Вчений, який приніс смерть мільйонам і врятував життя мільярдам

Нобелівська премія з хімії 1918 року є, мабуть, найважливішою зі всіх Нобелівських премій.
Її вручили німецькому вченому Фріцу Габеру за вирішення однієї з найбільших проблем, з якими коли-небудь стикалося людство.
Сьогодні його винаходу безпосередньо завдячують життям 4 мільярди людей.
Але коли він отримав свою премію, багато його колег проігнорували церемонію нагородження, двоє інших лауреатів Нобелівської премії на знак протесту відмовилися від своїх нагород, а в «The New York Times» вийшла нищівна стаття про нього.
Він одночасно став одним із найбільш впливових і найбільш трагічних вчених усіх часів.
Ймовірно, він вплинув на формування світу, в якому ми живемо, більше за будь-яку іншу людину.
(драматична музика) Якщо ви громадянин США і знайшли в океані острівець, весь загиджений пташиним послідом, то можете подати заяву про те, щоб він став власністю Сполучених Штатів, і держава підтримає вас.
Президент уповноважений надіслати флот і армію для захисту вашого нововідкритого вкритого пташиним послідом острова.
Наразі налічується 10 американських островів, які були приєднані до США таким способом.
І хоча закон, який дозволяє таку практику, був ухвалений ще в 1856, він чинний і досі.
То чому ж люди так хотіли мати острови, покриті пташиним послідом?
(пташине щебетання) (бадьора музика) Біля узбережжя Перу є кілька десятків островів, де мільйони морських птахів збираються для спаровування, води поблизу островів повні риби, і ці мільйони птахів їдять рибу, а потім випорожнюються.
Постійно.
(бадьора музика) В спекотному і сухому кліматі ці маси фекалій застигають і накопичуються тисячоліттями.
Скелі з пташиного посліду досягають 30 метрів заввишки.
(бадьора музика) Технічна назва пташиного посліду - гуано.
У середині 19 сторіччя торгівля пташиним гуано була прибутковим бізнесом.
Ціна на нього сягала 76 доларів за фунт.
Іншими словами, ви могли обміняти чотири фунти гуано на фунт золота.
То чому ж пташиний послід так цінувався?
Відповідь на це запитання, ви знайдете всередині людського тіла.
За вагою елементів у тілі людини найбільше кисню, потім вуглецю, водню, а на четвертому місці в цьому списку азот.
Азот входить до складу амінокислот, що утворюють білки.
Він є частиною гемоглобіну, який міститься в еритроцитах і переносить кисень.
І азот - це основний атомний компонент ДНК та РНК.
Азот необхідний для всього живого на землі.
Ми отримуємо азот із рослинної їжі або з тварин, які харчувалися рослинами.
А рослини отримують азот із ґрунту.
Проблема в тому, що якщо ви рік за роком обробляєте той самий ґрунт, ви вичерпуєте з нього азот, і врешті-решт азоту не вистачає для вирощування здорових рослин.
Рослини не можуть виробляти достатньо хлорофілу для фотосинтезу, а це гальмує їхній ріст.
Листя починає жовтіти й рослини стають вразливішими до шкідників і хвороб.
Зрештою через дефіцит азоту істотно зменшуються врожаї.
Запобігти цьому можна, збагативши ґрунт азотом, який міститься в пташиному гуано.
(жвава музика) Вміст азоту в гуано сягає 20%.
Сотні років тому інки-землероби помітили, що, удобрюючи землю гуано, можна отримати значно більші врожаї.
Саме це дозволило їм вирощувати їжу в місцях, які до того були непридатними для землеробства і розширити свою імперію.
Багаті поклади пташиного посліду в Південній Америці не лишилися поза увагою решти світу.
У 1865 році Іспанія розв’язала війну проти своїх колишніх колоній - Перу, Чилі, Еквадору та Болівії - за контроль над їхніми островами, покритими гуано.
Але попит на азот у світі був настільки високим, що до 1872 року запаси гуано почали вичерпуватися і Перу заборонило його подальший експорт.
Світові потрібен був інший спосіб отримання азоту.
Почалася криза.
У 1898 році британський хімік Вільям Крукс зробив зловісне пророцтво.
На тлі збільшення населення світу та скорочення запасів азоту він сказав: "Над нами нависла смертельна небезпека через нестачу їжі".
"Менш ніж за 30 років, - стверджував він, - люди в усьому світі помиратимуть від голоду".
