соотносилось с ее чистотой наличием примесей и, наверное, не только землистых частиц, но и других солей, т. е., если не на научном, то хотя бы на бытовом уровне было известно о существовании других солей. К этому заключению можно прийти, приняв во внимание рассуждения Лукреция, согласно которым, если перейдена некая принципиальная граница в свойствах тел для соли, например, во вкусе, то и тела эти следует считать принципиально разными:... таким образом, форм новизна приращение тела Вслед за собою влечет могло бив худшее все обращаться Тем же путем, как оно достигать бы могло совершенства; Ибо одно за другим отвратительней все бы являлось И для ноздрей и ушей, и для глаз, и для нашего вкуса. Если же этого нет, но все вещи в известных пределах Держатся с той и с другой стороны, то признать ты обязан, Что разнородность фигур у материи также предельна. [О природе вещей, II, , ]

Во-вторых, древняя технология получения соли, вероятно, включала стадию очистки продукта. Скорее всего очистка соли осуществлялась перекристаллизацией или, вернее, отмывкой с попутной перекристаллизацией продукта-сырца. Обычно соль выпадает из раствора довольно крупными кристаллами. Однако, согласно Цицерону, замечательная аттическая соль была мелкой или, точнее, мелкокристаллической. Как это можно объяснить? Кристаллизация вещества это образование его кристаллов твердых тел, по­строенных из закономерно расположенных в пространстве молекул, атомов, в случае с хлоридом натрия ионов, вещества. Фор­мированию кристаллической решетки упорядочиванию структуры вещества естественным образом противодействует броуновское движение его частиц, которое зависит прежде всего от температуры. При низких температурах броуновское движение менее интенсивно, чем при высоких, и, соответственно, условия способствуют росту больших кристаллов.

При повышенных температурах вероятность роста больших кристаллов уменьшается и соль выпадает из раствора в виде мелких кристалликов, т. е. можно предположить, что аттическая соль выпадала из горячих растворов. Но, как известно, в Атти­ке морскую воду упаривали естественным путем без принудительного нагрева, поскольку с топливом в Греции было неважно, а климат был теплым. Поэтому логично предположить, что нагрев использовали на заключительных фазах процесса для упаривания сконцентрированного под солнечными лучами раствора соляной рапы. При этом одновременно происходили и образование мелкокристаллического осадка, и очистка хлорида натрия от основных примесей сопутствующих солей. Такая аттическая соль была бы действительно высокого качества.

Для очистки соли использовано изменение при повышении температуры растворимости хлорида натрия и основных примесей, обусловливающих горький вкус, сульфата магния и хлорида калия. Сульфат магния и хлорид калия при 20 °С по растворимости не очень отличаются от хлорида натрия и выпадают из растворов практически одновременно. При повышении температуры их растворимость значительно возрастает, в то время как у хлорида натрия она остается почти неизменной. Из горячего раствора хлорид натрия выпадает мелкими кристаллами, а примеси остаются в растворе. Этим простым и эффективным методом пользуются и поныне, хотя он и не безальтернативный. В книгах II, V, VI поэмы «О природе вещей» содержатся фрагменты, которые можно расценивать как понимание и комплексное применение древними ряда важнейших и абсолютно современных физических и физико-химических методов очистки фильтрации, сорбции и препаративной ионообменной хроматографии.

Ничего подобного нельзя найти в «Эпосе о Гильгамеше», не дают дополнительной информации и «Одиссея» с «Илиадой». Приведем цитату, которая содержит не только выразительное описание конкретного естественно- научного наблюдения, но и его теоретическое обоснование: Если ж какая-нибудь представляется горькою жидкость, Влага морей, например, то не надо тому удивляться: Жидкость ее состоит из гладких и круглых частичек, Но и шершавые к ней примешались, дающие горечь; А крючковатыми быть для сцепленья им вовсе не надо. Хоть и шершавы они, однако же и шаровидны: Им и катиться легко, и язвить одновременно чувства. А чтоб ты лучше постиг, что и грубые могут начала С гладкими смесь составлять в Нептуновом теле соленом, Можно для этого их разобщить и увидеть отдельно Пресной воду морей, когда, просочившись сквозь землю, Каплет она в водоем и, стекая, становится мягкой. Ибо при грубости их, ее горечи мерзкой начала, Не уходя в глубину, на поверхности держатся почвы. [О природе вещей, II, ]

Таким образом, можно заключить, что, по крайней мере, на рубеже нашей эры проходило активное формирование представлений о солях и растворах, даже сделаны были попытки обосновать растворимость веществ: Сок виноградный спешит с родниковой смешаться водою, Но ни густая смола, ни легкое масло не могут. [О природе вещей, VI, ] Эти соображения по сути своей заключают смысл первой в истории науки теории растворимости, выражаемый классическим алхимическим принципом: «Simila similibus solventur» «Подобное растворяется в подобном». Мысль, высказанная Лукрецием, определенно близка к воззрениям о сродстве веществ, которые в Новое время легли в основу теории химического сродства.

Представления о растворах и растворимости формировались методом проб и ошибок. При этом не обошлось и без казусов, причину которых, наверное, следует искать в мифологическом мышлении людей прошлого. Примеры этого можно обнаружить в геродотовской «Истории».

