стр. 133
Д. Прянишников.
ОТ АЗОТА ВОЗДУХА К АЗОТУ НЕРВНОЙ И МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ.
I.
Известно, что пища является для человеческого организма источником энергии и способна поддерживать жизнь постольку, поскольку в ней, в виде веществ перевариваемых, отложен запас энергии, полученный от солнца теми растениями, которыми мы питаемся, или которые послужили предварительно пищей животным, мясо и молоко которых потребляется человеком; в этом смысле давнее и неопределенное представление наших предков о том, что люди - это "дети солнца" (или внуки Даждь-бога) получает некоторое реальное содержание.
Однако, в пище ценным является не только солнечная энергия, или в ней отложенное количество калорий, освобождаемых при ее сгорании в организме, она не только аналогична топливу, в ней есть еще незаменимые составные части, которые, при грубом сравнении, можно уподобить материалам, идущим на ремонт изнашивающихся частей механизма - это азотистые вещества, идущие на восстановление нервов и мышц; из азотистых белковых веществ состоит протоплазма всякой клетки, без них нет жизни; и если в пище будет недостаточно белков, то сколько бы ни ввести в организм жиров и углеводов, истощение будет неизбежным следствием нарушения "азотного равновесия", т.-е. перевеса распада белков в организме над приходом его в виде белковой пищи, ибо организм не может ниже известного предела сократить расход азотистых веществ, и если даже вовсе не давать белка в пище, все-таки через почки будут выделяться азотистые продукты обмена, образующиеся за счет распада собственного белка голодающего организма.
В годы оскудения всегда уменьшение количества пищи сопровождается и понижением качества ее, падением содержания как жиров, так и азотистых веществ в ней (для краткости говорят о понижении "калорийности" и "белковости" пищи, что стоит в связи с уменьшением потребления в пищу продуктов животноводства, которые богаче белками и жиром, чем растения).
Однако, животный организм ведь не может прибавить к потребляемой им растительной пище ни жиров, ни белков, он представляет из себя только аппарат расходования, аппарат разрушения, в отличие от растения, накопляющего калории, образующего белки и углеводы
стр. 134
и жиры за счет солнечной энергии и неорганических веществ; если организм животного богаче белками и жирами, чем растение, то только потому, что, тратя калории, сжигая много углеводов и белков в период роста или откорма, он отлагает малую часть веществ в своем теле (от 7 до 20% от суммы калорий в пище), и эта малая часть относительно обогащена белками и жирами (а значит - и калориями) ценой траты больших количеств растительных продуктов, богатых преимущественно углеводами. Таким образом животный организм является как бы конденсатором определенных групп веществ и значительных запасов энергии в небольшом, по сравнению с суммой съеденной пищи, объеме своего тела; но это - конденсатор дорогой, поэтому, когда количество растительных продуктов (в том числе зерна и картофеля) ограничено, откорм животных прекращается, вместе с тем понижается уровень и "белковости" и "калорийности" пищи; человек, жертвуя качеством, выигрывает в количестве пищи, исключая посредника - животное.
Однако, есть способы повысить количество белков и в растительной пище, правда, не до уровня животных продуктов, напр., мяса; но ведь мясо идет в пищу не одно, а в комбинации с хлебом, и вполне возможно поднять количество белков в растительной пище до уровня той смеси мяса и хлеба в известном соотношении, которое признается нормальным (оставляем временно в стороне более тонкий вопрос о качественной оценке разного вида белка с точки зрения человеческого питания).
Не вводя пока вопрос об особенностях питания разных растений, отметим, что растения, как правило, берут азот из почвы, и чем богаче азотом почва, тем и в растении его больше; плодородная почва не только дает более высокие урожаи зерна, но дает зерно, в котором больше азота, больше белков, чем при низких урожаях с почв, бедных азотом; так, содержание белков в зернах пшеницы может то падать до 10 - 12%, то подыматься до 18 - 20%, смотря по условиям питания и расе пшеницы; последняя норма уже отвечает содержанию белка в мясе, но, правда, она встречается не часто; однако колебания между 12 и 16% являются весьма обычными; зато в зернах масличных и бобовых, уже как правило, содержание белков не только не уступает содержанию его в мясе, но во многих случаях является еще более высоким (если сравнивать единицу веса рыночного товара, напр., фунт мяса и фунт гороха; при расчете на сухое вещество всегда продукты животного происхождения будут богаче белками, чем какие угодно части растений, идущих в пищу).
