(Статья недели. «ХиЖ» 2010 №2)
160 лет назад родился лауреат Нобелевской премии по химии 1920 года Вальтер Нернст (1864–1941).
В журнальных биографических очерках для подробностей места не остается. В этом рассказе мы ограничились лишь двумя историями из жизни Вальтера Нернста и их последствиями. Одна связана с аммиаком, другая, менее известная, — с химическим оружием. В них обеих присутствует и другой нобелевский лауреат, Фриц Габер. При изложении истории аммиака или химического оружия обычно основное внимание уделяется именно ему. Мы поступим наоборот.
Памятный год
Вальтер Нернст, оставив должность директора Института физической химии в Гёттингене, в 1905 году принял приглашение возглавить Вторую химическую лабораторию Берлинского университета. Ее тут же переименовали в Физико-химический институт. Незадолго до этого ему был присвоен почетный титул «Geheimer Regierungsrat» — тайный советник, и теперь официально к нему надо было обращаться «герр профессор». К тому же он стал членом Прусской академии.
Осенью, в начале семестра, новоиспеченный академик прочитал вступительную лекцию, очевидно, в торжественной обстановке и с воодушевлением. И в этой лекции он впервые произнес то, что раньше никак не удавалось сформулировать: «Чтобы по термохимическим данным вычислять химическое равновесие, нужно дополнить классическую термодинамику положением: в близости абсолютного нуля свободная энергия перестает меняться с изменением температуры». Так на глазах у публики было совершено открытие третьего закона термодинамики, или тепловой теоремы Нернста. В память об этом в университете установлена бронзовая доска.
В этом же году вышла в свет книга Фрица Габера «Термодинамика реакций технических газов», о которой Нернст отзывался очень хорошо (вскоре ее переведут на английский язык). Габер полагал, что он сам был очень близок к открытию третьего закона термодинамики, и говорил, что Нернст увел идею буквально у него из-под носа. Отношения между ними вскоре испортились.
Нобелевка от обиды
Габер состоял приват-доцентом в Высшей технической школе в Карлсруэ. (В Германии начала прошлого века высшими школами обычно называли учебные институты, а исследовательские — просто лабораториями.) В 1904 году он опубликовал экспериментальную работу, выполненную по заказу фирмы, основанной братьями Маргулис в Вене. Четко поставленной задачи не было (его наняли в качестве консультанта для исследования возможностей фиксации атмосферного азота), и Габер вместе с ассистентом Габриелем ван Ордом решил оценить положение равновесия реакции синтеза аммиака. Выяснилось, что при атмосферном давлении реакция с приемлемой скоростью шла на железном катализаторе лишь после нагрева до 1000°С, равновесие же было сдвинуто в сторону разложения аммиака, содержание которого оставалось очень низким, в пределах 0,005–0,0125%. Работать со столь низкими концентрациями, понятно, тяжело. Габер провел измерения и на других катализаторах и решил, что верхняя граница ближе к истине. Братьям же дали ответ, что синтез возможен, но технически невыгоден, для получения аммиака лучше поискать другие источники.
Нернст тут же принялся сопоставлять новый закон термодинамики с имеющимися экспериментальными данными. Все совпадало — за исключением синтеза аммиака. Верхняя граница, указанная в статье Габера, сильно отличалась от расчетного значения. Об этом он написал Габеру, а сам ввиду важности объекта взялся вместе с Фрицем Йостом за собственные измерения. У него было великолепное оборудование — иридиевая «колба» и печка позволяли работать при высоком давлении (до 75 атм.) и высокой температуре (до 2000°С). Измерения были получены при повышенном давлении. С докладом по этому поводу Нернст выступил в мае 1907 года на заседании Бунзеновского общества.
