Подражающие молниям

ВЗРЫВЧАТАЯ ВАТА И ДЖИНН В БУТЫЛКЕ

XVIII столетие не успело еще завершиться, когда изобретение Джеймса Уатта ознаменовало начало нового века — века пара. Появление паровой машины дало толчок могучей технической революции, получившей в истории название великого промышленного переворота. Человек становился великаном. До той поры он строил, прял, ткал, ковал только своими руками. Теперь впервые за него это стали делать машины. Самые крепкие мускулы не могли сравниться со стальными мышцами паровых цилиндров, самые ловкие пальцы не могли за ними угнаться. Первыми канули в прошлое ручные ткацкие и прядильные станки. На их место стали машины. Чтобы их построить, понадобились другие механизмы, и они не замедлили появиться. Один за другим были изобретены строгальный, фрезерный, карусельный, винторезный станки. В 1807 году Роберт Фултон спускает на воду первый в мире пароход, а через семь лет Джордж Стефенсон строит паровоз. В 1825 году открывается первая пассажирская дорога в Англии, а в 1837 году «шибче воли» помчался поезд по первой русской дороге. Темп времени круто изменился. На смену многовековой неторопливости пришли «быстрота, разгул, волненье, ожиданье, нетерпенье...» В 1840 году мировая сеть железных дорог насчитывала уже девять тысяч километров. За тридцать последующих лет она выросла в двадцать три раза! «Век девятнадцатый, железный» до последней своей минуты с лихорадочной скоростью ткал железнодорожное полотно, вкладывая в него все свои силы, все свое богатство, все свои ресурсы. Для железных дорог добывались руда и уголь, для них плавился металл, строились машины, рубился лес, для них сооружались насыпи, мосты и туннели.

Но как добывать руду, уголь, камень? Чем долбить мерзлый грунт? Чем дробить гранитные кручи? Как возводить огромные насыпи? Ведь нет еще ни отбойных молотков, ни врубовых машин, ни угольных комбайнов, неизвестны дорожные и землеройные машины. Кайло, лопата и тачка — вот бульдозеры, экскаваторы и самосвалы того времени. Неудивительно, что «во глубину сибирских руд» и на каменоломни посылали работать каторжников, и тяжким, скорбным трудом, беспощадной эксплуатацией создавалось национальное благосостояние. Дороги того времени политы кровью, выложены костями, отмечены могильными крестами.

К середине века тормозящее действие ручного труда в горном и дорожном деле стало особенно ощутимо. Рабочий, который «механически ржавой лопатою мерзлую землю долбит», не мог больше угнаться за нетерпеливым бегом своего времени, и паровые машины ничем не могли ему помочь. Одному пару стало не под силу толкать поршень технического прогресса. Ему стали нужны союзники. Промышленной революции, так же как и всякой революции, нужны были взрывчатые вещества.

Современная техника располагает теперь десятками разнообразных взрывчатых веществ. А не так давно, немногим более ста лет назад, все еще была известна практически лишь одна взрывчатка — дымный порох. Долгое время порох служил только Марсу — богу войны. Но уже в XVI веке он впервые нашел себе мирное применение: с его помощью был расчищен фарватер реки Неман. В XVII веке порох начали использовать и для горных работ. Шесть столетий дымный порох исправно служил человеку, но в XIX веке стало ясно, что ему пора уходить на заслуженный отдых. В одной из своих публичных лекций Альфред Нобель так отозвался о достоинствах и недостатках дымного пороха:

«В шахте он дробит без метания; в ружье толкает пулю без дробления; в артиллерии служит обеим целям; в фейерверке спокойно горит без взрыва... Но как прислуга на все он лишен совершенства в каждом отдельном случае, и современная наука постепенно теснит его владения».

Действительно, энергия взрыва и дробящая способность дымного пороха не слишком высоки. Например, гранит он может только расколоть на крупные глыбы, которые затем приходится дробить кувалдой. При сгорании порох дает густой едкий дым. Во время оживленной канонады задыхающимся солдатам ничего не было видно на поле битвы, а после каждого выстрела ружье приходилось прочищать шомполом.

