книги / Ниже 120 по Кельвину

Глава 3

Т=77 К

РОЖДАЮЩИЙ СЕЛИТРУ. ЗЫГМУНТ ВРОБЛЕВСКИЙ И КАРОЛЬ ОЛЬ­ ШЕВСКИЙ. ДВА ЛИКА СВЯЗАННОГО АЗОТА. АЗОТ И ПРОДОВОЛЬСТ­ ВЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ. О ЗАМОРОЖЕННОМ. ДВУХ ЛЬДИНКАХ, ЛУИЗ БРАУН И МНОГИХ ДРУГИХ. «СМЕРТОЖИЗНЬ». ЧЕРЕЗ ХОЛОДИЛЬ­ НИК В ВЕЧНОСТЬ’ ВЕЗДЕСУЩИЙ ТЕПЛОВИЗОР.

РОЖДАЮЩИЙ СЕЛИТРУ

В 1770 г. Карл Шесле, который, по выражению Дю­ ма, «не мог прикоснуться к какому-либо телу, без того чтобы не сделать открытия», впервые отделил «дурной воздух» от «сгоревшего воздуха». Однако описание не­ известного элемента (ныне называемого азотом) дал двумя годами позже шотландский врач, ботаник, химик Даниэль Рутерфорд (1749—1819). В своей диссертации «О постоянном или удушливом воздухе» ученый утверж­ дал, что «насыщенный флогистоном» элемент «гасит пла­

что воздух состоит из двух частей: кислорода и «флогистированного воздуха». Генри Кавендиш, выделив азот в 1772 г., нарек его «удушливым воздухом», «мефитическим воздухом». Однако он не опубликовал результатов своих опытов.

В 1790 г. французский химик Шапталь предложил на­ звать новый элемент пИгодепшт, то есть «рождающий селитру». Отсюда символ азота — N.

Термин «азот», то есть «безжизненный», предложил Антуан Лавуазье (в греческом языке «зоэ» — жизнь; приставка «а» — отрицание).

ЗЫГМУНТ ВРОБЛЕВСКИЙ И КАРОЛЬ ОЛЬШЕВСКИЙ

Опыты над «упрямыми», «постоянными», «вечными» газами, среди которых был и азот, продолжали члены

Польской академии наук профессора Ягеллонского уни­ верситета в Кракове Зыгмунт Вроблевский (1845—1888) и Кароль Ольшевский (1846—1915).

Зыгмунт Вроблевский родился в Гродно, окончил с серебряной медалью гимназию, поступил в Киевский уни­ верситет. Но учиться в нем пришлось всего год — за уча­ стие в польском восстании в 1863 г. восемнадцатилетний студент был арестован. Затем— 16 месяцев в тюрьмах Гродно и Вильно, этап в Сибирь. Во время пятилетней ссылки в Томске молодой человек изучает научную ли­ тературу. В 1869 г. в связи с амнистией выезжает из России. Здоровье его сильно подорвано, у него прогрес­ сирует болезнь глаз. Две операции в Берлине, к сожа­ лению, не дали результата. Позже эта болезнь, грозив­ шая полной слепотой, сыграла свою роковую роль в трагической гибели ученого.

Годы лишений и невзгод за границей... Однако стрем­ ление к знаниям у молодого ученого неодолимо. Зыгмунт Вроблевский учился в Берлинском университете, рабо­ тал у известного ученого Германа Гельмгольца. Зыг.чпнт рассылал письма в разные университеты с предложени­ ем своих услуг. Профессор Джолли пригласил его в Мюнхен.

В1874 г. на кафедре физики в Страсбургском уни­ верситете Зыгмунт Вроблевский защитил докторскую диссертацию. Ученый посетил Оксфорд, Кембридж. Год работал в лаборатории члена Парижской академии наук Сент-Клер Девиля с аппаратом Кальете.

В1882 г. Зыгмунт Вроблевский был приглашен воз­

главить кафедру физики в Ягеллонском университете. Из Парижа он выписал аппарат Кальете...

