(Химики — нобелевские лауреаты. «ХиЖ» 2000 №10)
9 декабря родился Фриц Габер (1868–1934). Процесс Габера—Боша используют до сих пор для производства удобрений, благодаря чему население планеты уже превышает 8 миллиардов человек. С другой стороны, Габер вошел в историю и как «отец химического оружия». Публикуем главу из книги «Такой одинаковый и разный мир» Р.Хоффмана, в которой рассказывается об этом выдающемся немецком физикохимике, лауреате Нобелевской премии 1918 года.
Фриц Габер был совершенно незаурядной личностью, сочетавшей в себе, казалось бы, несовместимые черты: любовь к науке и неуемное честолюбие, личное обаяние и цинизм, практическую расчетливость и мужество. Он принимал самое живое участие в общественной и интеллектуальной жизни Германии, был высокообразованным человеком, прекрасным собеседником и другом. Несмотря на идеологические разногласия, его связывала многолетняя дружба с А. Эйнштейном (Габер даже был посредником в улаживании семейных проблем Эйнштейна при разводе).
Судьба щедро одарила Габера не только талантом. Он обладал поистине железной силой воли, которая проявлялась и в работе, и в личной жизни: через день после гибели жены он уже вернулся на фронт (Клара Габер застрелилась из его личного пистолета после безуспешных попыток уговорить мужа отказаться от работы над боевыми газами). Все это не спасло его от ударов (или возмездия?) судьбы. Один из биографов писал: «Высшим проявлением противоречивости и трагичности жизни и творчества Габера стало то, что в годы Второй мировой войны нацисты использовали в Освенциме и других концлагерях именно газ циклон Б, разработанный в начале 30-х годов в институте Габера».
Творчество химика вдохновляется не только чувством любознательности к устройству молекулярного мира, но и конкретными задачами, которые нужно решать в интересах общества. Конечно, химику нужна материальная поддержка общества, в обмен на которую он готов предложить результаты, полученные им в поисках «истины». Но химик предпочел бы держаться подальше от общественных проблем, поскольку в интересующем его мире веществ и реакций он всегда сам найдет красивые и захватывающе сложные научные задачи.
Разумеется, реальные отношения химика с обществом намного сложнее, и как бы он ни стремился быть независимым одиноким мыслителем и исследователем, реальная жизнь и общественные коллизии рано или поздно настигают его. Ярким примером такого противостояния может служить жизнь одного из величайших физикохимиков Фрица Габера.
Габер родился в 1868 году в Силезии, входившей тогда в состав Германии. Отец Габера, процветающий коммерсант, еще в молодости принял христианство, что было довольно распространенным явлением в среде образованных, мобильных и ассимилированных евреев Европы начала прошлого века. Для академической карьеры самого Фрица Габера в Германии той поры обращения в христианство уже не требовалось (например, не был крещен один из крупнейших химиков-органиков прошлого века Рихард Вильштеттер, как, впрочем, и Альберт Эйнштейн). Однако Фриц Габер не только был окрещен, но и продолжал носить маску новообращенного почти до конца своей жизни.
Мать Габера умерла через несколько дней после его рождения, а отношения с отцом в молодости часто выливались в острые конфликты, причем некоторые из них были связаны с разногласиями относительно коммерческой ценности синтетических красителей, производство которых играло огромную роль в развитии германской промышленности тонкого органического синтеза.
Возможно, именно этот юношеский опыт в коммерческих операциях развил в Габере редкий талант — умение сочетать чистую и прикладную науку. Один из его учеников, Карл Фридрих Бонхоффер, писал позднее: «Он был свободен от академической узости взглядов, и в его работе технология и чистая наука всегда оказывались в прекрасном соотношении. В качестве научного руководителя он использовал свой интеллект для поиска возможностей практического применения научных исследований».
Среди учителей Габера не было великих ученых, и его карьера не началась, как это часто бывает, с блестящего успеха (например, с открытия закона природы или выдающейся реакции синтеза). Габер почти всегда работал в одиночку, занимаясь самыми разнообразными проблемами органической и физической химии. В течение всей жизни его отличала не только исключительная работоспособность, но и постоянная восприимчивость к новому. Фриц Штерн, глубокий знаток истории и интеллектуальной жизни Германии того периода, позднее напишет о Габере: «Жизнь Габера совпала с драматическим периодом немецкой истории. Его юность пришлась на годы общей экзальтации и подъема, вызванных объединением Германии. В дальнейшем эти же чувства придали Германскому Рейху милитаристские и авторитарные черты, о которых сожалел сам Бисмарк. Было бы глупо проводить прямые параллели между становлением и развитием всего германского государства и личности одного человека, Фрица Габера, однако нельзя не заметить, что блестящие достижения в обоих случаях были связаны с преодолением чувства неполноценности, которые испытывали многие немцы в ту эпоху. Большинство из них компенсировало неудовлетворенность жизнью упорным и непрестанным трудом».
