Главная
Новости Россия Политика Аналитика Вооружение Конфликты Иносми Мнения

Новости партнеров
 

Новости партнеров

Новости

Исторические вехи технической революции. Укрощение азота


Эрих Георг Себастьян Антон фон Фалькенхайн (1861—1922), военный министр Германии, начальник генерального штаба во время Первой мировой войны

В конце 1914 года, вскоре после начала Первой мировой войны, над германской армией нависла смертельная угроза. Никто не догадывался об этой опасности — ни солдаты на фронте, ни мирное население в тылу. Не знал о ней и противник. Немцы теснили союзников и в Бельгии и во Франции, и те никак не могли предполагать, что превосходящую их по силе германскую армию вот-вот постигнет полная катастрофа.


Только в германском военном министерстве и генеральном штабе знали правду.



С утра до вечера там метались, что-то считали и пересчитывали без конца. Непрерывно звонили телефоны, депеши с фронта и со всех концов страны сыпались на столы, и в них были вести одна тревожнее другой:

— Склады пусты!
— Пускаем в аппараты последние тонны!
— Запасов остается не больше чем на пять недель.
— Осталось запасов на четыре недели.
— Селитры хватит на три недели. В расчет принято и то, что находится в пути, в вагонах, и то, что имеется на складах, и то, что уже загружено в заводские аппараты. Через три недели все будет кончено…

Между тем война только-только разгоралась.

С фронта шли бесконечные требования: патронов, снарядов, снарядов! Но для производства патронов и снарядов нужны порох и взрывчатые вещества. А для производства пороха и взрывчатых веществ требуется азотная кислота. А азотную кислоту получали из селитры. А селитра…

Неисчерпаемые запасы селитры находились на побережье Тихого океана, в далеком Чили. И ни один грамм ее не попадал больше в Германию, блокированную английским военно-морским флотом.

Почему же немцы не позаботились заблаговременно запастись селитрой? Потому что они не ожидали, что война будет такой долгой. Военное министерство заготовляло пушки, ружья, снаряды, патроны — все, что непосредственно нужно для армии. Немцы считали, что заготовленного ими хватит не меньше чем на год. Ну а война, по их мнению, должна была закончиться за несколько месяцев. Но жизнь полностью опрокинула их расчеты.

В первые же дни бои развернулись с такой силой, что запасы снарядов стали убывать молниеносно. Тысячи тонн свинца и железа извергались на поля сражений в один день. То, что полагалось на месяц, расходовалось в неделю, а то и в сутки. Люди изобрели пулеметы и скорострельные пушки, но они не могли себе заранее представить, как сильно это изменит войну.

Германские фабриканты пороха первые почувствовали всю тяжесть просчета.

— Больше пороха! Больше тротила! Больше мелинита! — требовало у них военное министерство.
— Селитры! Дайте селитры! — в один голос отвечали фабриканты.

А селитра была по ту сторону экватора, в недоступном Чили...

Агенты правительства рыскали по всей Германии, совершали набеги на усадьбы помещиков, на крестьянские фермы. Каждый мешок с азотным удобрением торжественно подвергался реквизиции. Ведь селитра идет не только на производство взрывчатых веществ, но и на удобрение полей..



Все было напрасно. Катастрофа надвигалась на Германию. Неумолимо приближался день, когда ее миллионные армии, стоявшие в Бельгии, во Франции и в Польше, должны были оказаться совершенно безоружными, хотя у них и имелись десятки тысяч вполне исправных пулеметов, пушек, гаубиц.

Но еще задолго до окончания войны в распоряжении Германии оказался другой, совершенно неисчерпаемый источник азотного сырья. Этого источника с избытком хватало в Германии и на производство взрывчатых веществ и на удобрения. Он в тысячи раз богаче чилийских залежей и бесконечно доступнее. Его хватит для всех стран земного шара, для мира и войны, на все времена и для всех народов. Этот источник отсрочил военный разгром Германии в Первой мировой войне.

За двенадцать лет до описываемых событий, осенью 1898 года, в городе Бристоле собралась Британская ассоциация естествоиспытателей. Съезд открыл президент общества физик Уильям Крукс.