Кароль Ольшевский родился в Броникове в Галиции. За участие в подготовке польского восстания гимназист попал в тюрьму. Выйдя на свободу, закончил курс гим­ назии, стал студентом Ягеллонского университета. На способного студента обратили внимание и привлекли к демонстрации опытов. После окончания учебы Кароль выехал в Гейдельберг. В старейшем в Германии уни­ верситете он слушал лекции Бунзена и Кирхгофа, там же защитил докторскую диссертацию. Всю свою жизнь профессор занимался исследованиями в области крио­ генной техники. Так, в 1894 г. английские физики Д. Рэ­ лей и У. Рамзай, открывшие аргон, прислали ему этот газ для изучения при низких температурах. Через год с

52

этой же целью У. Рамзай прислал ему гелий, только что впервые полученный в земных условиях.

Из опыта собственной жизни К. Ольшевский понял: наука — это не только соревнование умов. Дорогостоя­ щее техническое оборудование приобретало все более важное значение в научных исследованиях... Свое иму­ щество Кароль Ольшевский завещал Ягеллонскому уни­ верситету.

Но вернемся в 1882 г., когда возник недолгий союз двух выдающихся физиков. З.ыгмунт Вроблевский и Ка­ роль Ольшевский сумели усовершенствовать аппарат Кальете.

...Газообразный кислород находился под большим давлением в стальном баллоне, который сообщался с прочной стеклянной трубкой, опущенной в охлаждаю­ щую жидкость. Аппарат польских физиков был как бы развитием аппарата М. Фарадея (рис. 12). Им удалось заметно снизить температуру охлаждающего агента. Луи Кальете использовал для охлаждения жидкий этилен, в его аппарате создавалась температура 173К. Польские физики стали откачивать пары жидкого этилена вакуум­ ным насосом — температура понизилась до 143К. Сво­ ими опытами ученые продемонстрировали филигранное мастерство и терпение.

9 апреля 1883 г. Сквозь прозрачную стенку установ­ ки Зыгмунт Вроблевский и Кароль Ольшевский с вол­ нением наблюдали, как капельки прозрачной жидкости скатывались по стенкам и собирались на донышке стек­ лянной трубки. Кислород сдался!

Через две недели ученые сумели сжижить азот, еще через шесть дней — окись углерода. Вскоре был получен жидкий воздух. Это был большой прорыв на бесконеч­ ном пути к абсолютному нулю. «Результаты скольких трудов, изобретательности и затруднений, побежденных усилиями ученых целого века, в этих нескольких каплях жидкости! Как велик был триумф экспериментаторов, которые первыми из всех узрели материю, которой мы дышим, в форме жидкости — спокойной, прозрачной,— столь же похожей на воду, как схожи между собой две капли воды!» — так написал о победе польских физиков Ж. Клод в книге «Жидкий воздух».

54

ДВА ЛИКА СВЯЗАННОГО АЗОТА

Дмитрий Иванович Менделеев считал: без «безжиз­ ненного» азота жизнь невозможна! В одной из своих ра­ бот великий ученый писал: «...растения, а особенно жи­ вотные, нуждаясь в свободном газообразном кислороде, немыслимы без питания азотистыми соединениями, по­ тому что в их теле азотистые соединения составляют самую деятельную, в химическом смысле, составную часть. Однако ни растения... ни животные прямо не по­ глощают газообразного азота воздуха, а берут его из

ший укос и сильный прирост деревьев, при прочих рав­ ных условиях, наблюдаются только тогда, когда в почве уже есть готовые азотистые соединения. Таким образом началом для всех азотистых веществ, находя­ щихся в животных и растениях, служит азот воздуха, но не прямо, а перешедши предварительно в соединение с другими элементами воздуха».

...Один из странных парадоксов природы. Атмосфер­ ный воздух более чем на 3/4 состоит из азота, этот эле­ мент, таким образом, содержится в нем в громадных количествах. Однако растения без связанного азота в почве голодают. Эта проблема стала обостряться в прошлом веке, когда появились большие города и в сель­ ском хозяйстве стали применяться интенсивные методы. Пшеничные поля в Европе особенно нуждались в азот­ ных удобрениях.

Единственный крупный источник связанного азота в мире — в Чили, в пустыне Атакама. С 1830 г. начался экспорт селитры (натриевой соли азотной кислоты) в разные страны света. Только правительство царской России закупало чилийскую селитру на сотни тысяч зо­ лотых рублей. В 1879 г. из-за уникального месторожде­ ния даже вспыхнула война между Чили, Перу и Боли­ вией. Вывоз сырья из Чили рос так стремительно, что в 1898 г. на конгрессе в Бристоле выдающийся английский химик и физик Уильям Крукс (1832—1919) предупре­ дил: к 1950 г. запасы селитры в Чили будут исчерпаны, и человечество будет обречено на голод. «Фиксация ат­ мосферного азота есть одно из величайших открытий,

55

которые надлежит ожидать от изобретательности хими­ ков», — заявил ученый.