Для того, чтобы лучше понять пути повышения азотистого питания растений, которые являются путями и к повышению и количества и качества ("белковости") нашей пищи, остановимся на вопросе - откуда происходит азот почвы?
Те горные породы, из которых по охлаждении земной коры путем выветривания стали образовываться почвы, не могли дать будущим почвам азота, ибо сами его не содержали - он весь был в атмосфере в виде элементарного азота, ни с чем не связанного и инертного, неспособного питать тот зеленый растительный покров, без которого невозможна жизнь животных. Каким же образом была преодолена первичная инертность свободного азота, какой процесс мог связать его и превратить в соединения, могущие служить пищей растениям?
Прежде всего, таким фактором явился электрический разряд: молния, прорезая атмосферу, вызывает образование окислов азота, дождь приносит их на землю - вот первые источники связанного азота
стр. 135
для возникающей растительности; в экваториальных областях, где грозы часты, этот процесс идет более энергично; но раз он начался, появились соединения азота с кислородом и водородом, ветры и дожди снабжают ими всю земную кору; эти количества не велики, они способны обеспечить только очень скудную растительность, но они суммируются из года в год; ибо одно поколение растений, отмирая, сменяется другим, и связанный азот, оставшийся в наследство от одной генерации, питает другую: благодаря бактериальным процессам азот белков, содержавшихся в отмерших растениях, переходит в конце концов в неорганические окисленные соединения и в почве образуется "соль земли" - селитра, служащая опять готовой азотистой пищей для новых поколений растений, а приносимое ежегодно с осадками количество азотистых соединений является плюсом; однако, накопление это имеет свои границы, которые определяются тем, что за известным пределом устанавливается равновесие между приходом (из атмосферы) и расходом азотистых соединений (нитратов) в почве - вымыванием в подпочвенные воды тех относительных излишков, которые не улавливаются по пути корнями растений.
Вмешательство человека вызывает нарушение этого равновесия и ведет к постепенному уменьшению количества азота в почве; известно, что на первых ступенях земледелия почву не удобряют; веками накоплявшийся запас азота в органическом веществе дает ежегодно под влиянием обработки и под влиянием микро-биологических процессов известный процент растворимой азотистой пищи, обеспечивающей урожаи, но после известного периода безвозвратное отчуждение взятого из почвы становится невозможным, ибо урожаи начинают падать; за стадией залежной системы настает период, когда плодородие стараются восстановить обработкой почвы в пару с внесением навоза, и это для известной стадии является крупным шагом вперед, на время задерживающим падение урожаев; в России район применения навозного удобрения до сих пор еще находится в стадии постепенного расширения, и на окраины юго-востока и Сибири волна эта еще не докатилась.
Однако, в старых центрах земледельческой культуры уже обнаруживается недостаточность этого решения вопроса, и, действительно, при обычной зерновой культуре этими приемами еще не достигается равновесие между приходом и расходом питательных веществ (в частности азота) в почве, ибо навоз не может вернуть почве того, чего он сам не содержит; а он не содержит азота хлебных зерен, азота мяса и молока, вывозимых из хозяйства в города, а как раз эти продукты богаты азотом, а возвращаемая почве (через навоз) солома бедна азотом; и если в начале господства трехпольной системы обилие лугов позволяет иметь для полей избытки навоза (и азота в нем) за счет почвы лугов, то постепенно с увеличением населения и с распахиваньем лугов неполнота возвращения почве азота с навозом проявляется более и более резко.
