Prolog

Garść wapna i drugą drobno sproszkowanej siarki umieść w naczyniu z mocnym octem lub uryną małego dziecka. Podgrzej od spodu, aż ciecz stanie się podobna krwi. Przelej ostrożnie i zastosuj.

Autor nieznany, Papirus z Lejdy X, około 300 roku

W roku 1827 pośród ciemności i ciszy egipskiej nocy pewna hiena cmentarna wyciągnęła z piasku skarb. Z początku rabuś był zawiedziony. Przeszukując grobowce w okolicy Teb, miał nadzieję odkryć bezcenne kosztowności albo choćby grudkę złota połyskującą w świetle księżyca. Zamiast tego znalazł tylko zwinięte rulony papirusowych zwojów, zapieczętowane dla ochrony przed niekorzystnymi czynnikami atmosferycznymi.

Przez chwilę rozważał porzucenie znaleziska na pustyni, ale chciwość wzięła górę. Ludzie Zachodu uwielbiają wszystko, co egipskie, pomyślał. Odkąd wraz z Napoleonem przybyli tu Francuzi, kontynent zalała nowa fala "egiptologii", by zawładnąć wyobraźnią naukowców i bogaczy. Popularnością niemal dorównywała nowej nauce zwanej "chemią". Z pewnością gdy mężczyzna zaniesie swój łup na targowisko, znajdzie tam jakiegoś łatwowiernego głupca, chętnego słono zapłacić za zdobycz.

Klient nazywał się Jean d'Anastasy i bynajmniej nie był głupcem. D'Anastazy, urodzony w Damaszku syn greckiego kupca, który zdobył, a następnie stracił majątek podczas wojen napoleońskich, wykorzystał rodzinne koneksje, żeby ustawić się w Aleksandrii jako handlarz zbożem, a następnie uknuł intrygę i został wybrany miejscowym konsulem generalnym Szwecji i Norwegii.

Kiedy d'Anastasy nie trudnił się handlem - tudzież ratowaniem dziewcząt uciemiężonych w czasie wojny o niepodleg­łość Grecji z imperium otomańskim - zajmował się pobocznie "pozyskiwaniem" reliktów z epoki starożytnego Egiptu i sprzedawaniem ich na europejskie salony: rzeźby trafiały do British Museum w Londynie; biżuteria i klejnoty do Luwru w Paryżu; nawet dwa sfinksy do dzisiaj siedzą nad brzegiem Newy w Sankt Petersburgu. D'Anastasy szybko zorientował się w wartości papirusów, zapłacił za nie i wysłał je do Europy. Niektóre znalazły się w Sztokholmie, inne na Uniwersytecie w Lejdzie w Holandii.

Wśród skarbów z Lejdy wymienia się jedno z najbardziej niezwykłych znalezisk w historii - zwój papirusu z listą przepisów, z których każdy zawiera jasne instrukcje napisane greką. Ponieważ zniszczyliśmy tabliczki z pismem klinowym i późniejsze kopie starszych dzieł, Papirus z Lejdy X, powstały około 300 roku, jest najstarszą zachowaną książką o alchemii w historii. To poradnik dla egipskich rzemieślników z instrukcjami, jak pozornie z niczego tworzyć nadzwyczajne bogactwa. Są tam metody polerowania sreber, sposoby na podrabianie purpurowych szat, a także porady, jak wykonać złote liternictwo dzięki wymieszaniu szafranu z żółcią żółwia. Wszystko to są prawdziwe przepisy i każdy z nich został sprawdzony (nawet jeśli dzisiaj mamy tańsze metody uzyskania tych samych efektów).

Papirus zawiera również największą tajemnicę alchemii. Nazywa się ją "otrzymywaniem wody siarkowej" i jest to receptura z początku tego rozdziału. Siarka i wapno to artykuły ogrodnicze, które można kupić w każdym markecie budowlanym, a jeśli nie macie pod ręką dziecka, które akurat chce siusiu, nada się i ocet ze spożywczego. Nie powinniście próbować tego w domach, gdyż po godzinie podgrzewania mikstury otrzymacie ohydną czerwonobrązową breję i kuchnię cuchnącą zgniłymi jajami. Odpowiadają za to polisiarczki wapnia stano­wiące składnik "wapna siarkowego". Paskudna substancja ma odczyn zasadowy, który może powodować podrażnienie skóry, a nawet ślepotę, jeśli dostanie się do oczu. Dzisiaj stosuje się ją do zwalczania szkodników, ale w czasach starożytnych tak robiło się złoto. W każdym razie coś, co wyglądało jak złoto. Kiedy miało się już "wodę siarkową", każdy zanurzony w niej metalowy przedmiot - moneta, gwóźdź albo spinacz biurowy - zyskiwał cienką, żółtawą powłokę.

Papirus z Lejdy X jest nie tylko najstarszą księgą alchemiczną w historii. Stanowi niezawodny podręcznik dla naciągaczy. Możemy nie wiedzieć, kto go napisał, ale wiemy, że gdyby cofnąć się w czasie o tysiąc siedemset lat i wejść do warsztatu autora, na pewno by nas oszukał. Przynajmniej tak się wydaje. Jak się wkrótce przekonamy, w rzeczywistości potrafił zdziałać coś jeszcze bardziej fascynującego. Ale nie wyprzedzajmy faktów.

Papirus z Lejdy X nie pasuje do wyobrażeń większości ludzi na temat alchemii. Uważamy ją za pseudonaukę, połączenie wierzeń religijnych, starożytnych przesądów i snów o złocie, niekiedy tylko dopuszczamy myśl, że pod tym wszystkim może faktycznie kryć się coś głębszego. Jeśli zatem przyjmujecie tradycyjny punkt widzenia, niczego lepszego nie możecie się spodziewać, jeśli chodzi o naukę chemii sprzed mniej więcej 1650 roku. Zanim nastało oświecenie, mieliśmy tylko czarnoksiężników, wiedźmy i pobożne życzenia. Potem nagle, puf!, z błyskiem prochu strzelniczego, trzaskiem elektryczności i bulgotaniem z probówki wyłoniła się nowa nauka i zmieniła świat.

