Джей Берресон - Пуговицы Наполеона. Семнадцать молекул, которые изменили мир
В начале 60-х годов XIX века в Бельгии братья Эрнст и Альфред Солвей усовершенствовали метод превращения хлорида натрия в карбонат натрия с помощью известняка (CaCO3) и газообразного аммиака (NH3). Ключевым этапом процесса было выпадение осадка бикарбоната натрия (NaHCO3) из концентрированного солевого раствора, через который продували аммиак и углекислый газ (из известняка):
Затем бикарбонат натрия нагревали и получали кальцинированную соду:
В наше время предложенный братьями Солвей процесс остается основным синтетическим методом получения кальцинированной соды, однако открытие богатых залежей природной кальцинированной соды снизило потребность в ее синтезе (например, запасы кальцинированной соды в бассейне реки Грин-Ривер в американском штате Вайоминг оцениваются в десять миллиардов тонн).
Другое соединение натрия — каустическая сода (NaOH) — тоже издавна пользовалось большим спросом. В промышленности каустическую соду, или гидроксид натрия, получают путем пропускания электрического тока через раствор хлорида натрия. Этот процесс называется электролизом. В США каустическая сода входит в десятку веществ с наибольшим объемом производства. Ее используют для экстракции металлического алюминия из руды, для производства искусственного шелка, целлофана, мыла, детергентов, нефтепродуктов, бумаги и древесной пульпы. Образующийся при электролизе газообразный хлор сначала считали бесполезным побочным продуктом реакции, но вскоре стало ясно, что хлор — прекрасный отбеливатель и мощное дезинфицирующее средство. На сегодняшний день оба продукта промышленного электролиза раствора соли имеют одинаковую ценность. Хлор находит применение в производстве многих органических соединений, таких как пестициды, полимеры и лекарства.
Разные народы мира хранят предания о соли. О ней говорится и в Библии, и в скандинавских мифах, и в легендах североамериканских индейцев. Соль используют в различных церемониях и ритуалах, она символизирует гостеприимство и удачу, а еще защищает от злых духов и всевозможных напастей. Значительное влияние, которое соль оказала на общество, отразилось и в языке. Английское слово salary, зарплата, происходит от слова “соль”, поскольку римским солдатам нередко выплачивали жалованье солью. Такие слова, как “салат” (который раньше заправляли одной только солью), “соус”, “салями” и “сосиски”, происходят от того же латинского корня. Как и во многих других языках, нашу речь “присаливают” метафоры: “соль земли”, “съесть пуд соли”, “не солоно хлебавши” и так далее.
Парадокс в том, что после всех войн за соль, после бунтов против обложения соли налогом, после миграции целых народов и заключения в тюрьмы сотен тысяч людей, нарушивших законы о торговле солью, в результате открытия новых подземных залежей и усовершенствования технологии добычи цена соли сильно упала. Кроме того, отпала необходимость в соли для предотвращения порчи пищевых продуктов: для хранения продуктов стали применять охлаждение и заморозку. Соль — вещество, которое на протяжении многих веков почитали, за которым охотились, из-за которого развязывали войны, которое часто стоило дороже золота, — стало не просто дешевым и доступным, но и совершенно обыденным.
Глава 16
Хлорорганические соединения
В 1877 году судно “Фригорифик” с грузом аргентинского мяса на борту вышло из Буэнос-Айреса и отправилось во французский Руан. Тот рейс стал историческим: корабль вез охлажденный груз. Началась эпоха холодильников. Отпала необходимость в соли и специях для сохранения свежести продуктов.
Как сохранить холод
Уже четыре тысячи лет назад люди использовали для охлаждения продуктов лед. Он забирал из окружающего пространства тепло, а сам превращался в воду. Ее сливали, а емкость с продуктами снова наполняли льдом. Однако действие холодильников (рефрижераторов) основано не на переходе вещества из твердой фазы в жидкую, а на переходе из жидкого состояния в пар. Жидкость поглощает тепло из окружающей среды и испаряется. Образующийся при этом пар сжимают и переводят обратно в жидкое состояние. Эта стадия сжатия (компрессии) как раз и объясняет приставку “ре” в слове “рефрижератор”: пар возвращается в жидкое состояние, испаряется, вызывая охлаждение, и цикл повторяется снова. Ключевым элементом в осуществлении этого цикла является источник энергии, приводящий в действие компрессор. Старинные ледники, по сути, не были холодильниками. Мы и сегодня часто называем холодильником прибор, который поддерживает холод, не уточняя, каким образом он это делает.
