Как впервые на фабрике связали азот воздуха


Это случилось не сразу. Напомним, что в конце XVIII века были открыты мощные залежи чилийской селитры, и когда вслед за этим первый груз селитры прибыл в Ливерпуль, он был выброшен в море из-за отсутствия покупателя. В 1825 году в Европу было ввезено всего 935 тонн селитры, но уже через 50 лет этот ввоз превышает цифру 200 000 тонн в год, а в 1913 году ввоз селитры достиг громадной цифры — 2,75 миллиона тонн.

Громадным потребителем связанного азота становится военное дело. Ведь каждый взрыв снаряда — это азот, разорвавшаяся бомба — азот. Пироксилин, динамит, тротил — все эти важнейшие взрывчатые вещества в качестве своей основы содержат связанный азот. В то же время для войны нужен хлопок, нужен хлеб, нужна картошка, сахар, табак и другие продукты сельского хозяйства, без которых воевать нельзя. Для урожая же требуются удобрения, а одним из главных удобрений опять-таки является связанный азот (рис. 5 и 6).

Чилийской селитры оказалось для этих целей в XX веке явно мало. другие источники получения связанного азота, например из угля, слишком маломощны, да и ввозить селитру приходилось издалека: во время войны это операция мало удобная, а иногда и просто невозможная. Где же добыть связанный азот?

Для нужд удобрения могли сойти «фабрики зеленых удобрений», но они еще мало производительны. Они, во-первых, не могут полностью восполнить унос азота из почвы урожаем хлебов, а во-вторых, бобовые растения требуют для своего развития целого лета, то есть их азот покупается ценой целого урожая. Цена очень высокая, особенно в военное время.

Но где добыть азот для получения взрывчатых веществ, для промышленных целей?

Техника XX столетия, практическая жизнь требовали мощного источника для получения связанного азота, источника, не зависящего от природных условий, доступного в любое время года и удовлетворяющего любую потребность. И вот тут-то вспомнили о предложении Каразина по связыванию азота воздуха с помощью электрического тока.

Наука и ее люди никогда не забывают пройденных этапов, достижений и открытий своих предшественников. Эти открытия иногда дожидаются лишь соответствующих материальных условий для реализации, ждут возникновения промышленных потребностей, чтобы быть извлеченными из архивов науки и стать на службу практике.

Предложение Каразина состояло в том, чтобы использовать в качестве источника связанного азота воздух. Ведь в воздухе находится 5200 биллионов тонн азота, то есть на каждый квадратный километр земной поверхности приходится примерно 7,5 миллиона тонн азота. Даже при современных масштабах потребления связанного азота количества его, находящееся на такой крошечной по сравнению с Землей поверхности, как 250—300 квадратных километров, хватило бы на 1000 лет, чтобы удовлетворить всю мировую потребность в связанном азоте.

Идея Каразина заключалась в том, чтобы воспроизвести в заводских условиях грозовые разряды, происходящие в природе. Для этого нужно было технически осуществить непрерывный процесс получения мощного электрического разряда, сконструировать соответствующую аппаратуру, выяснить детали процесса. Усилиями многих ученых и техников это удалось осуществить, и в 1903 году заработал первый завод по связыванию атмосферного азота в электрической дуге Петрова. Сущность этого способа заключается в следующем.

В электропечи специальной конструкции горит мощная электрическая дуга Петрова в виде круглого диска или в виде мощного факела, создавая в печи температуру порядка 3000 градусов. Этой температуры достаточно, чтобы разорвать на атомы инертную молекулу азота. Атомы азота легко реагируют с кислородом, поступающим вместе с азотом воздуха в электрическую печь, образуя химическое соединение азота с кислородом воздуха.

Далее задача заключается в быстром охлаждении продуктов химической реакции, чтобы они не распались обратно на азот и кислород. Затем полученный продукт проходит специальные камеры, где связанный азот еще больше обогащается кислородом. В высоких гранитных башнях газ, представляющий химическое соединение азота с кислородом, взаимодействует с известковым молоком, образуя так называемую кальциевую селитру — прекрасное минеральное удобрение.

Но описанный процесс очень дорог. Слишком много электрической энергии тратится в нем на нагрев воздуха и слишком мало используется для самого процесса соединения азота с кислородом. Ведь из всего пропущенного через электропечь азота лишь очень незначительный процент химически соединяется с кислородом. Ученые продолжали искать новых, более дешевых и совершенных способов связывания атмосферного азота. И они нашли их.