Атомы воздуха

Что такое воздух? Как мало мы себе представляем воздух, как мало мы даже интересуемся этим воп­росом! . Мы привыкли, что воздух нас окружает, и, как здоровье, начинаем ценить его только тогда, ког­да теряем его, когда попадаем в условия, где воздуха не хватает.

Мы знаем, как трудно дышится на больших высотах, как у некоторых уже на высоте трех километров появляется горная болезнь, начинается слабость; мы знаем, как страдают летчики, когда они поднимаются на самолетах выше пяти километров; на высоте восьми и десяти километров воздуха уже определен­но не хватает, и приходится прибегать к помощи имеющихся на самолете запасов кислорода.

Мы знаем, как тяжело опускаться в глубины рудников, как долго звенит в ушах, пока на глубине 1500 м вы освоитесь с новым давлением воздуха. Воздух сейчас представляет одну из интереснейших про­блем не только для науки, но и для химической промышлен­ности.

Долгое время человек никак не мог понять, что такое воз­дух. В течение нескольких веков в первобытной химии господ­ствовало убеждение, что воздух состоит из особого газа — фло­гистона и что когда какое-либо вещество горит, то из него вы­деляется флогистон и заполняет, как особая тонкая материя, весь мир.

Потом, благодаря гениальному открытию французского химика Лавуазье, сделалось ясно, что воздух состоит в основ­ном из двух веществ — одного живительного, которое было
названо кислородом, и другого, равнодушного к жизни, полу­чившего поэтому имя «азот» (по-гречески — безжизненный).

В 1894 г. было обнаружено, что состав воздуха гораздо сложнее, что кроме кислорода и азота, этого безжизненного газа, он содержит в себе целый ряд других химических элемен­тов, которые играют в нем большую роль.

Азота……………………… 75,7%        Неона……………………….. 0,00125%

Кислорода        . .     .23,01%        Гелия……………………….. 0,00007%

Аргона…………………… 1,28%        Криптона……………….. 0,0003%

Углекислоты      .      . 0,03%        Ксенона……………………. 0,00004%

Но этот состав характерен только для нижних слоев атмо­сферы. Выше 20 км количество газов начинает изменяться: ко­личество тяжелых газов уменьшается, легких увеличивается. Постепенно растет содержание водорода, гелия, а где-то высо­ко, там, где сверкают метеоры, где рассеянные частицы созда­ют северное сияние, там по-видимому, преобладают легкие газы.

Сейчас мы настолько точно знаем состав воздушного океа­на, что каждая капелька, рассеянная в кубическом метре его, не ускользает от внимания наших химиков.

И вот оказывается, что окружающий нас газовый океан не только основа всей нашей жизни, но и основа новой, грандиоз­ной промышленности.

Англичане за последние годы подсчитали, что все населе­ние Англии и Шотландии за сутки поглощает до 20 млн м3 кислорода из воздуха, а специальные установки за этот же срок извлекают до 1 млн. м3 этого газа для нужд промышлен­ности.

Одновременно с этим промышленность сжигает уголь и нефть, потребляя кислород, и возвращает в атмосферу гранди­озное количество углекислоты. Тот же процесс происходит и в живых организмах. Например, человек каждый день выде­ляет около трех литров углекислоты.

Чтобы понять значение этой цифры, достаточно указать, что большое дерево эвкалипт в течение одного дня может раз­ложить углекислоту и вернуть свободный кислород атмосфере примерно в количестве одной трети количества углекислоты, выдыхаемой человеком. Следовательно, три крупных эвкалип­та разложат столько углекислоты, сколько выделит один чело­век, и таким образом восстановят равновесие состава атмо­сферы.

Из этого мы видим, как велико значение той расти­тельности, которая окружает нас и которую мы так береж­но храним и насаждаем в на­ших городах. Жизнь расте­ний является единственным источником восстановления кислорода, поглощаемого че­ловеком. А между тем кисло­род начинает использоваться все в больших и больших ко­личествах.

В 1885 г. маленькие заво­ды по изготовлению перекиси бария впервые положили на­чало промышленному исполь­зованию кислорода воздуха.

Сейчас кислород воздуха служит основой для целого ряда химических произ­водств; в металлургии вместо воздуха в доменные печи вдувается чистый кислород; в ряде химических производств кислород является незаменимым окислителем.

С каждым годом растут все новые и новые установки, кото­рые через жидкий воздух извлекают кислород из окружающей нас атмосферы. Наравне с кислородом все шире и шире начинают исполь­зоваться человеком и другие газы.

Еще недавно аргон, входящий в состав воздуха в. количе­стве 1%, не играл никакой роли в промышленности. Сейчас при помощи сложных установок из воздуха извлекают еже­годно около одного миллиона кубических метров этого редчай­шего газа.Многие из нас не знают, что каждый год этим газом напол­няют свыше одного миллиарда электрических лампочек. В светящихся рекламах больших городов в специальных лампочках с каждым годом все шире и шире используется и другой благородный газ воздуха — неон. Его очень мало в воз­душном океане — одна часть приходится на 55 тысяч частей воздуха. Но все же неоновая промышленность развертывается и растет с каждым годом.

