Текст книги "Занимательно о химии"

Автор книги: Лев Власов

Соавторы: Дмитрий Трифонов
сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 13 страниц)

В литературе как-то промелькнуло сообщение, что японским ученым будто бы удалось создать полимерный материал, выдерживающий нагрев до 2000 градусов. Возможно, это ошибка, но ошибка, которая не так уж далека от истины. Ибо термин «жаростойкие полимеры» уже скоро должен войти в длинный перечень новых материалов современной техники.

Удивительные сита

Устроены эти сита довольно оригинально. Они представляют собой гигантские органические молекулы, обладающие рядом интересных свойств.

Во-первых, как и многие пластмассы, они нерастворимы в воде и органических растворителях. А во-вторых, в них входят так называемые ионогенные группы, то есть группы, которые в растворителе (в частности в воде) могут давать те или иные ионы. Таким образом, эти соединения относятся к классу электролитов.

Ион водорода в них может замещаться каким-нибудь металлом. Так происходит обмен ионов.

Эти своеобразные соединения получили название ионообменников. Те из них, что способны взаимодействовать с катионами (положительно заряженными ионами), называют катионитами, а те, которые взаимодействуют с отрицательно заряженными ионами, именуют анионитами. Первые органические ионообменники были синтезированы в середине 30-х годов нашего столетия. И сразу же завоевали самое широкое признание. Да это и не удивительно. Ведь с помощью ионообменников можно превращать жесткую воду в мягкую, соленую – в пресную.

Представьте себе две колонки – одна из них наполнена катионитом, другая – анионитом. Допустим, мы задались целью очистить воду, содержащую обычную поваренную соль. Мы пропускаем воду сначала через катионит. В нем все ионы натрия «обменяются» на ионы водорода, и в нашей воде вместо хлористого натрия будет уже присутствовать соляная кислота. Затем мы пропускаем воду через анионит. Если он находится в гидроксильной форме (то есть анионами, способными к обмену, у него являются ионы гидроксила), все ионы хлора будут заменены в растворе ионами гидроксила. Ну, а ионы гидроксила со свободными ионами водорода немедленно образуют молекулы воды. Таким образом, вода, содержавшая первоначально хлористый натрий, пройдя через ионообменные колонки, стала совершенно обессоленной. По своим качествам она может поспорить с лучшей дистиллированной водой.

Но не только опреснение воды принесло ионитам широкую известность. Оказалось, что ионы по-разному, с различной силой, удерживаются ионитами. Ионы лития удерживаются сильнее, чем ионы водорода, ионы калия – сильнее, чем натрия, ионы рубидия – сильнее, чем калия, и так далее. С помощью ионитов стало возможным очень легко проводить разделение различных металлов. Большую роль играют иониты сейчас и в различных отраслях промышленности. Например, на фотографических фабриках долгое время не было подходящего способа улавливания драгоценного серебра. Именно ионитовые фильтры решили эту важную задачу.

Ну, а сможет ли человек когда-нибудь использовать иониты для извлечения ценных металлов из морской воды? На этот вопрос нужно ответить утвердительно. И хотя морская вода содержит огромное количество различных солей, по-видимому, получение благородных металлов из нее дело недалекого будущего.

Сейчас трудность в том, что при пропускании морской воды через катионит, соли, которые в ней есть, фактически не дают возможности осесть небольшим примесям ценных металлов на катионите. Однако в последнее время синтезированы так называемые электронообменные смолы. Они не только обменивают свои ионы на ионы металла из раствора, но еще и способны восстанавливать этот металл, отдавая ему электроны. Недавние опыты с такими смолами показали, что если через них пропускать раствор, содержащий серебро, то вскоре на смоле осаждаются не ионы серебра, а металлическое серебро, причем смола в течение длительного периода сохраняет свои свойства. Таким образом, если через электронообменник пропускать смесь солей, ионы, которые наиболее легко восстанавливаются, могут превратиться в атомы чистого металла.

Химические клешни

Как утверждает старый анекдот, ловить львов в пустыне проще простого. Поскольку пустыня состоит из песка и львов, надо взять сито и просеять пустыню. Песок пройдет сквозь отверстия, а львы останутся на решетке.

А что делать, если есть ценный химический элемент в смеси с огромным количеством тех, что не представляют для вас какой-либо ценности? Или необходимо очистить какое-либо вещество от вредной примеси, содержащейся в весьма малых количествах.

