Из истории вопроса об азоте

Ряд противоположностей связан со словом азот: с одной стороны - это нежизненный газ, а с другой стороны - нет жизни без азота, ибо он является непременной составной частью белков: азот дает соединения то окисленные, то восстановленные, то кислотного , то щелочного характера, причем, в отличие от других элементов, играет роль в жизни растения способность использовать в процессах синтеза раз¬ные степени окисления и восстановления, как азотная, азо¬тистая и азотноватая кислоты, аммиак и гидроксиламин, а у низших организмов -и свободный азот. С экономической сто¬роны также азот является то самым дорогим элементом, если речь идет о минеральных удобрениях, то самым дешевым, если иметь в виду использование азота бобовых. Историю вопроса об азоте нужно начинать, конечно, не с Шульца, а с Буссенго, но и это будет правильно лишь в том случае, если говорить о периоде настоящей химии, нача¬ло которой положил Лавуазье. Но на деле вопрос этот возник еще задолго до Лаву¬азье, во времена алхимии и иатрохимии, хотя терминология в то время была совершенно иная5 речь шла обычно о воздушном начале селитры. Предполагалось, что зародыши селитры (germes,oeufs) носятся в воздухе, но только в почве проис¬ходит инкубация и развитие зародышей и рождается драгоцен¬ная соль (соль земли). Уже Альберт Великий (Х111 столетие) в своем трактате De mirabilibus mundi (О чудесах света) говорит о селитре. У авторов Х1У века встречаются рецепты для очищения селитры как компонента пороха ( ), а затем ею начинают ин¬тересоваться как солью плодородия. В 1540 г. во Франции был запрещен вывоз селитры за границу, ее нужно было сда¬вать государству, а в 1544 г. был издан эдикт о создании 300 пунктов по добыванию селитры. Для того же времени име¬ется указание, что голландские корабли привозили селитру из Индии. Путешественники сообщали, что селитра образуется в природных условиях не только в Индии, но в Америке6 в Китае и даже в Испании. В 1563 г. появился трактат Бернара Палисси о значении солей в земледелии Les sels vegetatifs ¬способствующие росту соли -, где он ставит плодородие поч¬вы в зависимость от содержания в ней известных солей и го¬ворит, что навоз был бы бесполезен, если бы не содержал соли, которая остается после разложения соломы и сена, а затем один из слушателей его лекций в Париже говорит еще более определенно, что навоз содержаит соль мочи и что по-вышение плодородия почвы зависит от образования в ней sucs nitreux или la salure de nitre - соки селитры или соль (суть) селитры. Он не раз повторял тезис Палисси, что для почвы соль есть отец плодородия, но у него яснее, чем у Палисси6 видно, какой именно соли придается главное значе¬ние. Но наиболее замечательными являются в ХУ11 веке мысли о значении азота в жизни растений и о круговороте азота в природе, высказанные Иоганном Рудольфом Глаубером. Правда, пока он не употребляет название азот, он го¬ворит:nitrum. Трудно сказать, как следует перевести это слово, но это не селитра: он редко говорит отдельно о се¬литре и отдельно о nitrum. Я бы сказал, пользуясь термино¬логием Синей птицы , что nitrum - это душа селитры, это предчувствие существования азота. При переводе на совре¬менный язык можно было бы сказать, что nitrum у Глаубера иногда означает азот, а иногда ион NOз. В своем труде Teutschlands Wohlfaht - Благо Германии (1656) он говорит: Sal et nitrum est unica vegetatio, generatio omnium vegetabilium animalium, mineralium, что буквально перевести трудно, но в модернизированном изложе¬нии это близко к утверждению, что зольные вещества (соли) и азот (или душа селитры) представляют единственную причи¬ну роста растений, если говорить только о почве. Характер¬но следующее место у Глаубера: Вероятно, вся селитра (или начало селитры), которой мы пользуемся, происходит из рас¬тений. Указывая, что сенлитра образуется на стенах конюшен и скотных дворов, он ставит вопрос: как она образуется? Очевидно, за счет мочи и экскрементов животных. Но они происходят из пищи животных, из травы или сена, словом, из растительных материалов. Следовательно, эти последние со¬держат начало селитры, а органы пищеварения только подго¬товляют его отщепление. Глаубер отмечает, что селитра об¬разуется и без участия экскрементов, если смешивать с зем¬лей листья и другие материалы растительного или животного происхождения, и указывает, что это может быть использова¬но для промышленного добывания селитры. Дальше он говорит, что селитру (nitrum) можно посеять, как полевые культуры, и малым количеством фермента заразить громадное количество земли, которая не замедлит покрыться селитрой, подобно то¬му, как небольшое количество пивных дрожжей может вызвать брожение громадного количества теста. Таким образом, у не¬го есть уже понятие о каком-то сходстве процесса образова¬ния селитры с брожением. У Глаубера были некоторые представления о круговороте связанного азота. Он говорил, что начало селитры (nitrum) поднимается из глубин земли в царство воздуха, откуда возвращается насыщенным астральными влияниями и