Крупнейшим достижением в жизни Габера стало открытие синтеза аммиака. Успех пришел к нему благодаря глубокому пониманию условий и ограничений, связанных с химическим равновесием, что само по себе поразительно, так как Габер в физической химии был всего лишь самоучкой. Ход исследований и их конечный блестящий финал были во многом обусловлены личными качествами Габера, его восхищающей всех настойчивостью в достижении цели. Вот какую полушутливую историю записал со слов самого Габера Моррис Гопан: «Однажды теплым летним днем Габер бродил по Швейцарским Альпам и после утомительного восьмичасового перехода в поисках воды попал в уединенную горную долину. Когда, наконец, измученный жаждой Габер обнаружил источник, он сразу окунулся в него головой, даже не обратив внимания на то, что рядом пьет воду бык. А когда мы оторвались от воды, рассказывал Габер, я вдруг обнаружил, что мы обменялись головами. С того знаменательного дня я, преуспевающий и известный профессор Фриц Габер, так и живу с головой и характером быка».
История синтеза аммиака началась с неудач и разгоревшихся научных дискуссий, однако все это только возбуждало исследовательский азарт Габера. В 1904 году два венских предпринимателя, братья Маргулис, обратились к Габеру с предложением придумать технологию промышленного производства аммиака. Габер и его сотрудники поначалу попытались получить из азота нитриды металлов, надеясь в дальнейшем использовать их в реакции с водородом, однако требуемые для такого процесса температуры оказались слишком высокими, а выход аммиака низким. Это обескуражило спонсоров, в результате чего финансовая поддержка была прекращена, и проект оказался на грани провала.
Габер переживал не только из-за неудачных результатов. Еще более унизительным стало то, что Вальтер Нёрнст, патриарх немецкой термодинамики, усомнился в полученных Габером равновесных соотношениях для смеси N₂, H₂ и NH₃. Нёрнст сам разрабатывал промышленный процесс синтеза аммиака при повышенных давлениях. Теоретически он не хуже Габера понимал механизм реакции, требуемой для эффективного синтеза, однако получаемые им значения констант равновесия в реакции N₂ + ЗН₂ = 2NH₃ соответствовали меньшему содержанию аммиака при равновесии, чем в опытах Габера. Разница была достаточно заметной и могла похоронить надежды на коммерческое использование метода.
Габер и до этого сталкивался с Нёрнстом и поэтому воспринял результаты его экспериментов, проведенных при высоких температурах, как личный вызов. Совместно с Робертом Ле Россиньолем он не только тщательно повторил и проверил эксперименты Нёрнста, но и обнаружил в них ошибку. Этой дискуссии было суждено сыграть важную роль в истории синтеза аммиака, так как она направила энергию Габера на исследование роли давления в изучаемой реакции. Он обратил внимание на то, что правая часть уравнения реакции содержит лишь две молекулы, в то время как левая — четыре. В этих условиях увеличение давления смещает реакции в сторону меньшего объема, то есть к образованию меньшего числа молекул. Это позволяет получать больший выход аммиака, однако требует значительного повышения давления, на которое не были рассчитаны химические реакторы и их традиционные материалы (стекло и металл) начала века. Габеру и его сотрудникам (включая опытного специалиста по обработке металлов Фридриха Кирхенбауэра) удалось придумать новую конструкцию реакторов и методику достижения требуемых высоких давлений, а также найти осмиевые и урановые катализаторы, которые позволяли проводить реакцию при низких температурах.
По-видимому, ни один лабораторный процесс, предназначенный для промышленного использования, не разрабатывался в столь строгой академической манере. Габеру повезло и в том, что внедрением процесса в фирме BASF (эта фирма до сих пор остается одной из крупнейших химических компаний мира) занимался талантливый и изобретательный инженер Карл Бош, которому удалось найти более дешевый катализатор и создать на основе лабораторных разработок высокоэффективную установку для промышленного синтеза. Процесс Габера—Боша с незначительными модификациями используется и сегодня, обеспечивая производство большей части синтезируемого в мире аммиака, количество которого доходит до 1,6·10⁷ тонн в год.