Сэр Уильям Крукс (1832—1919), английский химик и физик, президент Лондонского Королевского общества. Крукс вошел в историю как человек, открывший таллий и впервые получивший гелий в лабораторных условиях

Ожидали, что он, по обычаю, расскажет о новых открытиях, о важнейших научных проблемах, над которыми работают исследователи в Англии и других странах. Но Крукс вышел на трибуну, чтобы сделать грозное предупреждение. Через головы участников съезда он обратился ко всему человечеству с сенсационной речью, которая прозвучала как сигнал бедствия.

— То, о чем я буду говорить, касается всего мира, всех народов и каждого человека в отдельности. Это животрепещущий вопрос сегодня и вопрос жизни и смерти для грядущих поколений. Англия и все цивилизованные нации стоят под угрозой гибели от голода. Население растет, а земли мало. Мир свыкся с мыслью, что где-то еще есть свободные миллионы акров, которые в любой момент можно распахать, чтобы прокормить все увеличивающееся население земного шара. Но это неверно: скоро все свободные земли будут использованы. Нам остается только один путь — усиленно удобрять поля, что бы снимать с них более высокие урожаи.

Нам нужен азот. Где же его взять?

Некоторое количество азота дает клевер, но его уже применяют не первый год, и это не спасает положения.

Мы удобряем поля селитрой, но запасы ее в Чили не безграничны. Через двадцать-тридцать лет они будут истощены. И тогда мир окажется на краю бездны.

Тридцать лет — это миг в жизни народов. Многие присутствующие здесь, быть может, будут сидеть и в 1928 году на очередном съезде Британской ассоциации, и они увидят тогда, насколько правильны были мои предсказания. Есть, однако, луч света в этой мрачной картине. Азота в свободном состоянии сколько угодно на земле.

Надо научиться связывать его, связывать во что бы то ни стало!

Химик должен прийти на помощь человечеству, над которым нависла угроза. Только химия может предотвратить голодную смерть и создать на земле изобилие…

Хоть азот означает «безжизненный», без него жизнь невозможна. Все ткани нашего тела, наши мышцы, мозг, кровь — все построено из веществ, содержащих азот. Откуда же он попадает туда? Не из воздуха ли? Нет, азот, который мы заглатываем при дыхании, выходит из наших легких совершенно не изменённым. За сутки каждый из нас вдыхает примерно 10 килограммов атмосферного азота, но ни одна частица его не усваивается нашим организмом!

Мы не умеем использовать свободный, нейтральный азот. Дыхание не насыщает нас. Мы потребляем только уже ранее, без нас связанный азот, тот, который содержится в животной и растительной пище. Каждая котлета или яичница, которую мы съедаем, — это азотный паек, взятый нами в готовом виде у животных. А животные берут связанный азот у растений, которые извлекают его из почвы. В почву же он попадает из навоза, из гниющих остатков растений.

Только некоторые бактерии умеют прямо из воздуха извлекать нужный для жизни азот. Они «едят» свободный азот, они связывают его, превращают в сложные азотистые вещества, из которых строится живая клетка. Такие бактерии во множестве живут в почве и на клубнях бобовых растений — клевера, люцерны. Вот почему так полезно сеять клевер: он обогащает почву связанным азотом, взятым прямо из воздуха.

Но одного клевера обычно не хватает, чтобы восполнить в земле убыль азотистых веществ. И вот люди отыскали в далеком Чили огромные залежи ископаемой азотной соли — селитры. Это драгоценное вещество, в котором сидит «пленный» азот, стали развозить по всему миру. Часть шла на военные предприятия, часть — на поля, для удобрения.

А в то же время над головами людей струится безграничный океан свободного азота…

Азот… Самый яркий огонь мгновенно гаснет в нем. Животные гибнут в нем от удушья.

Из безжизненного, инертного азота на четыре пятых состоит вся наша атмосфера, а одну пятую воздуха составляет живительный и активный кислород. Но хотя азот тесно перемешан с кислородом, он почти никогда не вступает с ним в соединение.

Если же каким-нибудь путем азот все же удается «пленить», связать с кислородом, то это соединение приобретает страшную силу. Ленивый азот тогда становится энергичным и буйным. Он норовит во что бы то ни стало вырваться опять на волю, освободиться от насильственной связи с кислородом. На этом и основано действие почти всех взрывчатых веществ. В порохе, динамите, тротиле, мелините сидит пленником азот. Он ждет только первой искры, толчка, детонации, чтобы разорвать путы, удерживающие его около кислорода. А освобождающийся одновременно с ним активный кислород набрасывается на горючую основу взрывчатого вещества и мгновенно ее сжигает. Так происходит взрыв.

