Так шаг за шагом Либих раскрыл существующую в природе закономерную связь явлений: растения постоянно извлекают из почвы минеральные вещества — человек убирает растения с поля — почва обедняется минеральными веществами — урожаи снижаются. «Продавая урожай со своего поля, крестьянин продает и само поле», — говорил Либих. Химик же должен помочь земледельцу возвратить его поле, он должен обеспечить его минеральными питательными веществами, которые были удалены из почвы вместе с урожаем. Расход питательных веществ нужно восполнить, добавляя их в почву в таком же количества путем внесения искусственных удобрений.
Оказалось, что растению необходимы калий, фосфор, кальций и, как нашел Либих только позднее, азот. Их-то и нужно вводить в почву в составе удобрений, потому что именно этими элементами она обедняется больше всего. Агрохимия — таким был подзаголовок изданной в 1840 г. книги Либиха «Органическая химия в приложении к земледелию и физиологии» — превратилась в самостоятельную науку и открыла новую эпоху в развитии сельского хозяйства.
Конечно, Либих не мог еще сказать, сколько минеральных удобрений нужно вносить в почву. Сейчас мы знаем, что это зависит от многих факторов. Однако для регулирования количества минеральных удобрений Либих предложил простой закон — так называемый закон минимума. Он гласит, что любое питательное вещество должно присутствовать в достаточном количестве. Если же какого-нибудь питательного вещества не хватает, то этот недостаток нельзя компенсировать избытком других питательных веществ. Следовательно, величина урожая зависит от того питательного вещества, которого меньше всего, то есть минимум. Отсюда и название закона — закон минимума.
Эта теория выросла из практики, и ее выводы нужно было проверить на практике. Запатентованное Либихом удобрение — смесь фосфатов, полученная из едкого кали и фосфорной кислоты — вначале была изготовлена и испытана в Англии. Однако этот опыт не привел к цели, потому что Либих не включил в состав своего удобрения азот. Он полагал, что этот элемент растения могут извлекать из воздуха. Либиху понадобилось провести целый ряд опытов на приобретенном им участке в Гиссене, чтобы полностью выяснить этот вопрос. В результате он изменил свое прежнее представление о значении азота. После этого уже первые опыты, в которых ошибка была исправлена, увенчались успехом.
Агрохимия добилась первой крупной победы. В наши дни урожайность сельскохозяйственных культур растет быстрее, чем численность населения. Наука обеспечила пищей миллионы людей. Возникла новая отрасль промышленности — производство минеральных удобрений. В ГДР ежегодно в почву вносится около 5 млн. т удобрений.
Слово анализ можно найти в словаре иностранных слов. Как объясняется там, оно происходит от греческого слова analysis, которое означает разложение, расчленение предмета на его составные части. Каждый, кто интересуется химией или родственными ей науками, должен ознакомиться с методами химического анализа и приобрести соответствующие практические навыки. Каждый студент химического вуза или техникума обязан доказать свое знание аналитической химии, успешно выполнив определенное число опытов по качественному и количественному анализу. Это означает, что он исследует отдельные химические соединения (или их смеси) и устанавливает, какие атомы или группы атомов в них содержатся, а также количественный состав этих соединений. Вопросу о том, как надо проводить анализ, посвящена обширная литература. Здесь мы задались целью дать читателю краткий обзор основных частных реакций, необходимых для распознавания ионов, которые входят в состав минеральных удобрений. Некоторые из таких приемов уже знакомы читателю, проводившему реакции обнаружения металлов.
Многие реакции в аналитической химии основаны на том, что к пробе вещества неизвестного строения или его раствора добавляют один или несколько реактивов и при этом происходит реакция, которая обычно сопровождается изменением цвета, образованием осадка или выделением газа. Как известно, металлы присутствуют в растворах в виде положительно заряженных ионов, или катионов, например К+, Na+, Са2+, Мg2+, тогда как ионы неметаллов и кислотных остатков — анионы — имеют отрицательный заряд. К числу анионов относятся, например, Cl-, SO42-, СО32-, РO43-.