К середине XIX века, когда нужда промышленности и военного дела в новых взрывчатых веществах обозначилась с предельной остротой, химическая наука была развита уже в достаточной степени, чтобы выполнить стоящий перед нею социальный заказ. Центром научных исследований в области взрывчатых веществ в те годы по-прежнему оставался Париж, хранивший традиции великой химической школы, ведущей начало от Лавуазье. В первые десятилетия XIX века пост консультанта Управления порохов и селитр занимал известный французский ученый Гей-Люссак. Закон Гей-Люссака, связывающий объем газов с их температурой, широко используется при расчете взрывов. После Гей-Люссака эта должность перешла к его ученику и другу Пелузу.

Жюль-Теофиль Пелуз — один из крупнейших и авторитетнейших химиков своего времени. Он стал широко известен благодаря работам по изучению сахаров, молочной кислоты, процессов брожения. Пелуз впервые установил химическую природу глицерина, что имеет, как мы скоро увидим, прямое отношение к истории взрывчатых веществ. Его шеститомный курс общей химии в течение многих лет был основополагающим руководством для исследователей всех частей света. В его частную лабораторию приезжали из разных стран мира работать и учиться талантливые химики, многие из которых впоследствии прославились своими выдающимися исследованиями. Школу Пелуза прошли такие известные ученые, как Жерар, Лоран, Собреро, Жирар, Нобель, Бертло.

Однако случаю было угодно, чтобы первое крупное открытие в области взрывчатых веществ было сделано не в столичной лаборатории прославленного Пелуза, а в скромном провинциальном учреждении, не имевшем ни малейшего отношения ни к порохам, ни к селитрам. И действительно, что может быть более далеким от ратных дел, чем ботанический сад?

Открытие, о котором идет речь, совершил Анри Браконно. Жизнь его бедна внешними событиями. Свою карьеру он начал с должности аптекаря в госпитале наполеоновских войск, потом учительствовал короткое время в гимназии, а с 1807 года и до самой смерти занимал пост директора Ботанического сада в Нанси. Браконно занимался ботаникой, но сверх того любил химию и понимал в ней толк. С особым вниманием он изучал состав и свойства природных продуктов — алоэ, грибов, полыни, хлопка, желатина, молока. В 1832 году Браконно решил исследовать действие азотной кислоты на продукты растительного происхождения. Он обнаружил, что крахмал и волокна древесины хорошо растворяются в концентрированной кислоте. Если же этот раствор разбавить затем водой, выпадает белый осадок. Браконно назвал новое вещество ксилоидином, от греческого слова «ксило» — дерево. Основная составная часть дерева — целлюлоза или, по-русски, клетчатка (от слова cella — ячейка, чулан, клеть—ведет свое происхождение и келья). Поэтому химики называют продукты взаимодействия азотной кислоты и целлюлозы нитроклетчаткой. Нитроклетчатка (а ксилоидин — одна из ее разновидностей) лежит в основе современных порохов.

Браконно отметил, что его белый порошок хорошо горит, и это обстоятельство по вполне понятным причинам заинтересовало Пелуза. Парижский химик повторил опыты Браконно. На всякий случай Пелуз обработал азотной кислотой и другие вещества — бумагу, вату, хлопок, однако не дал себе труда подробно изучить свойства полученных продуктов, в чем впоследствии горько раскаялся. Что же касается Браконно, то он до самой своей смерти так и не подозревал, что его открытие имеет хоть малейшее отношение к взрывчатым веществам.

Труды Браконно принесли ему умеренную известность. Его избрали в члены-корреспонденты Парижской академии наук (она называлась тогда Институтом), он получил ряд лестных приглашений в столицу. Однако Ученый до конца жизни продолжал работать в Нанси и завещал родному городу все свое состояние. Умер он в 1855 году.

В общем, следует признать, что открытие ксилоидина прошло почти незамеченным, а имя его автора теперь мало кому известно. Между тем эта разновидности нитроклетчатки сыграла большую роль в истории науки и техники.