Но если освободить азот очень легко и просто, то связать его неимоверно трудно.

Семь лет спустя после того, как был сделан Вильямом Круксом столь страстный призыв, рука человека впервые укротила азот.

В Норвегии, недалеко от довольно мощной гидроэлектрической станции, два исследователя, профессор Биркеланд и инженер Эйде, построили необыкновенный завод — завод для сжигания азота воздуха.


Кристиан Олаф Бернхард Биркеланд (1867—1917)



Самуэль Эйде (1866—1940)

На заводе этом стояли круглые электрические печи, и в них горел азот воздуха, как заправское топливо. Ведь воздух, окружающий нас, — это горючая смесь. В нем сколько угодно кислорода, нужного для горения, и азот, который можно заставить соединиться с кислородом, то есть гореть. Чтобы заставить его гореть, требуются неимоверные усилия.

Как же зажгли азот Биркеланд и Эйде? Они заимствовали свой способ у природы.

В любую грозу всякий раз, когда ударяет молния, часть азота сгорает. Могучие электрические разряды не только превращают кислород в пахучий озон, но выводят из равновесия и «ленивый» азот, заставляя его вспыхивать, соединяться с кислородом.

Думали ли вы, наблюдая яркую вспышку молнии, что при этом горит сама атмосфера?

При горении азота образуются едкие окислы азота, и они тут же растворяются в каплях дождя. Получается настоящая азотная кислота, которая и проливается на землю. Мы этого не замечаем только потому, что она очень разбавлена. Все же ее выпадает не так уж мало: в среднем около 10 килограммов на каждый гектар ежегодно.

На заводе Биркеланда и Эйде молния создавалась искусственно.

К двум медным стержням, установленным один против другого, подводился мощный электрический ток. Между стержнями возникала ослепительная вольтова дуга. С помощью сильного электромагнита эту дугу раздували, растягивали так что получался огромный огненный круг, высотой в два человеческих роста. И в эту круглую молнию, где температура доходила до 4500 градусов, непрерывно вдували воздух.

Попавшему в такую горячую переделку азоту ничего не оставалось делать, как соединиться с кислородом.

Впрочем, едва покинув печь, он сейчас же стремился уйти из плена: окислы азота тут же после возникновения немедленно начинали распадаться на составные части — на азот и кислород. Чтобы связанный с таким трудом азот не обрел опять свободы, приходилось моментально, с огромной быстротой, охлаждать сожженный воздух. Только тогда удавалось предохранить окислы азота от разложения. Затем их растворяли в воде и обрабатывали известью.

Так Биркеланд и Эйде получали искусственную селитру — селитру из воздуха.

Это была первая брешь в кольце голодной блокады, незаметно надвигавшейся на мир.

Но производство новой селитры развивалось все же туго. При сжигании воздуха расходовалось очень много электрической энергии, и это очень удорожало селитру. Только в Норвегии и в других местах, где есть много горных рек и водопадов, дающих дешевую энергию, добыча воздушного удобрения еще кое-как окупалась.

Биркеланд и Эйде на деле доказали, что призыв Вильяма Крукса к химикам не был напрасен. Но тем не менее, естественная чилийская селитра, запасы которой медленно, но верно истощались, все еще царила в сельском хозяйстве и в военной промышленности большинства стран мира.

В то время, когда Биркеланд и Эйде только еще собирались строить завод для сжигания азота воздуха, Фриц Габер сделал попытку связать азот иным путем.


Фриц Габер (1868—1934), немецкий химик, лауреат Нобелевской премии по химии 1918 года

На первых порах он провел совсем скромный лабораторный опыт: небольшую фарфоровую трубку раскалили электрическим током до 1000 градусов и пропустил через нее смесь двух газов — азота и водорода.

Что должно было из этого получиться?

Во всех учебниках и химических справочниках было твердо и решительно записано, что азот с водородом не соединяется никогда и ни при каких условиях.

