nekrasovI (1114433), страница 148
Текст из файла (страница 148)
Окись азота превращалась затем а МО» и азотную кислоту, которая вместе с пождем выпалила иа Землю и иейгрализовалась солями более слабых кислот (иапример, углекислыми), Таким образом, первичным образованием кислородных соединений азота Земля, по-видимому, обязана грозам (1). С развитием органяческой жизни как аммиак (4), так н соли азотной кислоты (2) стали служить материалом для выработки растениями белковых веществ. Растения частично поедаются травоядиыми животными, а последние служат пищей плотоядным.
Нкоз Экскременты тех и других, трупы их, а также останки са. мих растений возвращают почве взятый из иее связаииый б 4. Кругоаорог азата Другим источником пополнения является жнзнелеятельиость «азотобактерий», способных в присутствии органических веществ перевпдить свободный азот в аммиак (9). Вызываемый нми процесс протекает, по-видвмому, по суммарной схеме (С вЂ” углерод органических веществ) ЗН»+ 6Н»О + ЗС + 84 ккал = ЗСО» + 4НН» При благоприятных условиях азотобактерии способны за год накопить Я поЧВе до 50 кз связанного азота на гектар. Еше гораздо ббльшне количества свободного азота могут связать «клубеньковые» бактерии, колонии которых образуют харзктерныс наросты иа корнях растений семейства бобовых: клевера, люцерны, люпниа, гороха, фасоли и лр.
ПИтаясь соками растения, они одновременно переводят свободный азот атмосферы в азотные соедпне. ння, ноторые усваиваются растение)ьхозянио»ь Это позволяет растениям семейства бобовых успешно развиваться на почвах, бедных соединениями связанного азота. Наиболее благоприятны для развития клубсньковых бактерий почвы с рН б †: 7. Культивирование бобовых растений является мошныч средством общего поднятия урожайности, тзк как наканливасмый нх корнямн азот сохраняется в почве.
Так, клевер илн люлин дает примерна (50 кг связанного азота иа ! га. «Каждый куст люпнна (нли зругого бобового) есть в сущности миниатюрный завол по утилизации атмосферного азота, работающий зарок за счет солнечной энергии» (Д. Н. Прянишников). С химической стороны процесс фиксации азота клубеньковыми бактериями еше недостаточно выяснен, но ведет, по-видимому, к образованию аммиака (9). Как видно из изложенного выше, громадную роль в круговороте азота играет жизнедеятельность бактернпльного мира (каждый грамм почвы солержнт миллиарды микроорганизмов).
Это обстоятельство почти исключает возможность количественного подсчета круговорота. Все же можно думать, что в условиях свободного протекания природных процессов полдерживастся некоторое равновесие и общее количество соединений связанного азота ысняется ва времени лишь незначительно. Существенные остожнения вносит в круговорот азота сознательная деятельность человека.
На протяжении длительных эпох она сводилась исключительно к переводу азотных соелннений в свободный азот атмосферы, т. е. к выводу его из крутоворота. Главнейшую роль прп этоы играл огонь. При горение топлива исе содержащиеся в нем азотные соединения разтагаются с выделением свободного азота (6). Помимо поддержания огня у своего очага, человек с целью расчистки места лля посевов часто выжигал целые леса и степи. Впоследствии к эточу присоединилось колоссальное потребление топлива для промышленных целей.
В общем за время своего существовагнгя человечество сжиганием топлива вывело из круговорота громад!гые количества свнзанного азота. Уже в новейшую эпоху заметное значение приобрел другой источник его потерь — применение взрывчатых веществ. Последние во многим случаях (горные разработки и т. д.) значительно облегчают механическую работу человека н поэтому используются в большом масштабе. Между тем взрывчатые вещества обычно содержат кислородные соединения азота, причем последний при взрыве выделяется в сво.