Кроме того, что при данном приеме нет еще окончательного решения вопроса о равновесии, есть и еще одна причина, принуждавшая население стран старой культуры не ограничиваться одним только названным способом возвращения азота почве; мы разумеем то возрастание спроса и цен на хлеб, параллельно с ростом населения, которое заставляет не ограничиваться только устранением падения урожаев, но вызывает и стремление к увеличению их.
Этот процесс поднятия урожаев во времени хорошо знаком Западной Европе; для нас, правда, эта задача является еще новой, наши
стр. 136
урожаи лет на 150 отстали от западно-европейских; не вдаваясь здесь в подробности, только ради иллюстрации этого процесса приведем следующие данные для Германии:
Средние урожаи пшеницы.
1770-1780 г.г. 1870-1780 г.г. 1895-1900 г.г. 1900-1913 г.г.
50 п. 90 п. 114 п. 140 п.
Цифра в 50 пудов отвечает современному уровню урожаев в России, Германия же почти утроила свои урожаи с времен Фридриха Великого.
Для достижения задачи поднятия урожаев, человечеству пришлось в конце-концов активно вмешаться в круговорот азота на земном шаре, использовавши для этого два фактора - действие электрического разряда и высоких температур с одной стороны и некоторые бактериальные процессы - с другой.
Но прежде чем стать окончательно на этот путь, оно проделало еще одну временную стадию - стадию использования тех немногих очагов природного скопления азотистых веществ, которые обязаны были своим возникновением своеобразному сочетанию местных условий - вековому процессу селитрообразования с последующим вымыванием и концентрацией стекающихся склонов растворов в долинах, в климате пустыни - мы разумеем залежи чилийской селитры; еще более преходящую роль играли залежи гуано, быстро исчерпанные; но селитра пока продолжает еще играть роль главного источника азота и потому заслуживает нашего внимания.
Достаточно уже одного взгляда на цифры по ввозу селитры в разные годы, чтобы получить представление о той жажде, с какой сельское хозяйство старой Европы стремится использовать имеющиеся еще резервы "земного азота" перед тем, как перейти окончательно на азот атмосферы в деле повышения азотистого питания тех растений, от урожая которых зависит существование человечества*1:
Вывоз селитры из Чили.
1880- 1.380 тысяч пудов 1900- 80.010 тысяч пудов
1885-27.000 " " 1905- 93.990 " "
1890-53.640 " " 1910-134.440 " "
1895-61.560 " " 1913-161.400 " "
Но сто шестьдесят миллионов пудов селитры еще не являются сами по себе итогом того, что достигнуто человеком в смысле использования "земных" источников азота (точнее - азота, зафиксированного землей за счет атмосферы прежде, в отдаленные геологические периоды) - в странах с развитою промышленностью не меньшую роль начинает играть использование азота каменного угля, часть которого отщепляется в виде аммиака при процессе коксования; вот те количества азота, какие были использованы сельским хозяйством Германии (главной потребительницей азотистых удобрений) в виде двух конкурирующих между собой солей (в шестидесятипудовых тоннах):
1900 1905 1910 1911 1912 1913
Азот селитры........ 53.000 53.500 81.300 70.300 78.545 74.697
" аммиачн.соли... 25.400 42.400 71.800 76.850 87.125 94.915
_______________
*1 Для разных частей земного шара роль главного растения, дающего хлеб насущный человеку, принадлежит разным злаковым: в зап. Европе - пшенице, в восточной - ржи, в Азии - рису и просу, в Америке - кукурузе, в Африке - сорго. Австралия не знала хлебных злаков до прихода европейцев. Культура, конечно, отчасти стирает грани между районами потребления различных злаков.
стр. 137
Отсюда видно, что в Германии использование азота каменного угля, раньше игравшее второстепенную роль, перед войной не только достигло равного значения, но даже превзошло значение азота селитры; это было одним из приемов подготовления к войне со стороны Германии, которая ставила своей задачей по возможности эмансипироваться от зависимости от ввозной селитры и старалась обеспечить свои урожаи "отечественным" аммиаком; но так как другие страны в этом отношении еще не стали на путь Германии, то чилийская селитра сохраняла до войны свое первенство на земном шаре среди азотистых удобрений.