Мне представляется бесспорным, что эта работа Габера была и остается великим благодеянием для всего человечества, так как аммиак применяют главным образом в производстве удобрений (как, впрочем, почти все продукты крупнотоннажного химического производства). Наш век стал временем невиданного роста народонаселения планеты, и только интенсивное применение химических удобрений в современном сельском хозяйстве позволяет прокормить постоянно растущее число едоков (я говорю о ситуации в целом, голод и недоедание в отдельных странах не меняют общей картины). С одного акра земли американские фермеры получают сегодня 150 бушелей кукурузы, что примерно в 6 раз выше уровня урожайности 1800 года. Разумеется, всегда найдутся охотники поговорить об «органическом» сельском хозяйстве, однако, как мне кажется, именно открытие Габера и получаемые его методом искусственные удобрения дали возможность накормить сотни миллионов людей.
Процесс Габера—Боша появился именно тогда, когда Германия больше всего в нем нуждалась, поскольку с началом Первой мировой войны она оказалась отрезанной от традиционных поставок удобрений из Южной Америки. Кроме того, аммиак входит в состав большинства боеприпасов в виде нитрата аммония (напомню, что именно это удобрение было использовано террористами в 1993 году для организации взрыва во Всемирном торговом центре в Нью-Йорке). Существуют, разумеется, и другие способы получения азотсодержащих соединений (например, их можно получать перегонкой угля или так называемым цианамидным методом), однако предложенный Габером синтез принципиально решил проблему «получения хлеба из воздуха». Одновременно этот же процесс оказался исключительно важным для военной промышленности.
В годы Первой мировой войны Габер и возглавляемый им научный колектив посвятили свой талант и изобретательность развитию «химического» оружия (я нарочно заключаю в кавычки слово «химический», чтобы еще раз подчеркнуть абсурдность любых попыток точного определения — ведь порох, металлы и взрывчатка с полным правом относятся к химикатам!). Гаагская Конвенция запретила применять «яды и отравляющее оружие» в военных действиях, однако Л.Ф. Габер (сын Фрица Габера), написавший исчерпывающее исследование о применении химического оружия в Первой мировой войне, замечает по этому поводу: «Говоря о боевых газах и отравляющих веществах, следует, прежде всего, отметить, что лишь небольшое число военных руководителей и специалистов серьезно задумывались о возможности их применения и лишь считанные единицы (люди, склонные к новшествам по складу ума) были готовы экспериментировать с какими-либо боевыми химическими соединениями. При этом изучаемые соединения (за исключением фосгена) не были ядовитыми веществами. Запасы боевых газов или снарядов с соответствующей начинкой не делали вообще, если не считать весьма ограниченного числа гранат и патронов со слезоточивым газом, изготовляемых во Франции. Все предшествующие исследования в этой области следует отнести к научным курьезам. Ни одна из сторон, вступивших в войну, не имела в августе 1914 года ни знаний, ни каких-либо идей или теорий относительно практического использования химического оружия».
Однако очень скоро такие знания понадобились. Вклад Габера состоял в разработке концепции создания газового облака, в выборе соответствующих реагентов (хлор и некоторые другие вещества), а также в постоянном совершенствовании химического оружия. Высшее германское командование обнаружило в Габере, как писал один его биограф, «блестящие способности и исключительный организаторский талант, а также, по-видимому, некоторую неразборчивость в средствах». Вопрос о законности использования ядовитых газов Габер оставил целиком на совести высшего командования.
Одно из описаний первого широкомасштабного применения боевых газов на позициях у реки Ипр (утро 22 апреля 1915 года) полно драматизма: «На участке фронта шириной 7 километров одновременно было открыто почти 6000 баллонов с газом. Выделение 150 тонн хлора примерно за 10 минут представляло собой внушительное зрелище. Линии траншей располагались очень близко друг к другу, а в одном месте расстояние между ними не превышало 50 метров. Газовое облако медленно двинулось и поползло на противника со скоростью около 0,5 метра в секунду. Сперва облако было белым (из-за концентрации влаги из окружающего воздуха), но затем, разрастаясь в размерах, приобрело желто-зеленый цвет. Нагреваясь от поверхности земли, хлорное облако быстро поднялось на высоту 10–30 метров, и, хотя из-за диффузии концентрация газа и эффективность его воздействия уменьшились, сама картина подъема газового облака усилила психологический шок. Через несколько минут английские и французские солдаты по всей линии газовой атаки были поглощены облаком и начали задыхаться, давясь от кашля. Те, кто не задохнулся сразу, пытались убежать, корчась и сгибаясь от спазм, но облако настигало их. Фронт рухнул».