Ta książka całkowicie wywraca taki pogląd. Nie było jednej osoby, która stworzyła chemię, a nawet gdyby taka istniała, z pewnością nie był to żaden biały Europejczyk w pudrowanej peruce. Chemia nie zrodziła się z dnia na dzień, nie ma jednego momentu, w którym to się stało. Transformacja następowała stopniowo, na fundamencie tysięcy lat wiedzy. Pomijanie istnienia chemii w czasie trwania epoki alchemii jest krzywdzące wobec tysięcy mężczyzn i kobiet na całym świecie - ludzi, którzy od pierwszych ognisk przeprowadzili nas do ery nowożytnej.

Książka dzieli się na trzy części. W pierwszej przyjrzymy się działaniu wczesnej chemii - od epoki kamienia aż po narodziny alchemii - oraz podwalinom tego, czym następnie stała się alchemia, a jeszcze później chemia. W drugiej wybierzemy się w podróż dookoła świata. Zasadniczo każda historia alchemii skupia się jedynie na tradycji zachodniej - głównie dlatego, że ta tradycja jest najlepiej udokumentowana. Sprawdzimy jednak, co działo się z chemią w świecie islamu, w Chinach, na subkontynencie indyjskim, a nawet w obu Amerykach. Coś z tego jest alchemią, a znowu coś innego nią nie jest, ale wszystko to odgrywa rolę w historii nauki. Wreszcie w trzeciej części wrócimy do Europy i przyjrzymy się, jak na przestrzeni kilku setek lat alchemia zmieniła się (bądź też, by użyć terminu alchemicznego, transmutowała) w gałąź nauki, którą znamy dzisiaj.

Moja podróż zawiodła mnie na sześć kontynentów i przeprowadziła przez pustynie i dżungle, grobowce i opasłe tomy, a także kilka legendarnych miast. Odkrywałem stare drogi i spotykałem badaczy zajętych wytyczaniem nowych. Efektem jest opowieść będąca zarówno zwierciadłem postępu, jak i listem miłosnym do nauki, pozwalająca spojrzeć w przeszłość i pokazująca, jak to wszystko łączy się z naszym życiem codziennym, często w zaskakujący i nieoczywisty sposób. Chemia jest wszechobecna i ma związek ze wszystkim. Jest boleśnie ludzka. Wypełniają ją nasze błędy, wierzenia, duma i pycha. Jest dowodem naszych szlachetnych dążeń, niszczycielskiego potencjału i niezłomnego ducha. Pozwala nam też uświadomić sobie, że nauka, czy to poprzez rywalizację, ucisk i kolonizację, czy przez gorliwość religijną, od zawsze jest sprawą polityczną.

Sztukę praktykowaną w starożytnym Egipcie prawie dwa tysiące lat temu, opisaną w Papirusie z Lejdy X, zwano ch?meía. Nie wiemy, skąd pochodzi to słowo. Być może od słowa chymeía oznaczającego w grece zlewanie się, "sztukę topienia metali", albo od kam?, akadyjskiego słowa określającego wypalanie - obie czynności wszak stanowiły sedno działalności pierwszych alchemików. Inna teoria mówi o koptyjskim khemet oznaczającym czerń, pochodzącym od słowa khëmia, dawnego określenia Egiptu (ze względu na czarne, żyzne ziemie wokół Nilu), albo od Kemet (tak Egipcjanie nazywali swoją ojczyznę) bądź też od aner chem (obsydian). Chemia nie była czarną magią, ale dosłownie "czernieniem" odzwierciedlającym proces zawęglania i pokrywania sprzętu sadzą.

Wszystkie te wyjaśnienia podkreślają coś, co powtarza się w całej książce. Chemia to steampunk. To walka klas. To nauka należąca do przegranych, którzy harowali w kopalniach i w pocie czoła tyrali w kuźniach, żeby stworzyć nieziemskie piękno. Do tych, co aż nazbyt często byli pomijani ze względu na pochodzenie, rasę lub płeć, a jednak dzięki swej pomysłowości, wytrwałości i ciężkiej pracy zdołali zmienić losy narodów. Alchemia to jednocześnie "szlachetna sztuka", osobliwa tajemnica tak pożądana przez kapłanów, lekarzy i wyższe sfery, które stać było na marzenia. Czy w tej książce będzie mowa o przesądach, magicznym myśleniu i zaszyfrowanych wiadomościach od starożytnych? Oczywiście! Bez tego byłaby nudna, a ponadto byłoby niesprawiedliwe nie widzieć alchemików we właściwym dla nich kontekście. Czy będzie o oszustach, konowałach i szarlatanach? Naturalnie, wszak wszyscy oni mają taki sam wkład w proces powstawania chemii jak rzemieślnicy, filozofowie i wyznawcy, którzy często podkreślali wagę przyzwoitości i etyki. Czy jest coś o papieżu prowadzącym krwawe eksperymenty medyczne, o chińskim cesarzu poszukującym nieśmiertelności pod rzeką rtęci i o człowieku, który próbował zmienić swój mocz w złoto? Czekajcie tylko.

Jednak chemia wcale nie zaczyna się od alchemii. Do czasu powstania Papirusu z Lejdy X chemia jako nauka już od tysięcy lat była częścią codzienności. Żeby naprawdę zrozumieć, jak i dlaczego nastąpił rozwój alchemii, musimy cofnąć się w czasie znacznie dalej, do epoki, w której w zimnym i niegościnnym świecie ujrzymy migoczące w ciemności światła prowadzące do domu strudzonych powolnym marszem wędrowców.

1

SYMBOLE OGNIA

Znacie piękny połysk złota i srebra, ognie rzucane przez rubiny i brylanty; czyż mogą one iść w zawody z blaskiem i pięknością płomienia!I

Michael Faraday, 1848 rok

Dziesięć tysięcy lat temu niewielka grupka znużonych podróżników przemierzała jałową, nieprzyjazną, kamienistą i wietrzną krainę. Nie byli to pierwsi przodkowie człowieka, którzy przybyli z Wielkich Rowów Afrykańskich około dwóch milionów lat wcześniej i rozprzestrzenili się na cały świat. Nie byli też neandertalczykami ani wczesnymi Euroazjatami. Ostatnia epoka lodowcowa dobiegła końca, a Homo sapiens, człowiek współczesny, zaludnił całą Ziemię, by ją sobie podporządkować. Tylko nieliczne lądy, jak Islandia, Nowa Zelandia, Polinezja i Arktyka, nie zostały jeszcze zajęte. Mężczyźni, kobiety i dzieci, którzy pokonywali tę drogę, nie różnili się wiele od nas.