На ряду с этими самыми крупными источниками азотистой пищи растений в странах старой культуры используются по возможности все те отбросы органического происхождения, которые богаты азотом, преимущественно в виде белков, но которые почему-либо не пригодны в пищу; таковы отбросы животноводства (кровяная мука, роговая стружка, шерстяная пыль) и отбросы рыбного промысла; даже предлагалось трупы животных, павших от сибирской язвы, не зарывать в землю, чтобы не терять напрасно азотистых веществ, а обрабатывать их серной кислотой и превращать в азотисто-фосфорное удобрение.
Наибольшую роль из этих направлений может играть использование побочных продуктов рыболовного промысла, которое, кстати сказать, является способом возвращения почве вымытого из нее азота; растворимые в воде азотистые соединения (нитраты) отчасти уходят из почвы в подпочвенные воды, далее в воду рек и океана; в последнем замечается исчезновение нитратов - ими питаются водоросли, восстановляющие нитраты за счет солнечной энергии и образующие белки; водорослями питаются морские животные и человек, вылавливая рыб и ракообразных из моря, возвращает земле из нее же ранее вымытые азотистые соединения. На этот путь давно вступила Япония, где не только рыбные туки играют большую роль, но где используются всевозможные несъедобные "frutti di mare" в качестве богатого азотом удобрения - морские звезды, голотурии, ракообразные - все идет для этой цели. В Европе Норвегия обладает заводами по изготовлению рыбного гуано (перерабатываются преимущественно сельди, поскольку их не успевают засолить в качестве пищевого материала). У нас же на Мурмане и на Каспие до сих пор эти отбросы почти не используются (также и на Черном море, когда бьют дельфинов, ничего, кроме жира, не используют).
Таким образом человечество начало с вмешательства в "малый круговорот азота на земле", как можно назвать обмен готовых азотистых соединений (нитратов, аммиака), между сушей, океаном и атмосферой, в отличие от "большого круговорота", в котором принимает участие и газообразный азот атмосферы, раньше считавшийся в этом отношении "мертвым", в старом буквальном смысле слова "азот".
Недостаточность работы в пределах малого круговорота азота почувствовалась около 20-ти лет тому назад.
Известный своими работами в области физики и химии Крукс выступил в 1898 году с статьей, встревожившей внимание не только агрономических и химических, но и более широких кругов, в которой он указывал на необходимость научной и технической работы по вопросам фабрикации азотистых удобрений.
Исходным пунктом для Крукса послужил подсчет прироста населения в культурных странах, в частности увеличение числа людей, питающихся пшеницей, переход к которой от ржаного и кукурузного питания
стр. 138
является спутником культуры; по Круксу ход кривой возрастания этой категории населения земного шара таков:
1871 1897 1930
371 516 746 миллионов
Так как потребление пшеницы в 1898 году достигало 52 миллионов тонн, то для 1930 г. требуется по Круксу 77 милл. тонн. А так как именно культура пшеницы наиболее связана с применением азотистых удобрений, то Крукс указал на недостаточность чилийских залежей для удовлетворения будущего спроса на азотистые удобрения и на опасность грозящей перспективы перехода от пшеничного питания к ржаному, что рассматривается как фактор понижения культуры.
В то время казалось, что чилийские залежи должны уже к 1925 г. быть исчерпанными; правда, исследования, предпринятые чилийским правительством, показали, что запасы эти больше, чем предполагалось первоначально, но все же они ограничены, и уже теперь замечается переход к использованию залежей с более низкопроцентным материалом (напр., 18%), чем тот, какой перерабатывался до сих пор; поэтому в основе предостережение Крукса было правильным.