Тщательно исследовав газ, который выходил из фарфоровой трубки, Габер убедился, что это почти правильно: смесь азота и водорода нисколько не изменилась от действия высокой температуры, если не считать ничтожной части — одной пятитысячной части этой смеси. Мизерная доля азота все-таки связалась, соединилась, образовав маленький пузырек нового сложного вещества — аммиака.

Габер решил, что для начала это вовсе не так уж плохо. Если азот вообще может вступать в соединение с водородом, то надо попытаться найти такие средства, которые заставили бы его соединяться легко и быстро.

Несколько лет подряд Габер настойчиво искал эти средства. Он ставил бесчисленные опыты, производил сложнейшие теоретические расчеты и в конце концов достиг своей цели. Габер пришел к выводу, что надо сильно сжать азотоводородную смесь, прежде чем подвергнуть ее нагреву. И в самом деле, благодаря высокому давлению азот стал гораздо лучше соединяться с водородом.

Потом Габер подобрал катализатор для этой реакции. (Катализаторами называют вещества, которые одним своим присутствием способны ускорять различные химические превращения.) И под тройным влиянием высокой температуры, высокого давления и катализатора азот сдался. В толстостенном лабораторном аппарате, похожем на ствол диковинной пушки, азот, сдавленный до 200 атмосфер и нагретый до 500—600 градусов, активно соединился с водородом, образовав пахучий едкий аммиак.

В 1908 году Габер предложил одному из крупнейших химических заводов Германии начать производство аммиака из воздуха по его способу.

Практичные промышленники сначала и слышать об этом не хотели. Высокое давление... Высокая температура... Кто же рискнет затевать производство, для которого нужны аппараты, подобные артиллерийским орудиям? В стволе пушки в момент выстрела возникает чудовищное давление в 3 тысячи атмосфер и температура в 2500 градусов. Но, по крайней мере, это длится только сотую долю секунды! А Габер предлагал строить заводские аппараты, которые непрерывно, день и ночь, работали бы под огромным давлением и при высокой температуре. И вдобавок требовалось, чтобы они нигде не давали течи, чтобы все соединения были плотны, герметичны, как у любого баллона с сжатым газом. Где найти такой прочный металл, который удовлетворял бы столь неслыханным требованиям?

Все же Габер убедил инженеров приехать посмотреть на его лабораторную установку.

Инженеры явились, заранее уверенные в том, что зря теряют время. Но когда на их глазах азот, взятый прямо из воздуха, превратился в едкий аммиак, от которого щипало в носу и текли слезы, сердца их дрогнули. Это было слишком поразительно, слишком замечательно! Как опытные химики, представители фирмы достаточно хорошо знали что такое свободный азот, а это маленькое лабораторное чудо сулило им огромные прибыли.

Соглашение состоялось.

Инженер Карл Бош, взялся поставить заводское производство аммиака по способу Габера.


Карл Бош (1874—1940), немецкий химик, инженер, лауреат Нобелевской премии по химии 1931 года

Ему пришлось преодолеть неслыханные трудности. Катализатор Габера оказался чересчур нежен и чувствителен для заводской работы. Малейшие примеси в газе «отравляли» его, и он становился негодным. Пришлось изыскать сложные, но дешевые способы очистки газа. Пришлось подбирать новые катализаторы, в одно и то же время высокоактивные, но грубые и нечувствительные к «ядам».

Однако больше всего хлопот доставили сами аппараты для получения аммиака.

В мире не было такого металла, такой стали, которая длительное время выдерживала бы и жар, и огромное давление, и действие газов. Ничего не оставалось поэтому делать, как создавать новую металлургию, искать новые составы сталей.

Но после долгих трудов удалось изготовить сверхпрочную сталь, чудо металл. Нагретый до температуры 500—600 градусов, под давлением, которого достаточно было бы, чтобы разорвать обыкновенную сталь на клочки, как бумагу, этот удивительный металл стойко нес свою тяжелую службу. Вдруг новая беда: оказывается, через него просачивался изнутри аппарата водород!

