Principles of Chemistry
Źródła chemii stosowanej
Wczesny okres chemii
Pierwsze zastosowania procesów chemicznych dotyczyły wydobywania i obróbki metali oraz produkcji ceramiki. Działania te były wykonywane bez jakiegokolwiek teoretycznego zaplecza, ale często ze znacznymi umiejętnościami, co wskazuje na długą praktykę i solidne poznanie właściwości materiałów. Badanie działalności przemysłowej narodów starożytnych pokazuje, że sztuka techniczna okresu klasycznego w Grecji i Rzymie, uważana za wyróżnik cywilizacyjny, to tak naprawdę schyłkowe formy rzemiosła praktykowane wiele wieków wcześniej w epoce brązu przez kultury Egiptu i Mezopotamii. Wkroczenie ras wykorzystujących żelazo na obszary śródziemnomorskie zajmowane uprzednio przez ludy o większej kulturze, które miało miejsce około 1000 r. p.n.e., i wprowadzenie epoki żelaza, pod wieloma względami była przerwą w ciągłości rzemiosła, ale wiele najstarszych sztuk wciąż zachowało się w niemal oryginalnej formie. Na przykład garncarz nadal używał prawie tych samych materiałów i urządzeń, co człowiek neolityczny. W poniższym krótkim szkicu próbuję przedstawić rozwój sztuki chemicznej w najwcześniejszych okresach.
Wiedza o metalach
We wczesnym okresie człowiek nie używał metali: jego narzędzia były wykonane z kamienia, rogu lub kości. Pierwszym znanym metalem było prawdopodobnie złoto, które występuje w formie rodzimej w niektórych piaskach rzecznych przyciągając uwagę swoim kolorem i połyskiem. Najwcześniejsze złoto zostało prawdopodobnie pozyskane jako niewielkie samorodki wypłukane ze złóż aluwialnych. Złote ornamenty znajdują się na pozostałościach wypolerowanych i obrobionych elementów kamiennych z bardzo wczesnego okresu epoki neolitu. Kolejnym znanym metalem była prawdopodobnie miedź, a niektórzy uważają, że była znana jeszcze przed złotem w Egipcie. Rodzimą miedź wykorzystywali amerykańscy aborygeni, ale miedź egipska została prawdopodobnie uzyskana po raz pierwszy przez redukcję malachitu (ruda miedzi złożona głównie z węglan tego pierwiastka) na Synaju w wyniku prażenia z węglem drzewnym. Miedź pojawia się najwcześniej w Egipcie i Mezopotamii w postaci odlewanych przedmiotów około 3500 r. p.n.e. Najwcześniejsze znane przykłady obróbki metali pojawiają się przed 3400 rokiem p.n.e. (pierwsza dynastia w Egipcie) w Egipcie i Mezopotamii (współczesny Irak), a dopiero później proces ten dotarł na Kretę, w basenie Morza Śródziemnego. Egipt i Mezopotamia rywalizują o pierwszeństwo wynalezienia obróbki metali, chociaż w obydwu przypadkach ta sztuka mogła pochodzić od innej, zapomnianej, rasy.
Starożytni mieszkańcy Mezopotamii – Sumerowie – którzy prawdopodobnie migrowali tam z obszarów położonych dalej na wschodzie, posiadali rozwiniętą kulturę co najmniej już w okresie pierwszej dynastii egipskiej, i co istotne z naszego punktu widzenia, byli ekspertami w obróbce złota, srebra i miedzi. Bardzo piękne okazy wczesnego sumeryjskiego metalu znaleziono w Ur Chaldes, gdzie znajdują się pozostałości wielkiej świątyni. Próbki dobrego brązu cynowego, datowanego na 3000 r. p.n.e. znaleziono w szczątkach Ur; stop ten później ustąpił w kolejnych okresach miejsca miedzi. Bułaty miedziane, drobno grawerowany srebrny wazon i inne przedmioty miedziane i złote to dobre przykłady wczesnej sumeryjskiej twórczości rzemieślniczej. Wczesna kultura bardzo podobna, jeśli nie taka sama, jak sumeryjska istniała w Dolinie Indusu w Mohenjo-daro i osadzie Harappa. Starożytni Egipcjanie prawdopodobnie otrzymywali miedź z rud pozyskiwanych na półwyspie Synaj, które łatwo przerobiono na metal, a wiadomo, że rudy te zostały znalezione i wydobywane we wczesnym okresie kultury egipskiej. Miedź była używana w okresie predynastycznym, to jest przed 3400 r. p.n.e. Małe ilości żelaza znaleziono również na wczesnych stanowiskach sumeryjskich. Miedź występuje również w pozostałościach w Knossos i innych miejscach na Krecie, która była centrum starej cywilizacji zwanej minojską: miedź datowana jest na około 3000 r. p.n.e., i mogła pochodzić z Cypru. Kreteńczycy prawdopodobnie nauczyli się używania metalu od Egipcjan, z którym byli związani od najwcześniejszych czasów. Późniejszym etapem kultury minojskiej na kontynencie był tak zwany okres mykeński, reprezentowany przez znaleziska wielkich zapasów złotych przedmiotów w grobowcach w Mykenach oraz pozostałości w Tyryns, gdzie znaleziono szkliwo z niebieskiej miedzi (pigment cyjanos). Należą one do okresu 1500-1200 lat p.n.e., a kultura mykeńska (opisana przez Homera) poprzedza wprowadzenie żelaza, które pojawiło się w okresie klasycznej Grecji. Początki stosowania żelaza zbiegają się z pojawieniem się nowego ludu, który zniszczył kulturę minojską.
