Юрий Фиалков - Свет невидимого
Смесь азота и водорода запускают в аппараты, где поддерживаются температура около 600 градусов и давление около 1000 атмосфер. В этих условиях, да еще с применением специального катализатора образуется первое из промышленных соединений азота — аммиак.
Окисляя аммиак с помощью специальных катализаторов, можно получить окислы азота, а уж из последних второе из важнейших соединений азота — азотную кислоту.
Соединения азота необходимы современной промышленности — не только сельскому хозяйству. Не случайно почти в каждом учебнике химической технологии приводится фраза о том, что уровень цивилизации общества определяется количеством потребляемых соединений азота.
Без азотной кислоты не работает ни одно химическое предприятие. Без аммиака нельзя было бы производить сотни различных веществ и материалов. А потом… Нет, в самом деле, очень обидно — жить на дне азотного океана и испытывать такую нужду в соединениях этого, в сущности, очень распространенного элемента. Вот уж поистине — видит око…
После того шквала технических и химических терминов, какой я обрушил на читателя, нетрудно представить совсем простую установку. Труба, обычная труба. В одно отверстие трубы засасывается воздух. Из другого отверстия выходят… окислы азота. Внутри трубы ничего нет. Абсолютно гладкие стенки.
Вы спрашиваете, из какого материала сделана труба? Из нержавеющей стали. Но если бы труба была сработана из стекла, платины, золота или из хрома, право, ничего не изменилось бы. Она так же исправно превращала бы воздух в окислы азота. Ну, а окислы азота, будучи поглощены щелочью, и есть превосходное азотное удобрение. Поэтому следует отнестись к этой трубе с уважением: она заслуживает того, чтобы назвать ее заводом для производства азотных удобрений.
Затрата энергии? Только на засасывание воздуха. Транспортные расходы? Только на подвозку щелочи, которая поглощает окислы, да на доставку готового продукта на поля. Обслуживающий персонал? Один человек, которому очень скучно, потому что забот у него нет никаких: мотор, засасывающий воздух, работает исправно, а все остальное происходит само по себе. Нет, этот дяденька, обслуживающий трубу, — вовсе не старик Хоттабыч и даже не дипломант Академии хиромантии и оккультных наук. Это скромный техник, окончивший трехмесячные курсы по производству удобрений.
Где такая труба существует? Где готовят техников, добывающих удобрения из воздуха? Существует эта труба вместе с ее хозяином в моей фантазии. Но выдумал я ее не от желания пофантазировать. Это просто наглядная схема, только выраженная не в рисунке, а, быть может, в несколько пространном словесном изложении. Но мне важно было, чтобы все это читатель понял как можно лучше.
Впрочем, о самом главном я не упомянул. А самое главное — это находящаяся в трубе небольшая ампула, которая и наделяет ее поразительной способностью заставлять азот и кислород реагировать друг с другом. В ампуле радиоактивный изотоп кобальта с атомной массой 60. Он испускает гамма-лучи, которые и творят это химическое чудо.
Сталкиваясь с молекулами азота, гамма-лучи ионизируют их, разбивают на отдельные атомы. Дальнейшая картина уже знакома. Насколько ленивы и инертны атомы азота, связанные в молекулу, настолько энергичны и активны атомы этого элемента, существующие порознь. Вот почему они немедленно реагируют с молекулами кислорода, всегда находящегося поблизости: ведь воздух — это смесь азота и кислорода.
Вот и весь процесс связывания атмосферного азота. Я, конечно, выразился не совсем точно, утверждая, что этот процесс не требует затраты энергии. Но расходуется лишь «даровая» энергия — энергия радиоактивного распада: радиоактивный кобальт отдает ту избыточную энергию, которую накопил в ядерном реакторе.
От приведенной только что общей схемы до ее промышленного воплощения еще многие «километры» пока нерешенных проблем. Возможно, будущая установка для радиационно-химического превращения азота в окислы азота не будет походить на нашу схему-трубу. И скорее всего она будет более сложной. Но все-таки с гордостью можно отметить, что сегодня экономисты уже не занимаются тревожными подсчетами, вычисляя, на сколько лет хватит чилийской селитры. Нынче экономисты заняты более веселым делом: они подсчитывают расходы и доходы, связанные с внедрением радиационно-химического синтеза соединений азота. А там, где в дело входят экономисты — там дело будет: эти люди менее всего склонны к фантазиям.