На этой войне, как и на всех предыдущих, людей убивали разными способами, однако на сей раз был использован совершенно новый метод убийства. Его нельзя, конечно, назвать исключительно «немецким» методом хотя бы по той причине, что применяемая химия была достаточно простой, а хорошие специалисты и развитая химическая промышленность существовали по обе стороны фронта. Противники Германии тоже широко применяли в боевых действиях хлор, фосген, горчичный газ и хлорпикрин. При этом отравляющие газы убивали не всегда, гораздо большее число пораженных солдат становилось инвалидами (зачастую очень тяжелыми). По оценке Л.Ф. Габера, смертность среди пораженных газами составила около 6,6%.
Люди рационального склада обычно оправдывали и продолжают оправдывать применение химических боевых отравляющих веществ примерно следующими рассуждениями: «А разве смерть от других видов оружия приятнее или легче? Чем, собственно, отравляющий газ хуже шрапнели?» Ответ заключается в свидетельствах людей, переживших газовую атаку. Отравляющие газы разрушают что-то важное в психике человека, их применение грубо разрывает некую естественную психологическую связь между дыханием и жизнью.
Полное число жертв газовых атак среди непосредственных участников военных действий было относительно невелико и, по весьма добросовестной статистической оценке Л.Ф. Габера, составляло от 3 до 3,5% потерь. Это легко объяснить тем, что погодные условия (ветер, дождь, жара) обычно значительно понижают эффективность применения химического оружия, и это обстоятельство, вплоть до настоящего времени, препятствует сколь-нибудь серьезному его использованию в боевых условиях. Однако необходимо признать, что применение боевых отравляющих веществ стало незаживающей раной общественного сознания во многих странах.
Мне кажется, что Фриц Габер, будучи прекрасным специалистом по катализу, мог всерьез полагать, что отравляющие газы (а возможно, даже лично он, Фриц Габер) могут стать своеобразным «катализатором», способным воздействовать на развитие боевых действий на фронте и покончить с безысходной ситуацией траншейной, позиционной войны, в которой обе воюющие стороны буквально истекали кровью. Однако применение газов не изменило хода событий, и Германия проиграла войну. К числу жертв химического оружия вполне можно отнести и жену Габера Клару, химика по специальности. Она безуспешно умоляла его прекратить работы по созданию отравляющих газов, а затем покончила жизнь самоубийством.
После Первой мировой войны на Германию была наложена огромная контрибуция (примерно 33 миллиарда долларов), большую часть которой следовало выплатить золотом. Фриц Габер был к этому моменту лауреатом Нобелевской премии (которую ему присудили в 1918 году за синтез аммиака) и оставался признанным лидером германской химической промышленности. Он обратил внимание на возможность экстракции золота из морской воды. Общий послевоенный долг Германии был эквивалентен 50 тысячам тонн золота, а по оценкам австралийского химика Арчибальда Ливерсиджа, воды Мирового океана должны были содержать от 30 до 65 миллиграмм золота на тонну, то есть общее содержание золота в морской воде могло составлять от 75 до 100 миллиардов тонн. Из этих расчетов следовало, что для выплаты всего долга хватило бы даже того золота, которое содержится в Северном море.
Габер провел серию экспериментов с «синтетической морской водой», осаждая ионы золота ацетатом свинца и сульфидом аммония, и пришел к выводу, что добыча золота из морской воды экономически будет оправдана, даже если его содержание составляет около 5 миллиграмм на тонну. Затем он проверил имеющиеся в литературе данные по концентрации золота в морских водах и сумел переоборудовать (в условиях строжайшей секретности) один из кораблей компании «Америкэн-Гамбург Лайн» под плавучую лабораторию и смонтировать на нем установку для экстракции.
Габер глубоко увлекся этой проблемой, лежащей между наукой и искусством, но его ждало большое разочарование. Один из его биографов напишет позднее: «Габер изучил обширные районы морской акватории в районе Исландии, Гренландии и Северного моря и обнаружил, что содержание золота в морской воде довольно сильно зависит от географического положения. Например, воды Северного моря содержали примерно в 10 раз больше золота, чем воды Северной и Южной Атлантики. Изучив более 100 проб вблизи побережья Калифорнии, богатой золотыми россыпями, он обнаружил, что содержание золота значительно меняется даже в зависимости от режима морских приливов и отливов. Более того, он выявил несовершенство используемых методов регистрации и понял, что аппаратура, рассчитанная на достаточно высокое содержание золота, непригодна для работы при низких концентрациях. Постепенно Габер пришел к выводу, что Ливерсидж просто ошибся в своих расчетах, причем ошибки были связаны с двумя ключевыми моментами: содержание золота в морской воде никогда не превышало 0,001 мг/м³, и это золото в основном находилось во взвешенном, а не в растворенном состоянии».