Этот юркий, пронырливый газ — легчайшее, тончайшее вещество на свете, проникал сквозь плотный металл, как вода сквозь решето. К тому же он и химически действовал на металл, делал его хрупким. Ценой огромных усилий Бош сумел справиться и с этим препятствием и со многими другими. В 1913 году, в городе Оппау был пущен наконец первый завод, вырабатывающий аммиак по способу Габера. А затем, уже во время войны, когда аммиак научились превращать в азотную кислоту, в Германии стали лихорадочно строить еще и еще новые заводы для получения аммиака из воздуха, один мощнее другого. Это отсрочило военный разгром Германии в Первой мировой войне. Чего другого, а воздуха в Германии, блокированной со всех сторон, было достаточно...

Способ Габера давно уже стал достоянием всех передовых промышленных стран. Он легко вытеснил способ Биркеланда и Эйде. Потеряла свое прежнее значение и чилийская селитра. Зачем, в самом деле, возить с конца света вещество, которое можно получать у себя дома, везде где угодно? Объёмы добычи нитратов в Чили упали с 2,5 млн. тонн в 1925 году (стоимость одной тонны сырья составляла $45) до 800 тыс. тонн, продаваемых по $19 за тонну в 1934 году. Химик, как предсказывал некогда Крукс, действительно спас мир от угрозы голода.

Рассказ был бы не полон, если бы мы не проследили до конца судьбу его главных героев: доктора Фрица Габера и инженера-химика Карла Боша.

Фриц Габер — один из величайших химиков нашего времени. Он сделал для Германии больше, чем кто-либо другой, больше, чем все ее генералы, больше, чем ее главнокомандующие. Ведь он снабдил армию и сельское хозяйство азотом на все время войны! Если бы не Габер, вряд ли Германия сумела бы тогда продержаться свыше четырех лет в тисках блокады и голода.

Габер сыграл ключевую роль в развитии химического оружия во время Первой мировой войны. Вскоре после начала войны он возглавил химический отдел военного министерства. Часть его работы включала разработку противогазов с адсорбирующими фильтрами. Он руководил группами, разрабатывавшими применение хлора и других смертоносных газов окопной войны.

Рассуждая о войне и о мире, Габер как-то сказал: «Во время мирного времени учёный принадлежит миру, но во время войны он принадлежит своей стране». Габер был патриотом Германии и гордился своей помощью стране во время Первой мировой войны, за которую кайзер присвоил учёному, не подлежавшему по возрасту военной службе, звание капитана.

2 мая 1915 жена Габера совершила самоубийство. Она выстрелила в себя из принадлежащего ему пистолета, приняв такое решение вследствие того, что Габер лично контролировал первое удачное применение хлора во время Второй Битвы при Ипре 22 апреля 1915 года.


Клара Иммервар , жена Габера

В 1933 году в Германии пришли к власти нацисты. В институте Габера, славившемся на весь мир своими замечательными научными работами, появились люди в коричневых мундирах. И началась свирепая чистка. Лаборатории опустели, десятки ученых были выброшены на улицу, изгнаны из страны, а кое-кто угодил в концентрационный лагерь. Вскоре и самому шестидесятипятилетнему Фрицу Габеру, лауреату Нобелевской премии, герою Первой мировой войны, пришлось последовать за своими сотрудниками. Хотя он уже более сорока лет бы ревностным лютеранином, ему припомнили «неарийского» папашу. На старости лет, с больным сердцем, оскорбленный и униженный, великий ученый очутился в изгнании. Университет английского города Кембриджа поспешил предоставить знаменитому изгнаннику убежище и лабораторию. Но удар, нанесенный ему, был слишком силен. Карьера Габера кончилась. В январе 1934 года он умер на чужбине от сердечного приступа.

Впоследствии, после Второй мировой войны, в 1946 году покончит жизнь самоубийством его сын — Герман Габер, из-за осознания бед, принесённых изобретённым в 1920 году в лаборатории отца веществом «Циклон Б». Немецкие нацисты применяли «Циклон Б» для уничтожения узников в газовых камерах Освенцима и других лагерей смерти.

Нелегко пришлось и Карлу Бошу.

Он служил на заводе анилиновых красителей и удобрений, где также выпускались компоненты взрывчатых веществ и отравляющий газ фосген компании BASF, расположенном близ городка Оппау, когда 21 сентября 1921 года там произошёл взрыв.

