Путешествие в Страну элементов

А между тем трудно переоценить значение катализаторов в химической промышленности. Важность правильного подбора и приготовления катализатора видна на примере синтеза аммиака. Здесь хорошим и дешевым катализатором оказалось железо, обработанное особым способом. Примесь окиси алюминия во много раз увеличивает каталитическую силу железа. Но и при таком мощном ускорителе синтез аммиака — процесс сложный. Он ведется в контактном аппарате: толстостенном цилиндре из высококачественной стали, способном выдержать температуру в 500 градусов и давление 250–300 атмосфер. Снизу в аппарат подается смесь азота с водородом в отношении один к трем. Газы проходят сквозь полочки с катализаторами, расположенными внутри аппарата. На катализаторе они и реагируют, образуя аммиак.

Само собой разумеется, что производительность такого контактного аппарата оставляет желать много лучшего. Химики ищут пути ее увеличения главным образом за счет повышения эффективности катализатора. Советские инженеры-химики разработали метод использования так называемого псевдоожиженного слоя катализатора. Этот способ еще не применялся для реакций, идущих под большим давлением, каковой является реакция синтеза аммиака.

Псевдоожиженный слой — особое состояние мелких твердых частиц, как бы кипящих в токе подаваемого снизу газа. Катализатор не лежит на полках, а «кипит» в токе газа, идущего под большим давлением. Ясно, что азот и водород реагируют гораздо полнее здесь, так как, во-первых, в аппарате помещается гораздо больше катализатора; во-вторых, его поверхность значительнее. Ведь он мелко раздроблен, находится в беспрерывном движении, и подход газов к его поверхности сильно облегчен.

Служба холода

В жаркий летний день приятно пить холодное молоко и ледяную фруктовую воду, не думать о том, что масло, колбаса и свежая рыба могут испортиться. А для этого нужен только холодильник, который зачастую работает за счет жидкого аммиака.

В основе действия холодильной машины лежит тот факт, что сжатие газа в ограниченном пространстве ведет к его нагреванию. Охлаждение сжатого газа с последующим расширением дает в результате сильное охлаждение. В качестве хладоагента аммиак применяется потому, что он, как и вода, обладает высокой скрытой теплотой испарения. В холодильной установке аммиак непрерывно нагнетается компрессором в охлаждаемый водой змеевик. Здесь вода отбирает тепло аммиака, выделившееся при сжатии. Он ожижается и через узкое отверстие поступает в другой змеевик, погруженный в крепкий раствор хлористого кальция. Здесь аммиак испаряется, поглощая столько тепла, что вода в сосудах, помещенных в раствор хлористого кальция, обращается в лед.

Зарождение жизни на Земле и аммиак

В свое время физические условия на Земле были иными, чем сейчас; большинство современных ученых склонно думать, что на ранней стадии развития Земля обладала не окислительной, как сейчас, а восстановительной атмосферой, содержащей метан, аммиак, водород и воду. Аммиак сыграл, по всей вероятности, не последнюю роль в возникновении жизни.

Земная атмосфера того времени подвергалась действию сильнейших электрических разрядов, высокой температуры, мощного ультрафиолетового излучения. Все это вместе взятое и привело к образованию органических веществ.

В наше время ученый С. Миллер осуществил подобный синтез в лабораторных условиях. Через смесь паров воды, водорода, метана и аммиака он пропускал искровый разряд в течение недели, после чего в сосуде была обнаружена смесь аминокислот (глицин, аланин, аспарагиновая кислота), являющихся составной частью белка.

С появлением растений восстановительная атмосфера Земли стала постепенно превращаться в окислительную. Зеленая масса растений под действием солнечных лучей в течение многих миллионов лет связывает углекислый газ, выделяя кислород.

«Нитрозный сок жизни»

Еще в середине века ученые догадывались о том, что плодородие почвы связано с «нитрозными соками жизни».

Известный русский микробиолог В. Л. Омелянский писал: «Азот более драгоценен с общебиологической точки зрения, чем самые редкие из благородных металлов». С этим нельзя не согласиться. Ведь азот в конечном счете — хлеб, мясо, молоко, масло.

Ежегодный мировой урожай уносит из почв 25 миллионов тонн соединений азота. Чтобы собрать следующий урожай, который был бы не хуже прежнего, необходимо возвратить почвам изъятый азот.

В 1898 году известный английский физик Крукс предсказывал человечеству смерть от азотного голода. Земля истощается, говорил он; чтобы повысить ее урожайность, необходимо связать азот атмосферы, так как единственные запасы его на Земле в виде чилийской селитры катастрофически уменьшаются с каждым годом.

В том же году по поводу речи Крукса выступил К. А. Тимирязев; он напомнил об опытах Кэвендиша 1783 года, когда тот, пропуская электрические искры через атмосферный воздух, получил двуокись азота.

В начале XX столетия началось интенсивное изучение реакции взаимодействия азота с кислородом.