бодном состоянии (8) н выхолнт из круговорота. Обратное направление сознательной деятельности человека — введение в круговорот свободного,азота атмосферы — могло идти двумя путямн: нспольаованнем жнзиедеятелы«ости бактерий и искусственным связыванием азота атмосферы. Первый нз них — введение в севооборот бобовых растений — был известен еще древним греяам, римлянам н китайцам. Важную роль играет он и в правильно поставленном сельском хозяйстве настоящего времени. Второй путь — искусственное связывание азота атмосферы — получил свое развитие только в теяущем столетия. Сюда относятся меголы «сжигания воздуха» (!), синтеза аммиака (9) н цианамидцый (9). Хотя все опи могут рассматриваться каи большие достижения химической техники, однако сопоставление с работой бактерий наглядно вскрывает грубость и несовершенство этих методов.
Действительно, /Х. Пятая гррлиа периодической системы относительпые затраты энергии для получения одинакового количества связанного азоте по каждому нз инх составляют: есжигзнне ноздухзз цввнзмнд синтез вммнзкз э 2 ! Синтез аммиака является, следовательно, самым совершеш<ым из всех трех метолов. Но, как известно, ои идет лишь прп высоких температурах (что резко сказывается иа уменьшении выхода (ч!(з) и больших давлениях.
Между тем бактерии проводят тот же сяитез при обычных условиях. Из этого следует, что в методе синтеза аммиака скрыты большие возможноств его дальнейшего совершенствования. Общие результаты рассмотрения круговорота азота сопоставлены в приводимой ниже таблице. Отдельные направления процессов занумерованы при этом в соответствии с приведенной выше схемой. Процессы подразделены иа свободно протекаю1цие в природе и обусловленные сознательной деятельностью человека. В последней графе особо отмечены процессы, вводящие азот в круговорот (знак +) и выводящие его из последнего ( — ).
Как видно из таблицы, чедовек пока еше не научился искусственно Нвирвв- ление Созизтельнзя деятельяость человека Свободно яротекзющне в1ън1юдные яронсссы Отношение к круговороту злектрнческне рвзрялы в атмосфере рост растения гянеине рзстнтельиык н животных остеикав ннтрнфяквцня потеря лрн гниении, пожары яотеря ори ннтрнфнквцнн деннтрнфнкзцня работа езотобзктерна и клубеньковых бзктерна 1 2, < 3 сжигание воздуха» сухзя яерсгонкз кзкенного угля н т. д, квтзлнтнческое окисление вммнзка сжнтзнне тоолнзе потери при окислении вммизкв нснользовзнис взрмвчзтыл веществ синтез вммшкв, цнзнзнндима метод б б у э Квртофель Яровая яшеинцв Свквриея свекле Озимзн рожь ботве клубни зерно соломе корин зерна Лишь малая часть урожая сельскохозяйственных культур в той или няой форме потребляется на местах их произрастания.
Большая часть используется для питания населения и лля промышленной переработки. Прн этом азот и другие извлекаемые растениями элементы уже ие попадают обратно на поля. В результате почва постепенно истошается и урожаи начинают нз года в год палать. Для предотвращения этого необходим завоз иа поля достаточного количества нужных растениям элементов (глав. иым образом )ь), Р н К) в форме минеральных улобрений.
осуществлить только те направления в круговороте азота, которые связаны с синтезом сдожиых белковых веществ (хотя иа пути к этому выполнены уже многие подготови. тельные работы). До сих пор рассматривался о б ш и й баланс азота в природе. Между тем практически более важен баланс азотных соединении на тех отдельных участках земной поверхности, которые используются в качестве полей лля посевов. С втой точки зрения громадное значение ямеют те направлении человеческой деятельности, которые, не изменяя общего баланса, ведут к перемещен ив связанного азота (а также двух других важней<них для жизни растений элементов — фосфора н калия).