В 1848 году американский медик Мэйнард обнаружил, что ксилоидин хорошо растворяется в некоторых органических жидкостях, например в смеси спирта с эфиром. При этом получались густые студнеобразные клейкие массы. Поэтому ксилоидин вскоре перекрестили в «коллоксилин» (от греческих корней «клей» и «дерево»), а раствор коллоксилина стали называть «коллодий». Высохшая пленка коллодия сохраняет большую гибкость и хорошо противостоит воде и мылу, и Мейнард предложил использовать коллодий как удобное средство для заклейки мелких порезов и ран. Скоро, новое лекарство стало продаваться во всех аптеках! Любопытно, что то же открытие и в то же время сделал французский поэт и химик-любитель с близкой по написанию фамилией — Мэйнар. Однако он не обнародовал свое изобретение, считая его, очевидно, недостойным своей поэтический славы.

В 1850 году английский химик Фредерик Скотт-Арчер покрыл стеклянные пластинки смесью коллодия со светочувствительным составом. Так появились фотографические пластинки, почти не отличающиеся от современных.

В 1863 году американский наборщик Хьятт, пытаясь получить искусственную слоновую кость для биллиардных шаров (за это была обещана премия в десять тысяч долларов), изобрел целлулоид — обработанную особым образом смесь нитроклетчатки и камфары. Эта первая в мире пластмасса быстро завоевала все страны и континенты.

Наконец, в 1889 году Илэр де Шардонне, граф по рождению и химик по призванию, после пяти лет упорнейшей работы нашел способ получать из коллодии искусственное нитроцеллюлозное волокно — первое в мире волокно, созданное не природой, а человеком. Его способ, широко применяемый и теперь, заключался в том, что вязкий раствор нитроцеллюлозы продавливался сквозь тончайшие отверстия — фильеры, в результате чего получались нити любой заданной толщины. Так было положено начало современной промышленности синтетических волокон. Первая продукция машины Шардонне использовалась для получения нитей в электрических лампочках накаливания.

История коллодия — поучительный пример тесной химической и технологической близости взрывчатых веществ к другим продуктам. Скажем, бездымный порох — это разновидность пластмассы, своего рода целлулоид в погонах. Недаром химические заводы, производящие во время войны порох, в мирное время часто переключаются на получение пластмасс. Такие всем известные полимеры, как целлофан и нейлон, были разработаны на пороховых заводах Дюпона. Примеров взаимного влияния технологии взрывчатых и невзрывчатых веществ друг на друга можно найти довольно много. Проследить эту связь более подробно мы не имеем сейчас возможности. Важно подчеркнуть, что история взрывчатых веществ — это часть единой истории химии и химической промышленности.

Если открытие коллоксилина прошло относительно незаметно, то получение другой разновидности нитроклетчатки— пироксилина — имело шумный резонанс в научных и политических кругах. При получении пироксилина в реакцию вступает чуть большее количество азотной кислоты, следовательно, это вещество содержит больше азота и, главное, кислорода, чем коллоксилин. Когда же содержание кислорода в нитроклетчатке превышает определенный предел, она приобретает мощные взрывчатые свойства. Именно поэтому появление пироксилина так взбудоражило общественность — ведь чуть ли не впервые за тысячу лет со времени изобретения пороха открыто вещество, способное взрываться, да еще с какой силой!

Изобретатель пироксилина Христиан Фридрих Шенбейн родился в 1799 году в местечке Метцинген, относившемся тогда к Вюртембергскому королевству. Родители его были люди бедные, и, подучившись грамоте в церковной школе, четырнадцатилетний Христиан, как в сказках братьев Гримм, отправился по белу свету сам зарабатывать себе на жизнь. Сначала семь лет он был подмастерьем на химической фабрике. Эти годы юноша упорно учился, что позволило ему получить место управляющего на другом химическом заводике недалеко от университетского города Эрлангена (близ Нюрнберга). Магнетическая близость университета подействовала притягательным образом, и молодой Христиан скоро променял респектабельный цилиндр предпринимателя на студенческую фуражку. В университете он тесно сблизился с известным немецким философом Шеллингом. Знаменитого идеалиста, кумира молодых умов Германии, привлекла почтительность и набожность юноши, с восторгом слушавшего его лекции. Христиан скоро был принят семьей Шеллинга как родной сын.

