Аммиак

Физические свойства

Для неметаллов характерно существование газообразных соединений с водородом. У азота таким соединением является аммиак NH3, который состоит из атома азота и трех атомов водорода. В молекуле аммиака три химических связи, образованных по ковалентному полярному механизму:

Под обычным давлением аммиак сжижается при -33°С и затвердевает при -78°С. Теплота плавления NH3 составляет 6 кДж/моль. Критическая температура аммиака 132°С, критическое давление - 112 атм. Содержащие его баллоны должны быть окрашены в жёлтый цвет и иметь чёрную надпись "Аммиак".

Аммиак представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом ("нашатырного спирта"). Растворимость его в воде больше, чем всех других газов: один объём воды поглощает при 0°С около 1200, а при 20°С - около 700 объёмов NH3. Продажный концентрированный раствор имеет обычно плотность 0,91 г/см3 и содержит 25 вес. % NH3 (т.е. близок к составу NH3·3H2O).

С ассоциацией жидкого аммиака связана его большая теплота испарения (23,4 кДж/моль). Так как критическая температура аммиака лежит высоко (+132 °С) и при испарении его от окружающей среды отнимается много тепла, жидкий аммиак может служить рабочим веществом холодильных машин. Жидкий аммиак является хорошим растворителем для очень большого числа органических соединений, а также многих неорганических. Например, хорошо растворяется в жидком аммиаке элементарная сера, крепкие растворы которой имеют красный цвет. Из
солей лучше других растворимы производные аммония и щелочных металлов, причём по ряду Cl-Br-I растворимость солей возрастает. Хорошо растворимы в жидком аммиаке также многие нитраты (и КМnO4). Напротив, оксиды, фториды, сульфаты и карбонаты, как правило, в нём нерастворимы.

Особенностью жидкого аммиака является его способность растворять наиболее активные металлы, причём последние подвергаются ионизации. Растворённый в аммиаке металл имеет тенденцию к отщеплению валентных электронов, что создаёт возможность проведения своеобразных реакций вытеснения.

Растворение аммиака в воде сопровождается выделением тепла (около 33 кДж/моль). Растворимость его в органических растворителях значительно меньше, чем в воде.

Химические свойства. Образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму

1. Аммиак - основание Льюиса. Его раствор в воде (аммиачная вода, нашатырный спирт) имеет щелочную реакцию (лакмус - синий; фенолфталеин - малиновый) из-за образования гидроксида аммония.

2. Аммиак реагирует с кислотами с образованием солей аммония.

NH3 + HCl = NH4Cl

2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4

NH3 + H2O + CO2 =NH4HCO3

3. Аммиак - восстановитель (окисляется до N2+1O или N+2O)

Разложение при нагревании

2N-3H3 - t° = N20 + 3H2

Горение в кислороде

a) без катализатора

4N-3H3 + 3O2 = 2N20 + 6Н2O

b) каталитическое окисление (kat = Pt)

4N-3H3 + 5O2 = 4N+2O + 6Н2O

Восстановление оксидов некоторых металлов

3Cu+2O + 2N-3H3 = 3Cu0 + N20 + 3Н2O

При пропускании струи аммиака над нагретой CuO он окисляется до свободного азота. Окисление аммиака озоном ведёт к образованию NH4NO3.

Интересно, что некоторое участие в таком окислении принимает, по-видимому, и смешанный с озоном обычный кислород.

Аммиак является хорошим горючим реактивного топлива. Подобно воде, жидкий аммиак сильно ассоциирован, главным образом за счёт образования Н-связей. Однако они сравнительно слабы (около 4,2 кДж/моль). Вязкость жидкого аммиака почти в семь раз меньше вязкости воды. Его плотность (0,68 и 0,61 г/см3 соответственно при -33 и +20 °С) также значительно меньше, чем у воды. Электрический ток жидкий аммиак практически не проводит, так как электролитическая диссоциация по схеме:

NH3 + NH3 ? NH4+ + NH2- ничтожно мала: ионное произведение [NH4+][NH2-] = 2·10-33 (при -50 °С).