Była to epoka kamienia, nasze chemiczne niemowlęctwo. Dzisiaj myślimy o nauce jako o beznamiętnym modelu służącym odkrywaniu prawdy. Dla pierwotnych wędrowców miała znaczenie emocjonalne - poznanie naukowe, nawet jeśli wówczas tak go nie nazywali, było im konieczne do przetrwania. Dostarczało im odzienia chroniącego przed zimnem, narzędzi wykutych z kamienia do cięcia i rozbijania, a nawet podstaw medycyny. Wykorzystanie wiedzy było kwestią życia lub śmierci.

Ścieżka, którą podążali, była w istocie najważniejszą drogą w historii. Tysiące lat później wzgórza, po których wędrowali, śpiewały pieśni o Scytach, Aleksandrze Wielkim i starciu wielkich potęg pod koniec pierwszej wojny światowej. Wreszcie pośród pól naftowych, które nadały ciemnej nocy pomarańczową poświatę, powstanie nowoczesne miasto: Baku, stolica Azerbejdżanu, gdzie z jednej strony słychać dźwięki silników Formuły 1, a z drugiej wyłaniają się kamienne twierdze i pałace szachów Szyrwanu. Dla wędrowców ten świat pozostawał poza zasięgiem ich marzeń. Krajobraz, jaki znali, był surowy i bezlitosny. Teraz mieli przed sobą bezkresne morze niknące na horyzoncie, tam gdzie wschodziło słońce; z tyłu zaś góry strzegące miejsca, w którym zachodziło. Pomiędzy rozciągało się obce pustkowie: podnóża gór poprzetykane białymi i brązowymi pasami - śniegu i błota. Wokół nich, wznosząc się na wzór mrowisk albo gniazd termitów, ziemia wypluwała ulatniający się gaz, tworząc małe błotne wulkany. Jedynym miejscem nadającym się na spoczynek było niewielkie skupisko skalistych urwisk i jaskiń, gdzie rzemieślnicy tworzyli z kamienia wyszukane dzieła sztuki.

Znużeni, stawiali ostatnie chwiejne kroki, aż dotarli w końcu do swojej przystani, by dołączyć do przyjaciół, którzy żyli tam pośród wizerunków brzuchatych kobiet, tańczących mężczyzn i łownej zwierzyny. Ostrożnie zrzucili tobołki, odstawili dzidy i łuki. Uściskali się, zaśmiali i zapłakali z radości i ulgi, że nadszedł kres trudów podróży. Wymienili się wiedzą i nowinkami.

Potem, razem, cieszyli się największym odkryciem w historii ludzkości: reakcją chemiczną, która zapoczątkowała wszystko inne. Ktoś wzniecił iskrę. Iskra przerodziła się w płomień - i gdy siedli wokół miękkiego, kojącego ciepła tańczącego ognia, zapomnieli o znoju tułaczki.

Kucam na ziemi, schylony w tym samym miejscu, w którym tamci wędrowcy grzali się przy ogniu dziesięć tysięcy lat temu, i przyglądam się dziełom sztuki, które zostawili. Dzisiaj to skupisko skał znane jest jako Qobustan, wpisany na listę światowego dziedzictwa UNESCO teren, gdzie znajduje się ponad sześć tysięcy petroglifów liczących czterdzieści tysięcy lat. Każda grupa, która od tamtej pory przemierzała ten szlak, doda­wała swoje ryty naskalne do tych najwcześniejszych, stworzonych przez ludzi z ery kamienia. W pewnym miejscu około dwóch tysięcy lat temu rzymski centurion Lucjusz Juliusz Maximus sumiennie wyrył w kamieniu swoje imię i tym samym zaznaczył obecność XII Legionu ku chwale cesarza Domicjana. Później, pewnie jakieś kilkaset lat temu, znudzeni arabscy kupcy zostawili po sobie ślady, wędrując od jednego do drugiego przyczółka na legendarnym jedwabnym szlaku prowadzącym na Daleki Wschód. Najświeższe ślady, zostawione za mojego życia, pochodzą od radzieckich archeologów rysujących po badanych przez siebie ścianach podczas katalogowania rytów, które były tam przed nimi.

Te ślady są echem przeszłych dróg, które przemierzała ludzkość, i przypominają nam, jak daleko zaszliśmy. Jest jednak inny powód, dla którego spośród wszystkich miejsc, które odwiedzali nasi przodkowie z epoki kamienia, na początek swojej wyprawy wybrałem Azerbejdżan. Dzięki swoim polom naftowym nazywany jest on bowiem Krainą Ognia.

Od niepamiętnych czasów to miejsce odwiedzali możni tego świata. W Baku mieści się Ateszgah, zaratusztriańska świątynia ognia, która nadal przyciąga pielgrzymów z całego świata. W XIII wieku Marco Polo pisał o kaukaskich płomieniach liżących nocne niebo. Obecnie w technologicznym centrum Baku dominują Ogniste Wieże, trzy wieżowce z olśniewającymi, tańczącymi wyświetlaczami LED. Pojechałem tam, do miejsca, gdzie Europa styka się z Azją, ponieważ to jedyny punkt na Ziemi, w którym mogłem poczuć skalę i zasięg podróży, która mnie czekała.

Historia ludzkości zaczyna się od ognia. To reakcja chemiczna, która przeprowadziła nas bezpiecznie przez zimną i surową noc. Gdzieś w okresie między milion dziewięćset tysięcy a osiemset tysięcy lat temu - trudno określić konkretną datę - jeden z naszych przodków, Homo erectus, nauczył się, jak rozniecać, podtrzymywać i opanowywać płomień. W Koobi Fora w Kenii znaleźliśmy dowody na to, że Homo erectus umiał gotować - rdzawoczerwone plamy w miejscach, gdzie ziemia była rozgrzana i powodowała reakcje z rudami żelaza ukrytymi pod powierzchnią. Pożółkłe kości w Xihoudu w Chinach wskazują nawet na wcześniejszy czas. Człowiek współczesny nie pojawi się jeszcze przez pięćset tysięcy lat.

