Текст книги "Что скрывает атмосфера, или Как возник воздух…"

Глава вторая
Дьявол в воздухе

Азот (N₂) в настоящее время составляет 78 % воздуха (780 000 ppm); при каждом вдохе мы поглощаем девять секстиллионов молекул азота

Аммиак (NH₃) сейчас содержится в воздухе в концентрации 0,00001 ppm; при каждом вдохе мы поглощаем 100 млрд молекул

На протяжении нескольких сотен миллионов лет после рождения Земля оставалась весьма негостеприимной планетой. Даже если бы вам удалось найти место, где не поджаривало пятки, дышать извергавшимися из жерл вулканов газами было невозможно. Но те самые вулканы, которые в краткосрочном плане создали вокруг себя ядовитую среду, в конечном счете насытили воздух азотсодержащими газами.

Тело человека на 93 % состоит из трех элементов: кислорода, водорода и углерода, – и примерно то же самое можно сказать обо всех остальных живых существах. Кроме того, клеткам нужны десятки других элементов, включая такие необычные, как молибден. Бо́льшую часть этих элементов животные и растения добывают из окружающей среды.

Азот представляет собой важное исключение. Это четвертый по количеству элемент в составе человеческого тела: на его долю приходится около 3 % массы тела. Кроме того, это самый распространенный элемент в составе воздуха: четыре из пяти вдыхаемых нами молекул – это молекулы азота. Поэтому, казалось бы, проще простого включить азот в состав наших клеток. Однако это далеко не так. Несмотря на изобилие азота в атмосфере, многие живые существа вынуждены драться даже за крохи этого элемента. Дело в том, что клетки большинства живых существ, включая человека, не усваивают газообразный азот. Сначала его нужно перевести в другую форму. Но на протяжении первых миллиардов лет в истории Земли этим умением могли похвастаться лишь некоторые весьма специфические микробы.

Наконец, в начале XX в. Homo sapiens стал первым организмом немикробного происхождения, научившимся связывать азот. Благодарить за это следует двух человек: оба были немцами, оба работали в химической промышленности. Оба были признаны национальными героями и награждены Нобелевской премией. А потом обоих заклеймили как военных преступников. И хотя многие их ненавидели, эти два человека придумали способ включать элемент под номером 7 из воздуха в наши тела. Историю воздуха невозможно рассказать, не рассказав о химическом таланте Фрица Габера и Карла Боша.

Химик Фриц Габер – одна из самых противоречивых фигур в истории науки

Эта история начиналась трудно. Фриц Габер родился в Германии в 1868 г. в еврейской семье из среднего класса. Несмотря на очевидный талант ученого, в молодости он работал в промышленности, причем занимался самыми разными вещами – от производства красителей и спирта до получения целлюлозы и патоки – и нигде особенно не выделялся. В 1905 г. одна австрийская компания попросила Габера (на тот момент уже лысеющего джентльмена с усиками и в пенсне) найти способ производства аммиака (NH₃).

Задача казалась очевидной. В воздухе содержится много газообразного азота (N₂), а водород (H₂) можно получить за счет расщепления молекулы воды под действием электричества. Таким образом, для получения аммиака, казалось бы, нужно просто смешать и нагреть два газа: N₂ + 3H₂ → 2NH₃. Voilà. Но оказалось, что это дело по сложности не уступает клубку задач из «Уловки-22». Для расщепления молекулы азота на атомы требуется затратить невероятно большое количество тепла, но от нагревания расщепляется продукт реакции – неустойчивая молекула аммиака. Габер несколько месяцев ходил кругами, пока наконец не написал в отчете, что получение аммиака из азота и водорода – бессмысленный процесс.[13]13
  «Уловка-22» (Catch-22) – антивоенный и антибюрократический роман американского писателя Джозефа Хеллера (1961).


[Закрыть]

Отчет сгинул в небытие – отрицательные результаты не вознаграждаются, – возможно, не без участия известного химика Вальтера Нернста. У Нернста уже было все, чего добивался Габер. Он работал в Берлине – центре всей жизни Германии – и заработал состояние на изобретении электрической лампочки нового типа. Но главное, Нернст приобрел известность в научных кругах, открыв новый закон природы – третье начало термодинамики. Работы Нернста в области термодинамики позволили химикам сделать нечто ранее совершенно невозможное – исследовать любую реакцию (например, превращение азота в аммиак) и оценить выход при разных значениях температуры и давления. Это было значительным шагом вперед, поскольку позволяло действовать не вслепую, а предсказывать оптимальные условия для протекания реакции.