Але він запропонував і розв'язання цієї проблеми: на допомогу повинні прийти хіміки.
Саме в лабораторії "голод може перетворитися на достаток".
(драматична музика) Штука ось у чому: азот не рідкісний, він дуже поширений.
78% повітря - це азот, але він у формі, яку рослини та тварини не можуть засвоювати: два атоми азоту, з’єднані потрійним зв’язком.
Цей зв’язок - один із найміцніших у природі.
Міцність хімічного зв’язку можна визначити за кількістю енергії, яка потрібна для його розриву.
Наприклад, щоб роз’єднати два атоми хлору, знадобиться два з половиною електронвольти енергії.
Щоб розщепити два атоми вуглецю, потрібно 3,8 електронвольта.
Два атоми кисню - 5,2 електронвольта.
А щоб розщепити два атоми азоту, потрібно 9,8 електронвольта.
Це величезна кількість енергії.
(звук розбивання моделі молекули) (гуркіт грому) Є два природні процеси розщеплення азоту.
Один з них - блискавка. Вона виділяє стільки енергії, що N₂ розщеплюється на окремі атоми азоту, які швидко вступають у реакцію, утворюючи оксиди азоту, і ці молекули залишаються в атмосфері, доки не вступлять в реакцію з краплями води в хмарах, і не випадуть на землю у вигляді дощу.
Крім цього є кілька видів бактерій, що живуть у ґрунті й можуть розірвати зв'язки у двоатомному азоті, використовуючи для цього величезну кількість енергії.
Вони роблять азот доступним для засвоєння рослинами.
Але бактерії відновлюють запаси азоту повільно, а блискавок у природі не вистачає для достатнього виробництва азоту.
Тож за справу взялися хіміки.
У 1811 році Георг Гільдебрандт змішав азот і водень у закритій колбі, намагаючись отримати аміак - одну з азотовмісних молекул, знайдених у гуано.
Коли це не спрацювало, він занурив колбу на 300 метрів під воду, щоб збільшити тиск.
Це теж не спрацювало, але він був на правильному шляху.
Протягом наступних 100 років проводилися все більш складні варіації цих експериментів.
Усі вони провалилися.
Тож коли в 1904 році цією проблемою зацікавився Фріц Габер, він приєднався до довгого переліку хіміків-невдах.
Йому було 36 років, він працював молодшим науковим співробітником в університеті Карлсруе.
Також він був молодим батьком дворічного хлопчика, на ім'я Герман, а його дружина Клара була однією з перших жінок, що здобули ступінь доктора наук з хімії.
Сповнений гордістю та бажанням обійти своїх колег, Габер п’ять років намагався знайти розв’язання проблеми азоту.
Його ідея полягала в тому, щоб об’єднати азот і водень не тільки під високим тиском, але й за високої температури, а також під дією каталізатора - певної речовини, що зменшить кількість енергії, необхідної для розщеплення двоатомного азоту.
Для цього потрібно було винайти нове експериментальне обладнання.
Габер невтомно працював над цим проєктом, створюючи обладнання, яке могло б витримувати все вищі температури та тиск.
Але й удача була на його боці.
У той час він підробляв технічним консультантом на виробництві лампочок.
Там він мав доступ до багатьох важкодоступних матеріалів, наприклад, таких, як елемент осмій.
Осмій - це дуже рідкісний метал.
У ті часи було всього лише близько 100 кілограмів очищеного металу.
Але компанія, в якій працював Габер, експериментувала з його використанням для ниток розжарення у своїх лампочках, тож більша частина світових запасів осмію була у них.
Габер припустив, що осмій може стати чудовим каталізатором, тож взяв зразок осмію до своєї лабораторії.
І там, у другій половині березня 1909 року Габер помістив цей лист осмію в барокамеру, створивши тиск до 200 атмосфер і нагрівши азот і водень до 500 (п’ятиста) градусів за Цельсієм.
За цих умов потрійні зв’язки розірвалися, і азот вступив у реакцію з воднем.
З усієї газової суміші тільки 6% перетворилося на аміак.
Коли газ охолонув, з кінця вузької трубки в колбу впала крапля аміаку, один мілілітр.
Окрилений Габер бігав по лабораторіях з вигуками: "Ходімо, погляньте, там аміак!"
Найбільша хімічна компанія Німеччини BASF комерціалізувала процес Габера.