Такое случается нередко. Примесь гафния в цирконии, который используется в конструкциях ядерных реакторов, не должна превышать нескольких десятитысячных процента, а в обычном цирконии его около двух десятых процента.

Эти элементы очень похожи по химическим свойствам, и обычные методы здесь, как говорится, не срабатывают. Даже удивительное химическое сито. А между тем требуется цирконий исключительно высокой степени чистоты…

Веками химики следовали немудреному рецепту: «Подобное растворяется в подобном». Неорганические вещества хорошо растворяются в неорганических растворителях, органические – в органических. Многие соли минеральных кислот хорошо растворяются в воде, безводной плавиковой кислоте, в жидкой цианистоводородной (синильной) кислоте. Очень многие органические вещества довольно хорошо растворимы в органических растворителях – бензоле, ацетоне, хлороформе, сернистом углероде и т. д. и т. п.

А как будет вести себя вещество, которое является чем-то промежуточным между соединениями органическими и неорганическими? Вообще-то химикам были знакомы до некоторой степени такие соединения. Так, хлорофилл (красящее вещество зеленого листа) органическое соединение, содержащее атомы магния. Он хорошо растворим во многих органических растворителях. Существует огромное количество неизвестных природе, искусственно синтезированных металлоорганических соединений. Многие из них способны растворяться в органических растворителях, причем эта способность зависит от природы металла.

На этом и решили сыграть химики.

В ходе работы ядерных реакторов время от времени возникает необходимость заменять отработанные урановые блоки, хотя количество примесей (осколков деления урана) в них обычно не превышает тысячной доли процента. Сначала блоки растворяют в азотной кислоте. Весь уран (и другие металлы, образовавшиеся в результате ядерных превращений) переходит в азотнокислые соли. При этом одни примеси, как ксенон, йод, автоматически удаляются в виде газов или паров, Другие, например олово, остаются в осадке.

Но получившийся раствор, кроме урана, содержит примеси многих металлов, в частности плутоний, нептуний, редкоземельные элементы, технеций и некоторые другие. Вот здесь и приходят на помощь органические вещества. Раствор урана и примесей в азотной кислоте смешивают с раствором органического вещества – трибутилфосфата. При этом практически весь уран переходит в органическую фазу, а примеси остаются в азотнокислом растворе.

Такой процесс получил название экстракции. После двукратной экстракции уран почти освобождается от примесей и может быть снова использован для изготовления урановых блоков. А оставшиеся примеси идут на дальнейшее разделение. Из них извлекут наиболее важные части: плутоний, некоторые радиоактивные изотопы.

Подобным же образом можно разделить цирконий и гафний.

Экстракционные процессы получили сейчас широкое распространение в технике. С их помощью проводят не только очистку неорганических соединений, но и многих органических веществ – витаминов, жиров, алкалоидов.

Химия в белом халате

Он носил звучное имя – Иоганн Бомбаст Теофраст Парацельс фон Гогенгейм. Парацельс – это не фамилия, а скорее своеобразный титул. В переводе на русский он означает «сверхвеликий». Был Парацельс превосходным химиком, а народная молва окрестила его чудесным исцелителем. Потому что он был не только химик, но и врач.

В средние века окреп союз химии и медицины. Химия тогда еще не заслужила права именоваться наукой. Ее воззрения были слишком туманны, а ее силы распылялись в тщетных поисках пресловутого философского камня.

Но, барахтаясь в сетях мистики, химия училась излечивать людей от тяжких недугов. Так родилась иатрохимия. Или врачебная химия. И многие химики в шестнадцатом, семнадцатом, восемнадцатом веках именовались аптекарями, фармацевтами. Хотя занимались чистейшей воды химией, готовили различные целительные снадобья. Правда, готовили вслепую. И не всегда эти «лекарства» оказывали человеку пользу.

Среди «аптекарей» Парацельс был одним из самых выдающихся. Список его лекарств включал ртутные и серные мази (кстати, их и поныне употребляют для лечения кожных заболеваний), соли железа и сурьмы, разные растительные соки.

Поначалу химия могла дать врачам лишь вещества, которые встречаются в природе. И то в очень ограниченном количестве. Но медицине этого было мало.

Если мы перелистаем современные рецептурные справочники, то увидим, что 25 процентов медикаментов – это, так сказать, природные препараты. Среди них экстракты, настойки и отвары, приготовленные из различных растений. Все остальное – искусственно синтезированные лекарственные вещества, незнакомые природе. Вещества, созданные могуществом химии.