Получив письмо от Нернста, Габер уже с другим помощником повторил эксперимент и подтвердил достоверность нижней границы. Верхней же он и так доверял, полагая, что чем больше аммиака, тем точнее измерения. Вторая работа появилась в печати буквально накануне указанного заседания, за день-два. Таким образом, Габер приготовился к защите, но переговорить мэтра ему не удалось — Нернст был в другой весовой категории. Его позиция сводилась к тому, что измерения по равновесию синтеза аммиака при атмосферном давлении вообще неточны и неправильны. Нернст к тому же приписал Габеру практический вывод, противоположный тому, что он сделал: обвинил Габера в том, что, основываясь на завышенных и «очень неправильных цифрах» («stark unrichtigen Zahlen»), тот предлагает техническую реализацию метода получения аммиака. Получилось, что Нернст любую реализацию метода, под давлением или без, расценивает как неинтересную для промышленности.
Габер только что стал полным профессором. Оскорбление его так задело, что, по воспоминаниям его жены Клары, он покрылся сыпью, его стали мучить боли в животе. Честолюбивый Габер чувствовал: достоинство и репутацию можно спасти, только добившись успеха в синтезе аммиака. Он с горечью осознал свое упущение — была же возможность достичь результата при повышенном давлении, не надо было спешить. Затем Габер приложит все усилия, чтобы вернуться к исследованию синтеза аммиака и получить положительный результат. В конечном счете это и принесет ему Нобелевскую премию.
Примирение
В начале 1908 года Габер сумел заключить контракт на исследование синтеза аммиака с БАСФ (то есть Баденской анилиновой и содовой фабрикой). Полученные средства пригодились для оснащения оборудованием. В руках у него оказался редкий металл — осмий, на котором он сразу получил показатели, приемлемые для промышленности: при температуре 500°С и давлении до 200 атм. образовывалось около 6% аммиака с приличной производительностью единицы объема катализатора. А еще ему весьма повезло, что за техническую реализацию запатентованного способа взялся энергичный и талантливый Карл Бош (см. «Химию и жизнь» 2009 №11). В 1912 году началось строительство промышленной установки в Оппау, работа двигалась в ударном темпе. И тут вдруг все прекратилось — до окончания суда. Фирма «Хёхст» решила осадить конкурента и обратилась с иском на аннулирование патентов Габера, принадлежавших по контракту БАСФ. Иск был очень хорош и с юридической, и с технической точки зрения. Среди аргументов отвода патентов Габера фигурировал и факт его дискуссии с Нернстом на заседании Бунзеновского общества. «Хёхст» консультировалась с Вильгельмом Оствальдом, который к тому моменту уже получил Нобелевскую премию «в знак признания работ по катализу». В этом иске он имел свой собственный интерес — утвердиться в положении «интеллектуального отца аммиачной промышленности», «дитя» которого попало в чужие руки. В заявке Оствальда 1900 года уже было все: повышенные давление и температура, схема с рециркуляцией газа и катализаторы. Однако БАСФ ее забраковала, так как Бош нашел методическую ошибку и доказал, что проволока из чистого железа, используемая Оствальдом, на самом деле из-за низкой активности катализатором не была. В костюме не хватало самой важной пуговицы.
После речи адвоката истца в суде воцарилась похоронная тишина. Неожиданно в зал чуть ли не в обнимку вошли Нернст и Габер. С трибуны Нернст засвидетельствовал, что на заседании Общества он сравнивал свои данные со старыми данными Габера. То, что представлено в патентах БАСФ, — это поистине великолепно, это прорыв и так далее. Нернст отлично знал патентное право, у него была богатая практика с собственными изобретениями электрической лампы и механического пианино. Адвокат «Хёхст» сразу оценил обстановку: иск проигран, надо готовить деньги на возмещение судебных издержек. Остальные просто изумились. Все знали о размолвке между Нернстом и Габером, к тому же Нернст был самым успешным учеником Оствальда. Однако из присутствующих мало кому было известно, что незадолго до этого Нернст побывал на БАСФ, где оформил контракт сроком на пять лет, став консультантом с очень неплохим жалованьем — 10 тысяч марок в год.