Что касается другого источника азото-каменного угля, дающего при коксовании аммиак, то этот источник ограничен, так как производство аммиака не является самостоятельным; он получается только попутно с другими продуктами сухой перегонки, поэтому нельзя развить производство аммиака в той мере, как это требуется для нужд земледелия в Европе. В итоге все производство азотистых удобрений не может расти так быстро, как того требует спрос, пока оно ограничивается названными путями. Крукс указал, что исхода нужно искать все-таки в использовании громадного атмосферного океана, состоящего почти на 4/5 из азота; мы обычно неправильно представляем себе воздух, как что-то слишком легкое для того, чтобы служить обильным материальным источником для того или иного производства, но простой подсчет показывает, что все то количество азота, которое содержится в 150 милл. пудов селитры, теперь добываемых, отвечает количеству азота в столбе атмосферы, имеющем основанием площадь только в 6 десятин земной поверхности; общий запас азота таким образом является практически безграничным.
Круксом же было указано, что в некоторых чисто-научных работах можно усмотреть указания на возможность технического решения задачи об использовании азота воздуха. Еще в 1783 году Кавендиш открыл, что электрическая искра вызывает образование в воздухе окиси азота. Это явление было использовано Буссенго для выяснения роли гроз в обогащении атмосферы. Через сто слишком лет (1892) Крукс показал в лондонском королевском обществе опыт сжигания азота с помощью электрической дуги высокого напряжения, при чем получается зеленоватое пламя, содержащее в определенной зоне наибольшее количество окислов азота. Этот метод "выжигания азота" до конца (с введением избытка кислорода) был применен Рэлеем в его работе, приведшей к открытию аргона, и в данных Рэлея Крукс усмотрел основания для перехода к технической постановке вопроса о получении азотной кислоты за счет аргона и кислорода воздуха, с последующим участием воды. Именно в работе Рэлея относительно аргона было применено удаление азота путем сжигания его, при введении избытка кислорода, с помощью электрической искры. Оставалось найти только источник дешевой энергии - Крукс указал на Ниагару и другие водопады, не использованные еще промышленностью для иных целей.
стр. 139
На Ниагаре и была устроена первая фабрика азотной кислоты за счет азота воздуха на земном шаре, но настоящие промышленные размеры приняло это производство в Норвегии, благодаря работам профессора физики Биркеланда и инженера Эйде, нашедших стойкую форму электрической печи и сделавших подвижной (вибрирующей) вольтову дугу благодаря нахождению ее в электромагнитном поле (при переменном токе). Основной химический смысл производства "норвежской селитры" таков: под влиянием вольтовой дуги образуется известное количество окиси азота (NO), однако ее содержание при температуре в 3200° достигает лишь 5% от объема воздуха; выведенная из сферы действия дуги и охлажденная вдуванием избытка воздуха смесь предоставляется на некоторое время самой себе, при чем окись азота окисляется далее в двуокись (NO2); далее смесь поступает в башни поглощения, где газы поглощаются водой, при чем получается смесь азотной и азотистой кислот; из них азотная хорошо удерживается водой*1 и повторением операции поглощения получают 50% раствор азотной кислоты, который нейтрализуется известняком, получается раствор азотнокислого кальция, который после выпариванья воды и поступает на рынок под именем норвежской селитры. Кроме печи Биркеланда и Эйде имеются другие системы, как печь Мостицкого, печь Баденской фабрики, печь наших профессоров Горбова и Миткевича; но наиболее крупное производство в мире пока было осуществлено на печах Биркеланда в Норвегии (Notodden и Saaheim).
Автору пришлось посетить в 1912 г. эти заводы, расположенные в почти необитаемых раньше горных долинах, посещаемых лишь немногими туристами ради водопадов; в это время акционерной компанией, ведущей производство селитры, было заарендовано столько водопадов, что в сумме они должны были дать 1/2 миллиона лошадиных сил; кроме действовавших крупных заводов происходила постройка новых.
Тем не менее приходится воздержаться теперь от подробностей в описании этой новой отрасли промышленности и ее перспектив, потому что этот первый, хотя и блестящий шаг на новом пути не был последним, и теперь "норвежская селитра" имеет уже опередивших ее конкурентов, которые заслуживают нашего преимущественного внимания.