Для химической характеристики аммиака основное значение имеют реакции трёх типов: присоединения, замещения водорода и окисления.

Наиболее характерные для аммиака реакции присоединения. В частности, при действии его на многие соли легко образуются кристаллические аммиакаты состава СаСl2·8NH3, CuSO4·4NH3 и т.п., по характеру образования и устойчивости похожие на кристаллогидраты.

При растворении аммиака в воде происходит частичное образование гидроксида аммония. Гидроксид аммония является одним из важнейших химических реактивов, разбавленные растворы которого ("нашатырный спирт") применяются также в медицине и домашнем хозяйстве (при стирке белья и выводе пятен). Анализ данных по распределению NH3 между водой и органическими жидкостями показывает, что в гидратированной форме находится более 90% всего растворённого в воде аммиака.

Интересным свойством молекул аммиака является их способность к структурной инверсии, т.е. к "выворачиванию наизнанку" путём прохождения атома азота сквозь образованную атомами водорода плоскость основания пирамиды. Потенциальный барьер этой инверсии равен 25 кДж/моль, осуществлять её могут лишь молекулы, достаточно богатые энергией.

Действие на организм

Аммиак сильно раздражает слизистые оболочки уже при 0,5%-ном содержании его в воздухе. Острое отравление аммиаком вызывает поражения глаз и дыхательных путей, одышку и воспаление лёгких. Средствами первой помощи служат свежий воздух, обильное промывание глаз водой, вдыхание водяного пара. Хроническое отравление аммиаком вызывает расстройство пищеварения, катары верхних дыхательных путей и ослабление слуха. Предельно допустимой концентрацией NH3 в воздухе производственных помещений считается 0,02 мг/л. Смеси аммиака с воздухом, содержащие от 16 до 28 объёмн. % аммиака взрывоопасны.

Получение аммиака

Бесчисленное множество химических реакций осуществил человек в лаборатории и промышленности, но небольшое химическое уравнение:

N2+3H2==2NН3

занимает особое место в этом бесконечном ряду.

В 1913 г. впервые был получен в промышленном масштабе аммиак каталитическим синтезом из азота и водорода. Так была решена важнейшая проблема: проблема связывания азота, которую уже давно пытались разрешить многие ученые из разных стран. Ее решение давало возможность получить азот в связанном состоянии, в виде аммиака NН3, который переводился в аммонийные соли, или каталитическим окислением в азотную кислоту и ее соли. А уже из этих продуктов можно было неограниченно получать всевозможные азотсодержащие вещества, которые так необходимы буквально во всех отраслях народного хозяйства.

Примерно в одно и то же время (1775--1780) были проведены первые опыты по связыванию свободного азота атмосферы. В 1775 г. шведский ученый К. Шееле открыл реакцию связывания свободного азота в цианид:

Na2CO3 + 4С + N2 = 2NaCN + ЗСО

На основании этой реакции впоследствии, в 1895 г., был разработан А. Франком и Н. Каро цианамидный метод связывания свободного азота:

СаС2 + N2 = СаСN2 + С

Он получил довольно широкое распространение, но сопровождался затратами больших количеств электроэнергии и поэтому почтя сошел на нет.

Параллельно этому способу связывания свободного азота английскими учеными Д. Пристли и Г. Кавендишем была открыта реакция азота с кислородом при сильных электрических разрядах с образованием оксида азота:

N2 + O2 = 2NO

Этот способ получил название дугового и нашел некоторое распространение с начала XX в. Но уже к 1925 г. его перестали применять из-за чрезвычайной невыгодности: в нем потреблялись колоссальные количества энергии, но основная часть затрачиваемой энергии расходовалась впустую.

