Но как бы ни были велики залежи чилийской селитры, они могли быть исчерпанными при большом росте потребления на указанные нужды. Кроме того, зависимость всего мира от небольшой южноамериканской чилийской республики в таком вопросе, как повышение урожайности и особенно военного дела, заставила искать другие источники азота для приготовления селитры. Источник был найден — это наша атмосфера, состоящая на 4/5 из азота, который оказалось возможным превращать в селитру.
Необходимое оборудование: аптечная бутылочка белого стекла с пробкой, две стеклянные трубочки, раствор фенолфталеина.
Селитра из воздуха
Давным-давно был известен опыт ученого Кавендиша, в котором при электрическом разряде в воздухе азот сгорал в кислороде, соединялся с ним, давая разные окислы азота.
Среди этих окислов была азотная кислота, легко дающая селитру с любым основанием, например с известью.
Однако такое получение селитры из воздуха до конца прошлого столетия не применялось сначала из-за малой потребности в селитре, потом ввиду использования чилийских залежей и, наконец, вследствие того, что для получения селитры из воздуха требовалась электрическая энергия, тогда еще дорогостоящая. Только там, где можно было добыть дешевую энергию, стало возникать промышленное изготовление селитры из воздуха.
Впервые это дело получило развитие в Норвегии с ее водопадами, дающими дешевую электрическую энергию. Очень скоро норвежская селитра стала успешно конкурировать с чилийской. Но когда разразилась первая мировая война и среднеевропейские государства оказались отрезанными от источников чилийской селитры, необходимой для поддержания урожаев и еще больше — для военных целей, то единственным выходом было развить у себя изготовление селитры из воздуха. Для этого были разработаны многочисленные пути, среди которых одно из первых мест заняло получение селитры из воздуха в электрическом разряде. Современная азотная промышленность осуществила получение огромной мощности вольтовых дуг, в пламени которых происходит сгорание азота в кислороде с образованием азотной кислоты, дающей с известью селитру.
В маленьком масштабе получение селитры (или вернее — азотной кислоты) из воздуха можно воспроизвести при скромном оборудовании, имея лишь в своем распоряжении какой-нибудь источник электричества возможно высокого напряжения, хотя бы очень малой силы. Лучше всего для этого воспользоваться румкорфовой спиралью, хотя бы самой маленькой — игрушечной; можно взять обыкновенный ток и от сети, устроив на нем небольшую вольтову дугу.
Такое получение селитры из воздуха настолько эффектно и красиво, с одной стороны, а с другой — уясняет основы развивающейся у нас азотной промышленности, что мы усиленно рекомендуем его проделать и даем подробное описание всех деталей такого опыта.
Прежде всего надо иметь какое-нибудь чувствительное вещество, которое позволит обнаружить образовавшуюся селитру или азотную кислоту. Таким является реактив дифениламин, который можно достать в лаборатории или аптечном складе. Раствором нескольких его кристалликов в 5 кубических сантиметрах крепкой серной кислоты можно определять малейшие следы селитры. Чтобы убедиться в этом, возьмите чайную ложку обыкновенной селитры и растворите в стакане воды; вылейте из стакана этот раствор и налейте в стакан чистой воды, — оставшегося на стенках стакана раствора селитры (разбавленного чистой водой) будет достаточно, чтобы определить в нем селитру дифениламином.
Для этого возьмите каплю раствора дифениламина на белую тарелку, капните в нее несколько капель сильно разбавленного раствора селитры, и вы увидите, что появится густо-синее окрашивание, оно и свидетельствует о присутствии селитры. Или смочите стеклянную или белую фаянсовую пластинку (например, блюдце) раствором дифениламина и подержите ее над открытой склянкой с крепкой азотной кислотой: выделяющихся паров азотной кислоты будет достаточно, чтобы получить густо-синее окрашивание в смоченном месте.
Имея такой чувствительный реактив на селитру, можно приступить к получению селитры из воздуха.
Возьмите обыкновенное ламповое стекло (рис. 13, А), приспособьте к нему с обоих концов пробки или деревянные кружки (герметичности не требуется); в пробках сделайте по отверстию для стеклянных трубок. В зависимости от того, какой у вас ток и провода, дальше можно поступать по-разному. Если вы берете ток от спирали Румкорфа (рис. 13, Б), то в стеклянные трубки вставляют обыкновенную звонковую проволоку так, чтобы обнаженные концы ее, выйдя из обеих трубок, почти касались друг друга примерно посредине стекла (рис. 13, В). Оба провода присоединяют к полюсам спирали, которую, в свою очередь, присоединяют к гальванической батарее или батарее аккумуляторов (рис. 13, Г) (или элементу Гренэ).
Рис. 13. Образование окислов азота: А — ламповое стекло; Б — катушка Румкорфа; В — концы проволоки; Г — элемент Гренэ.
Если пользоваться током от сети, то в трубочки вставляют два маленьких уголька (лучше всего от дуговой лампы проекционного фонаря или просто два кусочка кокса или угля), а к ним подводят внутри трубки изолированные провода от лампы. В этом случае, чтобы не пережечь пробки в электрической сети, необходимо брать ток через реостат (прибор для регулирования силы тока) или за неимением его через лампочку, то есть в установку включают лампочку последовательно, а не параллельно. Проще всего разрезать один из проводов настольной лампы и с разрезанными концами соединить кусочки угля внутри стекла (предварительно выключив лампу из электрической сети).
Трубки в пробках должны свободно двигаться, чтобы концы проводов или угли можно было сдвигать. Когда вся установка готова, в стекло наливают немного раствора дифениламина так, чтобы смочить внутреннюю поверхность стекла, замыкают ток и сближают концы проводов или углей до получения непрерывной искры, или вольтовой дуги.
Через 1–2 минуты на стенках стекла, смоченных дифениламином, начнет появляться синее окрашивание, вскоре превращающееся в густые синие потёки. Это и будет свидетельствовать о том, что внутри стекла появилась азотная кислота из воздуха; из нее легко приготовить селитру, соединив с известью или другим основанием.
Именно таким путем, только в грандиозных масштабах приготовлялась на заводах норвежская селитра. Пропуская получаемую в вольтовой дуге азотную кислоту через башни, наполненные известью, получали известковую селитру, которая на рынке именовалась норвежской. В самое последнее время нашли более выгодным приготовлять из азота воздуха аммиак путем соединения азота с
