Главная » Статьи » Наука и образование
12.12.2017 рейтинг 5.0 (1) | просмотров 229 | комментарии (0)

Химические науки

 

Философский камень - мочевина

Е. Д. Терлецкий
Химия и Жизнь №4, 1972 г., с. 31-34

В глубине аптеки раздался сильный взрыв.

А спустя несколько минут перед хозяином предстал злоумышленник - это был его ученик Юстус Либих. Результаты его последнего опыта оказались плачевны: аптекарю срочно пришлось заняться ремонтом, а ученик, вдохновленный напутствием хозяина катиться на все четыре стороны, отправился в поисках удачи во Францию. Там он стал учеником знаменитого Гей-Люссака, а позже одним из самых ярких и разносторонних химиков Европы.

В 1840 году Либих разработал теорию минерального питания растений. Особое место в ней было уделено соединениям азота. Спустя много лет другой виднейший агрохимик - Н. Д. Прянишников напишет: "Без азота нет белков, без белков нет протоплазмы, без протоплазмы нет жизни". И что бы ни предпринималось в нашем агрохимическом мире, какие бы новые тенденции ни возникали, это положение неоспоримо, потому что оно верно.

Навоз - самое первое из всех применяемых удобрений, это прежде всего азотное удобрение. Еще Либих доказал это. Он же первым из агрохимиков понял, что по мере роста урожаев и посевных площадей полям перестанет хватать азота и что нужно искать и получать новые азотистые соединения для нужд агрохимии. Он же установил, что жидкая часть навоза - моча содержит "весьма обильное соединение азота, состоящее в мочевине" и что мочевина может служить прекрасным азотным удобрением...

Передо мной материалы Всесоюзного научно-исследовательского института экономических исследований сельского хозяйства, посвященные новейшим тенденциям в удобрении плодовых и овощных культур у нас и за рубежом. Урожаи продолжают расти, следовательно, увеличивается вынос питательных веществ из почвы. Отсюда всеобщая тенденция употреблять более концентрированные удобрения. Похоже, что в развитых странах мочевина в ближайшее десятилетие станет самым важным азотным удобрением. Уже сейчас она теснит сульфат аммония, селитры. И это не удивительно: по количеству связанного азота 100 килограммов мочевины эквивалентны 300 килограммам селитры.

Формула мочевины СО(NН2)2. В этих кристаллах без цвета и запаха (в форме тонких игл или маленьких плоских призм) - 46,55% связанного азота. Это очень много. Важно и другое: мочевина в качестве удобрения пригодна на всех почвах и под все культуры. Это удобрение не только высококонцентрированное, но и легко усвояемое.

 

Диаграмма: доля мочевины (в процентах, в пересчете на азот) в мировом производстве азотных удобрений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диаграмма: доля мочевины (в процентах, в пересчете на азот) в мировом производстве азотных удобрений

За рубежом начато производство удобрения, которое назвали мочевиной замедленного действия. Чтобы не пропадала даже часть связанного азота, заключенного в мочевине, ее стали делать в виде гранул, покрытых снаружи расплавленной серой, а сверху еще и воском. Такое покрытие постепенно разрушается, и тогда удобрение начинает действовать. Регулируя соотношение мочевины, серы и воска, можно заранее определить время действия внесенной в почву такой мочевины и сделать это время достаточно долгим. Утверждают, что мочевина замедленного действия особенно эффективна на многолетних культурах...

Лучшее азотное удобрение - вот что такое сейчас мочевина (или, как ее теперь часто называют, карбамид).

 

Немецкий химик Юстус Либих первым увидел в мочевине превосходное азотное удобрение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Немецкий химик Юстус Либих первым увидел в мочевине превосходное азотное удобрение

Еще в 1773 году французский химик И. Руэль впервые исследовал выделенное из мочи "мыльное вещество". Природу этого вещества, его состав и свойства уточнили два других известных француза - Воклен и Фуркруа. Они же назвали это вещество мочевиной и совершенно справедливо отнесли его к разряду веществ органических.