После двух лет учебы в Эрлангене Шенбейн прослужил несколько месяцев учителем в гимназии, но затем отправился за границу работать и продолжать образование. Два года он провел в лабораториях Англии, затем год в Париже, где слушал лекции Ампера и Гей-Люссака. В 1829 году Шенбейн защитил в Базельском университете докторскую диссертацию и навсегда после этого остался в Швейцарии. В 1835 году Шенбейн получил в том же университете кафедру физики и химии, которую занимал до самой смерти.

Из воспоминаний современников, превозносящих «истинно немецкие» добродетели Шенбейна, вырисовывается, однако, облик не слишком для нас привлекательный. Благочестивый бюргер, член всяких местных «ратов», упрямый консерватор, убежденный идеалист — вот каков этот базельский профессор. До конца дней своих он яростно противился атомно-молекулярному учению— и не по научным соображениям, а чисто из принципа: атомная теория означала для Шенбейна материализм, а материализма поклонник Шеллинга не признавал. Да и в чисто химической сфере Шенбейн предпочитал работать по старинке. В те времена, когда после Лавуазье точное взвешивание давно уже стало законом для каждого химика, в лаборатории Шенбейна нельзя было найти ни чувствительных весов, ни хорошо калиброванных сосудов, ни точных термометров. В отличие от Лавуазье, работавшего в буквальном смысле слова скрупулезно (скрупулами тогда называли мелкие единицы веса), Шенбейн вел расчеты на глазок, обходясь целыми числами и не утруждая себя всякими там десятыми и сотыми долями.

Университет в Эрлангене одновременно с Шенбейном посещал и другой прославившийся впоследствии химик Юстус Либих, с которым нам еще не раз придется встречаться на страницах этой книги. Либих поддался было красноречию Шеллинга, но после нескольких месяцев занятий туманной философией вернулся к прерванной работе над диссертацией о гремучей ртути, принесшей двадцатилетнему юноше мировую известность. Поэтому современники и историки любили сопоставлять судьбу двух ставших знаменитыми однокашников. Но если Юстус Либих действительно стал гордостью немецкой нации, одним из величайших химиков XIX века, то Шенбейн не поднялся выше уровня рядового ученого. Он не издавал журналов, которые читал бы весь научный мир; он не создал новых отраслей науки и не произвел переворота в старых; в его лаборатории не толпились европейские знаменитости; среди его учеников не было таких звезд, как Вюрц, Зинин, Гофман, Собреро, Кекуле, Воскресенский, Шишков, Эрленмейер; одним словом, Шенбейн не был Либихом. Но этот человек вовсе не был бездарен, и мелким он выглядит только рядом с такими великанами, как Либих или Лавуазье. Шенбейн обладал незаурядным трудолюбием, живой наблюдательностью и здравым смыслом крестьянина. Эти качества позволили ему провести немало интересных исследований. По крайней мере два из них — открытие озона и получение пироксилина — настолько значительны, что имя Шенбейна останется в истории химии.

В марте 1846 года на заседании Базельского общества естествоиспытателей Шенбейн сделал доклад о получении пироксилина. Легенда повествует, что Шенбейн, работая в домашней лаборатории, разбил бутыль с азотной кислотой Вытерев лужу оказавшимся под рукой хлопчатобумажным передником жены, он повесил его сушить у печки. Через некоторое время передник с шумом взорвался. Заинтересовавшийся профессор обработал азотной кислотой хлопок и получил вещество, похожее на вату, ко превосходящее по силе взрыва порох. Оно было названо «пироксилин», что можно перевести как «взрывчатое (или огненное) дерево» (целлюлозу — сырье для пироксилина — можно получить не только из хлопка, но и из древесины). Сам Шенбейн назвал его Schießbaumwolle—«стрелятельный хлопок», и это название так и осталось за пироксилином в немецком языке. В России пироксилин называли вначале «порохострельной бумагой» или «бумажным порохом».