Теперь химикам нужно было подтвердить эти предсказания в лабораторных условиях, и тут-то и возник конфликт. Когда Нернст изучил отчет Габера, он обнаружил, что выход аммиака в исследованной реакции был слишком высоким – на 50 % выше предсказанной им величины.

От этого заявления Габеру стало плохо. Он вообще был легковозбудимым человеком, у него было слабое сердце и случались нервные срывы. А теперь Нернст мог разрушить то единственное, что ему удалось заработать в жизни, – репутацию хорошего экспериментатора. Габер тщательно переделал эксперименты и опубликовал новые данные, которые несколько лучше согласовывались с предсказаниями Нернста. Но цифры все равно оставались высокими, и на конференции в мае 1907 г. Нернст перед всеми отчитал своего более молодого коллегу.

Честно говоря, это был довольно бессмысленный спор. Оба ученых соглашались в том, что промышленное получение аммиака из азота невозможно, и расходились лишь в оценке степени невозможности. Однако Нернст не был великодушным человеком, а Габер, обладавший рыцарскими чертами, не мог стерпеть унижения. Вопреки всему, что он узнал до сих пор, он решил доказать, что получить аммиак из газообразного азота все-таки можно. В случае успеха он не только утер бы Нернсту толстый нос, но и смог бы получить патент и разбогатеть. Но важнее всего, реакция связывания азота сделала бы Габера национальным героем Германии, поскольку давала стране возможность получить то, чего ей не хватало для мирового господства, – надежный источник удобрений.

Аммиак – ключ к получению сельскохозяйственных удобрений. И дело не только в том, что в аммиаке содержится азот, а в том, что в аммиаке азот содержится в той форме, в которой его могут использовать растения. Чтобы понять разницу, нужно знать кое-что о химических связях, удерживающих атомы в молекулах. В большинстве молекул атомы связаны между собой простыми (одинарными, X – Y) или двойными (X = Y) связями. Однако в образовании молекулы газообразного азота задействована тройная связь (N ≡ N) – одна из самых прочных и трудно разрушаемых связей в природе. Например, разрушение всех тройных связей всего в одной унции азота приведет к высвобождению энергии, которой хватит, чтобы приподнять на 40 см гантель массой 500 т. Именно прочность этой связи объясняет преобладание азота в современной атмосфере. Как отмечалось в предыдущей главе, в вулканических газах азот присутствует лишь в следовых количествах, значительно уступая по содержанию другим газам. Однако в то время как большинство вулканических газов со временем исчезает (они либо взаимодействуют с другими веществами, либо расщепляются под действием ультрафиолетового излучения), тройная связь между атомами азота препятствует разложению молекулы. Поэтому азот постепенно накапливается (кроме того, некоторое количество N[14]14
  28,3 г.


[Закрыть]₂ образуется при расщеплении аммиака из вулканических выбросов). Другими словами, азот занял доминирующее положение в атмосфере по той причине, что пережил все остальные соединения, выделившиеся при извержениях вулканов*.

Важным следствием этого обстоятельства стало очередное изменение атмосферы Земли. Вспомните, что вторая атмосфера была образована ядовитыми вулканическими газами. Однако примерно 2 млрд лет назад значительная часть этих газов разложилась, накопилось достаточно много азота, и образовалась новая, третья, атмосфера Земли. Для возникновения жизни чрезвычайно важно, что эта насыщенная азотом атмосфера была намного спокойней предыдущей, поскольку азот не атакует биологические молекулы, как это делают другие газы.

Мы живем в море газообразного азота: на наши плечи постоянно давит столб азота массой несколько тонн, поднимающийся от поверхности земли до верхних слоев атмосферы. Но мы никак не можем его использовать. Эта ситуация напоминает смерть от жажды посреди океана.

Но в каком-то смысле газообразный азот слишком спокойный, слишком пассивный. Нашим телам требуется довольно много этого элемента. Каждый белок в организме имеет в своем каркасе атомы азота, и во всех 3 млрд оснований ДНК в каждой из 30 трлн наших клеток содержится несколько атомов азота. Но когда приходит время пополнить клеточные запасы азота, выясняется, что использовать газообразный азот для этой цели невозможно – из-за невероятной прочности тройной связи в его молекуле.