Первый синтез лекарственного вещества был осуществлен около 100 лет тому назад. О целебном действии салициловой кислоты при ревматизме знали давно. Но добывать ее из растительного сырья было и трудно и дорого. Лишь в 1874 году удалось разработать простой способ получения салициловой кислоты из фенола.

Эта кислота легла в основу многих лекарственных препаратов. Например, аспирина. Как правило, срок «жизни» лекарств недолог: на смену старым приходят новые, более совершенные, более изощренные в борьбе с различными недугами. Аспирин в этом отношении своеобразное исключение. С каждым годом он раскрывает все новые, неизвестные ранее удивительные свойства. Оказывается, аспирин не только жаропонижающее и болеутоляющее средство, диапазон его применений куда более широк.

Очень «старое» лекарство – известный всем пирамидон (год его рождения 1896-й).

Сейчас в течение одного-единственного дня химики синтезируют несколько новых лекарственных веществ. С самыми различными качествами, против самых разнообразных болезней. От лекарств, побеждающих боль, до лекарств, помогающих излечивать психические заболевания.

Исцелять людей – нет задачи благороднее для химиков. Но нет и задачи труднее.

Несколько лет немецкий химик Пауль Эрлих пытался синтезировать препарат против страшного недуга – сонной болезни. В каждом синтезе что-то получалось, но всякий раз Эрлих оставался неудовлетворенным. Лишь в 606-й попытке удалось получить эффективное средство – сальварсан, и десятки тысяч людей смогли излечиться не только от сонной, но и от другой коварной болезни – сифилиса. А в 914-й попытке Эрлих получил препарат еще более могущественный – неосальварсан.

Долог путь лекарства от химической колбы к аптечному прилавку. Таков закон врачевания: пока лекарство не прошло всестороннюю проверку, его нельзя рекомендовать в практику. А когда этому правилу не следуют, бывают и трагические ошибки. Не так давно западногерманские фармацевтические фирмы разрекламировали новое снотворное – толидомид. Маленькая белая таблетка ввергала в быстрый и глубокий сон человека, страдающего стойкой бессонницей. Толидомиду пели дифирамбы, а он оказался страшным врагом для младенцев, еще не появившихся на свет. Десятки тысяч родившихся уродцев – такой ценой заплатили люди за то, что недостаточно проверенное лекарство поспешили выпустить в продажу.

И потому химикам и медикам важно знать не только, что такое-то лекарство успешно излечивает такую-то болезнь. Им необходимо самым тщательным образом разобраться, как именно оно действует, каков тонкий химический механизм его борьбы с болезнью.

Вот маленький пример. Сейчас в качестве снотворных нередко используют производные так называемых барбитуровых кислот. Эти соединения, содержащие в своем составе атомы углерода, водорода, азота и кислорода. Кроме этого, к одному из углеродных атомов присоединены две так называемые алкильные группы, то есть молекулы углеводородов, лишенные одного атома водорода. И вот к какому выводу пришли химики. Только тогда барбитуровая кислота обладает снотворным действием, когда сумма атомов углерода в алкильных группах не меньше четырех. И чем больше эта сумма, тем дольше и быстрее действует препарат.

Чем глубже ученые проникают в природу болезней, тем более тщательные исследования проводят химики. И все более и более точной наукой становится фармакология, занимавшаяся ранее лишь приготовлением различных лекарств и рекомендацией их применения против различных болезней. Теперь фармаколог должен быть и химиком, и биологом, и врачом, и биохимиком. Чтобы никогда не повторялись толидомидные трагедии.

Синтез лекарственных веществ – это одно из главных достижений химиков, создателей второй природы.

…В начале нашего столетия химики упорно пытались изготовить новые красители. И в качестве исходного продукта брали так называемую сульфаниловую кислоту. У нее очень «гибкая», способная к различным перестройкам молекула. В отдельных случаях, рассуждали химики, молекула сульфаниловой кислоты может преобразоваться в молекулу ценного красителя.

Так и оказалось на деле. Но до 1935 года никто не думал, что синтетические сульфаниловые красители одновременно являются могущественными лекарственными препаратами. Погоня за красящими веществами отошла на второй план: химики начали охоту за новыми лекарственными препаратами, которые получили общее название сульфамидных. Вот имена наиболее известных: сульфидин, стрептоцид, сульфазол, сульфадимезин. В настоящее время сульфамиды занимают одно из первых мест среди химических средств борьбы с микробами.