Потребности же в азотных соединениях возрастали. Поэтому крайне необходим был такой способ связывания свободного азота, имевшегося в неограниченных количествах в атмосфере, который мог бы удовлетворить потребности человеческого общества в соединениях азота и был бы энергетически выгодным.

Попытки синтеза аммиака из азота и водорода предпринимались многими учеными, начиная с конца XVI в., после того, как в 1784 г. крупнейший французский ученый К. Бертолле установил его состав (до этого считали, что в состав аммиака входит так же и кислород).

Ф. Габер, автор каталитического синтеза аммиака, так говорил впоследствии о сложившемся положении: “Потребность в новых источниках азота обнаружилась в конце XIX в. С середины XIX в. использовалась чилийская селитра, но к концу века стало ясно, что при дальнейшем возрастании потребностей в сравнении с имеющимися запасами, к середине XX в. запасы будут исчерпаны, если химия не найдет выхода из положения.

Химическая постановка вопроса была не нова. Когда начали перегонять каменный уголь, среди продуктов перегонки натолкнулись на аммиак, который в форме сульфата аммония нашел затем применение в сельском хозяйстве. Если в 1870 г. аммиак был бесполезным побочным продуктом газового производства, то в 1900 г. он становится высокоценным продуктом коксовальной промышленности, и коксовальные печи начинают снабжаться установками для его утилизации. Его получение из каменного угля было изучено и выход повышен, но на этом пути не могло быть полного спасения. При содержании азота в угле, равном 1%, нельзя было перерабатывать каменный уголь ради одного аммиака.

Было рассчитано, что потребность в связанном азоте, равная в начале XX в. 100 тыс. т в год, скоро поднимется до 1 млн. т. Такой спрос мог быть удовлетворен только из одного источника: из огромного запаса элементарного азота, который представляет наша атмосфера, посредством связывания с другим, широко распространенным химическим элементом. Исходным продуктом, таким образом, является атмосферный азот; конечным продуктом должны быть селитра или аммиак, требуемые в качестве удобрения.

Задача свелась к тому, чтобы связать азот или с кислородом или с водородом”.

Но все эти попытки оставались безуспешными. Синтез аммиака был осуществлен лишь в начале XX в. Для этого имелись причины: во всех предшествующих работах был накоплен опыт в этой области к началу XX в. резко увеличилась потребность в азотистых веществах со стороны почти всех отраслей экономики, а особенно для производства взрывчатых веществ в связи с войнами огромную роль сыграли успехи физической химии. Особенно это относится к учению о химическом равновесии, развитию которого способствовали работы Р. Клаузиуса и А. Вильямсона, Я. Вант-Гоффа и А. Ле-Шателье.

В 1884 г. Я. Вант-Гофф установил зависимость подвижного равновесия от изменения температуры: каждое равновесие между двумя различными состояниями вещества (системами) смещается при понижении температуры в сторону той из двух систем, при образовании которой выделяется теплота. А. Ле-Шателье распространил этот принцип на изменение концентрации веществ, на изменение давления и т. д. В 1888 г. А. Ле-Шателье, изучая влияние давления на химические реакции, сформулировал ставший потом известным принцип. По этому принципу всякая физико-химическая система стремится сохранить состояние равновесия и на все процессы, действующие на нее извне, отвечает такими процессами изнутри системы, которые стремятся уничтожить это внешнее воздействие. Отныне можно было предвидеть направление любого химического процесса.

Таким образом, основываясь на закономерностях, установленных Я. Вант-Гоффом, и в особенности А. Ле-Шателье, можно было правильно определить оптимальные термодинамические условия проведения химического процесса, т. е. при каком давлении и температурах лучше всего проводить тот или иной химический процесс.

Это было очень важным для осуществления многих химических реакций в промышленности, и в первую очередь синтеза аммиака, явившимся первым промышленным процессом, на котором апробировались теоретические положения еще молодой тогда науки -- физической химии.