Любопытная сага об открытии пироксилина не совсем верна. Факты говорят о том, что Шенбейн занимался нитрованием органических веществ вполне целеустремленно. Он был прекрасно осведомлен о работах Браконно и Пелуза и успешно повторял их. Годом раньше пироксилина он получил «взрывчатый сахар» — продукт взаимодействия обыкновенного сахара с азотной кислотой. Так что к открытию своего взрывчатого хлопка Шенбейн пришел вполне закономерно. Важнейшей заслугой немецкого ученого явилось не столько получении нового вещества, сколько обнаружение его взрывчатых свойств, которые он отразил даже в названии. Когда Шенбейн докладывал о своем открытии, с помощью изготовленного им пироксилина уже были сделаны первые выстрелы, показавшие дальнобойность и бездымность удивительного пороха.

Сообщение Шенбейна вызвало огромный интерес, и его работы были повторены во многих лабораториях Европы. Несколько немецких профессоров попытались даже присвоить честь этого открытия себе, объявив, что они получили пироксилин раньше Шенбейна и независимо от него. Удовлетворительных объяснений, почему их исследования не были своевременно опубликованы, они, однако, дать не могли. Раздосадованный Пелуз в Париже заявил, что он получил пироксилин еще в 1838 году, когда повторял опыты Браконно. Возможно, так оно и было, потому что, нитруя клетчатку, можно получить и коллоксилин и пироксилин.

Тем более обидно было Пелузу сознавать, что он когда-то получил новый порох, держал его в руках, но не понял того, что он сам сделал. К чести Пелуза, у него хватило мужества сделать такое признание публично. Заявляя о своем приоритете на пироксилин, он сделал такую оговорку: «Я должен тут же прибавить, что я ни одной минуты не помышлял о применении ею в военном деле вместо пороха; эта заслуга целиком принадлежит г-ну Шенбейну».

Получение пироксилина принесло Шенбейну широкую известность. Несколько академий выбрали его в своде члены, влиятельнейший европейский химик Берцелиус исхлопотал для него у шведского правительства орден Полярной звезды, а общество естествоиспытателей одного из городов присвоило ему почетное прозвище «Бертольд Шварц».

Однако вскоре восторги вокруг нового пороха поутихли. Пироксилин оказался чрезвычайно опасен. Шенбейн предложил свое изобретение за сто тысяч гульденов правительствам разных стран, но ни Пруссия, ни Англия, ни Бавария не торопились с покупкой. Немедленно возникшие пироксилиновые предприятия взрывались одно за другим. К тому же выяснилось, что рыхлость и, как следствие, быстрота и неравномерность сгорания взрывчатой ваты не позволяют использовать ее в военном деле. Ведь требования к пороху в этом отношении чрезвычайно жестки: зерна его должны быть совершенно однородны и иметь строго заданные форму и размеры. Из мягкой ваты, несмотря на все ухищрения, не удавалось получить хороший зерненый порох.

Долгие годы напряженных исследований во многих странах, разрушенные здания и склады, разорванные орудия, десятки трупов — вот цена за пироксилиновый порох, который и после трех десятилетий упорного труда продолжал оставаться несбыточной мечтой.

Сейчас мы рассказываем историю только самого пироксилина — пироксилиновому пороху черед придет еще не скоро, и в нужный момент мы вернемся к нему. К 1868 году, когда близилась кончина Шенбейна, взрывчатый хлопок уже основательно забыли, и ученый с горечью сознавал, что звание «Бертольда Шварца» он носит незаслуженно. Пироксилин оставался не более чем опасной хлопушкой, лишенной всякого практического значения. Шенбейн умер, не зная, что за несколько месяцев до его смерти Фридрих Абель в Англии нашел метод превращения пироксилина в безопасное взрывчатое вещество, пригодное для применения в промышленных взрывах, и еще менее подозревая, что через полтора Десятка лет пироксилиновый порох одержит триумфальную победу над смесью угля, серы и селитры.

В 1846 году — в тот самый год, когда был открыт пироксилин,— произошло и еще одно знаменательное событие в истории взрывчатых веществ: Асканио Собреро получил в Турине нитроглицерин. Так уж получилось, что две важнейшие взрывчатки нашего времени были открыты почти одновременно.