Давно минул 1950 г., а человечество не вымерло от недостатка продуктов. Выдающийся немецкий химик, профессор и директор Института физической химии в Мюнхене, профессор физики и электрохимии в Берлине Фриц Габер (1868—1934) в 1909 г. сделал «величайшее открытие»: создал промышленный метод синтеза ам­ миака из азота и водорода. (Любопытно происхождение самого термина «аммиак». Нашатырь — соединение ам­ миака, или аммонову соль, нашли близ храма бога

Однако посмотрим и на другую сторону медали. В конце XIX в. был изобретен бездымный порох, для его изготовления тоже нужна селитра. Когда вспыхнула первая империалистическая война, казалось, что Гер­ мания обречена на поражение, поскольку запасы селит­ ры в стране должны были быстро исчерпаться. Но хи­

взрывчатых веществ. Холодильные машины Линде, про­ изводящие жидкий воздух, ректификационные колонны, разделяющие воздух на азот и кислород, реакторы Га­ бера и Боша стали работать на войну. Сотни тысяч солдат, убитых, раненых, изувеченных, изуродованных под Верденом и Марной и в других сражениях, стали жертвами — как это ни печально писать — научно-тех­ нических достижений. Кровавая бойня в еще больших масштабах повторилась во время второй мировой войны.

Какова роль и ответственность ученых за происшед­ шее? Судьба Фрица Габера поучительна и даже символична. Он не только дал генералам кайзера метод не­ ограниченного производства дешевых взрывчатых ве­ ществ, но и руководил химической службой в немецкой

56

армии, организовав применение боевых отравляющих веществ. Но служение военно-промышленному комплек­ су— как сказали бы мы сегодня — не принесло счастья ученому. После прихода Гитлера к власти в университе­ тах и научных учреждениях стали искоренять «еврей­ скую физику». Еврей Габер, оказавший столько услуг германскому милитаризму, стал его жертвой — вынуж­ ден был эмигрировать из страны и умер в Базеле в 1934 г.

25 апреля 1932 г. газета «Правда» писала: «Азот в сложении с капитализмом — это война, разрушение, смерть. Азот в сложении с социализмом — это высокий урожай, высокая производительность труда, высокий материальный и культурный уровень трудящихся».

Только одна установка БР-6 — даже не самая круп­ ная в нашей стране — обеспечивает азотом и кислородом производство 100 тыс. т аммиака в год.

Азот нужен при изготовлении полиэтилена, этилена, пропилена, полиформальдегида и многой другой химиче­ ской продукции.

ДЗОТ И ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Все мы знаем, как велики потери овощей и фруктов при перевозках, перевалках, хранении — до одной трети от собранного урожая. К сожалению, в стране почти от­ сутствуют полевые холодильники, охлаждаемые сырь­ евые площадки, устарел холодильный транспорт.

Еще в тридцатые годы крупный украинский ученый В. С. Мартыновский обратил внимание на несовершен­ ство холодильных установок автомобилей, кораблей, ва­ гонов-рефрижераторов (по принципу действия они по­ хожи на наши домашние холодильники): низкая холодопроизводительность, большая металлоемкость, слож­ ность обслуживания, шум. Профессор предложил ради­ кально другую технологию охлаждения рефрижерато­ ров— с помощью жидкого азота.

Эта идея осуществлена на практике учеными Харь­ ковского физико-технического института низких темпе­ ратур АН СССР. Ими создано несколько типов автомо­ билей-рефрижераторов и контейнеров для морского флота с безмашинной системой охлаждения.

Вот, например, переделанный авторефрижератор АЬКА (рис. 13). Жидкий азот хранится в трех баллонах. В кузове имеются датчики температуры, система элект-

67

ляники, черешни, вишни из Крыма и с Кавказа в города Центра дали очень хорошие результаты. Оказалось возможным почти без потерь перевозить и созревшие абрикосы, помидоры, дыни, арбузы. Экономический эф­ фект при использовании только одной такой машины — 3,5 тыс. руб. в год.