Нобелевской награды по химии Нернст и Габер были удостоены почти одновременно. Нернст получил ее в 1920 году «в признание работ по термодинамике», и в том же году Габеру вручили премию «за синтез аммиака из составляющих его элементов», присужденную в 1918 году, — вручение задержалось из-за траура в шведской королевской семье. Церемония прошла не слишком гладко, научная общественность стран Антанты бурно не одобряла решение Нобелевского комитета из-за участия Габера в разработке и применении химического оружия. За это ему грозил суд, и он даже подготовил оправдательную речь. Однако пальма первенства в разработке химоружия на самом деле принадлежала Нернсту, о чем и теперь вспоминают редко и вскользь.
За Родину! За кайзера!
Нернст был не меньшим патриотом Германии, чем Габер, к тому же он увлекался автомобилями. Когда началась война, Нернст вместе с Рентгеном, Планком, Оствальдом, Габером и другими коллегами подписал манифест национал-патриотического толка «К культурному миру», сел в свой собственный автомобиль, что тогда было редкостью, и поехал на фронт. В составе Королевского добровольного автомобильного корпуса Первой армии он участвовал в нескольких боях. Самым тяжелым стало сражение под Марной в начале сентября 1914 года на подступах к Парижу. Мобильным отрядам придавалось особое значение, однако на блицкриг сил не хватило. Немецкие войска были отброшены. Кстати, в критический момент одну из бригад Марокканской дивизии за два рейса перебросили прямо на передовую 600 машин парижских таксистов — «Марнское такси».
Вскоре Нернсту пришлось временно покинуть фронт. Передаем ему слово. «Бауэр, будучи майором оперативного отдела Верховного командования армии, услышал о моем присутствии. Он нашел меня, и мы подробно обсудили конкретные военно-технические вопросы. Непосредственным результатом этого явилось то, что в этот же вечер, сопровождаемый майором артиллерии Михелисом (теперь он отставной генерал-майор), я уехал на своем автомобиле в Кельн, чтобы провести испытания на полигоне Ван, расположенном около больших химических заводов Леверкузена. Я едва ли преувеличу, если скажу, что дальнейшее внедрение предложений, сформулированных вместе с Бауэром, приведет к полному изменению ведения войны...» Речь шла о химическом оружии.
Химическими средствами в военных целях, а именно слезоточивыми гранатами с этилбромацетатом, первыми воспользовались французы. Это произошло еще в августе 1914 года. В боевой суматохе их действие, однако, осталось для противника незамеченным. Европейские государства еще считались с Гаагской декларацией, подписанной ими в 1899 году: она запрещала применять снаряды с удушающими и ядовитыми веществами. Нернст предложил уловку, позволяющую юридически обойти декларацию. Ее суть состояла в том, чтобы начинять шрапнельные снаряды не только взрывчаткой, но и отравляющим веществом. В результате его использование выглядело бы не основной, а вспомогательной функцией, своеобразной модификацией дозволенного средства.
Часть взрывчатки в 105-миллиметровых шрапнельных снарядах заменили хлорсульфонатом дианизидина. Их стали называть Ni-снарядами, от «Niespulver» — «чихательный» порошок. Однако при создании или применении средства были допущены просчеты: лакриматор не давал эффекта, видимо, потому, что разрушался при взрыве снаряда. По крайней мере, сын начальника штаба немецкой армии Эриха фон Фалькенхайна выиграл шампанское, на пари продержавшись в облаке в течение полных пяти минут без видимого дискомфорта. Неудивительно, что 3000 Ni-снарядов, выпущенных 27 октября 1914 года под Невшателем, не произвели на англичан особого впечатления. В рапорте все же значилось, что они облегчили действие немецких войск.