* * *
Есть такая поговорка: «Против природы-матушки не пойдешь!» Не любят эту унылую поговорку химики, ох как не любят! Но если при данных условиях данная реакция не протекает, то что тогда делать? И впрямь «не пойдешь»!
«Не пойдешь»?
* * *В ракету загрузили тонну горючего, что позволило ей развить скорость 4 километра в секунду. Спрашивается, сколько горючего необходимо загрузить в ракету, чтобы сообщить ей первую космическую скорость — 8 километров в секунду?
Кто-то уже с ответом поспешил: 2 тонны! Не торопитесь, я задам еще одну задачу.
В лесу живет стая из 10 волков. Каждый волк за день съедает одного зайца. Если в этом лесу имеется 300 зайцев, то сколько лет местному леснику?
В общем-то, задачи одного типа — «сумасшедшие». Скорость ракеты ничуть не зависит от количества горючего. Зависит она от скорости сгорания горючего. Две тонны горючего не станут гореть быстрее, чем одна тонна, а быть может, даже медленнее. Ну, а что касается зайцев, то тут, видимо, пояснять не приходится.
Есть такое выражение: «Горит быстро, как порох». «Быстро, как порох»? Поговорка безнадежно устарела! Конечно, по прежним понятиям о скорости это было очень быстро. Но теперь, когда космические полеты стали, хотя и неизменно волнующим, но привычным событием, теперь такая скорость не может считаться чем-то необычным.
Оказывается, многие авиаконструкторы очень не жалуют химиков. Конечно, свои нелестные мнения они не обнародуют, разве что в тесном кругу, но про себя они высказываются достаточно откровенно. Причина? Очень ясная, чем-то оправдывающая конструкторов. Скорость сгорания горючего в камерах авиамоторов является одной из причин теоретического, а теперь уже и практического предела возможной скорости самолетов.
В самом деле, если горючее не может сгорать быстрее того, чем ему определено природой, то в конце концов может наступить предел, когда скорость реакции горения не поспеет за скоростью самолета.
А как же ее, эту скорость, увеличишь? Ведь не химик же создал именно такое расположение атомов в молекуле горючего. Не он придумал, чтобы разрыв молекулы горючего при столкновении с молекулами кислорода протекал именно с такой скоростью, и никак не большей. И потом — «против природы-матушки не пойдешь!»
Рассказывай я об этом отнюдь не мимолетном конфликте между авиаторами и химиками пару десятков лет назад, то этим унылым возгласом и пришлось бы ограничиться. Но сейчас уже виден путь, следуя которым можно авиахимический конфликт сделать достоянием истории.
Представим себе камеру двигателя внутреннего сгорания. Камера как камера. Только изнутри покрыта тонким, очень тонким слоем радиоактивного элемента. Казалось бы, пустяк. Но горючее в такой камере сгорает гораздо быстрее. А соответственно и увеличивается тяга двигателя.
Радиоактивное излучение расщепляет как молекулы кислорода, так и молекулы горючего. А атомарный кислород, понятно, вступает в реакцию быстрее, чем его молекулярный собрат. Осколки молекул горючего также не сравнить с «целыми» молекулами по скорости их окисления кислородом.
А раз быстрее происходит реакция сгорания — быстрее выбрасываются газы из камер, быстрее движется самолет.
Но увеличение скорости — не единственная заслуга радиоактивности в этой проблеме, и даже не самая важная заслуга. Что же может быть важнее скорости движения?
Важнее может быть тот «хвост», который тянется из выхлопной трубы несущегося по улице автомобиля. Стоит мотору немного «забарахлить» — сразу сзади автомашины появляется свидетельство неисправности: сизые клубы дурно пахнущего дыма. Да и исправная автомашина выбрасывает из выхлопной трубы отнюдь не только безобидный углекислый газ.
В камере двигателя внутреннего сгорания, даже самого совершенного, горючее не успевает сгорать целиком. Какая-то часть паров бензина выбрасывается в воздух вместе с продуктами сгорания. Чем двигатель лучше, тем меньше бензина пропадает впустую. Но потери все же неизбежны: попросту бензин не успевает сгорать за то малое время, какое необходимо на один такт поршня.
Не знаю, подсчитывал ли кто-нибудь, сколько горючего пропадает впустую из-за этого неприятного обстоятельства. Конечно, миллионы тонн в год, а быть может, и больше. Потому что количество автомашин на земном шаре теперь не счесть даже самому ретивому статистику. Обидно? Еще бы!