Приводимые ниже в качестве примера культурные растения извлекают из почвы следующие средние количества связанного азота (в кг на тонну): 5 д Фосфор 437 Схема электропечи для получения фосфора показана па рис. !Х-32 (А — массивные угольные электроды, Б — загрузка смеси фосфора с песком и углем,  — вывод жидкого шлака, à — выход паров фосфора). Пары фосфора отводят в орошаемые водой конденсаторы и затем собирают в приемнике с водой, под слоем которой расплавленный фосфор и накапливается.' В парах фосфор четырехатомен, причем молекула Р, имеет структуру правильного тетраэдра (рис. 1Х-33).
Для твердого фосфора известно несколько аллотропнчесюгх модификаций, из которых практически приходится встречаться с двумя: белой и красной. При охлаждении паров фосфора получается бел а я форма. Она образована молекулами Рь характеризуется плотностью 1,8 г/смз, температурой плавления 44 'С и температурой кипения 257'С. В воде белый фосфор практически иерастворим, но хорошо растворяется в сероуглероде (С5,). Хранят его под водой и по возможности в г х,д' тем ноте. При хранении белый фосфор постепенно (очень медленно) переходит в более устойчивую красную форму.
Переход сопровождается выделением тепла (теплота перехода): Рис. 1Х-32. Схема елехтропечи аля получения Фосфора. Реелые = Ркресные + 4 кко е Рис. 1Х-ЗЗ. Строение моле хулы Ре Процесс ускоряется при нагревании, под действием света и в присутствии следов иода. Практически к р а с н ый фосфор получают длительным на~резанием белого до 280 — 340'С (в замкнутом объеме). Он представляет собой порошок с плотностью 2,3 г/см', нерастворимый в сероуглероде н при нагревании возгоняющийся (т.
возг. 429'С). Пары его, сгущаясь, дают белый фосфор. Последний, в противоположность красному, очень ядовит.з ' Наибольшие количества свободного (красного) фосфора потребляются спичечным производством. С о е д и н е н и я фосфора используются главным образом в виде минеральных удобрений.'е Химическая активность фосфора значительно выше, чем у азота.
Так, он легко соединяется с кислородом, галоидами, серой и многими металлами. В последнем случае образуются аналогичные нитридам фосфиды (МйзРз, СазРз и др.). 9 5. фосфор. Элемент этот относится к весьма распространенным— на его долю пРиходитсЯ около 0,04е/и от общего числа атомов земной коры. Он входит в состав некоторых белковых веществ (в частности, нервной и л1озговой тканей), а также костей и зубов. Скопления фосфора встречаются главным образом в виде минерала а п а т и т а (СазХ(РО,),, где Х=)т, реже С! или ОН] и залежей фосфоритов, состоящих из фосфорно- кислого кальция с различными примесями.'-' Свободный фосфор получают из природного фосфорнокнслого кальция накаливанием его с песком (5!0,) и углем в электрической печи. Процесс протекает по суммарной схеме: Са„(РО,) + 35!О, + 5С+ 337 ккал= = ЗСа5!Оз + 5СО + 2Р /Х. Пятая труппа перипдииеемай системы Белый фосфор значительно более реакционноспособен, чем красный.
Например, он медленно окисляется на воздухе даже при низких температурах и воспламеняется уже около 50»С, тогда как красный фосфор на воздухе почти не окнсляется, а воспламеняется лишь при более высокой температуре. Точно так же и другие реакции протекают с белым фосфором энергичнее, чем с красным.
Подобное различие реакционной способности аллотропических модификаций является общим случаем: из двух форм одного и того же вещества менее устойчивая обычно более активна." С водородом фосфор практически не соединяется. Однако разложением некоторых фосфидов водой по реакции, например Са,Р, + 6Н,О = ЗСа(ОН), + 2РНз может быть получен аналогичный аммиаку фосфористый водород («фосфин») — РНз. Последний представляет собой бесцветный газ с неприятным запахолз («гнилой рыбы»).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