Troja była placówką kultury odmiennej od minojskiej, i prawdopodobnie rozciągała się na północ od Bałkanów aż do dorzecza Dunaju i Węgier. Brąz z okresu 2400–1900 p.n.e. zawiera do 11 procent cyny. Ogromnym postępem w obróbce metali był wynalazek brązu, stopu miedzi i cyny. Brąz prawie zawsze pojawia się później niż miedź chociaż w kilku miejscach jego pojawienie się jest zbieżne z odkryciem miedzi. Egipcjanie byli ekspertami w obróbce metali, jak pokazują pozostałości ich rzemiosła. Najwcześniejszy egipski brąz pochodzi z okresu od czwartej do szóstej dynastii, czyli od 3400 do 3000 r. p.n.e. Określenie źródła cyny używanej do wytwarzania tych wczesnych brązów stanowi problem, ponieważ metal ten nie jest łatwo dostępny. Niektórzy uważają, że najwcześniejsze próbki cyny pochodziły z terenów Wielkiej Brytanii – Wysp Kassiterides (kassiteros to grecka nazwa cyny), być może z angielskiego wybrzeża Kornwalii, skąd później Fenicjanie wysyłali cynę, ale bardziej prawdopodobna teoria głosi, że cyna pochodziła z kopalni w Drangiana w Persji (Iran), o których wspomina grecki geograf Strabon. Obecnie nie ma tam złóż cyny, ani nie wydaje się, aby była dostępna w dłuższym czasie historycznym, jednak złoża mogły zostać wyczerpane już na wczesnym etapie wydobycia. Egipskie i mezopotamskie brązy czasami zawierają ołów zamiast cyny, a czasem antymon (podobnie jak niektóre wczesne chińskie brązy). Sumeryjski wazon z 2450 r. p.n.e. zawiera prawie czysty antymon.
Takie metale jak żelazo, srebro i ołów znane były również w Egipcie, a pojawiły się wkrótce po miedzi i złocie, w okresie predynastycznym, tj. przed królem Menesem (około 3400 r. p.n.e.). Wczesne żelazo było bardzo rzadkie, i prawdopodobnie (ponieważ zawiera nikiel) uzyskane z meteorytów. To żelazo było używane do produkcji koralików znajdujących wykorzystanie w biżuterii. W grobowcu w Petrze znaleziono sznurowane koralikami ozdoby z lapis lazuli. Narzędzia żelazne znaleziono w piramidzie Cheopsa (2900 r. p.n.e.), i co istotne nie zawierają one niklu. Wczesne sumeryjskie żelazo czasami zawiera nikiel, a czasem nie. Żelaza używano oszczędnie w Egipcie około 2000 r. p.n.e., i pospolicie po około 1500 r. p.n.e. Wydaje się, że to żelazo pochodzi z Kraju Hetytów w Azji Mniejszej położonego wokół Morza Czarnego. Hetyci byli wykwalifikowani wytwórcami żelaza, a list z około 1250 r. p.n.e., napisany przez króla Egiptu do króla Hetytów zawiera prośbę o dostawę żelaza. W odpowiedzi król Hetytów obiecuje wysyłać m. in. stalowy sztylet i prosi o złoto, które „jest u mojego brata tak powszechne jak pył”. Asyryjczycy z około 1400 roku p.n.e. wykorzystywali żelazo do produkcji narzędzi i broni.
