Рубрика «Невероятное в обычном» Азот недоступный, но необходимый! Крупная победа химиков.

Зябкина О. А., учитель химии МБОУ Митрофановской СОШ Рубрика «Невероятное в обычном» Азот недоступный, но необходимый! Крупная победа химиков. Немецкие химики Ф.Габер и К.Бош создали процесс, позволяющий превратить атмосферный азот в смеси с водородом в аммиак (рис. 1). Рис. 1. Основополагающая реакция Катализирует процесс металлическое железо с примесями оксидов алюминия и калия, при температуре 400–600 °С и давлении до 1000 атмосфер. Найти катализатор   оказалось   совсем   не   просто,   для   этого   Габер   испробовал несколько тысяч (!) различных соединений, в результате решение очень остро назревшей проблемы было найдено. За создание этого процесса Ф.Габер был удостоен в 1918   г. Нобелевской премии (К.Бош совместно с Ф.Бергиусом получил Нобелевскую премию позже, в 1931 г., за развитие методов высокого давления в химии). Условия,   в   которых   происходит   синтез   аммиака   (высокие   температура   и давление), весьма жесткие: все дело в высокой химической инертности азота, о   чем   уже   было   упомянуто.   Каковы   же   причины   этого?   Два   атома   азота связаны тройной связью, однако она  заметно отличается от тройной связимежду атомами углерода (например, в ацетилене). Труднее всего разорвать в азоте первую связь из трех, для этого требуется заметная затрата энергии – 125 ккал/моль. Для сравнения, разорвать первую связь из трех в ацетилене можно,   затратив   энергии   заметно   меньше –   53   ккал/моль.   Интересно,   что разрыв   именно   первой   связи   в   азоте   наиболее   труден,   вторая   связь раскрывается заметно легче – 63 ккал/моль, и еще легче третья связь – 37 ккал/моль.   Поэтому   в   реакциях   с   участием   молекулярного   азота   обычно раскрываются все три связи. Главное – расшевелить самую прочную, первую связь, а остальные как будто бы сами «покатятся под горку». Совсем   иначе   обстоит   дело   с   тройной   связью   между   атомами   углерода (например, в ацетилене). Первую связь из трех разорвать не трудно – как уже было сказано, всего 53 ккал/моль. Зато прочность второй связи заметно выше, а третьей еще выше. Поэтому из ацетилена и его производных можно получить соединение   с   двойной   или   простой   связью,  а   полное   разъединение   атомов углерода обычно не происходит. Особый нрав азота. Труднее всего разорвать первую связь Итак, удалось решить главную задачу – химически связать атмосферный азот с   помощью   процесса   Габера–Боша.   Громадное   количество   современных заводов   синтезируют   аммиак   именно   таким   способом.   Далее   полученный аммиак   каталитически   окисляют   до   оксидов   азота,   в   конечном   итоге получают азотную кислоту и нитраты, которые помимо сельского хозяйства иизготовления   взрывчатых   веществ,   необходимы   также   в   производстве красителей, медикаментов и в химической отрасли промышленности. Промышленное получение аммиака – процесс очень энергоемкий, и проводят его в весьма жестких условиях, поэтому химики решили внимательно изучить то, как получают аммиак из воздуха азотофиксирующие бактерии в живой природе.