Начинают извлекать из воздуха и гелий. Его еще меньше, чем неона, хотя в атмосфере над каждым квадратным километ­ром земли содержится около 20 т этого ценнейшего газа Солнца. Гелий извлекается из воздуха и главным образом из подземных газовых струй и используется для наполнения дирижаблей; в холодильной технике с его помощью получают самые низкие температуры в мире.

В нашу промышленность начинают входить даже самые редкие газы, как криптон и ксенон.

Криптона в воздухе меньше одной тысячной процента. А между тем как важно было бы получать его в больших ко­личествах, ибо тогда на 10%, а при применении ксенона на 20%, повысилась бы яркость наших электролампочек. А это значит, что на 20% понизилось бы потребление электроэнергии нашими осветительными установками.

Но, конечно, самым важным сырьем для промышленности, извлекаемым из воздуха, является азот. В 1830 г. впервые была сде­лана попытка использовать азотные соединения для удоб­рения полей. Об азоте воздуха тогда ни­кто не думал, и даже прибывав­шая на судах из Чили селитра не всегда находила себе приме­нение на бедных полях Запад­ной Европы. Но постепенно развивавшаяся химизация сель­ского хозяйства требовала все больших и больших количеств тех трех живительных веществ, на которых строится химиче­ская жизнь растения,— азота, фосфора и калия. Потребность в азоте стала так повышаться, что физик и химик Крукс в 1898 г. предсказывал азотный голод и предлагал искать новые методы для извлечения азота из воздуха.

Прошло немного лет. При помощи электрических разрядов химики научились превращать азот воздуха в аммиак, в азот­ную кислоту и в цианамид. Во время империалистической войны азот, нужный для производства взрывчатых веществ, сделался предметом мно­гочисленных исследований. Сейчас во всем мире работает свы­ше 150 азотных заводов; они ежегодно извлекают из воздуха 4 миллиона тонн азота. Но и эта цифра оказывается ничтожной по сравнению с громадным запасом этого газа, составляющим примерно 81% всего объема воздушной стихии. Достаточно сказать, что все азотные установки мира каж­дый год извлекают примерно такое количество азота, которое содержится в столбе атмосферы над половиной квадратного километра земной поверхности. Так рисуются перед нами но­вые промышленные пути использования воздуха. Промышлен­ность начинает все больше и больше использовать все состав­ные части воздушного океана. Атмосфера превращается в гран­диозный источник минерального сырья, запасы которого прак­тически неисчерпаемы. Однако пока пути овладения этими за­пасами еще далеко не найдены.

Процессы, при помощи которых человек разделяет воздух на составные части, еще довольно несовершенны. Для извлече­ния азота требуются и большие давления и громадное количе­ство энергии. Для разделения благородных газов и получения кислорода надо прибегать к сложным, дорогим установкам, пе­реводить воздух сначала в жидкое состояние, чтобы затем вы­делить отдельные газы.

Я ничего не сказал об использовании угольной кислоты воздуха и о возможности использования всех газов, образую­щихся при сгорании угля, дров, обжига известняков. Ученые уже подсчитывают те грандиозные количества угольной кислоты, которые выбрасываются в воздух промыш­ленностью как отходы. Они предполагают использовать ее для изготовления сухого льда, они хотят извлечь из нашей атмос­феры те три сотых процента угольной кислоты, которые в ней содержатся.

А физики идут еще гораздо дальше: они говорят, что наш воздух состоит не только иэ десяти газов, о которых мы выше говорили, воздух содержит огромное количество газов еще бо­лее редких, еще более рассеянных в миллионных, в миллиард­ных долях процента,— газов радиоактивных.

Речь идет об эманации радия и о различных летучих газах, продуктах распада легких металлов. Эти газы живут недолго в нашей атмосфере: жизнь одних измеряется днями, других — секундами, третьих — миллионными долями секунды. Воздух насыщен этими продуктами распада мировых атомных ядер. Космические лучи вызывают на каждом шагу разрушение ато­мов и появление неустойчивых газов, которые должны снова исчезнуть и перейти, в более устойчивые формы твердого вещества.

В воздушном океане непрерывно происходят химические реакции. Сложнейшие процессы происходят между рассеянны­ми атомами вещества, и еще мало понятны нам те постоянные и сложные перемещения, те электрические разряды, которые идут в этом воздушном океане вокруг нас.

Разгадать их — значит сделать еще один шаг по пути под­чинения природы нашим потребностям.

Print Friendly, PDF & Email

Это интересно:

Атом во времени
Трудно себе представить более простое и вместе с тем более сложное понятие, чем время. Ста...
S - сера и ее химические свойства
Сера является одним из самых первых известных человеку химических элементов. Она встречала...
Элемент олово и Касситерит
Олово — скромный, ничем как будто не выдающийся металл. Мы редко слышим о нем в повседневн...
Фтор химический элемент
Я никогда не работал над фтором и его соединениями, не интересовался его прекрасными минер...