Недостатком норвежского способа является то обстоятельство, что он требует очень больших количеств энергии, поэтому производство этого типа возможно лишь при дешевых источниках последней при наличности свободного "белого угля"; на черном же угле это производство уже не выгодно, поэтому страны, не обладающие резкими различиями рельефа при обилии осадков ("es regnen Kilowattstunden", говорят немцы о норвежских дождях) и при мало развитой в других отношениях промышленности не могут итти по пути Норвегии. Поэтому усилия химиков и техников были направлены в другую сторону; прежде всего это проявилось в Германии, как стране, поставившей себе задачу стать независимой и от Чили, и от Норвегии в деле фабрикации азотистых соединений за счет воздуха, столь насущных для нее во время мира и еще более необходимых в случае войны.
Раньше других развилось производство так называемого циан-амида, при котором азот воздуха связывается не с кислородом, а с углеродом и водородом (или замещающим последний кальцием).
Предшествующими этому методу этапами нужно считать усовершенствование
_______________
*1 Азотистая кислота возвращается в окислительные башни, так что в конце концов все переходит в азотную кислоту.
стр. 140
способов получения углеродистых металлов (напр., карбида кальция) в электрической печи (Maissan) и установление способности карбидов при высоких температурах непосредственно присоединять азот воздуха с образованием цианистых соединений (или близкого к ним циан-амида).
Карбид кальция получается нагреванием в электрической печи углекислого кальция, при чем уголь отнимает кислород от последнего, давая окись углерода с одной стороны и карбид - с другой; если затем пропускать через нагретый до 800° карбид чистый азот (для чего берут воздух и удаляют из него кислород), то, как показал Frank и Caro, азот связывается и получается циан-амид (точнее кальциево производное циан-амида); последняя реакция*1 идет с выделением тепла, поэтому дальнейшего расхода топлива не требуется. В сумме на единицу связанного азота здесь требуется в 4 или 5 раз меньше энергии, чем в случае норвежской селитры, поэтому производство возможно вести на каменном угле.
Кроме Германии, в которой основалось акционерное общество для производства циан-амида, соответственные заводы возникли в Италии (Piano d'Orta), в Норвегии (Odda); в Германии производство циан-амида еще до войны достигло 6 миллионов пудов, за время же войны построены были заводы, могущие давать 36 милл. пудов циан-амида в год. При всех выгодах со стороны учета энергии, циан-амид имеет свои неприятные стороны при применении в качестве удобрения: он сам не является питательным для растения веществом, он только в почве распадается с образованием аммиака; поэтому его нужно применять заблаговременно (недели за 2 до посева), иначе им можно отравить растения; обращение с ним неприятно для рабочих - он пылит, и вдыхание этой пыли (при неумелом обращении, при плохой укупорке, отсутствии соответственного инвентаря для распределения) может быть вредным для здоровья; словом, сельские хозяева предпочитают иметь дело с селитрой и аммиачными солями, чем с циан-амидом.
Однако, возможен переход к аммиаку от циан-амида - при нагревании с парами воды он нацело отдает свой азот в виде аммиака*1
CaCN2 + 3H2O = 2NH3 + CaCO3
поэтому возможно выпускать в продажу аммиачные соли, приготовленные из циан-амида, и все-таки они будут обходиться дешевле норвежской селитры. Германия во время войны даже готовила азотную кислоту, переходя к ней от циан-амида через аммиак, и все же это было выгоднее норвежского способа.
Во время войны производство циан-амида в Германии развилось и удешевилось; так, вместо того, чтобы получать чистый азот для пропускания в карбид путем специального устройства для поглощения кислорода из воздуха (пропускание последнего через медные стружки при нагревании) стали пользоваться тем попутным процессом потребления кислорода, какое происходит в каждой печи; при более совершенных устройствах отходящие топочные газы состоят, главным образом, из азота и углекислоты*2; если пропустить эти газы через
_______________
*1 CaC2 + N2 = CaCN2 + C
*2 На деле в них содержится еще небольшой процент кислорода и окиси углерода; от этих остатков освобождаются пропусканием генераторных газов через нагретую смесь окиси меди и металлической меди.
