Пуговицы Наполеона. Семнадцать молекул, которые изменили мир - Джей Берресон

Нитраты редко встречаются в природе, поскольку очень легко растворяются в воде и вымываются из всех пород, однако в чрезвычайно засушливых районах на севере Чили были обнаружены большие запасы нитрата натрия (так называемая чилийская селитра). На протяжении двухсот последних лет эта селитра служила источником нитрата для производства азотной кислоты. Нитрат натрия нагревают с серной кислотой. Затем образующуюся азотную кислоту отгоняют, поскольку она имеет более низкую точку кипения, чем серная кислота, конденсируют и собирают в охлажденные емкости.

Во время Первой мировой войны британский ВМФ перекрыл Германии доступ к чилийской селитре. Однако нитраты были стратегическим сырьем, необходимым для производства взрывчатых веществ, и Германия должна была найти выход из положения.

Нитратов в природе немного, хотя составляющие их элементы кислород и азот встречаются в изобилии. Наша атмосфера примерно на 20 % состоит из кислорода и на 80 % — из азота. Кислород (O2) является химически активным веществом, легко вступающим в реакции со многими другими веществами, а вот азот (N2) довольно инертен. В начале XX века методы “фиксации” азота (то есть его удаления из воздуха путем химического взаимодействия с другими веществами) стали уже известны, но не были реализованы в промышленном масштабе.

Немецкий химик Фриц Габер изучал реакцию взаимодействия азота из воздуха с газообразным водородом, приводящую к получению аммиака.

Габер смог решить проблему связывания инертного азота из атмосферы. Он подобрал условия реакции, при которых максимальный выход аммиака достигался с минимальными затратами: высокое давление, температура 400–500 °C и выведение образующегося аммиака из реакционной смеси. Большим успехом Габера был выбор катализатора, позволившего повысить скорость этой достаточно медленной реакции. Габер хотел найти способ получения аммиака для производства удобрений. В то время две трети всего мирового объема удобрений производили из чилийской селитры. В связи с исчерпанием этого источника понадобилось найти способ синтетического получения аммиака. В 1913 году в Германии был построен первый в мире завод по производству синтетического аммиака, и когда позднее англичане перекрыли Германии доступ к чилийской селитре, процесс Габера стал применяться на других заводах для получения не только удобрений, но также боеприпасов и взрывчатки. Полученный синтетическим путем аммиак вступает в реакцию с кислородом с образованием диоксида азота — предшественника азотной кислоты. Для Германии, умевшей производить аммиак для удобрений и боеприпасов, английская блокада не имела значения. Фиксация азота сыграла важнейшую роль в ходе войны.

В 1918 году Фрицу Габеру была присуждена Нобелевская премия по химии за синтез аммиака, позволивший увеличить во всем мире производство удобрений и объем сельскохозяйственной продукции. Объявление о присуждении премии вызвало бурю протеста в связи с той ролью, которую Габер сыграл в создании отравляющих газов во время Первой мировой войны. В апреле 1915 года на линии фронта у Ипра в Бельгии были открыты баллоны с хлором, что привело к гибели пяти тысяч человек. Еще десять тысяч были искалечены из-за поражения легких хлором. В тот период, когда Габер руководил программой разработки химического оружия, были протестированы и использованы и другие вещества, такие как иприт и фосген. Химическое оружие не оказало решающего влияния на ход войны, но в глазах многих ученых первое великое открытие Габера, столь важное для сельского хозяйства, не могло компенсировать гибели тысяч людей от отравления газами. Поэтому многие возражали против присуждения Габеру Нобелевской премии.

Сам Габер не видел принципиального различия между обычным и химическим оружием и был удручен подобными разговорами. В 1933 году, будучи директором престижного Института физической химии и электрохимии, Габер получил от нацистского правительства предписание уволить всех сотрудников-евреев. С необычайной смелостью Габер отказался это сделать, сообщив в ответ, что “подбирал сотрудников на протяжении сорока с лишним лет на основании их деловых качеств и характера, а не на основании происхождения их бабушки, и… не намерен менять свой подход, который считает правильным”.

На сегодняшний день ежегодное мировое производство аммиака, по-прежнему использующее процесс Габера, составляет около 140 млн. тонн, и значительная доля этого аммиака расходуется на производство самого распространенного удобрения — нитрата аммония (NH4NO3). Нитрат аммония также применяют в качестве взрывчатки в горном деле в виде смеси, состоящей из 95 % нитрата аммония и 5 % мазута. При взрыве образуются кислород, азот и водяной пар. Газообразный кислород окисляет присутствующее в смеси топливо, что повышает энергию взрыва.