Каким же образом азот из атмосферы проникает в наши тела? Некая сила должна «фиксировать» (связывать) его – расщеплять тройную связь и превращать в более податливую форму. Какое-то количество газообразного азота фиксируется под действием света, в результате чего в воздухе образуются соединения азота с кислородом. Однако в основном фиксация азота происходит за счет бактерий, содержащих специфический фермент, названный нитрогеназой.

Ферменты – это биологические структуры, в присутствии которых протекают необычные реакции. «Деловой центр» молекулы нитрогеназы содержит кластер из атомов железа и серы, а также атомы молибдена. Эти элементы, как крохотные «челюсти жизни», раздвигают тройную связь. В ходе этого процесса затрачивается невероятно большое количество энергии и возникает множество повреждений: при расщеплении каждой тройной связи приносятся в жертву 16 молекул воды. Но в конечном счете нитрогеназа расщепляет связь N[15]15
  «Челюсти жизни» (Jaws of life) – пневматическое устройство, которое раздвигает искореженные при аварии части автомобиля, обеспечивая спасателям доступ к пострадавшим.


[Закрыть]≡ N, и пока атомы азота не успели соединиться вновь, фермент присоединяет несколько атомов водорода. В результате (о да!) образуется аммиак, который содержит только простые связи и, следовательно, может достаточно легко превращаться в биологические молекулы, такие как ДНК или белки.

Азотфиксирующие бактерии в основном живут на корнях растений, обменивая аммиак на другие питательные вещества – симбиоз в истинном смысле слова. Некоторые азотфиксирующие организмы живут в почве самостоятельно, но растения тоже могут пользоваться продуктами их труда. Растительноядные животные и грибы получают фиксированный азот, поедая растения или продукты их разложения. Таким же образом азот получают хищники, находящиеся на вершине пищевой цепи: они поедают растительноядных животных, питающихся растениями. Даже хищные растения, такие как венерина мухоловка, ловят насекомых, главным образом, чтобы раздобыть азот. Иными словами, практически весь азот в составе живых организмов прошел переработку этими бактериями. Без них на Земле не существовало бы ни одного растения или животного. Ни одного. И для большинства экосистем количество азота в почве определяет максимальное количество живых организмов, которое эта почва способна прокормить.

За тысячелетнюю историю сельского хозяйства крестьяне придумали несколько способов обойти этот предел. Они стали выращивать бобовые растения, на корнях которых обитает множество азотфиксирующих бактерий. Кроме того, в почву стали вносить мочевину и навоз, содержащие азот в связанной форме. Некоторые хитрые народы догадались усиливать эти природные удобрения, компостируя их с кровью или гниющими отходами. Компостные кучи походили на горячие гигантские буханки черного хлеба, и по специфическому запаху крестьяне определяли, когда смесь готова для употребления.

Но дело в том, что одомашненные животные производят ограниченное количество экскрементов, и к началу XIX в. промышленно развитые страны вынуждены были расширять свои границы с целью удовлетворения потребностей в азоте. Великобритания эксплуатировала Индию, где бедные рабочие из низших каст месили навоз ногами, заготавливая его для отправки на экспорт. В других странах активно использовали гуано (птичий помет), собранное на разных островах. Торговля гуано в некоторых местах, в частности на островах Чинча у юго-западного побережья Перу*, стала настолько прибыльной, что из-за гор птичьего помета между странами Южной Америки развязалась настоящая война. Масштабное вовлечение США в колониальные процессы тоже было связано с потребностью в гуано. В 1856 г. Конгресс принял Закон о гуано (или Закон о гуановых островах), позволявший любому гражданину США занимать любой ненаселенный остров в любой точке света, если на нем обнаруживались хоть какие-то запасы гуано. Этот закон обеспечил США легальное основание для притязаний на несколько десятков микроскопических островов в Карибском море и Тихом океане. По большей части это были богом забытые скалы, не имевшие никакой ценности, но некоторые, включая атоллы Джонстон и Мидуэй, оказались важными военными базами во время Второй мировой войны. Союзники, возможно, никогда не смогли бы одолеть Японию в Тихом океане, если бы за сто лет до этого США не охотились за гуано*.