Углекислота, поглощаемая водой, находит применение при фабрикации углекислого аммиака и синтетической мочевины, являющейся превосходным азотистым удобрением (в ней 46% азота, т.-е. втрое более, чем в чилийской селитре).
стр. 141
воду под давлением, то углекислота поглощается, а азот остается и идет в печь с карбидом, где и связывается с образованием циан-амида.
Но прогресс техники не остановился на циан-амиде, - появились иные методы, среди них наметился один процесс, требующий еще меньше энергии, чем синтез циан-амида, дающий аммиак непосредственно из азота и водорода; этот способ был разработан также в Германии Габером.
Исходя из того, что аммиак при высоких температурах распадается на азот и водород, стали изучать условия обратного хода реакции - синтеза аммиака из составляющих его элементарных газов. Оказалось, что небольшой процент азота и водорода вступает в соединение с образованием аммиака, если работать при повышенном давлении и определенной температуре; этот процент может быть повышен в присутствии определенных веществ (катализаторов), способствующих синтезу аммиака.
Если по установлении равновесия поглотить аммиак серной кислотой (а при высоких давлениях - просто водой при охлаждении) и возвратить остальную смесь в прежнюю обстановку, то в ней вновь образуется известное количество аммиака; таким образом, заставляя смесь азота и водорода то проходить через катализатор (при повышенной температуре и давлении), то через поглощающую среду (при низкой t°), можно непрерывно готовить аммиак в больших количествах, несмотря на то, что в реагирующей смеси его количество никогда не превосходит небольшого процента.
Такова сущность способа Haber'a, теперь являющегося победителем и над норвежской селитрой, и над циан-амидом; но в технике пришлось преодолеть громадные трудности, прежде чем производство могло быть поставлено в крупном масштабе (а только при крупном масштабе и большом техническом совершенстве сказываются все выгоды этого способа).
Здесь требуются очень совершенные материалы, способные выносить большие давления при высокой температуре; требуется большая осторожность и точность в работе, чтобы избежать взрывов. Газы, вступающие в реакцию, должны быть чрезвычайно тщательно очищены от некоторых веществ, мешающих ходу реакции; нельзя, например, сушить газы обычным способом, пропуская их через крепкую серную кислоту, ибо ничтожная примесь соединения серы уже парализует действие контактной массы ("отравляет" катализатор). Поиски веществ, ускоряющих ход реакции (катализаторов), тоже были делом нелегким; так, весьма энергичным катализатором реакции синтеза аммиака из элементов оказался осмий; но это слишком дорогой материал - осмия на всем земном шаре имеется что-то около 6 пудов; поэтому найдены были способы получения более дешевых смесей (восстановленное железо с цирконом, молибденом, при условии очень большой поверхности). Далее, пришлось выработать удешевленные способы получения азота и водорода; вместо дорогого электролитического способа стали получать водород из "водяного газа", т.-е. той смеси газов, которая получается при действии паров воды на раскаленный уголь. В конце концов пришли к такому приему: в раскаленную массу угля вдувается смесь воздуха и паров воды; вода разлагается, давая водород и окись углерода; кроме того образуется углекислота и остается неизмененным азот воздуха; углекислоту легко удалить, как выше было сказано, а окись углерода заставляют реагировать с новым количеством паров воды (при участии особого катализатора), чтобы получить смесь водорода и углекислоты; после окончательного удаления углекислоты получают
стр. 142
смесь азота и водорода в той пропорции, какая нужна для синтеза аммиака; после очищения эта смесь прямо направляется в печь Haber'a, где и происходит образование аммиака.