Собреро учился в Турине, как и некогда Бертолле, и тоже, как его великий предшественник, получил здесь Диплом доктора медицины. Закончив образование, любознательный итальянец отправился на выучку в чужие страны к виднейшим ученым своего времени. Его учителями стали вожди европейской химии — Берцелиус, Либих и Пелуз. В лаборатории Пелуза Собреро научился методам исследования глицерина, обработке органических соединений азотной кислотой, изучению взрывчатых веществ. Собреро вернулся на родину, привезя с собой лучший багаж, который он мог приобрести в далеких столицах,— обширные знания и опыт. Получив преподавательскую должность (а впоследствии и профессорскую кафедру) в Туринской высшей технической школе, тридцатичетырехлетний химик погрузился в научные исследования. Особенно его заинтересовало действие азотной кислоты на глицерин. После нитрования глицерин как будто не слишком меняет свои свойства: образуется похожая на него маслянистая прозрачная жидкость и такая же сладковатая на вкус. Впрочем, пробовать ее надо с осторожностью: уже от нескольких капель начинает сильно стучать сердце и болеть голова (спустя сорок лет, в 1885 году, Британская фармакопея признает нитроглицерин лекарственным препаратом). С любопытством изучает Собреро свойства новой жидкости. Он не знает еще, что перед ним сильнейшее и опаснейшее взрывчатое вещество. Пройдут многие десятилетия, сотни новых взрывчатых веществ получат химики, но почти ни одно из них не сможет сравниться своей мощью с нитроглицерином. К сожалению, и по чувствительности к взрыву он уступает разве лишь гремучей ртути. Собреро скоро и неоднократно имел случай в этом убедиться. Взрывы в его лаборатории следуют один за другим. С удивлением наблюдает химик, какие сильные разрушения способны произвести несколько кубических сантиметров этой безобидной на первый взгляд жидкости. Подобно сказочному джинну в бутылке, нитроглицерин ждет своего часа, чтобы «разрушить город или построить дворец». Его нельзя нагревать, его опасно встряхивать, он может взорваться даже в момент получения.

Склонность нитроглицерина к взрыву воистину удивительна. Как-то в Англии один крестьянин выпил зимой бутылочку нитроглицерина в надежде согреться. Естественно, он был найден на дороге мертвым. Когда замерзшее тело положили оттаивать около печки, оно взорвалось, разрушив здание.

После нескольких особо опасных опытов Собреро решил больше не рисковать и прекратил эксперименты.

Он понимал, каким страшным оружием может оказаться нитроглицерин, и свыше года не решался сообщить результаты своих исследований. В 1847 году он опубликовал все-таки статью о «пироглицерине», благодаря которой его имя вошло во все учебники химии.

За свою долгую жизнь Собреро успел сделать многое. Он напечатал основательный «Курс технической химии» в трех томах, но он же в решительный для родины час променял спокойный профессорский пост на чин артиллерийского капитана в войсках Гарибальди. С чисто итальянским темпераментом он сражался за свободу, применяя на практике свои теоретические познания в области взрывчатых веществ.

В лаборатории динамитной фабрики в Авильяно, близ Турина, в особой склянке под водой вот уже сто тридцать лет хранится триста граммов нитроглицерина, изготовленного руками Собреро. Это не только музейная реликвия — это и научный эксперимент, проверка опаснейшей взрывчатки на устойчивость.

Судьба распорядилась так, что оба ученых, получивших самые удивительные взрывчатые соединения века,— Христиан Шенбейн и Асканио Собреро — не сумели вывести их за стены лаборатории и вдохнуть в них жизнь. Покорителем джинна, не побоявшимся выпустить его из бутылки и заставившим служить людям, стал Альфред Нобель. И спустя много лет Нобель предоставил Собреро пост научного консультанта в одной из своих компаний, который итальянский химик занимал до самой смерти в 1888 году. В 1879 году на фабрике Нобеля в Авильяно, родном городе Собреро, был установлен его бюст.