Игорь Аксюта (101) wrote,
Игорь Аксюта
101

Categories:

История о том, как химики спасли мир



Если рассматривать существование человечества, то главной его задачей всегда было выживание,которое было связано с биологической способностью человека к продолжению рода, а,следовательно, к непрерывному увеличению количества людей. Рост народонаселения всегда связан и в какой–то степени ограничен многими причинами, одними из которых были различные войны, эпидемии и голод. Последнее, а именно возможная нехватка количества производимой еды, в начале 19–го века (если быть более точным то в 1798 году) привело к появлению работы английского священника и учёного (как не парадоксально это звучит) Томаса Мальтуса, в которой он высказывает мысль о том, что народонаселение растет гораздо быстрее, чем производство продуктов питания, т.е. скоро на всех еды не хватит. Это доктрина нынче носит название Мальтузианская ловушка. Если в 1800 году население Земли составляет 1 млрд. человек, то к 1900–му году оно уже 1 млрд. 650 млн. и продолжает расти в геометрической процессии. Уже в 19–м век стало понятно, что такую ораву народа прокормить сельское хозяйство не может. Следовательно надо повышать урожайность. Как это сделать уже знали с древних времён.



«Мальтузианская ловушка»
Чуть ли не в каменном веке, люди заметили, что если никак не удобрять землю, то урожайность из года в год будет падать, т.е. земля истощается. Но если удобрить, например навозом, то урожай будет больше и лучше. Кроме этого некоторые растения, в частности бобовые, способны повышать плодородие почвы. С чем это связано? Дело в том, что без такого элемента, как азот рост растений невозможен. Понятно, что это не единственный необходимый элемент, но рост растений истощает землю, в том числе и азот, восстановление которого в земле не такой простой процесс. Кроме этого азот фиксируется растениями не в виде газа N2, а в виде его соединений: солей азотной кислоты или ионов аммония. Тут важный момент, что растения не могут получить несвязанный азот из воздуха, в котором его около 80%, т.к. молекула N2 очень устойчива и достаточно инертна. Эта проблема получила название «проблемы связанного азота». Её решение возможно двумя путями: природная фиксация азота (грозами, почвенными бактериями, как в случае ряда бобовых), которая перестала восполнять потери азота, или искусственное удобрение почвы соединениями азота. Решением проблемы стало использование природных залежей азотсодержащих минералов – селитр. Однако количество её нужно было огромное – миллионы тонн.
Пустыня Атакама
Пробуривается скважина шириной около фута до лежащего ниже мягкого грунта. Затем в эту скважину спускают маленького мальчика. Он делает углубление в мягком грунте чуть ниже слоя селитры, заполняет его порохом и вставляет в него фитиль, выходящий на поверхность. Мальчика извлекают из скважины и поджигают фитиль. Раздается оглушительный взрыв, в воздух поднимается облако желтого дыма и пыли, а земля на значительном расстоянии вокруг оказывается разбитой на куски. После этого, используя кирки и ломы, рабочие выдалбливают содержащую селитру породу
В Чили есть пустыня Атакама, в которой никогда не бывает дождей. Расположена она в предгорьях Кордильер на высоте около 1000 м над уровнем моря. В результате тысячелетних процессов разложения растительных и животных органических остатков (в основном птичьего помета – гуано) в Атакаме образовались уникальные залежи селитры, получившей название чилийской. С 1830 года началась разработка залежей чилийской селитры – богатейшего природного источника азота. Они расположены в 40–50 км от берега океана. Когда эти залежи начали разрабатывать,они тянулись полосой длиной около 200 км и шириной 3 км при толщине пласта от 30 см до 3 м. В котловинах пласты значительно утолщались и напоминали высохшие озера. Чилийская селитра – это нитрат натрия с примесями сульфата и хлорида натрия, глины и песка. В начале вырабатывали 1000 тонн в год, к 1887 году добываемое количество выросло до 500 тысячи тонн в год, а в начале ХХ века исчислялся уже миллионами тонн. Запасы начали истощаться и заговорили об азотном голоде.
Вот тут на сцену и выходят химики. Проблему связанного азота пытались решить множество людей. Азот фиксировать уже могли, но количества,выходы соединений и затраты на производства не могли позволить получать его в приемлемых количествах. Но тут появился метод, который всё перевернул – синтез аммиака.Аммиак уже больше ста лет могли синтезировать, но из азота воздуха и водорода первым это сделал француз Ле Шателье (патент 1901 года). При этом он применил высокое давление и катализаторы – губчатую платину и железо:
Фриц Габер
В 1905—07 годах Нернст синтезировал аммиак из азота и водорода при высоких температурах и давлении с применением марганца как катализатора. Но наладить синтез аммиака из водорода и азота в промышленных масштабах удалось в Германии химику Фрицу Габеру. В технологии производства NH3 впервые был применен принцип замкнутого цикла с непрерывно действующей аппаратурой и утилизацией энергии. В марте 1909 года Габер впервые получил аммиак при 600°С и давлении 17,5 МПа, используя в качестве катализатора порошкообразный осмий. Результаты ученый передал в фирму BASF, которая построила в 1913 году первый завод по синтезу аммиака. Аппаратуру для него разработал коллега и друг Габера Карл Бош. Сейчас это называется процесс Габера–Боша. Проблема связанного азота в промышленных масштабах была решена, за что в 1918 году Габер он был удостоен Нобелевской премии по химии. А Бош в 1931 году – за развитие методов химического синтеза при высоких давлениях.
Карл Бош
Вот так, простейшая реакция позволило решить проблему голода.