По уравнению реакции:

N2+3H2==2NН3

видно, что она проходит с резким уменьшением объема (в 2 раза). Следовательно, по принципу Ле-Шателье для проведения этого процесса необходимо высокое давление.

Далее, эта реакция экзотермична, следовательно, выход аммиака будет тем больше, чем ниже температура. Отсюда становится ясным, в каком направлении должен был вестись поиск оптимальных условий синтеза аммиака. Ф. Габер так говорил о значении i физической химии и роли А. Ле-Шателье, правда, несколько умаляя роль последнего:

“Синтез аммиака из элементов -- это процесс, принадлежащий классической физической химии. Мысль об обратимости процесса диссоциации аммиака имели уже Девилль, Рамзай и Юнг. Ле-Шателье уже в 1901 г. исследовал влияние температуры и дав положение равновесия. Неудача первых попыток синтеза, однако, побудила его оставить исследование вопроса и относящиеся сюда соображения были им лишь изложены во французском патенте узнал об этом лишь значительно позже того, как сам пришел к успешному окончанию моей работы.

Значение найденного решения задачи состоит в том, что при нем не приходится вступать в область очень высоких температур и что поэтому расход угля по отношению к выходу аммиака значительно меньше, чем в других способах”.

В начале XX в. и начались усиленные исследования ученых, особенно в Германии, где их проводили известнейшие ученые Вальтер Нернст и Фриц Габер. Они были крупными физико-химиками, термодинамиками (известен третий закон термодинамики Нернста, так называемая “тепловая” теорема). Исследования реакции азота с водородом под давлением были для них не случайны, так как эта реакция давала богатейший материал для изучения термодинамических законов. Кроме того, нельзя забывать, что в начале XX в. Германия готовилась к войне; надо учитывать и потребности развивающегося сельского хозяйства. Поэтому в Германии особенно остро ставилась проблема связывания свободного азота, и она была решена именно в этой стране. Значение же работ ученых других стран, и в частности Франции, также велико, так как без открытий А. Ле-Шателье, например, было бы гораздо труднее решить задачу соединения азота с водородом. Поэтому хотя каталитический синтез аммиака и родился в Германии, но, по сути дела, этот способ связывания азота интернационален. Это очень важно.

Непосредственным же создателем процесса каталитического синтеза аммиака, который потом можно было осуществить в промышленности, стал Фриц Габер. Он проводил исследования сначала в Карлсруэ, а потом в Берлине и посвятил синтезу аммиака значительную часть своей жизни.

Работы Ф. Габера по синтезу аммиака начались в 1904 г. В период 1907--1909гг. он сконструировал специальный маленький контактный аппарат, где применил повышенное давление; был подобран также осмиевый катализатор. Разработанный процесс был рекомендован для промышленного производства аммиака. Произошло это так. Руководители Баденского анилинового и содового завода еще не могли предугадать, что опыты Ф. Габера имели большое промышленное значение. 2 июля 1909 г.Ф. Габер демонстрировал свои опыты по синтезу аммиака представителям этого завода К. Бошу и А. Митташу. Но опыт сначала не удавался, и К. Бош уехал. После полудня опыты были начаты снова, и аммиак был получен. А. Митташ, единственный представитель Баденского анилинового и содового завода, решился приобрести Ф. Габеру право на патентование и рекомендовать этот процесс в производство.

Хотя работы по синтезу аммиака и были переданы в производство, но техническое осуществление этого процесса на заводе встретило еще очень много трудностей. Тем не менее, в начале 1910 г. Ф. Габер уже мог с правом сказать, что “отныне открыта дорога развитию новой индустрии”.

