Вильгельм Штрубе - Пути развития химии. Том 2. От начала промышленной революции до первой четверти XX века

К этому времени Джозеф Пристли, Ян Ингенхос, Жан Сенебье, Никола де Соссюр, Карл Шпренгель и другие ученые уже установили важное значение для растений процессов обмена веществ. Однако только после появления работ Ю. Либиха стала понятной их подлинная значимость. В 1840 г. Либих опубликовал книгу "Органическая химия в приложении к сельскому хозяйству и физиологии" [221], в которой дал широкое обоснование агрохимии.

Многочисленные исследования состава пахотных земель и выращиваемых на них культур привели Либиха к выводу, что растения поглощают неорганические вещества: углекислый газ, аммиак, воду, фосфорные, серную и "кремниевую" кислоты, кальций, оксид магния, калий и железо. Одновременно он установил, что с уборкой каждого урожая в пахотной земле все более и более истощается запас этих веществ. Поэтому путем внесения в почву одного лишь навоза невозможно возместить в достаточном количестве эти потери. Таким образом, почва становится беднее питательными веществами. Для предотвращения неурожаев и массового голода, по мнению Либиха, необходимо вносить в почву специально полученные на химических заводах вещества.

Хотя подобные же взгляды высказывались некоторыми учеными и раньше, тем не менее идеи Либиха натолкнулись на упорное сопротивление. Он пытался распространить свое учение, применяя на опытных полях изготовленное им "патентованное удобрение". Однако с применением удобрения он допустил ошибку: предположив, что дожди должны способствовать проникновению минеральных удобрений так глубоко в почву, что корни растений их уже не смогут достать, Либих вносил удобрения в виде плохо растворимых веществ. Как нарочно, он, многократно повторявший свои исследования, в этом случае был настолько уверен в правильности своих предположений, что ни разу не поставил их под сомнение и не проверил. Только познакомившись с работой одного виноградаря, который доказал способность пахотных земель к поглощению веществ, Либих обратил внимание на свою ошибку. Он сообщил об этом в книге "Химические процессы питания растений..." (1862г.). Пахотные земли удерживали в своих пластах растворенные минеральные вещества, которые после внесения их в легко растворимых формах стали доступными для питания растений.

В настоящей книге не могут быть отражены полностью разные этапы открытий, заблуждений, а также исправления ошибочных теорий, которые выдвигались агрохимиками. Что же касается развития производства искусственных удобрений, то здесь крайне важным оказалось постепенное понимание механизмов их действия. Начиная с 70-х годов XIX в. искусственные удобрения стали использоваться все чаще. В связи с этим их производство превратилось в самостоятельную отрасль промышленности.

Фосфорнокислые удобрения Либих получал из костей. Естественно, что это столь ограниченное по своим запасам сырье было вскоре заменено природным сырьем — фосфорнокислым кальцием (ортофосфатом кальция), который при обработке серной кислоты превращался в быстро действующее удобрение. После создания бессемеровского способа выплавки стали и усовершенствования этого метода Сидни Джилкристом Томасом, который предложил включать в состав футеровочных материалов бессемеровского конвертера кальциевые соли, фосфорнокислые удобрения (названные томас-шлаком) появились в большом количестве. "Основную" футеровку, которая при охлаждении разрушалась, размалывали в шаровых мельницах; вскоре этот томас-шлак заменил использовавшуюся для производства удобрений костяную муку.

Из Перу, где тысячелетиями накапливались экскременты морских птиц, они импортировались под названием "гуано". Гуано, содержащее фосфор и азот, представляло собой превосходное удобрение. Однако запасы его вскоре истощились.

Положение с калием (после открытия месторождения вблизи Штасфурта [222]) было более благоприятным. Химики обнаружили высокое содержание калия в отбросовых солях, которые при добыче каменной соли просто высыпались на склоны холмов; Адольф Франк доказал их значение для сельского хозяйства и промышленности, и в 1861 г. вблизи Штасфурта был построен первый калийный завод.

Часть неочищенных калийных солей измельчали, и в таком виде они могли быть использованы в виде удобрения. Другую часть путем дальнейшей химической обработки превращали в концентрированную калийную соль. Хлорид, сульфат и нитрат калия стали важнейшими продуктами химической промышленности. Едкая щелочь и поташ применялись для получения мыла, красителей, стекла и фарфора, нитрат калия — для изготовления пороха и стекла. В виде побочных продуктов получали бром, бромид калия, хлорид магния, "горькую соль" (MgSО 4*7Н 2О) и глауберову соль (Na 2SО 4*10Н 2О). В конце XIX в. были открыты новые крупные калийные месторождения. Усилилась конкуренция, в результате которой обанкротившиеся предприниматели продавали свои предприятия владельцам более крупных капиталов. В 1910 г. в Германии был создан могущественный калийный синдикат, который устанавливал объем производства, определял товарность продуктов и рыночные цены.

Помимо фосфора и калия растениям для синтеза белка особенно необходим азот. В качестве удобрений использовались водородные и кислородные соединения азота — соли аммония и нитраты. Аммиак получался при производстве светильного газа, запасы природного нитрата натрия имелись в больших количествах в Чили.

Быстро растущий спрос на азот и азотную кислоту заставил многих химиков искать способ получения водородных соединений азота на основе громадных запасов атмосферного азота [104].

В 1903 г. в Норвегии был построен завод, на котором при использовании дешевой гидроэлектроэнергии атмосферный азот превращался в пламени электрической дуги при 400° С в монооксид азота, а затем из него получали азотную кислоту. Однако для широкого практического распространения этого метода требовалось большое количество электроэнергии.

В Германии был разработан способ получения аммиака с использованием цианамида кальция. Он был основан на том, что при температуре 1000-1100° С азот реагировал с карбидом кальция, образуя цианамид кальция CaCN 2и углерод. При взаимодействии цианамида кальция с водой под давлением выделялся аммиак.

В 1903 г. Ф. Габер начал лабораторные опыты по синтезу аммиака.

Фриц Габер (1868-1934)

Фриц Габер родился в 1868 г. в Бреслау; отец его был коммерсантом. Химическое образование Габер получил в Берлине и Гейдельберге. В 1896 г. он стал приват-доцентом технической химии в Карлсруэ, а в 1898 г.- профессором [224] . В 1903-1911 гг. Габер занимался проблемой синтеза аммиака. В результате его сотрудничества с Алвином Митташем и особенно с Карлом Бошем к 1913 г. эта проблема была решена в промышленном масштабе. Созданный метод получил название "метод Габера — Боша". В 1918 г. за разработку этого метода Габер получил Нобелевскую премию. В 1911г. Габер возглавил Институт физической химии Общества им. кайзера Вильгельма. Во время первой мировой войны Габер руководил химическим отделом в военном министерстве Германии и способствовал разработке химического оружия. Когда в 1933 г. фашисты захватили власть в Германии, Габер эмигрировал. Вначале он был профессором химии в Кембриджском университете, затем переехал в Швейцарию. Габер умер в Базеле в 1934 г.