А вот у Германии таких источников гуано не было. В отличие от своих соперников в Европе, Германия только недавно (когда Габер был ребенком) прекратила междоусобные войны и сделалась единым государством. В результате она не имела крупных колоний в Азии или Америке и владела лишь несколькими колониями с дешевыми источниками гуано. Проблема усугублялась еще и тем, что почва на территории страны была бедной и очень нуждалась в удобрениях. В начале XX в. Германия импортировала 900 000 т азотных удобрений в год.

Хотя немецкая почва была бедной, наверное, немецкая вода была какой-то особенной, поскольку здесь выросло множество научных гениев. В 1840-х гг. немецкие химики выдвинули идею создания искусственных азотных удобрений. Прошло несколько десятилетий, прежде чем люди начали воспринимать эту идею всерьез – ведь куда проще использовать дешевое южноамериканское гуано. Но в 1890-х гг. в производстве удобрений наметился кризис, поскольку запасы гуано на островах Чинча и в других местах начали подходить к концу. Казалось, спасти человечество от массового голода может только наука. И наша история вновь возвращается к Фрицу Габеру, в наивысшей степени наделенному как талантом, так и честолюбием.

После нанесенного Нернстом оскорбления Габер получил грант от немецкой химической компании BASF на оценку возможных технологий фиксации азота. Так, метод «молния в бутылке» заключался в соединении азота с кислородом за счет пропускания мощной электрической искры через емкость с воздухом. Однако Габер сосредоточился на старой идее о взаимодействии азота с водородом, отчасти по той причине, что смог найти к решению этой задачи новый подход, заключавшийся в применении высокого давления.

Газы активнее вступают в реакцию при повышении температуры или при повышении давления. На молекулярном уровне повышение температуры газа заставляет его молекулы двигаться с более высокой скоростью (на самом деле температура как раз и отражает скорость движения молекул). Чем выше скорость движения, тем легче молекулы расщепляются и воссоединяются, что способствует протеканию химических реакций.

Однако Габер знал, что повышение температуры приводит к разрушению аммиака, так что конечный выход продукта не увеличивается. Поэтому он сосредоточился на изменении давления. При повышении давления молекулы сближаются, и, следовательно, у них больше возможностей для взаимодействия и обмена атомами.

Для этого он изготовил кварцевые пробирки высотой 8 см, укрепленные железным каркасом. В таких пробирках за счет повышения давления реакцию можно было провести при температуре на несколько сотен градусов ниже и при этом повысить выход аммиака.

Некоторые химики уже пытались повышать давление в смеси азота и водорода. Например, кто-то использовал для этой цели велосипедный насос. Но Габер предлагал нечто гораздо более серьезное – создать давление в сотни раз выше атмосферного, способное раздавить современную подводную лодку.

Кроме игр с температурой и давлением, Габер занялся еще и подбором катализатора. Катализатор ускоряет реакцию, но сам при этом не расходуется. Пример – платина в катализаторе автомобиля, где расщепляются вредные вещества. Габер знал, что два металла – марганец и никель – ускоряют взаимодействие между азотом и водородом, но, к сожалению, они работают только при температуре выше 700 ^oC, а при такой температуре начинается обратная реакция. Поэтому он занялся поиском других катализаторов, пропуская газы над десятками металлов. В конце концов он попробовал осмий, элемент под номером 76, который когда-то использовали для изготовления электрических лампочек. В присутствии осмия реакция шла при температуре «всего лишь» 500–600 ^oC, а при такой температуре аммиак расщепляется не так быстро.

При помощи уравнения своего врага Нернста Габер рассчитал, что использование осмия в защищенных металлическим каркасом емкостях позволит довести выход аммиака до 8 %, что было приемлемым результатом. Но, до того как продемонстрировать свою победу над Нернстом, он должен был проверить этот результат в лаборатории. И в июле 1909 г. – после нескольких лет мучений от болей в животе, бессонницы и унижений – Габер собрал на столе последовательную цепочку из нескольких кварцевых емкостей. Затем он открыл клапаны высокого давления, позволив азоту и водороду смешаться, и с волнением стал следить за выходным отверстием на противоположном конце установки.

