Реферат: 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 разные степени окисления и восстановления, как азотная, азотистая и азотноватая кислоты, аммиак и гидроксиламин, а у низших организмов -и свободный азот. С экономической стороны 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, начало которой положил Лавуазье. Но на деле вопрос этот возник еще задолго до Лавуазье, 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 происходит инкубация и развитие зародышей и рождается драгоценная 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 интересоваться как солью плодородия. В 1540 г. во Франции был запрещен вывоз селитры за границу, ее нужно было сдавать государству, а в 1544 г. был издан эдикт о создании 300 пунктов по добыванию селитры.

Для того же времени имеется 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 почвы в зависимость от содержания в ней известных солей и говорит, 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 повышение 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 значение. 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 говорит:nitrum.

Трудно сказать, как следует перевести это слово, но это не селитра: он редко говорит отдельно о селитре и отдельно о nitrum. Я бы сказал, пользуясь терминологием Синей птицы , что nitrum это душа селитры, это предчувствие существования азота. При переводе на современный 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 изложении это близко к утверждению, что зольные вещества (соли) и азот (или душа селитры) представляют единственную причину роста растений, если говорить только о почве.

Характерно следующее место у Глаубера: Вероятно, вся селитра (или начало селитры), которой мы пользуемся, происходит из растений. 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 содержат начало селитры, а органы пищеварения только подготовляют его отщепление. Глаубер отмечает, что селитра образуется и без участия экскрементов, если смешивать с землей листья и другие материалы растительного или животного происхождения, и указывает, что это может быть использовано 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 тому, как небольшое количество пивных дрожжей может вызвать брожение громадного количества теста.

Таким образом, у него есть уже понятие о каком-то сходстве процесса образования 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 растворенными 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 отдыха, она проникает между всеми элементами и несет с собой дух жизни. От nitrum происходят минералы, растения и животные. 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 существует в корнях растений, и вот оно снова в пищевых веществах.

Таким образом, круговорот идет от элементов в пищевые вещества, из пищи в экскременты и оттуда снова в элементы. Глаубер советует давать селитру корням винограда, советует смачивыать посевное зерно раствором селитры, чтобы увеличить урожаи. Свой гимн началу селитры Глаубер заканчивает 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 Лавуазье 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 алхимики? Оно искусственно построено так: альфа первая буква всех тогдашних алфавитов, на которых писались научные произведения (греческого, латинского и еврейского), зет последняя буква латинского алфавита, омега греческого и тов последняя буква еврейского алфавита. Из сочетания этих букв и получается слово Azot. Это вариант на мотив из Апокалипсиса: Аз есмь альфа и омега, начало и конец: словом азот обозначали то неизвестное начало всех начал, 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 было только фигуральное сравнение, употребленное для того, чтобы подчеркнуть все значение начала селитры: однако можно 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 единственным автором, говорившим о значении селитры. В 1621 г. вышло сочинение врача при Людовике Х111 Ги де Бросс О природе, 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 говорится о нитрозных соках почвы (les sucs nitreux), и выражение соль земли у него включает представление о селитре (навоз содержит соль мочи). В другом месте: Земля без соли бесполезна для плодоношения, 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 растения,насыщенные селитрой, плохо хранятся и легко загнивают. Очень давно еще у алхимиков существовала идея о воздушном начале селитры le niyre aerien). В 1660-1669 гг. различные авторы (Digby, Hengshaw,Beal) говорили о присутствии начала селитры в росе 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 интересные 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 селитре).

Мэйоу первый высказал определенное утверждение, что селитра состоит из кислоты и щелочи, что воздух участвует 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, основатель Лондонского королевского общества, посвящает селитре специальные мемуары: A fundamental experiment made witf nitre (Основательный опыт, проведенный с селитрой), в которых говорит, что селитра состоит из двух начал: кислотного, 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 Балдвинус (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 селитру 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 кислорода и какого-то остатка, не поддерживающего горение, то он сначала назвал этот остаток флогистонированным воздухом. Однако Лавуазье показал, что этот газ содержится как таковой в атмосфере, а не образуется при горении, причем главное внимание привлекла неспособность этого газа поддерживать дыхание и горение: отсюда первоначальное выражение Лавуазье mofette, atmospherigue, т.е. миазмы, или удушливые газы, воздуха. Никакой связи с воздушным началом селитры тогда не было установлено, на первое меесто выступало противоположение этого газа кислороду в отношении процессов 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 привело к названию nitrogene (так, в сущности, найден был мостик от нежизненного азота к дающей жизнь растениям селитре).

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 происхождения), 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 отрицательные 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 privativum).

Но нужно заметить, что законность такого словообразования вызывает сомнения, так как буквы t совсем нет в конце слова zoo,от него происходит слово zoe жизнь, которое образовано без участия буквы t: то же относится к комбинированным 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 название 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 совсем забывали. По крайней мере в биографии Буссенго, написанной Дегереном, 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 путешественник обратился к Бунзену за объяснением этого факта, Бунзен ответил, что этот аммиак должен был получиться при действии расплавленной лавы на траву, так как Буссенго недавно показалч,что растения содержат азот.

Этот рассказ звучит несколько странно, так как известный 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 Либих, имеет право считаться основателем современной агрохимии: он раньше Либиха отверг господствовавшее тогда учение Тэера и, зная, что источником углерода в растениях является углекислота атмосферы, поступающая через листья, в области взаимоотношения между растениями и почвой вместо гумусовой теории выставил теорию азотного питания растений и поставил азотистые удобрения на первое место по воздействию 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.