Непосредственной причиной трагедии послужила детонация при использовании взрывчатки для раздробления слежавшихся запасов сульфата и нитрата аммония, складируемых в ожидании сезонного пика продаж сельхозудобрений в расположенном рядом выработанном глиняном карьере. До этого длительное время для этих целей использовались картонные трубки с чёрным порохом, не вызывавшим детонации. Однако подрядчик-взрывник решил сэкономить и применил для разрыхления слежавшихся солей более мощную взрывчатку — рекарок (смесь бертолетовой соли с бензином), которая инициировала детонацию взрывчатой смеси. Взорвалось 12 тысяч тонн смеси сульфата и нитрата аммония, энергия взрыва оценивалась в 4—5 килотонн тротилового эквивалента.

В Оппау из 1000 строений 800 было разрушено, 7500 человек остались без крова. В результате взрыва были разрушены близлежащие деревни Франкенталь и Эдигхайм. Стоявшие на близлежащих станциях поезда были сброшены с путей, а в радиусе 70 км, включая города Людвигсхафен и Мангейм, были выбиты стёкла во всех постройках, звук взрыва был слышен даже в расположенном в 300 км Мюнхене. После взрыва, оставившего воронку размером 90 на 125 метров и глубиной 20 метров, начался сильный пожар, который был потушен только через несколько дней. Жертвами катастрофы стал 561 человек, свыше полутора тысяч получили ранения и ожоги.

Вот несколько фотографий с места трагедии.







Катастрофа в Оппау послужила для описания взрыва химического завода «Анилиновой компании» в Германии в романе А. Н. Толстого «Гиперболоид инженера Гарина».

Бош основал IG Farben — крупнейший химико-технологический конгломерат того времени. По личным и профессиональным соображениям Бош был настроен против нацистского антисемитизма. Среди его ближайших соратников в 1933 году было несколько евреев. Он видел большую проблему в подавлении и увольнении еврейских ученых и критиковал враждебную науке нацистскую политику. В частности, Бош отверг антисемитское законодательство и выступил за пребывание еврейских ученых в Германии. Он предложил помощь своему коллеге Фрицу Габеру, когда тот был изгнан в 1933 году, и многие коллеги-специалисты отвернулись от него. Бош появился со всеми оставшимися на тот момент членами правления IG Farben на церемонии, организованной Максом Планком в январе 1935 года по случаю годовщины смерти Габера, участие в которой было запрещено всем работникам университетов указом рейхсминистра науки, воспитания и народного образования Бернгарда Руста.

В 1937 году под давлением нацистских законов все работники IG Farben еврейского происхождения были уволены.

Бош придерживался того мнения, что позиции в промышленности, экономике и науке должны занимать профессионалы из этих областей, а не нацистские политики. С этим он связывал надежду предотвратить худшее. Он слишком поздно понял, что эта надежда была ложной и что он стал соучастником преступлений нацистского режима. Бош рассказал Рихарду Вилльштеттеру о встрече с Гитлером на которой он, по собственным словам, предупредил Гитлера, что изгнание еврейских ученых отбросит немецкую физику и химию на сто лет назад. В ответ Гитлер воскликнул: "Тогда мы сто лет будем работать без физики и химии!" Затем он позвонил своему адъютанту и с преувеличенной вежливостью заявил, что советник Карл Бош желает уйти. От серьёзных политических санкций Боша спасала только международная известность.

7 июня 1939 года на ежегодном собрании комитета немецкого музея Мюнхена Бош выступил с речью, в которой говорил о том, что „наука может процветать только в условиях свободы, и что экономика и государство неминуемо погибнут, если наука будет подвержена таким удушающим политическим, мировоззренческим и расовым ограничениям, как при национал-социализме“. Впоследствии Рудольф Гесс потребовал лишить Боша всех должностей и запретить ему публичные выступления. Бош действительно лишился различных постов и под давлением национал-социалистов был вынужден уйти с поста председателя правления IG Farben. В последние годы жизни Бош страдал от глубокой депрессии и в 1939 году даже предпринял попытку самоубийства. Скончался в 1940 году.

Александр Привалов

Подпишитесь на нас Вконтакте

Загрузка...

143

Похожие новости
07 апреля 2020, 09:20
06 апреля 2020, 08:40
06 апреля 2020, 12:40
07 апреля 2020, 17:00
05 апреля 2020, 06:00
07 апреля 2020, 05:40

Новости партнеров