Высшее немецкое командование решило подключить к проблеме большие научные силы. Так, Габер, выполняя ответственное задание, перепрофилирует руководимый им Институт физической химии им. кайзера Вильгельма и вскоре становится главным военным химиком. А Нернста в 1915 году переводят в научные консультанты Первого траншейно-минометного батальона. Потом он займется баллистикой, теорией взрыва, детонацией. В 1917 году станет официально известно о Фонде кайзера Вильгельма для поддержки военных и технических исследований. Председателями двух из шести подкомитетов фонда окажутся Габер (химикаты и газы) и Нернст (физика, баллистика, телеграф и телефония).
Нернст был награжден боевыми орденами Железного креста 2-й и 1-й степени, а его выдающийся вклад в науку отметили высшей наградой, прусским рыцарским орденом «За заслуги». Но все это не могло скрасить глубокое горе супругов Нернстов: на войне погибли оба горячо любимых сына.
Операция под Ипром
Война принимала затяжной, «окопный» характер. Противника трудно было достать артиллерией в укрытиях, требовались иные, дополнительные меры. Команда Габера, оставив надежду вписаться в Гаагскую конвенцию, разработала уже не шрапнельный, а специальный химический снаряд серии «Т», снабженный лакриматором ксилилбромидом, но и он в боевых условиях на Восточном фронте показал столь же скромные результаты. Помимо материальных затрат, на подобные эксперименты в военное время уже было привлечено несколько тысяч военных и гражданских лиц, считая закрепленных на спецпроизводствах. Настала пора решительных действий.
Газовую атаку не с лакриматором, вызывающим дискомфорт, а со смертельно опасным хлором немцы предприняли 22 апреля 1915 года под Ипром. Операцию под кодом «дезинфекция» готовил Габер, он же лично руководил и газовой атакой. Химический удар, как и было задумано, оказался сильным: паника, потери неприятеля в живой силе — 15 тысяч человек, погибших — 5 тысяч. Однако он не стал сокрушительным. Полной победы, то есть прорыва фронта и выхода к Ла-Маншу, так и не получилось, хотя она была очень близка. Формально Габер не нарушил декларацию, ведь хлор выпустили не из мин или снарядов, что в ней было оговорено, а из обычных газовых баллонов. Он был полупродуктом и широко использовался на БАСФ в синтезе анилиновых красителей. Однако все это теперь не имело значения. Начало настоящей полномасштабной химической войне было положено, а Габер вошел в историю и искусство как злодей, сделавший химию орудием убийства.
Продемонстрировав мощь нового оружия, он торжествовал. Однако его жена Клара, первая в Германии женщина доктор химии, восприняла случившееся совсем по-другому — она застрелилась из служебного пистолета мужа. На шум выстрела раньше всех прибежал их двенадцатилетний сын (после Второй мировой войны он тоже кончит жизнь самоубийством). А Габер в тот же день отправился на Восточный фронт.
…Умер Габер в 1934 году — в Швейцарии по дороге в Палестину (Хаим Вейцман предложил ему возглавить Исследовательский институт Зива, который ныне носит имя самого Вейцмана). Умер почти нищим, разбитый физически и морально, и был похоронен в Базеле. К печальному концу его привел не только антисемитизм гитлеровских нацистов. Вот что писал о Габере П.Л. Капица (см. «Химию и жизнь» 1987 №3): «Он приехал в Англию, в Кембридж. В Кембридже лишь немногие захотели поддерживать с ним дружеские отношения, и он чувствовал себя очень одиноко. Мы, физики, Резерфорд и все остальные, совершенно не были склонны встречаться с ним, потому что в моральном отношении он не отвечал нашему представлению о действительно большом ученом. В Кембридже он прожил недолго».