Прошло некоторое время: даже в присутствии осмия связи между атомами в молекуле азота разрывались неохотно. Но в конце концов из форсунки начали вытекать молочно-белые капельки аммиака. От восторга Габер выскочил в коридор с криками: «Посмотрите! Идите посмотрите!» К концу эксперимента у него набралась аж четверть чайной ложки аммиака. А потом забил настоящий фонтан – по чашке аммиака каждые два часа.

Даже при таком скромном выходе BASF решила купить эту технологию и реализовать ее. Как это часто бывало при успешном завершении работы, Габер устроил грандиозную вечеринку. «Когда она закончилась, – вспоминал один из участников, – мы могли идти домой только по прямой, вдоль трамвайных рельсов».

Открытие Габера стало поворотной точкой в истории – столь же важной, как строительство первого ирригационного канала или отливка первого железного орудия. Как было сказано впоследствии, идея получения аммиака путем фиксации атмосферного азота позволила Габеру превратил воздух в хлеб.

Однако пока его успех был только теоретическим: он доказал, что из газообразного азота можно получить аммиак (и, следовательно, удобрения), но выход аммиака в его аппарате был таким, что его едва хватило бы для подкормки помидоров на одном огороде, что уж говорить об удовлетворении нужд всего немецкого народа. Масштабирование процесса Габера для производства тонн аммиака требовало иного гения – способного превратить интересную идею в реальный процесс. Большинство руководителей компании BASF не были гениями. В аммиаке они видели лишь еще одно вещество из списка, еще один возможный источник дохода. Однако руководитель нового отдела, занимавшегося производством аммиака, тридцатипятилетний инженер Карл Бош смотрел на вещи шире. Он считал аммиак важнейшим (в том числе с финансовой точки зрения) соединением нового столетия, способным в корне изменить мировое производство продуктов питания. Как и большинство важных идей, эта идея одновременно была и вдохновляющей, и опасной.

Бош решил разобраться с каждой из множества проблем в производстве аммиака по отдельности. Одна из проблем заключалась в получении чистого азота, поскольку в воздухе, кроме азота, содержится также кислород и другие примеси. Бош обратился за помощью в неожиданное место – в пивоваренную компанию «Гиннесс». За 15 лет до этого в «Гиннессе» создали самый мощный в мире холодильник, в котором удавалось получить даже жидкий воздух (если охладить газы в составе воздуха достаточно сильно, как и все другие вещества, они перейдут в жидкое состояние). Но в данном случае Боша больше интересовал обратный процесс – кипячение сжиженного воздуха. Жидкий воздух представляет собой смесь многих веществ, и все они кипят при разной температуре. Жидкий азот кипит при температуре –196 ^oС. Поэтому Бошу требовалось получить какое-то количество жидкого воздуха с помощью названного холодильника, потом под давлением нагреть его и собрать пары азота. Теперь каждый раз, когда увидите мешок с удобрениями, вспоминайте компанию «Гиннесс».

Карл Бош, вдохновитель проекта по получению аммиака из газообразного азота

Вторая проблема заключалась в выборе катализатора. В лабораторных условиях осмий ускорял реакцию весьма эффективно, но он не годится для использования в промышленных масштабах: он гораздо дороже и реже золота, так что покупка такого количества осмия, которое требовалось для промышленных масштабов, просто обанкротила бы компанию. Бошу нужен был дешевый заменитель, и он перебрал все металлы из периодической таблицы. Его исследовательская группа провела 20 000 экспериментов, прежде чем остановилась на смеси оксида алюминия с кальцием и железом. Если Габер, ученый, нашел самый лучший индивидуальный катализатор, Бош, инженер, предпочел смесь.

Однако выделение чистого азота и выбор эффективного катализатора не дали бы никакого результата, если бы Бош не сумел преодолеть главное препятствие – достичь того высокого давления, которое требовалось для протекания реакции. Однажды профессор в университете сказал мне, что идеальная экспериментальная система отказывает именно в тот момент, когда получены последние экспериментальные данные: это означает, что на обслуживание оборудования время не затрачивается (таково мнение типичного ученого). Оборудование Боша должно было бесперебойно работать месяцами при такой температуре, при которой раскаляется железо, и при давлении в 20 раз выше, чем в двигателе паровоза. Когда представители руководства BASF впервые услышали эти цифры, они раскрыли рты от изумления. Один из них рассказал, что накануне в его отделе взорвалась печь, работавшая под давлением всего в семь раз выше атмосферного (а это лишь одна тридцатая того давления, при котором планировалось производить аммиак). Как Бош рассчитывал создать реакционную емкость, способную выдерживать подобную нагрузку?