В то время (первая четверть XIX века) классификация веществ на органические и неорганические имела иную основу, чем сейчас. Считалось, что органические вещества могут возникать только в живых организмах при помощи некоей жизненной силы, физическую природу которой установить нельзя. И если неорганические соединения можно при старании получить в любой лаборатории, то органические - "богом данные": - искусственно создать невозможно.

Этой точки зрения придерживался и великий шведский химик Йене Якоб Берцелиус, и надо же было случиться, что именно из его лаборатории учению о "жизненной силе" был нанесен сильнейший удар.

В 1824 году к Берцелиусу приехал поучиться немецкий ученый Фридрих Вёлер. Врач по образованию, он не был новичком в химии. Он открыл уже одно новое вещество - циановую кислоту HOCN - и как раз в то время всерьез занялся изучением ее солей. Исследуя реакцию цианата серебра с растворимыми аммонийными солями, он получил неожиданный результат: вещество, оставшееся в колбе после выпаривания растворов AgOCN и NH4C1, обладало свойствами мочевины.

 

Немецкий химик. Фридрих Вёлер - автор первого в истории химии органического синтеза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Немецкий химик. Фридрих Вёлер - автор первого в истории химии органического синтеза

Как и его учитель Берцелиус, Вёлер тогда еще верил в "жизненную силу", но не верить собственному опыту он тоже не мог. Возможно, у молодого химика было искушение тут же опровергнуть всеобщее заблуждение, но благоразумие взяло верх. Еще целых четыре года потратил он на контрольные опыты и лишь после этого решился обнародовать свои результаты. В это время он снова уже работал в Германии, но с Берцелиусом поддерживал постоянную переписку. На дерзкое письмо, полученное из Германии в 1828 году, Берцелиус не ответил, решив, видимо, что ученик пишет чушь. А тот писал: "Должен вам сказать, что я могу делать мочевину, не нуждаясь при этом в почках и вообще в животном, будь то человек или собака...".

Когда же синтез Вёлера был подтвержден другими химиками, Берцелиус возобновил переписку и... остался убежденным сторонником "жизненной силы" - дескать, мочевину, отброс организма, можно синтезировать без помощи извне, но вещества, действительно жизненно важные,- никогда. Подобного мнения придерживались и другие современники Вёлера, в том числе Либих. Спустя 12 лет после синтеза Вёлера он писал в своих знаменитых "Письмах о химии": "Теплота, свет, а главнее всего жизненная сила- суть причины, определяющие свойства органических веществ"...

Тем не менее синтез Вёлера имел огромное значение для химии и для философии. Впервые в истории была доказана возможность получения органических веществ из неорганических. Было положено начало современным воззрениям на природу органических веществ. От этого органического синтеза прослеживается путь к бутлеровской теории строения. А слова Вёлера о том, что органическая химия - это химия соединений углерода, теперь уже никто не считает дерзким каламбуром, как считали многие его современники. Он имел право так сказать.

 

Современная установка для синтеза мочевины из аммиака и углекислого газа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Современная установка для синтеза мочевины из аммиака и углекислого газа

Строго говоря, реакцию Вёлера нельзя считать синтезом в полном смысле этого слова. Здесь происходит обычная изомеризация, то есть перестройка атомов внутри молекулы. (Кстати, явление изомеризации открыли одновременно два героя этих заметок - Вёлер и Либих, а их спор о приоритете урегулировал Берцелиус.) Образующийся в обменной реакции циановокислый аммоний превращается в мочевину при нагревании: [NєС-O]NH4 ® [O=C=N]NH4 ® O=C(NH2). Сейчас для синтеза мочевины перегруппировкой Вёлера пользуются разве что в студенческих лабораториях. Промышленный же способ получения этого вещества основан на реакции, открытой русским химиком А. И. Базаровым. Точнее, на двух реакциях. В первой из них происходит взаимодействие аммиака и углекислого газа. Образуется карбамат аммония: 2NH3 + CO2 = H2NCOONH4. Вторая реакция - превращение карбамата аммония в мочевину: H2NCOONH4 ® H2NCONH2 + H2O. В промышленных условиях обе реакции идут одновременно и непрерывно в специальных колоннах при температуре 160-200°С и давлении от 100 до 400 атмосфер. Интересно, что тепло, выделяющееся в первой реакции, как бы компенсирует затраты тепла, необходимые для того, чтобы вторая реакция прошла достаточно полно.