Убежище
Нернст и Габер были внесены в обширный список лиц, обвиненных Антантой в военных преступлениях, точнее, в нарушении традиционных правил или методов ведения военных действий. Победители потребовали их выдачи. Габер по поддельным документам укрылся в Швейцарии, а Нернст решил спрятаться у себя на родине, подальше от столицы, для чего срочно подыскал поместье в глуши. Требование Антанты осталось невыполненным, а недвижимость у него сохранилась. Габер тоже вернулся на родину и, более того, продолжил заниматься отравляющими веществами.
Нернст и Габер оба родились на территории современной Польши. Родина Нернста — маленький городок Вомбжезьно на северо-востоке Пруссии, этот район в 1919 году отошел по Версальскому договору к Польской республике. Отец Нернста был судьей, мать умерла, когда Вальтеру было десять лет. Он был очень близок с семьей Рудольфа Нергера, дяди по материнской линии. В поместье Энгельсбург, которое арендовали Нергеры, Нернст проводил каникулы, приезжал туда и взрослым. Сейчас высказываются предположения, что Нергеры были поляками, тогда наполовину поляком был и Нернст. К национальному вопросу мы еще вернемся, а пока заметим, что в Энгельсбурге будущий великий ученый мог прочно привязаться к природе и к простым радостям сельской жизни.
В 1922 году Нернст ненадолго возвратился в Гёттинген — его привлекло предложение возглавить Физико-техническое общество, по существу, немецкую «палату мер и весов» или «бюро стандартов». Он соглашался занять пост президента при условии, что «будет разрешено часто проводить время в течение двух-трех дней в его загородном доме около Берлина, чтобы таким образом оставаться в хорошем состоянии. Во время зимы посещения могли быть раз в месяц, а во время летнего периода чаще, без вычета их из установленного отпуска».
На самом деле у Нернста уже не было ни одного загородного дома под Берлином.
В 1907 году он купил дом в 60 км к югу от Берлина в Рице (район Потсдам-Миттельмарк). Точнее, это было поместье с 50 га пахотной земли, а для охоты он еще арендовал большой прилегающий участок с лугами и лесом. Сюда наведывались соседи, ученики и коллеги, здесь проходили детские праздники. Впоследствии дом был стилизован под замок с зубцами на крыше. Внутри по стенам развешаны картинки пастелью, которые нарисовал учитель Нернста Оствальд, а в праздники дом озаряли «лампочки Нернста» — в них свет излучал стерженек из смеси оксидов магния, тория, циркония и иттрия. В поместье опробовали аммиачные удобрения, разводили в прудах карпов. Нернст шутил: «Я развожу таких животных, которые находятся в термодинамическом равновесии с окружающей средой. Разводить теплокровных — это значит обогревать на свои деньги мировое пространство». Как видно, аграрные опыты были близки к его научным интересам.
После гибели на фронте летом 1917 года второго сына Нернст просто не мог бывать в Рице — там все напоминало о безвозвратно утраченном. Поместье было поспешно продано. Купить недвижимость в эпоху гиперинфляции оказалось непросто. Под влиянием грозящей экстрадиции, революционных волнений, охвативших Берлин в конце 1918 года, и соображений о сохранении семейных средств было выбрано местечко Цибелле на краю Силезии, в 150 км от Берлина, если мерить по прямой. Купчая была оформлена только в 1922 году. Имение занимало почти 300 га — более 100 га пахоты, 70 га леса и, тут уж будем точны, 42 га прудов. Всю землю и воду рационально использовали для земледелия, охоты и разведения карпов. Нернст переехал сюда после отставки в 1933 году, здесь же и умер. В 1945 году территория Цибелле отошла к Польше, местечко стало называться Нивицей, а центральную усадьбу, уцелевшую от бомбежек, разобрали, и все, что могло пойти в дело, отправили на восстановление Варшавы.
