…Было время, когда столь знаменитый ныне уран ютился где-то на задворках интересов химии. Лишь окраска стекол да фотография заявляли на него робкие претензии. Потом в уране обнаружили радий. Из тысяч тонн урановых руд извлекали ничтожную крупинку серебристого металла. А отходы, содержащие огромное количество урана, продолжали загромождать заводские склады. Наконец пробил час урана. Выяснилось, что именно он дает человеку власть над использованием атомной энергии. Отбросы стали драгоценностью.
…Издавна были известны Стассфуртские соляные залежи в Германии. Они содержали многие соли, главным образом калия и натрия. Соль натрия, поваренная соль, сразу же находила употребление. Соли калия без сожаления отбрасывались. Огромные горы их громоздились около шахт. И люди не знали, что с ними делать. Очень нуждалось земледелие в калийных удобрениях, но стассфуртские отбросы нельзя было использовать. В них содержалось очень много магния. А он-то, полезный растениям в малых дозах, в больших оказывался гибельным.
Тут и помогла химия. Она нашла простой метод очистки калиевых солей от магния. И горы, окружающие стассфуртские шахты, стали таять буквально на глазах. Историки науки сообщают такой факт: в 1811 году в Германии был построен первый завод по переработке калийных солей. Через год их стало уже четыре, а в 1872 тридцать три завода Германии переработали более полумиллиона тонн сырой соли.
Вскоре после этого во многих странах были созданы заводы по выработке калийных удобрений. А теперь во многих странах добыча калийного сырья во много раз превосходит добычу поваренной соли.
«Азотная катастрофа»
Примерно сто лет спустя после открытия азота один из крупных микробиологов писал: «Азот более драгоценен с общебиологической точки зрения, чем самые редкие из благородных металлов». И был совершенно прав. Ведь азот — составная часть практически любой белковой молекулы, как растительной, так и животной. Нет азота — нет и белка. А нет белка — нет жизни. Энгельс сказал, что «жизнь — это форма существования белковых тел».
Для создания белковых молекул растениям необходим азот. Но откуда же они его берут? Азот отличает малая химическая активность. При обычных условиях он не вступает в реакции. Стало быть, азот атмосферы растения использовать не могут. Прямо-таки «…хоть видит око, да зуб неймет». Значит, азотная кладовая растений — почва. Увы, кладовая довольно скудная. Соединений, содержащих азот, в ней маловато. Вот почему почва быстро растрачивает свой азот, и ее необходимо дополнительно им обогащать. Вносить азотные удобрения.
Сейчас понятие «чилийская селитра» стало уделом истории. А примерно лет семьдесят назад оно не сходило с уст.
На обширных пространствах республики Чили простирается унылая пустыня Атакама. Она тянется на сотни километров. На первый взгляд это самая обычная пустыня, однако от других пустынь земного шара ее отличает одно любопытное обстоятельство: под тонким слоем песка здесь находятся мощные залежи азотнокислого натрия, или натриевой селитры. Об этих залежах знали давно, но, пожалуй, впервые вспомнили о них тогда, когда в Европе стало не хватать пороха. Ведь для производства пороха раньше использовались уголь, сера и селитра.
Срочно снарядили экспедицию для доставки заокеанского продукта. Однако весь груз пришлось выбросить в море. Оказалось, что для производства пороха годится только калиевая селитра. Натриевая жадно поглощала влагу из воздуха, порох отсыревал, и использовать его было невозможно.
Не в первый раз пришлось выбрасывать европейцам заокеанский груз в море. В XVII веке на берегах реки Платино-дель-Пино были найдены крупинки белого металла, получившего название платины. Впервые в Европу платина попала в 1735 году. Но с ней не знали толком, что делать. Из благородных металлов в то время были известны лишь золото и серебро, и платина не находила себе сбыта. Но вот ловкие люди обратили внимание, что по удельному весу платина и золото довольно близки друг к другу. Воспользовались этим и стали добавлять платину к золоту, которое шло на изготовление монет. Это уже была подделка. Испанское правительство запретило ввоз платины, а те запасы, которые еще остались в государстве, — собрали и в присутствии многочисленных свидетелей утопили в море.