Można by z łatwością opowiedzieć całą historię ludzkości poprzez naszą relację z ogniem. Nasuwają się natychmiastowe skojarzenia, na przykład katastrofa Hindenburga, atak na World Trade Center 11 września 2001 roku czy niekontrolowane pożary, które każdego roku zagrażają ludziom na całym świecie. Są też mniej znane fakty, które składają się na tę wypełnioną płomieniami opowieść - niewielki ogień, który ma zwyczaj przeradzać się w prawdziwe piekło. W 1393 roku na dworze króla Francji Karola VI, złośliwie zwanego Szalonym, podczas "balu podpalonych" wybuchł skandal. W samym środku wojny stuletniej z Anglią Karol miewał epizody schizofrenii paranoidalnej (w efekcie ostatniego z nich, zanim zapadł w śpiączkę, zamordował czterech swoich rycerzy), zatem bal miał być okazją do rehabilitacji monarchy i dowodem, że nadal jest zdolny do rządzenia krajem. Król wraz z pięcioma szlachcicami postanowili w czasie uroczystości wykonać taniec "dzikich mężów". Sześciu przyjaciół przykuło się do siebie łańcuchem, następnie przywdziało lniane kostiumy nasączone żywicą i pokryło je słomą, żeby wyglądać na włochatych. W kulminacyjnym momencie zabawy sekstet wpadł do sali w szaleńczym tańcu, wyjąc niczym wilki, ku uciesze innych dworzan. Wtedy wszedł brat króla, Ludwik Orleański, trzymając w ręku pochodnię. Pojedyncza iskra padła na nogę jednego z tancerzy, który natychmiast zmienił się w żywy stos i z krzykiem zderzył się z innym tańczącym. Tylko jeden z rycerzy przeżył, ponieważ wskoczył do kadzi z winem, a król zdołał uciec, ukrywszy się pod spódnicą swojej piętnastoletniej ciotki. Pozostali czterej szlachcice spłonęli żywcemII. Przez ten wypadek obywatele Francji zaczęli kwestionować zdolność swojego monarchy do sprawowania rządów - do tego stopnia, że cały dwór w ramach pokuty musiał przejść boso ulicami Paryża. W umysłach francuskiego chłopstwa dwór ugruntował swoją reputację dekadencji i nieprzyzwoitości, która przetrwa prawie czterysta lat, do czasów rewolucji francuskiej i upadku monarchii. Niekiedy historia tli się powoli.

Ogień wiąże się ze wszystkim. Zawsze był jednym z najbardziej przerażających aspektów wojny, począwszy od tajemniczego ognia greckiego, którego Bizantyjczycy używali jako rodzaju napalmu, aż po okropności bomb zapalających i miotaczy ognia. Kojarzy się go również z pokojem - na całym świecie wieczny ogień symbolizuje nadzieję i jedność. Normy środowiskowe istnieją jedynie dzięki temu, że istnieje ogień. W 1969 roku rzeka Cuyahoga w Cleveland w Stanach Zjednoczonych była tak zanieczyszczona, że się zapaliła, co skłoniło prezydenta Nixona do powołania Agencji Ochrony Środowiska (Environmental Protection Agency). Ogień jest nawet źródłem sławy. W 356 roku przed naszą erą Świątynia Artemidy, jeden z siedmiu cudów świata, spłonęła, podpalona przez szewca Herostratesa, który zrobił to, bo chciał zostać sławny.

Praktycznie każda religia uważa ogień za święty. W judaizmie Chanuka upamiętnia cud, jakim było utrzymanie płomienia przez osiem dni dzięki pojedynczemu dzbanowi oliwy. W hinduizmie obchodzi się Diwali, święto światła, podobnie jak Święto Środka Jesieni w Chinach. W mitologii starożytnych Greków ogień odgrywał pierwszoplanową rolę - był darem od Prometeusza, który ulepił człowieka z gliny na wzór i podobieństwo bogów. W chrześcijaństwie Duch Święty przybywa w językach ognia, a prawosławni w Wielką Sobotę czczą Cud Świętego Ognia. W obu tradycjach umiejscawia się diabła w ogniach piekielnych.

W tej najistotniejszej reakcji chemicznej jest coś znacznie głębszego. Ogień jest tym, co wyróżnia Ziemię. Nasza planeta to jedyne w znanym nam wszechświecie miejsce, które płonie. Dzieje się tak dlatego, że ogień, by istnieć, potrzebuje trzech czynników: źródła zapłonu takiego jak iskra; utleniacza, czyli na przykład tlenu w naszej atmosferze; i paliwa, czegoś, co będzie się spalać. Żadne inne miejsce w Kosmosie nie spełnia takich warunków. Nie da się wzniecić płomienia na Wenus, bo jej atmosfera składa się w 95% z dwutlenku węgla, który zdławiłby płomień w ułamku sekundy. Na Neptunie to samo - podczas burz wiatr osiąga tam prędkość prawie dwóch tysięcy kilometrów na godzinę, czyli więcej, niż wynosi prędkość dźwięku, i jest dziewięć razy silniejszy niż najdzikszy huragan. Temperatura zaś sięga -200°C, co oznacza, że jest zdecydowanie za zimno, by możliwe było spalanie. Nawet Słońce, o którym myślimy zazwyczaj jak o gigantycznej kuli ognia, tak naprawdę wcale nie płonie. Jest to obszar ciągłych reakcji jądrowych utrzymywany w skupisku dzięki własnej grawitacji. Ze wszystkich światów, które udało nam się podejrzeć przez teleskop, jedynie Ziemia ma zdolność spalania.

Myślimy o ogniu jako o czymś pierwotnym, obecnym od początku istnienia wszechświata, ale tak nie jest. Ogień jest późniejszy niż życie na Ziemi. Liczy zaledwie jakieś czterysta dwadzieścia milionów lat. Jeśli weźmiemy pod uwagę nasze trzy niezbędne czynniki, czyli źródło zapłonu, utleniacz i paliwo, to ma to sens. Znalezienie na młodej Ziemi źródła zapłonu nie było trudne: wyładowania atmosferyczne, elektryczność statyczna, ruchy tektoniczne uwalniające w postaci lawy rozpaloną do czerwoności pod wpływem ciśnienia ziemskiego magmę. Dużo trudniej było jednak o pozostałe dwa elementy. W atmosferze ziemskiej jeszcze przez miliardy lat nie było wystarczająco dużo tlenu, a nawet gdyby było, i tak nie istniałoby nic do spalenia - zero materii roślinnej, szczątek martwej flory i fauny (będących źródłem paliw kopalnych, takich jak węgiel, ropa i gaz) czy przyjaciół francuskich królów. Ogień musiał poczekać, aż życie wyłoni się z oceanicznych głębin. Ta jedna reakcja chemiczna mówi nam wszystko, czego potrzebujemy, by zrozumieć, w jaki sposób powstał nasz świat.