В настоящем холодильнике есть хладагент — вещество, которое совершает цикл испарение/сжатие. В 1748 году эффект охлаждения в результате испарения был продемонстрирован с помощью эфира[25], но прошло еще более ста лет, прежде чем машина со сжатым эфиром стала использоваться в качестве холодильника. Около 1851 года шотландец Джеймс Харрисон, эмигрировавший в 1837 году в Австралию, сконструировал компрессионный холодильник на основе эфира для австралийского пивоваренного завода. Харрисон, а также американец Александер Твиннинг, который создал похожую систему приблизительно в то же время, считаются одними из первых конструкторов современных холодильных установок.
Еще одним претендентом на звание создателя первой холодильной установки является французский инженер Фердинанд Карре, который в 1859 году предложил использовать в качестве хладагента аммиак. В первых холодильных установках хладагентами служили также хлорметан и диоксид серы. С помощью диоксида серы был залит первый в истории искусственный каток. Эти маленькие молекулы положили конец использованию соли и специй для хранения пищевых продуктов.
В 1873 году Джеймс Харрисон, успешно устанавливавший холодильное оборудование на мясоперерабатывающих и пивоваренных заводах в Австралии, решил установить его и на транспортных судах, чтобы экспортировать австралийское мясо в Великобританию. К сожалению, в море его система компрессии эфира сломалась. В начале декабря 1879 года пароход “Стратлевен” с установкой Харрисона покинул Мельбурн и спустя два месяца достиг Лондона, имея на борту 40 тонн еще замороженной говядины и баранины. В 1882 году аналогичная система была установлена на пароходе “Данедин”. В его трюме в Британию прибыла первая партия замороженной ягнятины из Новой Зеландии. Хотя первым судном-рефрижератором обычно считают “Фригорифик”, это не совсем так. Первым, скорее, следует назвать корабль, снаряженный Харрисоном в 1873 году. Правда, то путешествие не увенчалось успехом. Первое успешное путешествие, пожалуй, совершил пароход “Парагвай”, который в 1877 году доставил из Аргентины в Гавр (Франция) замороженную говядину. Холодильные установки на “Парагвае” были сконструированы Фердинандом Карре, использовавшим в качестве хладагента аммиак.
На “Фригорифике” охлаждение осуществлялось за счет циркуляции по трубам воды, которую охлаждали льдом, хранившимся в плотно изолированном помещении. Во время рейса из Буэнос-Айреса во Францию подававший воду насос сломался, и мясо стухло. Вообще говоря, хотя “Фригорифик” совершил свое плавание на несколько месяцев раньше “Парагвая”, его нельзя назвать настоящим рефрижератором. Можно сказать, что это было судно с изолированным трюмом, в котором продукты хранились в замороженном или охлажденном виде за счет запасов льда. “Фригорифик” же был пионером, хотя и неудачливым.
Вне зависимости от того, кто был истинным первопроходцем в этой сфере, в начале 80-х годов XIX века проблема транспортировки мяса от мест его производства на перспективные рынки Европы и востока США была решена с помощью внедрения процесса компрессии и испарения хладагентов. Корабли из Аргентины, даже из Австралии и Новой Зеландии могли проделать двух— или трехмесячное путешествие по тропикам. Простой системы с охлажденной водой, как на “Фригорифике”, для этого было бы недостаточно. Механические холодильники становились все надежнее, что расширяло возможности производителей сельхозпродукции. Поэтому система заморозки и охлаждения сыграла важнейшую роль в экономическом развитии Австралии, Новой Зеландии, Аргентины, Южной Африки и других стран. Они не могли воспользоваться своими преимуществами из-за географической удаленности от основных потребительских рынков.
Волшебный фреон
Хладагент должен соответствовать нескольким требованиям. Он должен испаряться в определенном диапазоне температур, переходить в жидкую фазу при компрессии (тоже при заданной температуре) и поглощать достаточно большое количество тепла при испарении. Аммиак, эфир, хлорметан, диоксид серы и другие подобные вещества удовлетворяли этим требованиям, однако они разлагались, или легко загорались, или были ядовиты, или ужасно пахли — либо обладали всеми этими качествами одновременно.