Отставка и последние шаги
Нернст активно выступал против нацизма до прихода к власти Гитлера, позиция его не изменилась и позднее. Когда профашистские физики начали кампанию за исключение Эйнштейна из Прусской академии, Макс фон Лауэ, Вальтер Нернст и Генрих Рубенс опубликовали письмо в его защиту. Отставка Нернста с поста профессора Берлинского университета совпала по времени с приходом Гитлера к власти. Прямой связи здесь нет: отставка прошла в плановом порядке, хотя и без торжественных мероприятий. Празднование 70-летнего юбилея Нернста в следующем 1934 году стало его частным делом: в Цибелле приехали только Лауэ с немногими друзьями.
Тем не менее режим не отплатил Нернсту за открытую оппозицию. «Герр профессор» спокойно занимался и хозяйством, и наукой (космофизикой), и выезжал за границу. Так, в январе 1936 года он прочел в Вене и Граце лекции «Утверждение некоторых новых фундаментальных физических законов, основанных на астрономических измерениях» и «Происхождение неподвижных звезд», затем собирался поехать в Чехословакию и Швейцарию.
Позже Нернст становится более осмотрительным. В деловых письмах он уже не допускает вольностей и заканчивает стандартным «Хайль Гитлер!». Сначала полуофициально, а потом и официально Нернсту было предложено ответить на вопросы о своих предках и предках жены, дочери известного гёттингенского хирурга Лохмейера: власть повсеместно выявляла людей еврейского происхождения. Хотя Нернст всячески уклонялся от заполнения нацистского вопросника, но, очевидно, ему все-таки пришлось сдать эту анкету. Что он там написал, остается неизвестным. В Оксфорд Нернст приехал в 1937 году: поездка была приурочена к вручению ему диплома почетного доктора наук по поводу пятидесятилетия научной деятельности. Организовал ее ученик Нернста, а теперь директор Кларендонской лаборатории Фредерик Линдеман (сэр Червелл), который был близок к Уинстону Черчиллю. Здесь же работал и другой ученик Франц Саймон, так что Нернст никак не мог себя чувствовать одиноким, подобно Габеру в Кембридже.
В Англию он стремился попасть еще и для того, чтобы повидаться со старшей дочерью Хильдой. Она вышла замуж за ассистента отца — Хайнца Канна, когда тот был еще студентом-химиком. Их семья сразу же после прихода нацистов к власти эмигрировала в Англию. Младшая дочь Анжела тоже вышла за еврея Альберта Гана, он был юристом, участвовал в Первой мировой войне, принял христианство. Поэтому эмигрировали они только в 1938 году, сначала в Англию, а год спустя из-за материальных затруднений оказались в Бразилии. С престарелыми родителями в Германии оставалась только третья дочь Эдит.
Когда началась Вторая мировая война, Нернст поступил так же, как и в Первую: несмотря на перенесенный в 1939 году сердечный приступ, приехал в Берлин и предложил свои услуги управлению Военно-морского флота. В университете на Бунзенштрассе ему выделили помещение, где он занялся усовершенствованием торпеды с приводом на сжатом воздухе: ученый хотел применить разработанный в прошлую войну патрон для траншейных минометов. Но случилась неприятность, корпус торпеды не выдержал и взорвался. Нернст прекратил участие в проекте и вернулся в свое убежище. Самочувствие его было неважным. Повторного приступа он не перенес и 18 ноября 1941 года скончался.
Поскольку Нернст и Габер были участниками одних и тех же событий, параллели в их судьбах проследить нетрудно. Особенно они заметны в истории с разработкой и применением химического оружия. Среди видных ученых Германии не только они были причастны к этой разработке. Во время войны в Институте физической химии им. кайзера Вильгельма вместе с Габером работали и другие будущие нобелевские лауреаты: Отто Ган, Густав Герц и Джеймс Франк. Но, как следует из рассказа самого Нернста, он все же был первым.
Кандидат химических наук
А.С. Садовский
Купить номер или оформить подписку на «Химию и жизнь»: https://hij.ru/hij_kiosk.shtml
Благодарим за ваши «лайки», комментарии и подписку на наш канал
– Редакция «Химии и жизни»