Здесь мы сталкиваемся с еще одной проблемой, неразрывно связанной с химическими исследованиями, — проблемой подозрительности и доверия. Габер доверился оценкам и экспериментальным результатам, полученным ранее Ливерсиджем и другим известным химиком Эдуардом Зонштадтом. В одной из работ, посвященных добыче золота из морской воды, по этому поводу говорится: «Габер начал сомневаться и в результатах Зонштадта (который, как выяснилось, пользовался недостаточно чистыми исходными реагентами и поэтому в своей статье 1892 года предложил весьма завышенные оценки), и в данных Ливерсиджа, у которого он обнаружил технические ошибки в методике. К сожалению, по словам самого Габера, Ливерсидж получал свои результаты, используя недостаточно надежные методы». Таким образом, попытка Габера стать современным алхимиком обернулась тяжелым поражением.
В начале 1933 года к власти в Германии пришел Гитлер, и антисемитизм стал государственной идеологией. Уже в апреле этого года был издан декрет об изгнании евреев с государственной службы. Для Габера это означало полное крушение жизненных устоев — он, который никогда не был евреем в действительности, был превращен в еврея законодательным актом. Габер как бы олицетворял собой одну ветвь развития германского еврейства (к ней можно отнести тех евреев, которые не только полностью слились с германской культурой, но и разделяли ультрапатриотические немецкие настроения). Представителем другой ветви можно считать Альберта Эйнштейна — немца, относящегося к своей родине с постоянным подозрением. Габер был совершенно подавлен и морально сокрушен таким поворотом событий. Особенно угнетало его молчание коллег и предательство общественной элиты. Эйнштейн сочувственно писал ему из эмиграции: «Я могу представить себе Ваш внутренний конфликт, который можно сравнить с отказом от теории, разработке которой человек посвятил всю свою жизнь. Подобная проблема не возникает передо мной, поскольку я никогда не верил в это ни в малейшей степени».
Габер мог оставаться на своей должности (так как указанный закон не касался ветеранов войны), однако его принуждали уволить с работы коллег-евреев. В ответ на это требование он подал заявление об отставке на имя нацистского министра науки, искусства и образования. Вот выдержка из этого заявления: «Мое решение просить об отставке вытекает из противоречия между научной традицией, в которой я жил до сих пор, и точкой зрения, которую разделяете Вы, господин министр, и чиновники Вашего министерства как сторонники существующего ныне великого национального движения. В соответствии с моими убеждениями при отборе сотрудников для научного учреждения я всегда принимал во внимание только профессиональные и личные характеристики претендентов независимо от их расовой принадлежности. Вы не можете ожидать, чтобы человек в возрасте шестидесяти пяти лет изменил принципам, которыми он руководствовался в течение тридцати девяти лет своей университетской деятельности. Вы должны понять, что честь и достоинство, с которыми этот человек служил своей германской родине всю жизнь, в данный момент вынуждают его подать это прошение об отставке».
Министр заявил, что он рад избавиться от еврея Габера, после чего маска была сброшена, и уже в августе 1933 года Габер писал Эйнштейну: «Я никогда не был настолько евреем, как сейчас». Он переехал в Швейцарию, откуда планировал перебраться в Англию (страну своих бывших врагов) или даже обосноваться в Палестине, однако, в сущности, он был уже сломленным и конченым человеком. Этот великий немецкий химик умер 29 января 1934 года в Швейцарии, рядом с границей Германии, но бесконечно далекий от нее духовно. Не прошло и десяти лет, как еще один продукт химической промышленности, еще один вид ядовитого газа был использован в концентрационных лагерях для убийства миллионов соплеменников Габера.
Из книги Роалда Хоффмана
«Такой одинаковый и разный мир»
Перевод с английского —
к. ф.-м. н. А.В. Хачоян
См. также:
Карл Бош — создатель азотных удобрений
Вальтер Нернст и Фриц Габер: пересечение параллелей
Купить номер или оформить подписку на «Химию и жизнь»: https://hij.ru/kiosk2024/
Благодарим за ваши «лайки», комментарии и подписку на наш канал
– Редакция «Химии и жизни»