Глава 4. "Мефитический воздух"

Продолжим наше знакомство с газами.

Когда Блэк изучал свойства углекислого газа, он знал, что тот легко поглощается едкими щелочами, не поддерживает горение, хотя сам образуется в результате горения. Но вот что было загадочным. После того как из закрытого сосуда, в котором горела свеча, удаляли углекислый газ, в оставшемся воздухе свеча все равно не горела! Разобраться в этом Блэк предложил своему ученику-шотландскому химику Даниелю Резерфорду, который проделал такой опыт.

В закрытом сосуде с обычным воздухом он держал мышь; через некоторое время мышь погибла; Резерфорд поместил туда горящую свечу, которая вскоре погасла; наконец, в сосуд был внесен горящий фосфор. После того как фосфор перестал гореть, Резерфорд пропустил воздух из сосуда через раствор щелочи - углекислый газ поглотился. В оставшемся воздухе мышь погибала, а свеча не горела. Почему? Резерфорд объяснил это так. При дыхании мыши и при горении свечи и фосфора выделяется флогистон и вместе с углекислым газом поступает в воздух. После удаления СO₂ воздух содержал так много флогистона, что больше принять его не мог, а потому в таком воздухе уже не могли гореть свеча и фосфор. Это был "флогистиро-ванный воздух". В 1772 г. в диссертации "О так называемом фиксируемом и мефитическом воздухе" Резерфорд описал получение нового газа и его свойства.

Но об этом виде "воздуха" знали и до Резерфорда. Так, Кавендиш, пропуская обычный воздух над раскаленным углем и поглощая образовавшийся углекислый газ, получал неизвестный еще вид "воздуха". Последний не поддерживал горение, поэтому Кавендиш назвал его "мефитическим (испорченным) воздухом". К сожалению, записи об этом были найдены в архивах ученого уже после его смерти.

Знал о новом "воздухе" и Дж. Пристли, но, как и Кавендиш, не публиковал своих наблюдений.

Через пять лет после опытов Резерфорда Лавуазье, исследуя состав атмосферного воздуха, установил, что ⁴/₅ его объема составляет "удушливый газ". В 1787 г. Лавуазье дал этому газу новое название - азот (зоэ- жизнь, а-отрицательная приставка), т.е. безжизненный; это название, считал Лавуазье, отражало основное свойство газа-его непригодность для жизни и дыхания. Но всего три года спустя (1790) его соотечественник Ж. Шапталь предложил для того же газа еще одно название-nitrogenium, т.е. рождающий селитру, поскольку азот входит в состав селитр (нитратов). В английском языке название Nitrogen сохранилось до сих пор. Итак, с одной стороны, безжизненный, а с другой - "рождающий селитру", но селитра - прекрасное удобрение. Если же еще учесть, что без азота нет белков - основы всего живого, то станет ясно: Лавуазье поторопился дать название новому газу.

Азот входит не только в состав нашей атмосферы - нейтральные и ионизованные атомы его обнаружены в атмосфере Солнца, в газовых облаках комет, туманностях. Азот играет важную роль в термоядерных реакциях, происходящих на Солнце.

Довольно много азота и в почве в виде различных минеральных и органических соединений, т. е. в связанном виде. В пахотном слое одного гектара чернозема около 6 тонн азота, а в подзолистой почве-до 18 тонн. Это колоссальные запасы, но растения усваивают азот только в виде нитратов (ион NO₃ ) или аммония (ион NH₄ ), а их-то в почве обычно не хватает. Кроме того, азот выносится с полей культурными сельскохозяйственными растениями (зерновые, лен, хлопок и др.). Следовательно, недостаток азота в почве необходимо пополнять. Это достигается внесением природных соединений азота (чилийская селитра NaNO₃) или веществ, вырабатываемых специально (водный раствор аммиака, аммиачная селитра, сульфат аммония и т.д.). Природных соединений, годных в качестве минеральных удобрений, давно уже не хватает. Получение азотных удобрений промышленным способом стало возможным после того, как был разработан дешевый способ связывания атмосферного азота. Одним из первых методов был цианамидный (1905), а также дуговой. Но оба метода требовали больших количеств электроэнергии и не нашли применения. Только в 1913 г. в Германии вступил в строй завод, вырабатывающий аммиак из азота и водорода по методу Фрица Габера (усовершенствованный в настоящее время, этот метод описан во всех учебниках общей химии).

В промышленности синтез аммиака осуществляется при высоких температурах и высоком давлении в присутствии катализаторов; в природе же бактерии-азотфиксаторы прекрасно справляются с этим в обычных (мягких) условиях. Исследования показали, что в связывании азота бактериями важную роль играет фермент, который содержит молибден-один из переходных металлов. Подобный процесс после долгих экспериментов удалось осуществить в лабораторных условиях: восстановление галогенидов переходных металлов в азоте и гидролиз продуктов с образованием аммиака (работы М. Е. Вольпина и А. Е. Шилова, 60-70-е гг.).

Соединения азота-это не только белки и удобрения. Это и взрывчатые вещества, и лекарства, и красители, и лаки, и искусственные волокна, и многое другое. Вот каким оказался "безжизненный", "мефитический воздух". Одновременно с ним был открыт четвертый вид "воздуха" - "огненный".