 

Структурная формула мочевины. Плоское строение ее молекул подтверждено рентгенографически

 

 

 

 

 

Структурная формула мочевины. Плоское строение ее молекул подтверждено рентгенографически

Диссертация, в которой А. И. Базаров описал синтез мочевины из аммиака и углекислого газа, была защищена в Лейпцигском университете. Синтез мочевины по Базарову и последовавшие за ним опыты физиологов и медиков положили конец многолетним философским спорам о роли мочевины в живом организме и месте ее образования.

Вёлер, как мы знаем из его письма Берцелиусу, считал, что мочевина образуется в почках из артериальной крови. Доказать это не удалось. Существовало мнение, что вообще бесполезно искать какой-то определенный орган, в котором идет синтез мочевины, - она образуется везде, по всему организму. В подтверждение этой точки зрения ссылались на то, что вещество состава CO(NH2)2 находили в слюне и в выделениях потовых желез, в крови и мышцах, в лимфе и даже в слезах. Немецкий врач Мейснер высказал в 1868 году мнение, что мочевина образуется в печени. Он много экспериментировал на собаках, но окончательно подтвердить свою догадку так и не сумел. Сделали это Иван Петрович Павлов и работавший вместе с ним польский профессор Марцелл Ненцкий. Они установили, что мочевина образуется в печени из тех самых веществ, из которых А. И. Базаров получил ее в стеклянной запаянной трубке, - из углекислого газа и аммиака.

Два биохимических продукта (один из них - аммиак - явно небезопасный, другой - СО2, вредный при избытке) связываются ферментами в молекулу мочевины и удаляются из организма. Такова ее главная биологическая функция.

В наше время мочевине в организме животных иногда приходится выполнять и совсем иные функции. Коровам и другим жвачным животным мочевину дают в качестве подкормки. Микроорганизмы, обитающие в желудке животного, способны превращать ее в белок. По количеству образующего в организме белка килограмм мочевины эквивалентен 25 килограммам овса. Мочевинная подкормка у коров увеличивает удои, а у овец - настриг шерсти.

Некоторые производные этого вещества попадают и в человеческий организм. Наиболее распространенные снотворные - веронал, люминал, бромурал - это производные мочевины.

Как вещество, способное к многочисленным реакциям, мочевину широко используют в органическом синтезе. Например, известный стабилизатор бездымных порохов - централит - это не что иное, как симметричная диэтилдифенилмочевина. Используют ее и во многих других синтезах. Большое распространение получили мочевино-формальдегидные пластики.

Все это говорит о том, что слова, вынесенные в заголовок этих заметок, не такая уж большая натяжка. Как известно, среди прочих методов получения философского камня было и выпаривание мочи... Разумеется, с помощью мочевины обычные металлы в золото не превратить, но зато она помогает получить вещества, технически не менее важные, чем желтый металл. И потом, вряд ли найдется другое вещество, синтез и изучение которого так же сильно повлияли на некоторые философские концепции... Хуже со словом "камень". Если кристаллики мочевины слеживаются в камень, это плохо.




Источник: http://www.nts-lib.ru/Online/subst/moch.html

Оценка:
Автор публикации: Е. Д. Терлецкий


Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]



Категория: Наука и образование | Добавил: antares (05.01.2015) | Автор: Е. Д. Терлецкий E Просмотров: 229 | Рейтинг: 5.0/1
%