Путешествие в Страну элементов

Эта реакция обратима; ее оптимальные условия — наивысшая температура и обычное атмосферное давление. Казалось бы, просто — раздувай мехи, поддавай жару!

И здесь ученые столкнулись со значительным «но». Оказалось, что окислы азота при медленном охлаждении распадаются на составные части. Равновесие сдвигается влево. Перед инженерами встала задача — быстро охладить окись азота до температуры ниже 1000 °C.

На помощь пришла электрическая дуга. Она создает очень высокую температуру в ограниченной зоне, к которой прилегают слои воздуха с резко пониженной температурой. Образовавшиеся окислы при выходе из зоны электрической искры быстро охлаждаются, не успев распасться на составные элементы.

В 1908 году ученый Биркеланд и инженер Эйде сумели получить при помощи электрической дуги от 4 до 7 процентов выхода окислов азота.

Впрочем, Биркеланду и Эйде сама природа подсказала способ фиксации атмосферного азота. После каждого зигзага молнии дождь приносит на землю около полутора тонн окиси азота. За год молнии образуют до 600 килограммов окиси азота на каждый квадратный километр земной поверхности. Советский ученый Н. А. Зубарев предложил упорядочить работу молнии — направить ее удар на нужное место. Он советует выпустить в предгрозовое небо небольшой резиновый шар на металлической проволочке диаметром в сотую долю миллиметра. Молния мгновенно превратит ее в пар, но все же в землю уйдет направленно по ионизированным молекулам, предварительно соединив азот с кислородом.

Аммиак для растений и животных

Перед первой мировой войной фиксация азота электродуговым способом была в значительной степени вытеснена более экономичным аммиачным методом. Этот метод, разработанный Ф. Габером в 1908 году, описан выше.

Основная масса получаемого аммиака перерабатывается на азотную кислоту и аммонийные соли, из которых, в свою очередь, получают минеральные удобрения.

Но аммиак и сам по себе находит применение в сельском хозяйстве, особенно в последнее время. По своему действию на плодородие почв он не уступает аммиачной селитре, например, но гораздо дешевле ее. Однако аммиак — газ, и вносить его в почву неудобно, поэтому он применяется в виде жидких азотных удобрений, для получения которых существуют три способа. Первый — превращение аммиака-газа в аммиак-жидкость. Второй — растворение в жидком аммиаке аммиачной селитры или мочевины. Такие растворы называются аммиакатами. И третий — употребление в качестве удобрения нашатырного спирта — раствора аммиака в воде.

Жидкий аммиак — самое концентрированное азотное удобрение; оно содержит 82,3 процента азота. Его использование значительно осложняет низкая температура кипения.

Аммиакаты содержат до 30–50 процентов азота, но их трудно перевозить: они вызывают ржавление черных металлов. К тому же их можно использовать только в теплое время года, при температуре ниже 10 °C соли выпадают в осадок.

Наиболее широкое применение в сельском хозяйстве нашей страны нашел водный аммиак. Его удобно и легко хранить, он не замерзает при значительных морозах и содержит до 20 процентов азота.

В 1959 году 240 тысяч гектаров полей колхозов и совхозов были удобрены жидкими азотными удобрениями, в основном водным аммиаком, что втрое сократило затраты труда. Водный аммиак дал 8 центнеров прибавки зерна с 1 гектара и до 25 центнеров картофеля.

Аммиак служит исходным продуктом для получения очень ценного вещества вообще и удобрения в частности — мочевины:

2NH₃ + CO₂ = NH₂CONH₂ + Н₂O.

Мочевина — первое органическое вещество, полученное синтетически. В 1824 году Велер, выпаривая водный раствор циановокислого аммония, получил мочевину. До этого многие ученые считали, что человек не в состоянии искусственно получать органические вещества, которые, по их мнению, может вырабатывать только живой организм под действием особой, таинственной «жизненной силы». Синтез мочевины из неорганических продуктов нанес первый удар по теории «жизненной силы».

Мочевина — высококонцентрированное удобрение; в нем 46,7 процента азота. По содержанию азота 100 килограммов мочевины эквивалентны 300 килограммам натриевой селитры или 225 килограммам сульфата аммония. Азот мочевины очень легко усваивается растениями. Удобрение пригодно для всех почв и под все сельскохозяйственные культуры. В почве мочевина разлагается на углекислый газ и аммиак, который окисляется затем в азотную кислоту. Растения обеспечиваются легкоусваиваемой азотной пищей. Мочевиной также подкармливают скот. К концу семилетки для животноводства нашей страны будет выпущено около 800 тысяч тонн синтетической мочевины.

«Вода» Джабира

Одновременно с разработкой метода получения аммиака ученые и инженеры изучали способы его окисления в азотную кислоту.

В 1917 году по проекту инженеров И. И. Андреева и Н. М. Кулепетова был построен впервые в России азотный завод в Юзовке для контактного способа окисления аммиака.

Процесс окисления делится на несколько этапов.

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6Н₂O.