Нитрат аммония при правильном обращении безопасен. Тем не менее он стал причиной нескольких катастроф, связанных с нарушением техники безопасности либо с деятельностью террористов. В 1947 году в трюме корабля, находившегося в порту Техас-Сити, штат Техас, разгорелся пожар. В это время на корабль загружали бумажные мешки с аммонийным удобрением. Пытаясь остановить пожар, команда закрыла люки, что привело к повышению давления и температуры, вызвавшему детонацию нитрата аммония. Погибли по меньшей мере пятьсот человек. Среди недавних событий можно назвать террористические акты с взрывом бомб на основе нитрата аммония во Всемирном торговом центре в Нью-Йорке в 1993 году и в федеральном здании им. Альфреда Марра в Оклахома-Сити в 1995 году.

Одно из недавно созданных взрывчатых веществ, тетранитропентаэритрит (ТЭН), к сожалению, также полюбилось террористам — из-за тех же свойств, которые делают это вещество удобным для применения в законных целях. ТЭН можно смешивать с резиной и делать так называемые пластиковые бомбы, которым легко придать любую форму. Химическое название этого вещества может показаться сложным, но его структура достаточно проста. Оно напоминает нитроглицерин, только содержит пять атомов углерода вместо трех и четыре нитрогруппы вместо трех.

Нитрогруппы выделены жирным шрифтом

Легко детонирующее, чувствительное к удару, очень мощное и практически не имеющее запаха (так что даже специально обученные собаки находят его с трудом), это взрывчатое вещество привлекало террористов. ТЭН получил известность после взрыва бомбы на борту рейса № 103 компании “Пан-Американ” над шотландским городом Локерби в 1988 году. В 2001 году пассажир самолета, направлявшегося из Парижа в Майами, пытался поджечь ТЭН, спрятанный в подошвах своей обуви. Катастрофу удалось предотвратить лишь благодаря быстрой реакции экипажа и пассажиров.

Роль взрывчатых нитросоединений не сводится только к применению на войне и в террористических актах. Смесью селитры, серы и древесного угля пользовались в горном деле уже в начале XVII века. Мальпасский туннель на юге Франции, сооруженный в 1679 году в ходе прокладки канала, соединяющего Атлантический океан и Средиземное море, был одним из многих туннелей, проложенных с помощью пороха. Для строительства железнодорожного туннеля в районе Монсени во Французских Альпах в 1857–1871 годах было использовано максимальное по тем временам количество взрывчатки, и это позволило проложить короткий путь из Италии во Францию. Новое взрывчатое вещество нитроглицерин впервые использовали для строительства железнодорожного туннеля Хусак в Норт-Адамсе, штат Массачусетс (1855–1866). Динамит помог людям решить важнейшие задачи: проложить путь через Канадские Скалистые горы и завершить строительство Канадской Тихоокеанской железной дороги (1885), построить Панамский канал длиной восемьдесят километров (открыт в 1914 году), уничтожить подводную скалу Риппл-Рок у западного побережья Северной Америки, мешавшую мореплаванию (1958; этот взрыв до сих пор остается самым мощным неядерным взрывом, осуществленным человеком).

В 218 году до н. э. карфагенский полководец Ганнибал перешел со своей армией и четырьмя десятками слонов через Альпы, чтобы ударить по Риму. Он использовал стандартный, но очень медленный способ расчистки дорог: под преграждавшими дорогу скалами разжигали костры, а затем заливали камни холодной водой, чтобы они треснули. Если бы у Ганнибала была взрывчатка, он значительно быстрее перебрался бы через Альпы и вполне мог одержать победу над Римом, так что вся история западной части Средиземноморья могла бы сложиться по-другому.

Со времен победы Васко да Гамы в Каликуте и завоевания империи ацтеков Эрнаном Кортесом с горсткой испанских конкистадоров и вплоть до самоубийственной атаки английской легкой кавалерии[9] на русские батареи у Балаклавы в 1854 году огнестрельное оружие давало преимущество над стрелами, пиками и саблями. Империализм и колониализм, сформировавшие современный мир, зависели от мощи оружия. В войне и в мире, при строительстве и при разрушении взрывчатые вещества изменяли ход нашей истории.