Jeśli jednak ogień nie może przetrwać bez życia, to i złożone formy życia nie mogą istnieć bez ognia. Dzięki temu ogień stał się naszym stałym, pasjonującym partnerem. Wykorzystujemy go jako metaforę miłości, gniewu, rozpadu i odrodzenia. Od zawsze znaliśmy jego wagę. Rzymski filozof Lukrecjusz pisał o wczesnych ludziach, że "mogąc już ogień rozniecić / Dom ogrzewać, byli już także wrażliwsi, a ciało / Utraciło dawniejszą na mrozy wytrzymałość"III. William Shakespeare apelował: "O, gdyby Muza płomienistym wzlotem / wzniosła się w jasne niebiosa natchnienia"IV. Kiedy Michael Faraday, samouk, syn kowala, chciał wyjaśnić chemię swoim współczesnym z epoki wiktoriańskiej, wybrał płomień świecy jako idealny przykład na początek. "W zjawisku palenia się świecy występują na jaw wszystkie niemal prawa rządzące wszechświatem"V, powiedział urzeczonej publiczności to, czego nie mogły wykazać świeca i kilka prostych eksperymentów. Ogień, o czym Faraday dobrze wiedział, ma znaczenie. Jest nie tylko świetnym sposobem na poznanie historii - doskonale nadaje się też na przedmiot pierwszej lekcji chemii.

Zacznijmy od podstaw. Rzeczywistość zbudowana jest z atomów. Choć te potrafią się łączyć z innymi atomami, to zmienić strukturę mogą tylko w wyniku reakcji jądrowej. Mamy nazwę dla różnych rodzajów atomów. Nazywamy je pierwiastkami. One tworzą materię. Tworzą rzeczy.

W środku każdego atomu znajduje się jądro. Składa się ono z protonów i neutronów. Liczba protonów w jądrze decyduje o tym, z jakim pierwiastkiem mamy do czynienia. Wodór, najlżejszy pierwiastek, ma jeden proton. Hel ma dwa. Żelazo dwadzieścia sześć. Oganeson, najcięższy odkrytyVI pierwiastek, ma sto osiemnaście protonów. Protony mają ładunek dodatni, dlatego przyciągają mniejsze cząstki elementarne o ładunku ujemnym - elektrony, które tworzą wokół jądra atomu powłoki elektronowe. Elektrony są chemiczną walutą. Atomy starają się przechwycić wszystkie elektrony, jakich potrzebują do uzupełnienia swoich powłok, i formują w ten sposób różne rodzaje wiązań oraz współdzielą elektrony z sąsiadującymi z nimi atomamiVII. Gdy liczba protonów i elektronów w atomie nie jest równa, wówczas atom (lub grupa atomów) ma wypadkowy ładunek i jest zwany jonem.

Niektóre pierwiastki (takie jak hel) nie chcą grać w elektronową grę - mają kompletną powłokę i nie obchodzi ich, co się dzieje poza nią. Niektóre atomy tworzą silne wiązania kowalencyjne, które trudno jest rozerwać. Na przykład węgiel jest dość lekkim pierwiastkiem (ma pięć protonów), a w jego zewnętrznej powłoce elektronowej brakuje czterech elektronów. Oznacza to, że węgiel może stworzyć cztery wiązania kowalencyjne, które są nie tylko niezwykle wytrzymałe (ma najwyższą temperaturę sublimacji spośród wszystkich pierwiastków), ale też zadziwiająco uniwersalne - od grafitu po diament. Ponieważ jednak atomy węgla mogą tworzyć rozgałęzienia, szkielet węglowy może stanowić podstawę większych związków, tworząc długie łańcuchy z podstawnikami przyłączonymi do ich boków. Dlatego właśnie węgiel jest podstawą życia na Ziemi. Choć to nie jedyny pierwiastek niezbędny do życia (wodór, azot, tlen i fosfor są kluczowe nawet dla najprostszych organizmów, ludzie zaś potrzebują do przeżycia co najmniej dwudziestu dziewięciu różnych pierwiastków), tylko dzięki niemu i jego zdolności do budowania złożonych, stabilnych struktur życie w ogóle miało szansę się narodzić. Ma w istocie tak duże znaczenie dla chemików, że dzieli chemię na dwie części: organiczną (dotyczącą wszystkiego, co zawiera węgiel) i nieorganiczną (dotyczącą tego, co go nie zawiera)VIII.

Oczywiście w tym wyścigu elektronów biorą udział także pierwiastki niesforne - takie, które nieustannie sprawiają kłopoty, kradną elektrony i zrywają wiązania, uwalniając przy tym energię. To zjawisko nazywamy reakcją chemiczną. Napaść na skalę atomową.

Jednym z najbardziej pospolitych chemicznych bandytów jest tlen, tak agresywny, że nazwano nawet jego imieniem pewien rodzaj kradzieży elektronów - to reakcja utleniania i redukcji albo w skrócie redoks. W tej reakcji z jednego atomu zostaje pobrany elektron i oddany drugiemu atomowi, co umożliwia domknięcie jego zewnętrznej powłoki i lepszą stabilność. O atomie, który traci elektron, mówi się "reduktor"; a ten, który elektron pozyskuje, nazywamy utleniaczem.

Redoks jest głównym punktem chemicznego repertuaru. Fotosynteza, rdzewienie i korodowanie to przykłady reakcji redoks. Oddychanie to także redoks - każdy oddech to trylion kradzieży elektronów, a wszystko po to, by utrzymać nas przy życiu. Te reakcje zwykle wytwarzają więcej energii, niż absorbują, a ponieważ energia nigdy nie może zostać utracona, zmienia tylko swoją postać, to uwalnia się do otoczenia jako światło i ciepło - mamy wtedy do czynienia z reakcją egzotermiczną albo inaczej egzoenergetyczną.

Co to wszystko ma wspólnego z ogniem? Ogień jest po prostu szybkim utlenianiem. To reakcja, w której spalany obiekt traci elektrony w takim tempie, że formowanie się wiązań chemicznych skutkuje uwalnianiem do otoczenia ciepła i światła, w wyniku czego tworzą się płomienie, które pochłaniają wszystko wokół.