Протягом чотирьох років вони відкрили в Оппау фабрику, яка виробляла п'ять тонн аміаку на добу.
(жвава музика) Люди казали, що хліб роблять буквально з повітря.
(спів "Ода до радості") З отриманими таким промисловим шляхом добривами на тій самій ділянці землі відтепер фермери могли вирощувати вчетверо більший врожай.
Як наслідок населення Землі збільшилося в чотири рази.
Цілком ймовірно, що й ви завдячуєте своїм життям винаходу Габера.
Сьогодні Земля здатна прогодувати на 4 мільярди більше людей, ніж могла б без азотних добрив.
По суті близько 50% атомів азоту у вашому тілі є результатом процесу Габера.
Цей винахід зробив Фріца Габера багатою людиною.
Він отримав підвищення, ставши директором-засновником Інституту фізичної хімії імені Кайзера Вільгельма в Берліні.
Крім того, він заприятелював із кількома найкращими вченими свого часу, зокрема Максом Планком, Максом Борном і Альбертом Айнштайном.
Після свого розлучення із першою дружиною в 1914 році Айнштайн навіть залишався ночувати в будинку Габера.
То чому ж, якщо Габер був такою важливою людиною, його колеги відвернулися від нього, коли він отримав Нобелівську премію?
Це пов’язано із подіями Першої світової війни.
Коли почалася війна, Габер добровільно почав допомагати армії.
На відміну від пацифіста Айнштайна, який засуджував війну, Габер був патріотом.
Він хотів використати свої фахові знання, щоб допомогти батьківщині.
Вже через кілька місяців війни в німецькій армії почали закінчуватися порох і вибухівка.
Аміачна селітра може бути не лише прекрасним добривом, а й вибуховою речовиною.
Згадайте, що сталося в Бейруті в серпні 2020 року.
(вибух на складі добрив) Сховище із майже трьома тисячами тонн аміачної селітри загорілося і від екстремально високої температури добриво здетонувало.
Внаслідок вибуху, який було чутно за сотні кілометрів, загинуло щонайменше 217 людей, тисячі ж отримали поранення.
Сейсмометри зафіксували штучний землетрус силою 3,3 бала за шкалою Ріхтера.
Це лише один із багатьох вибухів, пов’язаних із добривами.
На заводі в Оппау, де процес Габера було застосовано вперше, в 1921 році також стався вибух.
І причиною був саме азот.
Ми вже бачили, що потрібна величезна кількість енергії, щоб розірвати потрійний зв’язок азоту.
Але зворотна сторона цієї медалі полягає в тому, що коли два атоми азоту об’єднуються й утворюють зв’язок, вивільняється величезна кількість енергії.
Під час вибухів пороху, тротилу, нітрогліцерину та нітрату амонію, як продукт реакції утворюється двоатомний азот.
Саме утворення цього потрійного зв’язку є основним джерелом енергії вибуху цих речовин.
Габер лобіював переоснащення заводів, які використовували його процес виробництва аміачних добрив, щоб налагодити там виготовлення нітратів для вибухівки.
Його керівництво вважало це неможливим, але Габер наполягав.
І невдовзі його хімічний процес став серцем німецької військової машини.
Від хліба з повітря - до бомб з повітря.
Але Габер вважав, що хімія може зробити іще більший внесок у війну.
У грудні 1914 року він став свідком одного з випробувань хімічної зброї.
І те, що він побачив, його не вразило.
Габер вважав, що він міг би зробити це краще.
Він задумав створити газ, який був би смертоносним у низьких концентраціях і водночас важчим за повітря, щоб він міг опускатися у ворожі окопи.
Снаряди з хімічною зброєю були заборонені, принаймні юридично, Гаазькою конвенцією 1899 року.
Але на практиці після початку війни й Німеччина, і Франція, і Британія експериментували з хімічною зброєю.
Габер переобладнав своє крило інституту в лабораторію хімічної зброї, і вже через кілька місяців роботи він зосередив свої зусилля на газоподібному хлорі.
Співробітник Габера, Отто Ган, висловив своє невдоволення новою зброєю.
Габер відповів йому, що величезну кількість людських життів можна врятувати, «якщо таким чином вдасться закінчити війну швидше».
22 квітня о 6 вечора, коли вітер дув у бік окопів солдатів Антанти, німецькі війська випустили 168 тонн хлору з понад 5000 газових балонів.