Способ Haber'a сыграл важную роль для Германии во время войны. Когда начиналась блокада, союзники рассчитывали скорее ослабить Германию "азотным", чем хлебным голодом: во время войны вся селитра (и весь аммиак, обращенный в азотную кислоту) идут на военные нужды - все взрывчатые вещества готовятся с помощью азотной кислоты, и казалось, что Германия, отрезанная от Чили и от Норвегии, оставшись только с азотом из каменного угля и циан-амида, не будет в состоянии долго обороняться, - считали, что она будет вынуждена капитулировать из-за недостатка взрывчатых веществ в феврале 1915 г.; но когда Германия не только крупно усилила и усовершенствовала циан-амидное производство, но создала еще более продуктивную отрасль, использовавши способ Haber'a, то все соотношение изменилось, и оказалось, что "азотный голод" для Германии не страшен; вот размеры производства и потребления азотистых продуктов до войны и в 1918 году:
Производилось в Германии:
27 милл. пудов сернокислого аммиака.
6 милл. пудов циан-амида.
До войны{
Ввозилось из Чили
43 миллиона пудов селитры.
________________
Всего 76 милл. пудов.
Созданные к 1918 году установки позволяли Германии производить:
Синтетического аммиака 60 миллионов пудов.
Циан-амида............ 36 " "
Сернокислого аммония.. 36 " "
____________________
Всего 132 миллиона пудов.
В сумме Германия получила возможность создавать почти вдвое больше азотистых продуктов, да еще и по более дешевой цене, чем это было до войны при свободном ввозе из Чили. Правда, угольный кризис после войны не позволил Германии использовать в полной мере свои заводы (они работали в 1920 г. лишь в половину своей производительности); при достаточном же снабжении заводов углем Германия может не только удовлетворять сполна свои потребности в азотистых удобрениях, но еще работать и для вывоза, конкурируя с Чили и Норвегией.
Итак, воздушный океан в начале XX-го столетия оказался покоренным почти одновременно в двух отношениях, в механическом и химическом: успехи авиации и успехи азотной промышленности пришлись на близкие периоды. Вопрос об источнике азота для нужд земледелия решен, наиболее совершенный путь дан Heler'ом; не исключается возможность и дальнейших усовершенствований в этой области.
Однако описанные индустриальные пути доступны лишь странам с высокоразвитой промышленностью, с интенсивным земледелием, хорошо оплачивающим все затраты, направленные к получению урожаев, втрое более высоких, чем наши.
Как же быть странам с экстенсивным земледелием, низкими урожаями, слабо развитой промышленностью? И если 150 лет отделяют
стр. 143
Германию от того времени, когда она имела урожаи нашего уровня, то не придется ли нам ждать 150 лет для достижения тех же результатов?
К счастью, это не так, хотя уже по тому одному, что книга природы теперь нам гораздо более понятна, чем прежде, выбор путей, ведущих к известной цели, стал гораздо шире; и в деле использования азота воздуха, кроме путей технических, основанных на применении больших напряжений, высоких температур и давлений, есть иные пути, есть процессы, идущие в живой клетке, в плазме некоторых бактерий и приводящие к той же цели; правда, они протекают не столь энергично, для заводской промышленности они не годятся, но зато они подходят для непосредственного использования сельского хозяйства, привыкшим раскидывать улавливающие энергию живые аппараты на большую площадь; это тип экстенсивный, кустарный, но зато он не требует ни черного, ни белого угля, синтез происходит за счет непосредственно притекающей солнечной энергии, улавливаемой зеленым листом, на том самом поле, почва которого нуждается в связанном азоте; и ни одна страна в Европе не располагает такой возможностью использовать непосредственно притекающую солнечную энергию для повышения на-ряду с количеством калорий в пище еще и количество азотистых и составных частей за счет азота воздуха, как Россия, благодаря тому, что наши севообороты еще совсем "не уплотнены", и мы располагаем громадной площадью незанятых паровых полей, на которых возможна культура азотособирателей без сокращения площади под хлебами.
Подробнее на этих биологических путях, наиболее важных для нашей крестьянской страны, мы рассчитываем остановиться в другой раз.