Jeśli to wyjaśnienie wydaje się zbyt proste, to słusznie. Ogień jest zwodniczy. Wszystkim nam się na przykład wydaje, że widzieliśmy płonącą świecę. Tylko że ona nie płonie. Wosk w żadnym punkcie nie dotyka płomienia - topi się i przemieszcza w górę knota, gdzie jest podgrzewany i zamienia się w parę, która następnie jest zasysana przez prądy powietrzne. Zanim wosk się spali, ulegnie w wyniku pękania wiązań molekularnych rozpadowi i stworzy całą gamę różnych cząsteczek, nie będzie już częścią świecy. Jednocześnie wosk pod płomieniem jest schładzany przez powietrze, które wypełnia tę pustą przestrzeń, pozostaje więc zimny i twardy. Jak wyjaśniał Faraday, jeśli chce się zobaczyć, jak zapala się para, wystarczy zdmuchnąć świecę i przyłożyć do niej zapałkę. "Dostrzegamy błysk - mówił - przebiegający od płomienia stoczka aż do knota, przy czym świeca się zapala"IX.

Ma to zastosowanie również w innych przypadkach. Spróbujcie zapalić zapałkę. Po wznieceniu iskry główką płomień dociera do drewna. Czy drewno się pali? Nie! Kiedy osiągnie temperaturę 275°C, przekształca się pod jej wpływem w węgiel drzewny. Reakcji tej towarzyszy uwalnianie gazów takich jak metanol, etanol, formaldehyd, tlenek węgla - i to one się palą. Drewno ma nadal temperaturę pokojową.

Myślimy o ogniu jako o długim pomarańczowym kosmyku pnącym się w górę. Kiedy jednak wyeliminujemy z tego równania grawitację, zobaczymy, że to tylko wrażenie, jakby piął się w górę, z powodu prądów konwekcyjnych. Gdyby chcieć rozpalić ogień na statku kosmicznym, to przybrałby idealny kształt: lśniącej, niebieskiej kuli, która powoli rozciągałaby się we wszystkich kierunkach, reagując z tlenem zawartym w powietrzu. Co może dziwić jeszcze bardziej, astronauci odkryli, że nawet po zgaszeniu płomienia ogień może się zapalić ponownie, jeśli nadal ma paliwo, tylko że tym razem emitując promieniowanie o niższej częstotliwość w widmie elektromagnetycznym. Innymi słowy, ogień nadal się pali, z tym że go nie widać.

Nawet najprostszy płomień jest dużo bardziej złożony, niż się wydaje. Płomienie mają puste środki i bardzo różne temperatury w poszczególnych punktach. Oznacza to, że w zależności od tego, na którą część płomienia się patrzy, można obserwować różne reakcje. Jeśli spalamy w naszej atmosferze najprostszy węglowodór, metan - jeden atom węgla związany z czterema atomami wodoru - to efektem może być sto pięćdziesiąt różnych cząsteczek. Obecnie chemicy nadal nie potrafią przewidzieć, które z nich mogą powstać w danym momencie, choć wiemy, że spalanie stałych paliw, bogatych w węgiel, zwiększyło ilość dwutlenku węgla w naszej atmosferze do ponad 50% w stosunku do poziomu sprzed ery przemysłowej. W połączeniu z innymi gazami cieplarnianymi doprowadziło to do globalnego ocieplenia, zmian klimatycznych i zakwaszenia oceanów. Ogień nas powoli zabija.

Jeśli nie potrafimy nawet określić kształtu i składu ognia, to co powiedzieć o jego stanie skupienia? Nie jest ani ciałem stałym, ani cieczą. Nie jest również gazem. Choć z tych ostatnich się składa, to gazy rozprężają się, wypełniając przestrzeń, a ogień tego nie robi. Najbliżej mu do plazmy - kiedy atomy gazowe i cząsteczki stają się tak energetyczne, że jony i elektrony swobodnie się przemieszczają. Wymaga ona energii, a po usunięciu jej źródła plazma przestaje istnieć, co z pewnością przypomina ogień. Ale ogień to też nie plazma - nie każdy płomień jest wystarczająco gorący, żeby zjonizować wszystkie cząsteczki powietrza wokół. Płomień świecy ma temperaturę około 1500°C, dużo za niską. Zatem mimo że ogień może wytwarzać plazmę, jest czymś zupełnie innym.

Badaliśmy ogień przez całą historię ludzkości, a on ciągle wymyka się definicjom.

*

Chociaż nie potrafimy ognia zaklasyfikować, jego zastosowania w epoce kamienia są oczywiste. Bez niego ludzie nie mogliby widzieć w nocy, chronić się przed dzikimi zwierzętami, zadymiać pszczół, żeby zdobyć miód, ani przetrwać w zimnym, surowym klimacie. Wiemy, jakie szlaki przemierzali nasi przodkowie, tylko dlatego, że ogień zostawia ślady. Ich chemiczne blizny pokrywają planetę niczym siatka, a my możemy dzięki nim śledzić wzrost zawartości węgla drzewnego od momentu, gdy ludzie po raz pierwszy pojawili się na danym obszarze. Stąd właśnie wiemy, kiedy nasi wędrowcy zawitali do Qobustanu.

Ci pradawni ludzie wykorzystywali ogień do zaspokajania prawie każdej chemicznej potrzeby. Przede wszystkim do przygotowywania posiłków. Gotowanie to chemia, a bardzo dużo najważniejszych procesów jest zależnych od ciepła generowane­go przez płomień, począwszy od karmelizacji, przez wędzenie, skończywszy na cenionym smaku umami, jaki uzyskujemy dzięki reakcji Maillarda. W reakcji tej cukry reagują z amino­kwasami, tworząc melanoidyny odpowiedzialne za pyszne smaki i brązowy kolor wszystkiego, od smażonego steka po bochenki chleba, a nawet paloną kawę.