…Индейцы Южной Америки из коры и корней растения чилибухи добывали смертельный яд – кураре. Противник, пораженный стрелой, наконечник которой был смочен в кураре, моментально погибал.

Почему? Чтобы ответить на этот вопрос, химикам пришлось основательно разобраться в тайне яда.

Они нашли, что главное действующее начало кураре – алкалоид тубокурарин. Когда он попадает в организм, мышцы не могут сокращаться. Мышцы становятся недвижимыми. Человек теряет способность дышать. Наступает смерть.

Однако в определенных условиях этот яд может приносить пользу. Он может пригодиться хирургам при проведении некоторых очень сложных операций. Например, на сердце. Когда нужно выключить легочные мышцы и перевести организм на искусственное дыхание. Так смертельный враг выступает в роли друга. Тубокурарин входит в клиническую практику.

Однако он слишком дорог. А нужен препарат дешевый и доступный.

Снова вмешались химики. По всем статьям изучали они молекулу тубокурарина. Расщепляли ее на всевозможные части, исследовали полученные «осколки» и шаг за шагом выяснили связь между химическим строением и физиологической активностью препарата. Оказалось, что его действие определяется особыми группами, в которых содержится положительно заряженный атом азота. И что расстояние между группами должно быть строго определенным.

Теперь химики могли встать на путь подражания природе. И даже пытаться ее превзойти. Сначала они получили препарат, не уступающий по своей активности тубокурарину. А потом усовершенствовали его. Так родился синкурин; он вдвое активнее тубокурарина.

А вот еще более яркий пример. Борьба с малярией. Лечили ее хиной (или, по-научному, хинином), природным алкалоидом. Химикам же удалось создать плазмохин – вещество в шестьдесят раз более активное, чем хинин.

Современная медицина располагает огромным арсеналом средств, так сказать, на все случаи жизни. Против почти всех известных болезней.

Есть сильнейшие средства, успокаивающие нервную систему, возвращающие спокойствие даже самому раздраженному человеку. Существует, например, препарат, полностью снимающий чувство страха. Конечно, никто не порекомендует его студенту испытывающему боязнь перед экзаменом.

Есть целая группа так называемых транквилизаторов, лекарств-успокоителей. К ним относится, например, резерпин. Его применение для лечения некоторых психических заболеваний (шизофрении) в свое время сыграло огромную роль. Химиотерапия занимает теперь первое место в борьбе с душевными расстройствами.

Однако не всегда завоевания лекарственной химии оборачиваются положительной стороной. Есть, скажем, такое зловещее (иначе трудно его назвать) средство как ЛСД-25.

Во многих капиталистических странах его используют как наркотик, искусственно вызывающий различные симптомы шизофрении (всевозможные галлюцинации, позволяющие на какое-то время отрешиться от «земных тягот»). Но было немало случаев, когда люди, принявшие таблетки ЛСД-25, так и не приходили в нормальное состояние.

Современная статистика показывает, что большинство смертных случаев в мире – результат инфарктов или кровоизлияний в мозг (инсультов). Химики борются с этими врагами, изобретая разные сердечные лекарства, приготовляя препараты, расширяющие сосуды головного мозга.

С помощью синтезированных химиками тубазида и ПАСКа медики успешно побеждают туберкулез.

И наконец, ученые упорно ищут средства борьбы с раком – этим страшным бичом рода человеческого. Здесь еще очень много неясного и неизведанного.

Врачи ждут от химиков новых чудодейственных веществ. Ждут не напрасно. Тут химии еще предстоит показать, на что она способна.

Чудо из плесени

Это слово было известно давно. Врачам и микробиологам. Упоминалось в специальных книгах. Но ровным счетом ничего не говорило человеку, далекому от биологии и медицины. Да и редкий химик знал его значение. Теперь его знают все.

Слово это – «антибиотики».

Но еще раньше, чем со словом «антибиотики», человек познакомился со словом «микробы». Было установлено, что ряд заболеваний, например, пневмония, менингит, дизентерия, тиф, туберкулез и другие, обязан своим происхождением именно микроорганизмам. Для борьбы с ними и нужны антибиотики.

Уже в средние века было известно о лечебном действии некоторых видов плесеней. Правда, представления средневековых эскулапов были довольно своеобразны. Например, считалось, что в борьбе с болезнями помогают только плесени, взятые с черепов людей, повешенных или казненных за преступления.