растворен¬ными в воде дождя, снега и росы, чтобы дать плодородие почве. Дальше Глаубер так говорит о начале селитры: Это как бы птичка без крыльев, которая летает день и ночь без от¬дыха, она проникает между всеми элементами и несет с собой дух жизни. От nitrum происходят минералы, растения и жи¬вотные. Это начало никогда не погибает, оно меняет только форму: когда входит в тело животных под видом пищи, оно выходит оттуда в экскрементах и таким образом возвращается в землю, чтобы оттуда подняться частично в воздух с парами и выделениями, и вот оно снова среди элементов. Оно су¬ществует в корнях растений, и вот оно снова в пищевых ве¬ществах. Таким образом, круговорот идет от элементов в пи¬щевые вещества, из пищи - в экскременты и оттуда снова в элементы. Глаубер советует давать селитру корням винограда, со¬ветует смачивыать посевное зерно раствором селитры, чтобы увеличить урожаи. Свой гимн началу селитры Глаубер закан¬чивает тем, что наряду с другими эпитетами и сравнениями он ставит вопрос: может быть, это и есть азот, о котором пишут философы? Но как могло быть известно Глауберу слово азот ? Обычно считают, что это слово ведет начало от Лаву¬азье и образовано из греческого слова (живу) и отрицание & (alpha privatiwum). На деле же это слово гораздо старше ¬он встречается у алхимиков, хотя и в другом смысле. Откуда же взялось это слово, которым пользовались ал¬химики? Оно искусственно построено так: альфа - первая буква всех тогдашних алфавитов, на которых писались науч¬ные произведения (греческого, латинского и еврейского), зет - последняя буква латинского алфавита, омега - гречес-кого и тов - последняя буква еврейского алфавита. Из соче¬тания этих букв и получается слово Azot. Это вариант на мотив из Апокалипсиса: Аз есмь альфа и омега, начало и ко¬нец: словом азот обозначали то неизвестное начало всех на- чал, то философский камень, этот чудодейственный фермент, способный превратить металлы в золото, то вообще какой-то таинственный ключ красоты, здоровья и богатства. Поэтому когда Глаубер говорил, что душа селитры и есть азот философов, то это, конечно, нельзя понимать так, что Глаубер имел в виду азот в понимании Лавуазье: это бы¬ло только фигуральное сравнение, употребленное для того, чтобы подчеркнуть все значение начала селитры: однако мож¬но думать, что и Лавуазье знал об азоте философов и только вложил в это слово конкретный смысл. Нужно заметить, что в ХУ11 веке Глаубер не был единс¬твенным автором, говорившим о значении селитры. В 1621 г. вышло сочинение врача при Людовике Х111 Ги де Бросс О при-роде, свойствах и пользе растений (Gui de Brosse. De la nature, de la vertu et de l`utilite des plantes). В этой книге наряду с неопределенными утверждениями, что пищей растений являются соль, масло и spiritus , местами гово¬рится о нитрозных соках почвы (les sucs nitreux), и выра¬жение соль земли у него включает представление о селитре (навоз содержит соль мочи). В другом месте: Земля без соли бесполезна для плодоно¬шения, или, вернее, соль - это отец плодородия. Некий доктор Стубс сообщил в Лондонском королевском обществе в 1668 г. о своих наблюдениях на острове Ямайке, что на землях, содержащих селитру (les terres nitreuses ¬во французском переводе), сахарный тростник растет пышнее, чем на других, что табак, выросший на таких землях, при курении издает треск: попутно он отмечает, что расте¬ния,насыщенные селитрой, плохо хранятся и легко загнивают. Очень давно еще у алхимиков существовала идея о воз- душном начале селитры le niyre aerien). В 1660-1669 гг. различные авторы (Digby, Hengshaw,Beal) говорили о присутствии начала селитры в ро¬се и рекомендовали намачивать семена в растворе селитры. Фрэнсис Бэкон уделял немало внимания селитре, и в своем трактате Silva silvarum (1626) он также называет селитру солью плодородия: и у него было понимание, что некоторая субтильная часть селитры становится существенной составной частью растения. К той же эпохе относятся весьма интерес¬ные высказывания Мэйоу, автора Tractatus guingue medico-physici, guarum primus agit de sal-nitro et spiritu nitro-aereo (1671) (Пять трактатов медико-физических, в первом из которых говорится о соли селитры и воздушной се¬литре). Мэйоу первый высказал определенное утверждение, что селитра состоит из кислоты и щелочи, что воздух участ¬вует в ее образовании, давая летучую ее часть, но земля тоже тут участвует, давая нелетучую щелочь (le sel fixe alcali - соль связывает щелось), Мэйоу изучал образование селитры в почве и показал, что ее содержится больше весной, при начале вегетации, а затем количество ее уменьшается, так как растения ее поглощают. Роберт Бойль (1626-1691), известный химик и физик, ос¬нователь Лондонского королевского общества, посвящает се-литре специальные мемуары: A fundamental experiment made witf nitre - (Основательный опыт, проведенный с селитрой), в которых говорит, что селитра состоит из двух начал: кис¬лотного, которое летуче и представляет род минерального уксуса, и другого - нелетучего, щелочной природы. В те же годы в