Ogień nie tylko zapewnia ciepło i jedzenie. Około stu dwudziestu tysięcy lat temu australijscy Aborygeni zapoczątkowali "zimne wypalanie", polegające na zamierzonym, kontrolowanym podpalaniu ściółki w celu zarządzania gruntami. Właściwy powód tej praktyki jest nieznany, ale robili to też inni - ognia używano do zmiany krajobrazu również w Ameryce Północnej. Niezależnie od tego, czy był to sposób kontrolowania flory i fauny, wspomagania cykli zbiorów czy oczyszczania terenu, antropologowie zgadzają się co do jednego - ludzie zasiedlili Ziemię dzięki umiejętności okiełznania tej pięknej reakcji chemicznej. Geolodzy określają bieżący okres mianem antropocenu - czasu, kiedy wpływ ludzi na planetę zaczął być widoczny. Historyk środowiskowy Stephen Pyne woli termin "pirocen". Żyjemy w epoce ognia, ze wszystkimi tego konsekwencjami. Ogień jest z nami od zawsze i na zawsze z nami pozostanie. Jak zauważa Pyne, kiedy wreszcie odwiedzimy inne planety, dotrzemy tam dzięki kontrolowanemu spalaniu silnika rakiety. Dokądkolwiek się udajemy, niesiemy ze sobą płomienie.

Wziąwszy pod uwagę znaczenie ognia, nie ma nic dziwnego w tym, że spędzamy tyle czasu, nawet dzisiaj, próbując go okiełznać. W samym tylko Londynie trzy pożary dowiodły, jakie stanowi zagrożenie. W 1666 roku ogromny obszar brytyjskiej stolicy strawił Wielki Pożar, po którym wprowadzono w mieście zakaz krycia budynków strzechą obowiązujący do czasu wzniesienia szekspirowskiego Teatru Globe w 1997 roku (będącego rekonstrukcją oryginalnego Globe Theatre, który spłonął w 1613 roku). W 1987 roku w wyniku pożaru na stacji metra King's Cross St. Pancras zginęło trzydzieści jeden osób. Zakazano wtedy palenia papierosów na wszystkich stacjach londyńskiego metra, a także usunięto wszystkie drewniane panele i zamontowano instalacje tryskaczowe. W 2017 roku pożar Grenfell Tower, w którym śmierć poniosło siedem­dziesięcioro dwoje mieszkańców, zaowocował gruntownym zrewidowaniem standardów stosowania okładzin ochronnych w wysokościowcach.

Wszystko to wiąże się z chemią - czy chodzi o niepalne drewno wykorzystane przy budowie Teatru Globe, ciecze wrażliwe na ciepło uwięzione w szklanych bańkach, które pękają, uruchamiając tryskacze, czy zaawansowane polimery montowane na ścianach budynków, odporne na działanie płomieni. Natura ognia utrudnia jednak to zadanie. Czy lepszy będzie materiał, który wytrzymuje naprawdę wysokie temperatury, a następnie samoczynnie się zapala, rozpętując prawdziwe piekło, czy taki, który pali się w niższej temperaturze, ale w bardziej kontrolowany sposób? A może lepszy jest taki, który się nie pali, ale za to wydziela toksyczny dym? I co jest ważniejsze: odporność materiału na wysokie temperatury czy na zapalenie się od otwartego ognia? Czy lepiej, jeśli materiał się zwęgli, czyli szybko przestanie się palić, ponieważ utworzy się warstwa węgla, która zablokuje dostęp ognia do paliwa, czy lepiej, jeśli jest trudnopalny, ale kiedy już się zapali, nie przestaje? I to jeszcze zanim zaczniemy myśleć o zabezpieczeniach wbudowanych w telefony komórkowe, zapobiegających zapaleniu się baterii, czy o tym, że wszystkie czujniki dymu na świecie działają dzięki amerykowi­-241, izotopowi, który nie istnieje w naturalnym środowisku ziemskim, tylko powstaje w reaktorach jądrowych.

Chemicy zajmujący się ogniem nieustająco poszukują metod lepszego opanowania płomieni. Niektóre z ich pomysłów brzmią jak rodem z fantastyki naukowej. Jeden z pokutujących w internecie mitów głosi, że biblioteka Uniwersytetu Yale została zaprojektowana w taki sposób, żeby w razie pożaru automatycznie się zamknąć i zassać tlen z całego budynku, wyprowadzić go na zewnątrz i w ten sposób uratować księgozbiór, ale udusić wszystkich studentów uwięzionych wewnątrz. Tak naprawdę postanowiono po prostu mądrze wykorzystać chemię - system przeciwpożarowy uwalnia halon, złożoną z węgla, fluoru i bromu cząsteczkę, która obniża poziom tlenu, aby ugasić płomienie. Wdychanie halonu nie jest zabójcze, choć po wyjściu z budynku może skutkować bólem głowy.

Inne sposoby radzenia sobie z pożarami opracowano na Uniwersytecie Harvarda i w Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Departamentu Obrony USA (US Defense Advanced Research Projects Agency - DARPA). W 2013 roku obie instytucje połączyły siły, żeby opracować sposób gaszenia pożarów w miejscach, gdzie zastosowanie tradycyjnych środków gaszących, takich jak woda, mogłoby wyrządzić równie duże szkody co ogień. Mając w pamięci fakt, że ogień może zawierać plazmę, która ma ładunek elektryczny, wykazali, że można zakłócić jego kształt za pomocą skoncentrowanego pola elektrycznego. Inaczej mówiąc, da się ugasić ogień przez pora­żenie go prądem elektrycznym. Co dziwniejsze, doszli do wniosku, że pożar lasu można stłumić dźwiękiem: gdyby wyemitować w kierunku płomieni dźwięk o niskiej częstotliwości (od około pięćdziesięciu pięciu do sześćdziesięciu herców przy stu trzydziestu decybelach), zakłóci się konwekcję cząsteczek powietrza i w ten sposób ugasi ogień.

Choć nowe gazy, rażenie prądem i basowe dźwięki mogą ekscytować, to próby kontrolowania ognia nie są niczym nowym. Gdybyśmy żyli tysiąc dwieście lat temu i mieli na tyle szczęścia, żeby gościć w pałacu Karola Wielkiego w Akwizgranie, moglibyśmy zostać uraczeni jego ulubioną sztuczką. Jako król Franków Karol Wielki władał imperium rozciągającym się od północnej Hiszpanii do Alp Bawarskich. Pomimo ciąg­łych zmagań - z arystokracją, innymi królami, a nawet papieżami - pokonał przeciwności i zbudował królestwo, które ostatecznie po podziale dało początek Francji i Niemcom. Dla wielu Karol Wielki jest twórcą nowoczesnej Europy. Stało się tak dzięki temu, że starając się zjednać sobie wszystkich, którzy ewentualnie mogli mu się przeciwstawić, Karol Wielki organizował wystawne bankiety i zapewniał gościom rozrywkę.