Бош ответил, что не собирается делать этого самостоятельно. Он обратился за помощью в компанию Круппа, отливавшую легендарные пушки и полевые артиллерийские орудия. Заинтригованные поставленной задачей инженеры компании вскоре создали эквивалент «Большой Берты» для химической промышленности – несколько стальных емкостей высотой по 2,5 м с толщиной стенок 2,5 см. Для повышения прочности Бош укрепил эти емкости в бетоне. Как оказалось, это было весьма предусмотрительно, поскольку первая емкость взорвалась уже на третий день испытаний. Однако, как заметил один историк, «нельзя было останавливать работу из-за мелкой шрапнели». Сотрудники Боша придали емкостям дополнительную прочность с помощью химического покрытия, защищавшего их от коррозии под действием горячих газов, а затем придумали новые клапаны, насосы и пломбы, способные выдерживать сверхвысокое давление.

Традиционная наука всегда существовала за счет отдельных специалистов или небольших исследовательских групп, в которых каждый участник вносил конкретный вклад в общее дело.

Кроме внедрения новых технологических приемов, Бош также помогал внедрять и новые методы научного поиска. Традиционная наука всегда существовала за счет отдельных специалистов или небольших исследовательских групп, в которых каждый участник вносил конкретный вклад в общее дело. Бош применил конвейерный метод, параллельно решая десятки мелких задач, как будет сделано через 30 лет в рамках Манхэттенского проекта. Опять-таки, как и при реализации Манхэттенского проекта, он удивительно быстро получил результаты – и в таком масштабе, который большинству ученых казался попросту невозможным. Всего через несколько лет после получения Габером первых капель аммиака[16]16
  Программа США по разработке ядерного оружия, принятая в августе 1942 г. – Примеч. ред.


[Закрыть] BAFS построила вблизи города Оппау один из крупнейших в мире химических заводов. По территории завода проходило несколько километров труб и проводов, а установки для получения сжиженных газов были размером с небольшой дом. Один железнодорожный узел обеспечивал завод сырьем, а через другой осуществлялась транспортировка 10 000 рабочих. Но самым удивительным было то, что завод работал и производил аммиак практически с той же скоростью, которую предсказывал Бош. За несколько лет объем выпуска аммиака увеличился вдвое, потом еще вдвое. А доходы росли еще быстрее.

Несмотря на несомненный успех, в середине 1910-х гг. Бош счел необходимым дополнительно расширить производство и подтолкнул BASF к строительству нового, более крупного и необычного завода, на сей раз вблизи города Лойна. Еще больше стальных чанов, еще больше рабочих, еще больше километров труб и проводов и еще больше доходов. К 1920 г. завод в Лойне протянулся на 3 км в длину и 1,5 км в ширину: «машина размером с город», как назвал его один историк.

Строительство заводов в Оппау и Лойне открыло современную эру производства минеральных удобрений, которая не закончилась до сих пор. Даже сегодня, столетие спустя, процесс Габера – Боша потребляет 1 % всех мировых энергетических запасов. Человечество ежегодно расходует 175 млн т аммонийных удобрений и за счет этих удобрений получает примерно половину всех продуктов питания. Половину! Иными словами, если бы не существовало процесса Габера – Боша, не было бы половины живущих на Земле людей, а именно 3,6 млрд человек. Или исчезла бы половина тела каждого человека: каждый второй атом азота из нашей ДНК и наших белков метался бы бессмысленно в воздухе – не будь на свете гордого гения Габера и расчетливого гения Боша.

Как бы я хотел, чтобы история о Габере и Боше на этом закончилась – простая и счастливая история двух немецких химиков, спасших человечество от голода. Но к любой человеческой победе всегда примешиваются гордость и амбиции.

Производство аммиака обогатило Габера. Патенты приносили ему несколько центов с каждого килограмма произведенного продукта, а BASF вскоре стала ежегодно производить десятки тысяч тонн аммиака.

