Покоренная плазма

Но перевозить удобрения за тысячи километров дорого и хлопотно. Нужно найти какой-то выход. Геологи стали искать селитру у себя дома, химики — пробовать получать ее искусственным путем. Работа тех и других в ряде стран оказалась успешной, и сейчас уже не снаряжают корабли за далеким грузом.

Внесла свою долю в общее дело и плазма. В любой селитре содержится азот и кислород. Нельзя ли их брать из безбрежного воздушного океана? Ведь в воздухе, которым мы дышим, немало кислорода и огромное количество азота. Оказывается, можно, но для этого нужно соединить азот с кислородом, иными словами получить окислы азота.

А это как раз самая трудная задача. Азот — газ неактивный, он неохотно расстается со своей свободой. Нужно какое-то постороннее воздействие.

Генри Кавендиш первым соединил азот и кислород, взятые из воздуха.

Электрические искры, которые проскакивали через стеклянную трубку, наполненную этими газами, рождали желанные окислы азота. Но какой дорогой ценой они доставались! Три недели Кавендиш гонял электрические искры, чтобы опустошить небольшую стеклянную трубочку!

Ясно, что требовалось более мощное устройство. Русский ученый Каразин еще на заре прошлого века высказал смелую мысль: выпустить в воздух стаю воздушных шаров, ловить ими молнии и заставить эти молнии делать селитру. Но и этот план не решал задачи: «молниевая» фабрика бездействовала бы в ясную погоду и зимой и такое предприятие наверняка прогорело бы.

Плазма связана с двадцатым веком. Только бурное развитие техники и удивительные достижения науки помогли ей стать заправским химиком.

Первые промышленные установки для извлечения азота с кислородом из воздуха появились в начале нашего столетия. В них день и ночь трудилась плазма, но не в виде искр, а в виде мощной ревущей дуги.

Сильные электромагниты, создающие постоянное магнитное поле, расплющивают дугу в тонкий огненный блин диаметром метра в три. В зону огня под давлением подается воздух. Только в плазме азот «соглашается» вступить в союз с кислородом: об этом свидетельствует фиолетовый дым окислов азота, заполняющий печь.

Теперь, когда азот воздуха попал в «ловушку», с ним можно делать все, что угодно. Пропустив окислы через обыкновенную воду, легко получить азотную кислоту — жидкость, разъедающую металл. Соединив азотную кислоту с щелочью, получим селитру. Если щелочь — едкий натр, то будет натриевая селитра, или чилийская. Если щелочь — едкий калий, то селитра будет калиевой. Тоже ценный продукт. Смесь калиевой селитры с углем, серой или металлической пылью — не что иное, как дымный порох, нужный всякому охотнику. А праздничные ракеты тоже не могут совершить свой путь без помощи калиевой селитры. Широко применяется она и как очиститель золота и серебра.

Как же удается плазме заставить безразличные друг другу вещества вступить в союз? Почему вещества в четвертом состоянии становятся химически активными?

На эти вопросы может ответить только современная теория атома.

Плазма — хаос всевозможных мельчайших частиц вещества: электронов, ионов положительных и отрицательных, возбужденных атомов и молекул, электронейтральных молекул и т. д. В ней ни на мгновение не прекращаются удары электронов о молекулы и атомы, соударения ионов между собой, излучение и поглощение фотонов. Все это повышает активность веществ, находящихся в разрядной трубке. Большую роль играет высокая температура плазмы. Я еще раз напоминаю, что внутри безобидной с виду электрической искры температура достигает десяти тысяч градусов. И, хотя эта температура держится миллиардные доли секунды, этого времени достаточно, чтобы некоторые атомы соединились, дав новое вещество с новыми свойствами.

Ученые-химики в содружестве с физиками упорно и настойчиво постигают суть химических реакций, происходящих в плазме, стремятся быстрее внедрить в народное хозяйство новые способы производства. Особенно возросло значение этой работы после Пленума ЦК КПСС, состоявшегося в декабре 1963 года. Этот Пленум принял грандиозную программу дальнейшего развития химической промышленности в нашей стране. «Если бы был жив Владимир Ильич Ленин, — сказал в своем докладе на Пленуме Н. С. Хрущев, — то, видимо, он сказал бы примерно так: коммунизм есть Советская власть плюс электрификация всей страны, плюс химизация народного хозяйства».

Решения декабрьского Пленума выдвинули химическую промышленность на первый план в народном хозяйстве. За семилетие с 1964 по 1970 год производство важнейших продуктов химии увеличится в 3–3,3 раза. Такого размаха работ не знала ни одна страна в мире!

В семилетнем плане развития Большой химии намечено резкое увеличение выпуска минеральных удобрений и других средств повышения продуктивности полей и ферм, что позволит довести производство зерна к 1970 году до 14–16 миллиардов пудов.

Можно не сомневаться, что будут шире применяться и плазменные способы производства минеральных удобрений. Но в плазме заключены и другие, не менее заманчивые возможности.

Плазма-химик способна не только объединять атомы и молекулы воедино. Она может «разлучать» их, а в ряде случаев и перестраивать всю «архитектуру» веществ, в которых происходит электрический разряд. Какую же пользу извлекают из этого люди?

Сто лет назад французский физик Бертло попробовал пропустить каскад электрических искр через газ метан, или болотный газ. Назван болотным этот газ потому, что в природе он нередко выделяется со дна болот.

Опыт ученого имел неожиданный результат: маленькие искры-труженицы сделали чудо — превратили метан в другой газ — ацетилен. И в метане и в ацетилене имеются атомы только двух элементов — углерода и водорода. Но связаны они между собой по-разному. В молекуле метана атом углерода окружен четырьмя атомами водорода, ацетилен хоть и построен из тех же «кирпичиков», но «архитектура» его другая. В молекуле ацетилена содержится не один, а два атома углерода, а водорода — не четыре, а тоже два.

Ацетилен — более ценный газ, значит, плазма трудилась не напрасно. Этот газ в наше время применяется при резке металлов, при поверхностной закалке стали, а также для получения пластмасс.

Установка Бертло была далеко не совершенной, она слишком мало давала ацетилена, чтобы можно было серьезно думать об «оснащении» искрой химических заводов.

Опыт Бертло ценен для нас другим. Он показал, что в недрах плазмы может происходить перегруппировка атомов, могут рождаться молекулы новых веществ с новыми свойствами.

Обнаружив такую способность плазмы, ученые стали настойчиво изучать химические реакции, возникающие при газовом разряде.

Работа эта дала интересные результаты.

Прежде всего нужно рассказать о новых способах получения ацетилена. До последнего времени этот ценный газ «извлекали» из светло-серого камня — карбида кальция.

В Румынии имеется огромное количество природного газа. Из него стали добывать ацетилен. Сделать это помогла плазма.

Установка, созданная под руководством румынского ученого, академика Бэдэрэу, имела на вооружении не искру, а электрический разряд высокой частоты. На разрядную трубку насажены два металлических кольца, на которые подано переменное напряжение высокой частоты. В трубке, заполняемой природным газом, ток через плазму непрерывно меняется по величине и направлению. Более сорока процентов природного газа превращается в ацетилен. Это высокий процент, и сырья имеется сколько угодно. После очистки от паров воды и других примесей ацетилен поступает в химическое производство для дальнейшей переработки.

Ацетилен — не единственный продукт, который получили румынские ученые с помощью плазмы. Им удалось создать совершенно новое вещество, получить которое химики прежде не могли.