Ця газова стіна просувалася полем бою.
Оскільки газоподібний хлор у два з половиною рази важчий за повітря, він опустився у ворожі окопи.
Кожен солдат, який на повні легені вдихнув цього газу, помер жахливою смертю.
Хлор подразнює слизову оболонку легень так сильно, що вони наповнюються рідиною.
Тож солдати фактично захлиналися на суші.
(драматична музика) Так унаслідок першої атаки загинуло більше ніж 5000 солдатів Антанти.
(драматична музика) Габера підвищили до звання капітана, і тиждень потому він повернувся додому в Берлін.
1 травня Габери влаштували звану вечерю.
Після завершення вечірки Фріц прийняв снодійне і пішов спати.
А його дружина Клара тієї ночі взяла його пістолет, вийшла у сад і вистрелила собі в груди.
(Звук пострілу) (сумна музика) Її 12-річний син Герман почув постріл.
Він вибіг з будинку і знайшов у саду вмираючу матір.
(сумна музика) Наступного ранку Фріц Габер вирушив поїздом на східний фронт, щоб керувати газовою атакою на російську армію.
(сумна музика) Дехто вважає, що Клара вчинила самогубство через одержимість її чоловіка хімічною зброєю.
Можливо, почасти так і було.
Але, чесно кажучи, ми не знаємо напевне, тому що жодних прямих свідчень, які б підтверджували це припущення, не збереглося.
Та нам відомо, що Клара була дуже нещасливою у своєму шлюбі.
У 1910 році, після восьми років шлюбу із Фріцом, вона написала в приватному листі: "Усе те, чого Фріц досяг протягом цих восьми років, і навіть більше, я втратила.
А те, що ще попереду, сповнює мене глибоким невдоволенням".
Після самогубства Клари й до кінця війни Габер керував своїм інститутом, працюючи над хімічною зброєю, протигазами та пестицидами.
До 1917 року в інституті працювало 1500 осіб, серед них - 150 науковців.
Це був наче маленький «проєкт Мангеттен», тільки для хімічної зброї.
Загалом від хімічної зброї в Першій світовій війні загинуло 100 тисяч солдатів.
Коли Німеччина капітулювала, Габер був розчавлений.
Усі гроші, які він отримав за свій патент на аміак, було втрачено через гіперінфляцію.
Щоб долучитись до зменшення воєнного боргу Німеччини, він намагався отримати золото з морської води, але проєкт був невдалим.
У 1933 році до влади прийшли нацисти й прийняли закон про звільнення всіх державних службовців єврейського походження, включно з ученими.
Габер був євреєм, хоча ніколи не сповідував юдаїзм.
Військова служба звільняла його від дії цього закону, але він пішов у відставку з посади директора на знак солідарності з усіма єврейськими вченими, які працювали в інституті.
(сумна музика) Він помер від серцевої недостатності наступного року в номері готелю в Базелі, Швейцарія.
Відразу після Першої світової війни інститут Габера розробив інсектицид на основі ціанідів.
Він мав ледь помітний запах, тому до нього додавали одоранти, щоб попередити людей про небезпеку.
Цей газ отримав назву "Циклон Б".
Через десятиліття після смерті Габера нацисти змусили хіміків видалити одорант з рецептури, і така варіація Циклону Б, хімічної речовини, розробленої в інституті Габера, була використана для проведення Голокосту.
(драматична музика) Роздумуючи над цією історією, було б легко зобразити Габера лиходієм або навпаки — героєм, що винайшов спосіб нагодувати пів світу.
Та є й інший підхід - вважати його не таким вже і важливим у ширшому контексті історії.
Тому що якби не він, то хтось інший знайшов би спосіб виробляти азот із повітря, а хімічну зброю розробляли й інші вчені.
За останні кілька століть наука і техніка незмірно покращили наше життя, одночасно відкриваючи нам усе більше шляхів для самознищення.
Було б чудово вірити, що ми можемо попросити вчених працювати лише над тими проблемами, які приносять людству користь, але реальність така, що кожна дещиця інформації - це потенційно палиця з двома кінцями.
Вчені не знають наперед наслідків своїх досліджень, та як їхні досягнення використають пізніше.
Аміачна селітра - одночасно і добриво, і вибухова речовина.
Тож насправді питання полягає у тому, як продовжувати розширювати наші знання та контроль над фізичним світом так, щоб при цьому не знищити себе, а разом з собою і всю планету.