Германии члены Академии любителей природы (Academia Naturae Curisorum) немало занимались с селитрой, и Балдви¬нус (Baldwinus) писал, между прочим: Навоз полон началом селитры. Барбье (Barbier) в 1681 г. написал мемуары под заглавием Spiritus nitro-aereo operationes in microcosmo -(Деятельность воздушной селитры в микрокосме). Джиованни (Giovanni) в 1685 г. представил диссертацию О брожении, воздухе и о селитре: Регис в своей Физике (Regis, 1691) говорит о распространенности селитры в почве,и, наконец, Шталь (Stahl) в 1698 г. уделил распространению селитры большое внимание в своем небольшом сообщении Opusculum chimicum: он также говорит, что неправильно считать селит¬ру происходящей только из земли или только из воздуха, но нужно допустить участие того и другого. Итак, задолго до Лавуазье сложилось представление не только о значении начала селитры в жизни растений, но и об отмосферном происходении этого начала. Когда Пристлей открыл, что воздух состоит из кислоро¬да и какого-то остатка, не поддерживающего горение, то он сначала назвал этот остаток флогистонированным воздухом. Однако Лавуазье показал, что этот газ содержится как тако¬вой в атмосфере, а не образуется при горении, причем глав¬ное внимание привлекла неспособность этого газа поддержи¬вать дыхание и горение: отсюда первоначальное выражение Лавуазье mofette, atmospherigue, т.е. миазмы, или удушли¬вые газы, воздуха. Никакой связи с воздушным началом се¬литры тогда не было установлено, на первое меесто выступа¬ло противоположение этого газа кислороду в отношении про¬цессов дыхания и горения: но в 1783 г. Кавендиш показал, что при пропускании электрической искры через воздух этот газ соединяется с кислородом и дает окислы азота, что при¬вело к названию nitrogene (так, в сущности, найден был мостик от нежизненного азота к дающей жизнь растениям се¬литре). С другой стороны, Бертоле вскоре нашел, что тот же элемент входит в состав alcali volatil, т.е. аммиака (а следовательно, и в состав ряда веществ животного происхож¬дения), поэтому Фуркруа предложил термин alcaligene. Но в 1787 г. комиссия по химической терминологии, состоявшая из Лавуазье, Бертоле, Фуркруа и де Морво, предпочлда вместо положительной характеристики нового газа отмептить отрица-тельные его свойства и назвала его нежизненным газом или азотом (Azote), производя это слово от греческого слова zoo - живу и объясняя приставку & как отрицание (в греческом языке, действительно, применяется так называемое alpha pri¬vativum). Но нужно заметить, что законность такого словооб¬разования вызывает сомнения, так как буквы t совсем нет в конце слова zoo,от него происходит слово zoe - жизнь, кото¬ рое образовано без участия буквы t: то же относится к комбини-рованным терминам, как зоология, зоотехния и пр. Слово азот взято было, конечно, от алхимиков, но была сделана попытка вложить в него иной смысл. Своеобразно, что азот, получивший от Лавуазье назва- ние нежизненного газа, не сразу занял место души селитры Глаубера, которая из элементов переходит в растения, из них - в тела животных и через экскременты возвращается снова в мир элементов (т.е. неорганическую природу). О роли души селитры в жизни растений и животных как будто иногда сов¬сем забывали. По крайней мере в биографии Буссенго, написанной Дегере¬ном, приводится рассказ о том, как один путешественник наблюдал, что когда поток лавы достиг луга, покрытого пышной травой, то почувствовал ясный запас аммиака, распространившегося в воздухе, и причина этого явления ему была неизвестна. Когда путешествен¬ник обратился к Бунзену за объяснением этого факта, Бунзен отве¬тил, что этот аммиак должен был получиться при действии расплав¬ленной лавы на траву, так как Буссенго недавно показалч,что рас¬тения содержат азот. Этот рассказ звучит несколько странно, так как извест- ный химик Дэви, знаменитый в истории химии прежде всего благодаря открытию металлического калия, в своих лекциях по агрономической химии (1812) с ясностью говорит об азоте как важнейшей составной частью растения: ему было известно особенное богатство азотом бобовых, и он даже высказывал предположение, что бобовые заимствуют азот из воздуха. Но немногие физиологические опыты Дэви были грубо примитивны. Поэтому если оставить в стороне эпоху алхимии и период Глаубера, то историю строго экспериментального изучения вопроса об азоте растений приходится все-таки начинать не с Дэви, а с Буссенго, который даже в большей мере, чем Ли-бих, имеет право считаться основателем современной агрохи-мии: он раньше Либиха отверг господствовавшее тогда учение Тэера и, зная, что источником углерода в растениях являет-ся углекислота атмосферы, поступающая через листья, в об-ласти взаимоотношения между растениями и почвой вместо гу-мусовой теории выставил теорию азотного питания растений и поставил азотистые удобрения на первое место по воздейс-твию на урожай растений Les engrais les plus puissants sont ceux qui contiennent le plus d azote, 1837) (Наиболее сильно действуют те удобрения, которые содержат в себе больше всего азота.