Успешно применяются небольшие грузовики-рефри­ жераторы с азотным охлаждением в условиях большого города, когда после разгрузки охлажденных продуктов надо быстро восстанавливать нужный температурный режим в кузове.

Азотная система охлаждения перспективна и для железнодорожных вагонов-рефрижераторов, в частности, при перевозке мяса.

Распыленный жидкий азот используется для быст­ рого замораживания мяса, рыбы, эндокринного сырья, фруктов, при этом сохраняются вкусовые качества, за­ пах, товарный вид.

Известно: даже охлажденные плоды полей и садов относительно быстро «сгорают», окисляясь кислородом. Но полностью устранить кислород нельзя: раститель­ ным клеткам нечем будет дышать. Еще в 1913—1914 гг. ученые из микологической лаборатории Московского коммерческого института ставили опыты по хранению овощей в модифицированной атмосфере.

В 1928 г. в Англии были введены в действие первые хранилища с регулируемой газовой средой (РГС). В них в герметичном объеме создавался избыток азота и уг­ лекислого газа и недостаток кислорода. Опыт показал: в РГС замедляются биохимические и физиологические процессы, плоды как бы погружаются в анабиоз, срок хранения их увеличивается в 1,5—2 раза, потери много­ кратно уменьшаются.

В настоящее время овоще- и фруктохранилища с РГС являются самыми эффективными. В Англии в них содер­ жится до 70% плодов, заложенных на длительное хра­ нение, в других развитых странах — примерно половина.

Ученые Московского технологического института пи­ щевой промышленности работают над созданием своих вариантов хранилищ с РГС. В лабораторных камерах института в азотной среде 11 месяцев практически без потерь хранились зимние сорта яблок. Успешны опыты с белокачанной капустой и картофелем. Было и научное открытие: урожайность некоторых сельскохозяйствен­

59

ных культур увеличивается, если семена предварительно держать в газообразном азоте. В г. Мичуринске во ВНИИ садоводства им. И. В. Мичурина в эксперимен­ тальном холодильнике с РГС хранилась клубника.

Подобные опытные хранилища имеются (но, к сожа­ лению, их очень мало) и в некоторых совхозах страны. Так, в совхозе «Родина» (близ Грозного) яблоки хра­ нятся в РГС 8 месяцев, выход кондиционной продук­ ции— 97%. В совхозе им. Джандосова (около АлмаАты) уже много лет работает фруктохранилище с БАРСом (блок автоматического регулирования среды), изготовленным ВНПО «Криогеимаш». К 1990 г. намеча­ ется ввести в строй хранилища с РГС на 490 тыс. т ово­ щей и фруктов.

Один из способов создания нужной среды в таких хранилищах — использование азота. Обеспечивается бы­ стрый выход на заданный режим, при этом углекислый газ накапливается в процессе дыхания плодов, а содер­ жание кислорода регулируется подачей атмосферного воздуха. Система не пожароопасна, надежна, в высокой степени безопасна. Если овоще- и фруктохранилища расположены неподалеку от металлургических заводов, целесообразно соединить их азотопроводами, так как на воздухоразделительных установках имеется избыток азота. (Ежесуточно выбрасываются в атмосферу десятки миллионов кубометров азота.) Если строительство азотопроводов нерентабельно, можно подвозить азот в жид­ ком виде.

С помощью жидкого или газообразного азота созда­ ется консервирующая среда и в силосных башнях, в кото­ рых хранится зерно, корма, семена сельскохозяйствен­ ных растений. При этом невозможны перегрев и само­ возгорание, нет гниения, гибнут вредители растений.

Космонавтам, морякам и подводникам в дальних пла­ ваниях, геологам, альпинистам, туристам, жителям го­ родов Севера, рабочим вахтовых поселков очень нужны свежие фрукты. Заменить их можно глубокозамороженными плодами или полноценными фруктовыми соками, получаемыми из порошков.

Высушить и перемолоть до мельчайшей пудры ябло­ ки, клубнику, вишню, черноплодную рябину и одновре­ менно сохранить витамины, микроэлементы, соли? И такое оказывается возможно с помощью жидкого азота.

Опытная установка создана Харьковским физико­

60