P. S. В 2007 году Герхард Эртль получил нобелевскую премию по химии за... синтез аммиака из простых веществ:
N2 + 3H2 = 2NH3.
Премия дана за исследования химических процессов на твёрдых поверхностях, в частности, он установил детальный механизм реакции синтеза аммиака.
P. P. S. Фриц Габер не такая однозначная фигура. Он лично руководил разработкой химического оружия и сам контролировал первое удачное применение хлора во время газовой атаки на реке Ипр. После этого его жена, кстати, тоже химик, застрелилась. Тут есть фильм о нём.












Tags: еда, как это было
Subscribe

Posts from This Journal “как это было” Tag

  • Советский «Титаник»

    Цемесская бухта (13 км от Новороссийска), 31 августа 1986 года В 10 вечера пароход «Адмирал Нахимов» (на фото) отчалил из порта Новороссийска.…

  • Конкистадоры в Камбодже: Блас Руис и ронины против слонов и кхмеров

    За Америкой, за бескрайним Тихим океаном, лежат Филиппины. Раньше острова были Испанской колонией, названной в честь короля. Отряд конкистадоров…

  • Раскулачивание крестьян в СССР

    Кулак — название народное, слово было еще в 19 веке, есть в словарях Российской Империи. Означает действительно зажиточного крестьянина, но…

  • Сколько стоил крепостной

    Более чем 150 лет назад, в 1860 году, в Российской империи полным ходом шла подготовка крестьянской реформы, которая предусматривала прежде всего…

  • Вчера Windows 98 исполнилось 20 лет!

    25 июня 1998 года была представлена операционная система Windows 98. По своей сути, она представляла обновленную версию Windows 95 и была основана…

  • Про зависть

    ссылка Сегодня была небольшая пьянка на работе и всеми глубоко уважаемый и заслуженный 70-ти летний ГИП рассказал небольшую историю из начала…

  • Кодекс чести русского офицера (1904 год)

    Эх, как много ещё наших мужиков не вписывается в этот кодекс :-) 1. Не обещай, если ты не уверен, что исполнишь обещание. 2. Держи себя…

  • Бренды из прошлого

    Что случилось с жвачкой Turbo, растворимым напитком Invite и другими символами 1990-х годов Просто добавь воды Предприниматель Сергей…

  • Как покупали машины в СССР

    Сложно ли было приобрести автомобиль полвека назад? А продать? И почем, кстати? " — Товарищи! Театр Древней Греции абсолютно не похож на…

Buy for 50 tokens
Buy promo for minimal price.
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 2 comments