Podczas takich uczt podejmował dostojnych gości, serwując jadło na swoim ulubionym obrusie - pięknym, ręcznie tkanym, mieniącym się srebrzystobiałymi włóknami. Kiedy wszyscy skończyli jeść, Karol podnosił obrus za rogi, zawijając w niego resztki jedzenia i podchodził z nim do kominka. Następnie ciskał tę niewątpliwie kosztowną tkaninę - wartą więcej, niż wynosiły roczne dochody większości zgromadzonych - w płomienie. Tłum patrzył, jak jarzy się jaskrawoczerwonym blaskiem. A jednak jakimś cudem nie płonęła. Kiedy już cesarz nacieszył oczy tym widokiem, kazał wyciągnąć z ognia obrus, cudownie nienaruszony i bez śladów pozostałości po uczcie. Średniowiecznym feudałom stojącym przed obliczem najpotężniejszego władcy swoich czasów zdawało się to magią.

Karol Wielki oszukiwał swoich gości. Trik ten stosowano od tysiącleci, a jego powodzenie zawdzięczano materiałowi, z jakiego zrobiony był obrus. W Chinach pewien generał nosił kaftan uszyty z tej samej tkaniny, na który "przypadkiem" rozlał wino. Rozebrał się do naga i wrzucił odzienie do ognia, by je wyczyścić. W starożytnym Rzymie westalki używały tego samego tworzywa jako knota do zapalania wiecznego płomienia; bliżej czasów Karola Wielkiego przedsiębiorczy mnisi sprzedawali dziwnie niepalny materiał łatwowiernym pielgrzymom, twierdząc, że pochodzi z drzewa Świętego Krzyża.

Wszystkie te knoty, fałszywe krzyże, kaftany i obrusy były zrobione z azbestu.

Azbest nie jest materiałem syntetycznym. W przeciwieństwie do wielu innych tkanin nie jest produktem pochodzenia zwierzęcego. Nie tka się go też z materii roślinnej. W rzeczywistości jest skałą - to długie, delikatne kryształy zbudowane z krzemianów, w postaci czworościanów zbudowanych z atomu krzemu otoczonego czterema atomami tlenu (SiO44-). Te kryształy tworzą maleńkie wiązki włókien zwane fibrylami. To one nadają materii wygląd lśniącego futraX i zadziwiającą odporność na płomienie. Przy temperaturze topnienia powyżej 1500°C materiał zdawał się niepalny (w rzeczywistości niektóre jego części przy odpowiednio wysokiej temperaturze ulegają topnieniu i odparowują). Niestety te same właściwości, które czynią azbest tak świetnym tworzywem w walce z ogniem, powodują, że jest wysoce toksyczny i niebezpieczny dla ludzi. Kryształki z łatwością przedostają się do płuc i powodują tysiące mikrouszkodzeń, które skutkują zbliznowaceniami, stanami zapalnymi i niektórymi rodzajami nowotworów. Stosowanie azbestu zostało zakazane w sześćdziesięciu sześciu krajach na całym świecie, mimo że jest na tyle przydatny, że nadal powszechnie używa się go we wszystkim, od budownictwa po hamulce samochodoweXI.

Ta błyskawiczna wycieczka po historii ognia pokazuje nam, dlaczego chemia jest tak fascynująca. Poprzez prostą reakcję, którą - jak nam się wydaje - wszyscy znamy, możemy zobaczyć, że nasz świat jest na tyle skomplikowany, iż ciągle zadziwia badaczy. Możemy połączyć pijackie wygłupy króla, który żył tysiąc dwieście lat temu, z jednym z najbardziej niesławnych materiałów stosowanych powszechnie we wszystkich naszych miastach.

Znaczenie opanowania ognia sięga jednak daleko głębiej. To dzięki niemu nauczyliśmy się kontrolować inne ważne reakcje chemiczne. Gdyby chcieć usystematyzować główne procesy chemiczne, wiele z nich, takich jak destylacja, sublimacja i parowanie, zależy od ciepła generowanego przez ogień. Wszystkie te procesy prowadzą jednak do niewielkich stopniowych zmian. Prawdziwym dobrodziejstwem ognia była możliwość wydobywania metali z rudy. To właśnie wtedy mogliśmy zakończyć epokę kamienia i zacząć tworzyć cywilizację.

Dalsza część w wersji pełnej

I M. Faraday, Dzieje świecy, tłum. M. i S. Kalinowscy, Warszawa 1947, s. 40.

II Współczesne relacje z balu zwanego Bal des Ardents są szczególnie sugestywne, zawierają na przykład opisy "płonących genitaliów" i "strumieni krwi". Dobre imię króla legło w gruzach. Został on oskarżony między innymi o próbę stosowania czarów do stworzenia demonicznego miecza. Nigdy nie odzyskał popularności i został niebawem zamordowany.

III Titus Lucretius Carus, O naturze wszechrzeczy, tłum. E. Szymański, Warszawa 1957, s. 199.

IV W. Shakespeare, Henryk V, tłum. S. Barańczak, Kraków 1999, s. 7.

V M. Faraday, dz. cyt., s. 27.

VI Więcej informacji na ten temat można znaleźć w mojej poprzedniej książce Superheavy.

VII Neutrony mają ładunek obojętny, a ich liczba określa izotop pierwiastka.

VIII Jeśli chcecie wprawić chemika w zakłopotanie, dajcie mu plastikową butelkę i zapytajcie, czy podlega recyklingowi organicznemu, czy nieorganicznemu. Przepraszam również wszystkich chemików analitycznych i fizykochemików, którzy poczuli się pominięci.

IX M. Faraday, dz. cyt., s. 39.

X W starożytnej Persji wierzono, że to skóra mitycznej salamandry, istoty, której nie imał się ogień.

XI Karol Wielki mógł być świadom niebezpieczeństw związanych ze stosowaniem azbestu. Już około 100 roku Pliniusz Młodszy pisał o wrażeniu, jakie zrobił na nim ten "rzadki i imponujący" materiał, ale przestrzegał również przed zakupem niewolników, którzy wcześniej pracowali z azbestem, ponieważ zazwyczaj pojawiały się u nich problemy z płucami.