Но это не существенно. Существенно другое: английский химик Александр Флеминг, изучая один из видов плесени, выделил из нее активное начало. Так появился на свет пенициллин, первый антибиотик.

Оказалось, что пенициллин – прекрасное оружие в борьбе со многими болезнетворными микроорганизмами: стрептококками, стафилококками и т. д. Он способен победить даже бледную спирохету – возбудителя сифилиса.

Но хотя Александр Флеминг открыл пенициллин в 1928 году, расшифровали формулу этого лекарства лишь в 1945-м. А уже в 1947 году удалось провести полный синтез пенициллина в лаборатории. Казалось, человек догнал природу на этот раз. Однако не тут-то было. Провести лабораторный синтез пенициллина – задачка нелегкая. Значительно проще получать его из плесени.

Но химики не отступили. И здесь они смогли сказать свое слово. Пожалуй, не слово сказать, а дело сделать. Суть в том, что плесень, из которой обычно получали пенициллин, очень мало «производительна». И ученые решили повысить ее продуктивность.

Эту проблему они решили, найдя вещества, которые, внедряясь в наследственный аппарат микроорганизма, меняли его признаки. Причем новые признаки были способны передаваться по наследству. Именно с их помощью и удалось вывести новую «породу» грибов, которая была значительно более активна в производстве пенициллина.

Ныне набор антибиотиков весьма внушителен: стрептомицин и террамицин, тетрациклин и ауреомицин, биомицин и эритромицин. Всего сейчас известно около тысячи самых разнообразных антибиотиков, и около сотни их применяется для лечения различных заболеваний. И немалую роль в их получении играет химия.

После того как микробиологи накопили так называемую культуральную жидкость, содержащую колонии микроорганизмов, наступает черед химиков.

Именно перед ними ставится задача выделить антибиотики, «активное начало». Мобилизуются разнообразные химические методы извлечения сложных органических соединений из природного «сырья». Антибиотики поглощают с помощью специальных поглотителей. Исследователи применяют «химические клешни» – экстрагируют антибиотики различными растворителями. Очищают на ионообменных смолах, осаждают из растворов. Так получается антибиотик-сырец, который подвергается снова продолжительному циклу очистки, пока, наконец, не предстает в виде чистого кристаллического вещества.

Некоторые, например пенициллин, и до сих пор синтезируют с помощью микроорганизмов. Но получение других – только наполовину дело природы.

Но есть и такие антибиотики, например синтомицин, где химики полностью обходятся без услуг природы. Синтез этого препарата от начала и до конца проводится на заводах.

Без могущественных методов химии слово «антибиотик» никогда бы не смогло завоевать столь широкую известность. И не произошло бы того подлинного переворота в использовании лекарственных средств, в лечении многих болезней, который эти антибиотики произвели.

Микроэлементы – витамины растений

Слово «элемент» имеет множество значений. Так, например, называются атомы одного вида, имеющие одинаковый заряд ядра. А что такое «микроэлементы»? Так называют химические элементы, которые содержатся в животных и растительных организмах в очень малых количествах. Так, в человеческом организме 65 процентов кислорода, около 18 процентов углерода, 10 процентов водорода. Это макроэлементы, их много. А вот титана и алюминия всего по одной тысячной доле процента – именно их и можно назвать микроэлементами.

На заре биохимии на такие пустяки внимания не обращали. Подумаешь, какие-то там сотые или тысячные доли процента. Такие количества тогда и определять-то не умели.

Техника и методы анализов совершенствовались, и ученые находили все большее и большее количество элементов в живых объектах. Однако роль микроэлементов долгое время установить не удавалось. Даже и сейчас, несмотря на то, что химический анализ позволяет определять миллионные и даже стомиллионные доли процента примесей практически в любых образцах, значение многих микроэлементов для жизнедеятельности растений и животных еще не выяснено.

Но кое-что сегодня уже известно. Например, что в различных организмах присутствуют такие элементы, как кобальт, бор, медь, марганец, ванадий, йод, фтор, молибден, цинк и даже… радий. Да, именно радий хотя и в ничтожных количествах.

Кстати говоря, ныне в составе организма человека обнаружено около 70 химических элементов, и есть основание полагать, что в человеческих органах содержится вся периодическая система. Причем каждый элемент играет какую-то вполне определенную роль. Существует даже точка зрения, что многие заболевания возникают из-за нарушения микроэлементного равновесия в организме.