Но история с чилийской селитрой не окончилась. Она оказалась превосходным азотным удобрением, благосклонно предоставленным человеку природой. Других азотных удобрений в то время не знали. Началась интенсивная разработка природных месторождений натриевой селитры. Из чилийского порта Иквикве ежедневно отчаливали суда, доставлявшие столь ценное удобрение во все уголки земного шара.
…В 1898 году мир был потрясен мрачным предсказанием знаменитого Крукса. В своей речи он предрекал человечеству смерть от азотного голода. Ежегодно вместе с урожаем поля лишаются азота, а месторождения чилийской селитры постепенно вырабатываются. Сокровища пустыни Атакамы оказались каплей в море.
Тогда ученые вспомнили об атмосфере. Пожалуй, первым человеком, обратившим внимание на безграничные запасы азота в атмосфере, был наш знаменитый ученый Климент Аркадьевич Тимирязев. Тимирязев глубоко верил в науку и силу человеческого гения. Он не разделял опасений Крукса. Человечество преодолеет азотную катастрофу, выпутается из беды, считал Тимирязев. И оказался прав. Уже в 1908 году ученые Биркеланд и Эйде в Норвегии в промышленном масштабе осуществили фиксацию атмосферного азота с помощью электрической дуги.
Примерно в это же время в Германии Фриц Габер разработал метод получения аммиака из азота и водорода. Так была окончательно решена проблема связанного азота, столь необходимого для питания растений. А свободного азота в атмосфере много: ученые подсчитали, что если весь азот атмосферы превратить в удобрения, то этого растениям хватит более чем на миллион лет.
Для чего нужен фосфор?
Юстус Либих считал, что растение может поглощать азот воздуха. Удобрять почву необходимо лишь калием и фосфором. Но именно с этими элементами ему и не повезло. Его «патентованное удобрение», которое взялась выпускать одна из английских фирм, не приводило к прибавке урожая. Лишь через много лет понял и открыто признал свою ошибку Либих. Он использовал нерастворимые фосфорнокислые соли, боясь, что хорошо растворимые будут быстро вымыты из почвы дождями. Но оказалось, растения не могут усваивать фосфор из нерастворимых фосфатов. И человеку пришлось готовить для растений своеобразный «полуфабрикат».
Каждый год урожаи всего мира уносят с полей около 10 миллионов тонн фосфорной кислоты. Для чего же нужен фосфор растениям? Ведь он не входит ни в состав жиров, ни в состав углеводов. Да и многие белковые молекулы, особенно наиболее простые, не содержат фосфора. Но без фосфора все эти соединения просто не могут образоваться.
Фотосинтез — это не просто синтез углеводов из углекислоты и воды, который «шутя» производит растение. Это сложный процесс. Фотосинтез идет в так называемых хлоропластах — своеобразных «органах» растительных клеток. В состав хлоропластов как раз и входит много соединений фосфора. Грубо приближенно хлоропласты можно представить себе в виде желудка какого-либо животного, где происходит переваривание и усвоение пищи, — ведь именно они имеют дело с непосредственными «строительными» кирпичиками растений: углекислотой и водой.
Поглощение растением углекислоты из воздуха происходит с помощью фосфорных соединений. Неорганические фосфаты превращают углекислый газ в анионы угольной кислоты, которые в дальнейшем и идут на постройку сложных органических молекул.
Конечно, роль фосфора в жизнедеятельности растений этим не ограничивается. Да и нельзя сказать, что его значение для растений уже выяснено полностью. Однако даже то, что известно, показывает его важную роль в их жизнедеятельности.
Химическая война
Это действительно война. Только без пушек и танков, ракет и бомб. Это «тихая», иногда многим незаметная, война не на жизнь, а на смерть. И победа в ней — счастье для всех людей.
Много ли вреда причиняет, например, обычный овод? Оказывается, это зловредное создание приносит убыток, только в нашей стране исчисляемый миллионами рублей в год. А сорняки? Только в США их существование стоит четыре миллиарда долларов. Или взять саранчу, сущее бедствие, превращающее цветущие поля в голую, безжизненную землю. Если подсчитать весь вред, который наносят сельскому хозяйству мира растительные и животные грабители за один-единственный год, получится невообразимая сумма. На эти деньги можно было бы целый год бесплатно кормить 200 миллионов человек!
