Лестница к урожаю

7 March

Это будет рассказ о том, как строится лестница. Her, нет, не обычная, хорошо знакомая всем вам лестница, которую приставляют к плодовым деревьям при сборе яблок или груш, или к крыше небольшого дома, или расставляют в комнате, когда надо повесить занавески или люстру. Лестницу, о которой мы вам расскажем, не сделает ни один столяр. Ее настойчиво строит и будет строить сама история.

А началось это так.

Юстус Либих, известный немецкий химик, поначалу работал в аптеке. Однажды на чердаке, где он устроил свою небольшую лабораторию и проводил разные химические опыты, что-то взорвалось, вспыхнул пожар. Пришлось незадачливому экспери­ментатору переменить работу. Однако, от своих опытов он не отказался. Только с чердака он перенес их на небольшое принадлежавшее ему поле. Здесь он выращивал сельскохо­зяйственные культуры и изучал их химический состав. Опытным путем он установил, что, например, в зерне, собранном с одного гектара, содержится:

20—30 килограммов фосфора;

40—50 килограммов калия;

45—55 килограммов азота

(в наше время содержание этих элементов в зерне гораздо выше ).

Здравый смысл подсказывает, что если растения забирают из земли столько питательных веществ, то на­до, по крайней мере столько же, сно­ва внести в землю, чтобы она и впредь могла давать урожай.

Юстус Либих жил в первой половине XIX века. В те времена землю, как повелось испокон веков, удобряли навозом Одни хозяева давали в землю больше навоза, другие — меньше. 14 урожай получался разный: в одних хозяйствах — получше, в других — похуже. Когда земля совсем переставала родить, ее оставляли на год под паром — пусть отдыхает. Но чтобы какие-то искусствен­ные порошки в нее сыпать? Этого и слыхом не слыхивали. Трудно было опровергнуть опыты и расчеты Либи­ха, однако путь к признанию необхо­димости внесения в почву искус­ственных, или минеральных удобрений был еще очень далек.

Закон Минимума. Фото "900 детских презентаций"
Закон Минимума. Фото "900 детских презентаций"

Так, без особой шумихи, без фанфар и барабанного боя, заложил Ли­бих первую ступень лестницы, ведущей к урожаю: сформулировал теорию минерального питания растений.

А кто соорудил вторую ступень? Трудно точно ответить на этот вопрос, поскольку история не донесла до нас ни имени первооткрывателя, ни даты...

Подходил к концу XIX век. Ширилась в мире слава чилийской сели­тры. Как говорит само название, чилийская селитра — родом из Чили. Это азотнокислый натрий — NaNO3. На полях, где была рассыпана чилий­ская селитра, значительно увеличи­вался урожай. Причиной тому был азот, содержащийся я чилийской селитре. Наступали, наконец, времена, когда земледельцы все чаще обращались к химии. Медленно, но неуклонно менялись устоявшиеся мнения, согласно которым урожай зависел только от природы, от вложенного в землю труда и пота.

Итак, чилийская селитра была второй ступенькой лестницы к урожаю. Было доказано и показано, что урожай во многом зависит от количества

азота, внесенного в землю. Но сели­тру приходилось возить из-за океана. Это обходилось дорого. Стали заду­мываться, нельзя ли найти другой источник азота? Ответ на этот вопрос напрашивался сам собой: ведь окружающая нас атмосфера содержит более 75 процентов азота. Правда, для растений он так же недоступен, как для нас шоколадка на витрине закрытого магазина.

Задача заключалась в том, чтобы превратить атмосферный азот в окись азота.

Проще всего можно было бы получать ее из воздуха, то есть из смеси азота и кислорода. Соответствую­щие окиси азота, вступая в реакцию с водой, дадут азотную кислоту. Ну, а располагая азотной кислотой, можно ее легко и просто превратить в разные соли азотной кислоты, или нитраты: нитрат натрия, или азотно­кислый натрий NaNO3, нитрат кальция, или кальциевую селитру Ca(NO3)2.

Место: Швейцария.

Год: 1907.

Имя и фамилия: Игнаци Мосьцицкий ( Ignacy Mościcki ).

Профессия: химик.

Над чем работает: над связыванием азота воздуха.

С какими результатами: пока что безуспешно, однако...

В сотый раз, наверное, Мосьцицкий пробует соединить азот с кислородом. Снова и снова он пишет на листке бумаги основное уравнение:

Лестница к урожаю

Доктор Мосьцицкий знает, что эта реакция является эндотермической, то есть для ее прохождения требуется большое количество тепла. При повышении температуры реакция ускоряется. Но, как не раз ему уже приходилось самому убедиться, при повышении температуры столь же быстро протекает и обратная реакция: разложение образовавшейся окиси азота на кислород и азот. Что же делать???

19 июля 1910 года агентство печати Рейтер передало сообщение, которое незамедлительно появилось на стра­ницах всех газет.