Железо и марганец играют важную роль в процессе фотосинтеза растений. Если вырастить растение на почве, не содержащей даже следов железа, листья и стебли его будут белыми как бумага. Но стоит опрыскать такое растение раствором солей железа, как оно принимает свой естественный зеленый цвет. Медь тоже необходима в процессе фотосинтеза и влияет на усвояемость растительными организмами соединений азота. При недостаточном количестве меди в растениях очень слабо образуются белки, в состав которых входит азот.

Сложные органические соединения молибдена входят в качестве составных частей в различные ферменты. Именно они способствуют лучшему усвоению азота. Недостаток молибдена порой приводит к ожогу листьев из-за большого накопления в них солей азотной кислоты, которые в отсутствии молибдена не усваиваются растениями. И на содержание в растениях фосфора молибден оказывает влияние. В его отсутствие не происходит превращения неорганических фосфатов в органические. Недостаток молибдена сказывается и на накоплении пигментов (красящих веществ) в растениях – появляется пятнистость и бледная окраска листьев.

В отсутствие бора растения плохо усваивают фосфор. Бор способствует также лучшему передвижению по системе растения различных сахаров.

Микроэлементы играют важную роль не только в растительных, но и в животных организмах. Оказалось, что полное отсутствие ванадия в пище животных вызывает потерю аппетита и даже смерть. В то же время повышенное содержание ванадия в пище свиней приводит к их быстрому росту и к отложению толстого слоя сала.

Цинк, например, играет важную роль в обмене веществ и входит в состав эритроцитов животных.

Печень, если животное (и даже человек) находится в возбужденном состоянии, выбрасывает в общий круг кровообращения марганец, кремний, алюминий, титан и медь, но при торможении центральной нервной системы – марганец, медь и титан, а выделение кремния и алюминия задерживает. В регулировании содержания микроэлементов в крови организма принимают участие, кроме печени, мозг, почки, легкие и мышцы.

Установить роль микроэлементов в процессах роста и развития растений и животных – важная и увлекательная задача химии и биологии. В недалеком будущем это, безусловно, приведет к весьма значительным результатам. И откроет науке еще один из путей к созданию второй природы.

Что едят растения и при чем тут химия?

Еще повара древности славились своими кулинарными успехами. Столы королевских дворцов ломились от изысканных блюд. Люди с достатком становились разборчивыми в пище.

Растения, казалось, были куда более неприхотливыми. И в знойной пустыне и в полярной тундре уживались травы и кустарники. Пусть чахлые, пусть жалкие, но уживались.

Что-то было потребно для их развития. Но что? Это загадочное «что-то» ученые искали долгие годы. Ставили опыты. Обсуждали результаты.

А ясности не было.

Ее внес в середине прошлого века знаменитый немецкий химик Юстус Либих. Ему помог химический анализ. Самые разнообразные растения «разложил» ученый на отдельные химические элементы. Их поначалу оказалось не так-то много. Всего десять: углерод и водород, кислород и азот, кальций и калий, фосфор и сера, магний и железо. Но эта десятка заставляла бушевать зеленый океан на планете Земля.

Отсюда следовал вывод: чтобы жить, растение каким-то образом должно усваивать, «поедать» названные элементы.

Как именно? Где же находятся кладовые пищи растений?

В почве, в воде, в воздухе.

Но встречались удивительные вещи. На одних почвах растение бурно развивалось, цвело и давало плоды. На других – хирело, сохло и становилось блеклым уродцем. Потому что в почвах этих не хватало каких-нибудь элементов.

Еще до Либиха знали люди и другое. Если даже на самой плодородной почве год за годом высевать одни и те же сельскохозяйственные культуры, то урожай становится все хуже и хуже.

Почва истощалась. Растения постепенно «съедали» все запасы необходимых химических элементов, содержащихся в ней.

Надо было почву «подкармливать». Вводить в нее недостающие вещества, удобрения. Их применяли еще в седой древности. Применяли интуитивно, опираясь на опыт предков.

Либих возвел использование удобрений в ранг науки. Так родилась агрохимия. Химия стала служанкой растениеводства. Перед ней возникла задача: научить людей правильно употреблять известные удобрения и изобретать новые.

Сейчас используют десятки различных удобрений. И самые главные из них – калийные, азотные и фосфорные. Потому что именно калий, азот и фосфор – элементы, без которых не растет ни одно растение.

Маленькая аналогия, или как химики накормили растения калием

…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.