Metal orichalcum, wspomniany przez Platona (400 r. p.n.e.), znany i zapomniany na długo przed czasami filozofa, mógł być mosiądzem. Mosiądz z około 1200 r. p.n.e. został znaleziony w Palestynie. Stop ten był dobrze znany w okresie rzymskim, a z początkiem ery chrześcijańskiej pojawiają się opisy produkcji metalicznego cynku. Na Cyprze istniał dobrze rozwinięty przemysł mosiężny. Okazy cynku znaleziono na wyspie Rodos (500 r. p.n.e.), w Atenach (4–2 stulecie p.n.e.) i w różnych miejscach na terenie Europy.
Szkło
Wraz z obróbką metali Egipcjanie i mieszkańcy Mezopotamii doskonalili sztukę glazurowania ceramiki lub innych podobnych materiałów oraz produkcję szkła. Egipski garncarz bardzo szybko nauczył się korzystać z koła do formowania gliny, a naczynia wypiekano w wysokich zamkniętych piecach, a nie na otwartym ogniu. Najwcześniejsza ceramika jest nieszkliwiona i ma dekorację w płowożółtym kolorze.
Niebieskie i zielone nieprzezroczyste szkliwa zawierające związki miedzi były używane w bardzo wczesnym Egipcie. Jasnozielony koralik z prawdziwego szkła należący do okresu predynastycznego (przed 3400 r. p.n.e.) został znaleziony na stanowisku archeologicznym Nagada. Wazon z niebieskiego szkła Thothmesa III (1550 r. p.n.e.) i inne wczesne egipskie szkło znajduje się w British Museum. Produkcja szkła na dużą skalę najwidoczniej rozpoczęła się w Egipcie około 1370 r. p.n.e. W pozostałościach fabryki szkła z tego okresu w Tell el-Amarna odtworzono proces produkcji szkła. Alkalia (natron, węglan sodu znaleziony w egipskich jeziorach w pobliżu Aleksandrii) był topiony z kruszonym kwarcem w tyglach. Niemal bezbarwne szkło również produkowano w Egipcie w okresie początku tej cywilizacji. Szkło egipskie eksportowano do wszystkich części Cesarstwa Rzymskiego, choć w niektórych miejscach istniały rodzime fabryki szkła, np. w Syrii i prawdopodobnie także w Wielkiej Brytanii, gdzie w pobliżu Warrington znaleziono pozostałości pieców szklarskich z okresu rzymskiego. Szkło znaleziono na wczesnych sumeryjskich stanowiskach, a produkcja szkła została również opracowana przez Asyryjczyków; szklana butelka króla Sargona (700 r. p.n.e.), dawniej uważana za egipską manufakturę jest prawdopodobnie produktem asyryjskim, ponieważ istnieją niezależne dowody na to, że produkcja kolorowego szkła w tym kraju była bardzo rozwinięta. Niebieskie szkło zawierające miedź jest opisane jako imitacja lapis lazuli w tablicach asyryjskich znajdujących się w British Museum, datowanych na około 650 r. p.n.e. Związek CaO·CuO·4SiO2, o barwie ciemnoniebieskiej („błękit egipski”) był wytwarzany w Egipcie przez ogrzewanie krzemionki z malachitem i wapnem w zakresie temperatur 830–900°C. Stosowano go w mieszaninie z sodą do otrzymywania niebieskiej glazury na fajansie, a niebieskie szkło również barwiono miedzią. Niektóre wczesne okazy egipskiego i babilońskiego niebieskiego szkła są zabarwione kobaltem.
Barwniki
Niebieski barwnik został uzyskany z rośliny indygo przez Egipcjan za czasów XVIII dynastii. Proces wprowadzania barwnika do roztworu przez redukcję musiał być im znany. Rzymianie używali indygo tylko jako pigmentu. Słynna i cenna purpura tyryjska została prawdopodobnie wyprodukowana na Krecie bardzo wcześnie i stała się sławna w Cesarstwie Rzymskim, w czasach gdy był to produkt fenicki. Barwnik ten uzyskiwano wielkim kosztem, w procesie opisanym przez Pliniusza, w którym pozyskiwaną ją z wydzieliny pewnych morskich mięczaków. Wiele innych naturalnych barwników używano w Egipcie i Mezopotamii, a Pliniusz opisuje proces barwienia tego samego kawałka tkaniny na różne kolory [przy użyciu tej samej kąpieli, co wskazuje na wczesne użycie zapraw, czyli związków metalicznych utrwalających barwnik na tkaninie o różnych kolorach w zależności od metalicznego podkładu. Szkarłatny barwnik wspomniany w Biblii został uzyskany z larw owadów Coccus illicis (kermes).