АЗОТ ПОКОРЕН — кричали газет­ные заоловки.

18 июля 1910 гола, сообщали газеты, в Швейцарии состоялся торже­ственный пуск первого в мире завода азотной кислоты, на котором в каче­стве сырья используется воздух. В мощной электрической дуге азот соединяется с кислородом, а образу­ющаяся окись немедленно перераба­тывается в азотную кислоту. Метод разработал и завод построил доктор Игнаци Мосьцицкий, который, не имея соответствующих условий для своих работ у себя на родине, в Поль­ше, воспользовался возможностями, которые представила ему гостепри­имная Швейцария, и прекрасно ее за это отблагодарил.

Мосьцицкий приобрел широкую известность в мире науки, стал профессором. Когда Польша обрела незави­симость в 1918 году, он вернулся на родину и взялся за создание с самых основ польской химической промы­шленности. В 1926 году этот талантливый ученый и практик стал президентом Польши.

Свою ступень в лестнице, ведущей к урожаю, он соорудил в 1910 году. Это было очень важная, и как многие полагали, — последняя. Казалось бы, все основные проблемы уже решены.

Но не тут-то было. Получить азотные соединения, используя азот воз­духа, можно, но во сколько это обходится? Расчет был очень прост. 60 кВт*ч электроэнергии для связывания 1 килограмма азота воздуха. Кому это по карману? Ведь полученные таким образом азотные удобрения обходятся в несколько раз дороже заморской чилийской селитры! Надо было быстро искать выход. Его на шли два немецких химика: Фриц Габер и Карл Бош.

Фриц Габер
Фриц Габер

Фриц Габер, который был знаком, конечно, с работами Игнаци Мосьцицкого по прямому окислению атмо­сферного азота, решил получить азотную кислоту не непосредственно из азота воздуха, а из аммиака, поскольку:

— реакция соединения водорода с азотом и получения аммиака требует меньших затрат тепла,

— водород является побочным продуктом, практически — отходом на многих химических предприятиях,

— из аммиака можно легко получить азотную кислоту.

Итак, синтез аммиака из водорода и азота:

Лестница к урожаю

Даже в школьных учебниках по химии мало найдется таких простых химических формул, как эта. Габер для достижения своей цели применил соединения железа в качестве ката­лизатора.

В задачу Карла Боша входила раз­работка технологии производства в промышленном масштабе. Выполнил он ее блестяще, холя дело это было нелегкое, аппаратура работала под давлением 200 атмосфер.

Лестница к урожаю

В 1914 году в Германии вступил в действие первый завод получения азотных удобрений из аммиака. Аммиак, смешанный с воздухом, проходил сквозь платиновые сетки. Платина служила катализатором, который облегчал сгорание аммиака в кислороде воздуха. Полученная таким образом окись азота растворялась в воде, образуя азотную кислоту, а из нее уже можно было производить азотное удобрение.

Современный завод по синтезу аммиака «Аммоний» (г. Менделеевск).
Современный завод по синтезу аммиака «Аммоний» (г. Менделеевск).

Работы Габера и Боша — прочная ступенька в лестнице к урожаю. Сегодня в каждой стране, где имеется мало-мальски развитая промышлен­ность, есть и заводы азотных удобрений, причем одни из них черпают водород из водяного пара, другие— из нефти, третьи — из природного газа.

До сих пор мы вели речь только об азотных удобрениях. Для роста урожаев нужны, конечно, и другие удобрения. Однако азотные — самые старые «по стажу», но самые распро­страненные, поэтому мы с них и начали.

Точно так же как человек не может питаться однообразной пищей, например, богатой только жирами, или только углеводами, или только белками, так и растениям для нормального роста и развития, для того, чтобы они хорошо плодоносили, нужны разные питательные вещества, состоящие из полутора десятка компонентов. Содержание фосфора, азота, калия и кальция в 1 килограмме сухой массы растений составляет от 5 до 50 граммов, остальных элементов — гораздо меньше. Это макро- и ми­кроэлементы, входящие в состав современных удобрений. Однако, независимо от количества, все эти элементы необходимы растениям. Их отсутствие или нехватка ведут к торможению развития растений и сокращению урожая. Все питательные вещества важны для растений. Разница здесь только в количестве.

Эти основные правила питания растений ни в коей мере нельзя нарушать. В современном сельском хозяйстве все шире применяются для удобрения почв готовые смеси мно­гокомпонентных удобрений. В разных районах используются — в зависимости от характера почв — разные смеси удобрений.

Сейчас ни одному разумному человеку не придет в голову утверждать, что лестница, ведущая к высоким урожаям, уже построена, доведена до конца. Наука и техника идут вперед семимильными шагами. Посмотрим, что в этой области принесет нам завтрашний день.

По материалам "Горизонты науки и техники для детей"