Геродот, разумеется, знал, что соль отлично растворяется в воде:«... холмистая песчаная пустыня простирается до Геракловых Столпов и даже еще дальше. Встречаются в пустыне через каждые десять дней пути все новые соляные копи и у них людские поселения. Жилища всех этих людей строятся из глыб каменной соли. Эта часть Ливии совершенно не орошается дождями, в случае дождя ведь стены [хижин] из соли не могли бы выдержать» [История, IV, 185]. Однако он не удержался от явного преувеличения: стены строились из солончаковой глины, но никак не из самой соли. Не удержался он и от изображения следующей феерической картины:«... во внутренней части... Ливии... лежит холмистая песчаная пустыня, простирающаяся [вдоль побережья] от египетских Фив до Геракловых Столпов. В этой пустыне приблизительно на расстоянии десяти дней пути друг от друга встречаются на холмах огромные глыбы соли. На вершине каждого холма изнутри соляной глыбы бьет ключом источник холодной пресной воды» [История, IV, 181]. Любопытно, как долго может бить источник из соляной глыбы? К этому вопросу Геродот подошел явно не критически. Источники обычно берут начало в низинах, а не на самих холмах, а вот солончаки могут быть и на вершинах. Да и «огромные гль'бы соли» могут оказаться сильным преувеличением, как, например, залежи соли в Днепровском лимане: «В устье Борисфена само собой оседает несметное количество соли» [История, ГУ, 53]. В Днепровском лимане были обширные солончаки, но отложениями солей, как, например, в заливе Кара-Богаз-Гол», назвать их можно с большой натяжкой.

Оставим без дальнейших комментариев сентенции. впечатлительного Геродота.. Оставим без комментариев и теоретические соображения Лукреция о морской воде как смеси частиц воды и солей, они так изложены вполне понятно. Рассмотрим с современных позиций суть описанных (О природе вещей, II, ) процессов опреснения воды в результате пропускания через слой земли. Фильтрация. Проходя через пористый материал, будь то хоть лист бумаги, хоть слой песка, вода избавляется от подавляющей части взмученных в ней частиц фильтруется. Но иногда к фильтрации нерастворимых частиц добавляется еще и сорбция растворенных в воде веществ на фильтровальном материале.

Сорбция (от лат. «sorbeo» - поглощаю). Большинство веществ имеет пористое строение: Снова напомню тебе я при этом, насколько все вещи Пористы телом. Уже из первой то явствует песни. Дело ведь в том, что хотя для многого знать это важно, Но для того, что сейчас непосредственно нас занимает, В самом начале должно установлено быть непременно, Что не встречается тел без смешения их с пустотою. [О природе вещей, VI, ] Некоторые же вещества, например определенные горные породы, просто изобилуют порами имеют огромное количество более или менее широких и длинных микроскопических полостей: «Пористей всей остальной вкруг источника этого почва» [О природе вещей, VI, 862]. Часть ионов, содержащихся в растворе, застревает в этих канальцах и пребывает в них значительное время сорбируется, в результате чего содержание соответствующих солей в растворе снижается. Значительным внутренним объемом и, соответственно, способностью к сорбции обладает, например, пе­пел «жаждущий пепел», как его образно называл Вергилий [Энеида, VI, 227]. Однако следует отметить, что в этом случае к сорбционным процессам. добавляется, еще и ионный обмен.

Вещества, способные к таким ионным обменам, называются ионитами, в нашем случае с очисткой соли катионитами. Многочисленные и разнообразные иониты, как естественного, так и искусственного происхождения, в наши дни находят широчайшее практическое применение в промышленных процессах, коммунальном хозяйстве, научно- исследовательской деятельности, в быту: Много еще привести я мог бы примеров, но надо ль? Ведь ни тебе не нужны околичности эти нисколько, Ни для меня ни к чему затрачивать столько стараний. Надо в коротких словах постараться все выводы сделать: Вещи, в которых их ткань совпадает взаимно с другою, Так что, где выпуклость есть, у другой оказалась бы там же Впадина, эта их связь окажется самою тесной. Есть и такие еще, что крючками и петлями будто Держатся крепко и так друг с другом сцепляются вместе. [О природе вещей, VI, ]

Знали древние и об образовании соляных аэрозолей: Часто нам в рот, наконец, попадает соленая влага, Если вдоль моря идем... [О природе вещей, VI, ] и об агрессивности (коррозионной активности) соли Лукреций рассказывает о «приморских камнях, изъеденных едкою солью» [О природе вещей, I, 326]. Отмечает это и Гомер: Мало из мутносоленой пучины на твердую землю Их утомленных, изъеденных острою влагой выходит. [Одиссея, XXIII, ] И Геродот вспоминал, что в Египте «из почвы выступает соленая вода, которая разрушает даже пирамиды» [История, И, 12]. Едва ли мы достоверно узнаем, когда люди обратили внимание на еще один аспект - антисептические (от греч. «anti» -против, «septikos» гниение) свойства соли, хотя намеки на это можно усмотреть в «бесплодно-соленой бездне» «Одиссеи»: Быстро помчался потом по волнам рыболовом крылатым, Жадно хватающим рыб из отверзтого бурею недра Бездны бесплодно-соленой, купая в ней сильные крылья. [Одиссея, V, 51-53]

При высокой концентрации солей жизнь становится практически невозможной, пример тому море с говорящим названием Мертвое. Причина этого кроется в огромном осмотическом давлении крепких соляных растворов. При содержании хлорида натрия на уровне 15 % и более соляные растворы «выпивают» внутриклеточную воду и убивают даже микроорганизмы. На этом и основывается антисептическое действие соли. Из геродотовской «Истории» можно сделать вывод, что, по крайней мере, в V в. до н. э. метод консервации солью египтяне использовали весьма широко («Рыбу же египтяне едят частью в сыром виде вяленой на солнце, частью просоленной в рассоле. Из птиц употребляют в пищу также в соленом виде перепелок, уток и мелких птичек» [История, II, 77]) и масштабно: «...побережьем Египта называют лишь пространство на 40 схенов, от так называемой башни Персея до пелусийских заведений для вяления и засола рыбы» [История, II, 15]. Такова она, соль и жизненно необходимая, и жизнеубивающая.