После продажи прав собственности Габер практически забросил работу в области химии азота. В 1911 г. он занял важную административную должность в новом Институте Кайзера Вильгельма в Берлине. В качестве директора института он мог водить дружбу с политиками и членами королевской семьи, что льстило его самолюбию. Он даже помог Альберту Эйнштейну устроиться на работу в Берлине, и, несмотря на политические разногласия (Габер был консерватором, Эйнштейн – либералом), они стали близкими друзьями. Эйнштейн каким-то образом затрагивал нежные струны души Габера. Когда первый брак Эйнштейна распался и от него ушла жена, прихватив с собой двух маленьких сыновей, Габер всю ночь утешал рыдавшего друга.

Отчасти Габер мог сочувствовать Эйнштейну по той причине, что его собственный брак тоже разрушался. Габер и его жена Клара познакомились, будучи студентами химического факультета; ему было 18, ей 15. Через 15 лет он пригласил Клару на конференцию по химии – только чтобы ее увидеть. Несмотря на такое романтическое развитие отношений, брак был трудным, и Клара не хотела переезжать в Берлин. Кроме того, причиной разногласий между мужем и женой становился все возрастающий ура-патриотизм Габера. С самого детства он был über alles, но теперь, заняв новый пост, он мог общаться с кайзером, и у него появилась мания величия. Один коллега однажды застал Габера в кабинете за отбиванием поклонов – Габер тренировался на случай, если кайзер пригласит его на обед. Почувствовав, что за ним наблюдают, Габер неловко повернулся и разбил вазу.

С началом Первой мировой войны Габер превратил свой институт в небольшой военный аванпост. Справедливости ради нужно заметить, что Габер считал войну бессмыслицей, а военачальников – тупицами, но при этом признавал, что победа в войне прославит Германию, поэтому он вступил в армию, стал брить голову и ходил на работу в военной форме. Он оцепил здание института колючей проволокой и направил научные исследования на решение военных задач. Один из проектов заключался в получении бензина, который не замерзал бы зимой в России. Другой имел целью адаптировать процесс производства аммиака для получения взрывчатых веществ. Третий проект, самый страшный, состоял в том, чтобы использовать накопленные Габером знания о газах для создания нового типа оружия.

Хотя химическое оружие существовало уже несколько тысячелетий назад – древние греки выкуривали друг друга из городов-государств с помощью паров серы, – газовые атаки оставались менее эффективным способом ведения войны, нежели, скажем, использование расплавленного масла. Франция первой применила газ против немецкой армии в первые месяцы Первой мировой войны, но атаки практически всегда были неудачными: французские газы рассеивались на ветру еще до того, как немцы понимали, что были «атакованы». Французский газ скорее был слезоточивым, чем отравляющим (этиловый бромацетат), и как оружие поражения был бесполезен.

Габер задумался над созданием гораздо более действенных газов, основанных на хлоре. Все мы знаем, что хлор входит в состав поваренной соли и используется для обеззараживания бассейнов, но он существует также в виде двухатомного газа (Cl₂). И в отличие от неактивного двухатомного газа азота, газообразный хлор никак нельзя назвать «спокойным»: его атомы соединены одинарной связью, которую они охотно разрывают, чтобы напасть на другие атомы. Поскольку он тяжелее кислорода и азота, при попадании в воздух этот газ накапливается у земли. То есть, по зловещему замыслу, облака газообразного хлора должны были стекать в окопы, а не рассеиваться в пространстве.

Поначалу в «газовой дивизии» капитана Габера работало лишь 10 химиков – весьма скромное число. Однако среди этих десяти были три лауреата Нобелевской премии. Старый соперник Габера Нернст тоже попытался поучаствовать в работе на благо Германии. Но Габер оттолкнул его, желая славы только для себя одного.

Нужно сказать, что некоторые коллеги-химики не видели в этой работе возможностей ни для славы, ни для победы, и среди них была жена Габера. Клара тоже была химиком (пока заботы домохозяйки не заставили ее прервать научную карьеру) и считала, что использование химических веществ в качестве оружия предает благородную миссию химии, заключающуюся в помощи людям. Но это ее позиция, а другие были недовольны работой Габера из прагматичных соображений. Нобелевский лауреат Эмиль Фишер «от всего патриотического сердца» надеялся, что Габер потерпит неудачу, поскольку не без оснований полагал, что, если преуспеет Габер, французы и англичане применят в ответ свое газовое оружие. Однако Габер отвечал, что союзники никогда не смогут этого сделать.