На основе маленького контактного аппарата, применяемого Ф. Габером, К. Бош разработал оригинальный контактный аппарат для промышленных условий. Всеми работами по внедрению синтеза аммиака в промышленность руководил К. Бош. Эти работы начались в октябре 1910 г., а в начале 1911г. производство аммиака на опытной установке стало уже регулярным. За весь 1911 год количество полученного аммиака достигло 11 000 кг. В течение 1912 г. размер контактного аппарата (или печи) постепенно вырос до 4 м в длину и вместимостью до 30 кг контактной массы (катализатора).

Поскольку в тех термодинамических условиях, при которых положение химического равновесия наиболее благоприятствует выходу аммиака, азот и водород вступают в реакцию только в присутствии катализатора, то проблема поиска лучших катализаторов для синтеза аммиака с самого начала его промышленного становления имела первостепенное значение.

Катализаторами для синтеза аммиака занималась группа сотрудников во главе с А. Митташем. Они рекомендовали железные катализаторы с добавками различных оксидов. Лучшим катализатором оказался железный катализатор с добавками оксидов алюминия и калия:

Fe + Аl2O3 + К2О

Он является основой и современных катализаторов синтеза аммиака.

Одновременно с работой опытно-промышленной установки началось строительство первого в мире завода каталитического синтеза аммиака в г. Оппау. 9 сентября 1913г. завод начал работать. К 24 октября 1913 г. ежедневная продукция завода превысила 10 т.

Уже в следующем, 1914 г., началось строительство второй очереди завода. Продукция аммиака к концу 1915 г. достигла 100 т в месяц, к середине 1916 г. -- 200 от в месяц, а к концу 1917 г. -- свыше 7000 от в месяц. Так произошло становление одного из самых важнейших процессов химической промышленности.

В дальнейшем в других странах также возникли свои способы? синтеза аммиака, но они принципиально не имели отличия от способа Габера-Боша. Они отличались величиной применяемого давления, особенностями аппаратуры, способами очистки азотоводородной смеси (что является очень важным), разновидностями катализаторов, но главное -- высокое давление и циркуляционный характер процесса -- сохранились везде.

За разработку научных основ процесса синтеза аммиака и за промышленное оформление его Ф. Габеру и К. Бошу в 1918 г. была присуждена Нобелевская премия. При получении премии 2 июня 1920 г. в Стокгольме Ф. Габер, как это полагается всем лауреатам Нобелевской премии, произнес речь, фрагменты которой приводятся здесь. Интересно знать, как сам ученый расценивал значение синтеза аммиака.

“Столь высокая премия обязывает охарактеризовать то положение, которое занимает данный процесс в науке, и изложить путь, который к нему привел. Речь идет о химическом превращении самого простого вида. Газообразный азот образует с газообразным водородом в простом объемном отношении газообразный аммиак. Все три вещества хорошо известны в химии в продолжение более века. Каждое из них во второй половине XIX в. было многократно изучено при самых разнообразных условиях. Если при этом столетие прошло, прежде чем удалось найти способ получения аммиака из элементов, то причина заключается в том, что для того, чтобы заставить азот и водород в значительной мере войти в соединение, нужны необычные средства, создание точно определенных условий работы и разработка термодинамических основ процесса.

Особенное значение имело то обстоятельство, что прежним исследователям не удавалось проследить с достоверностью взаимодействие азота и водорода с образованием хотя бы малейших следов аммиака. Вследствие этого возникло предубеждение, что получение аммиака этим путем вообще невозможно, и это предубеждение было сильно распространено в науке. Такое предубеждение создает мнимые затруднения, которые препятствуют делу сильнее, чем ясно осознанные действительные трудности.

Интерес специалистов к процессу образования аммиака из элементов основан на том, что при этом получается простой результат с помощью необычных средств. Интерес широких кругов объясняется тем, что синтез аммиака, осуществленный в крупном масштабе, представляет собой действительный путь к удовлетворению важных народнохозяйственных нужд. Эта практическая польза не была предвзятой целью моих работ. Я не сомневался в том, что моя лабораторная работа даст не более, чем научное выяснение основ разработку опытных методов, и что к этим результатам должно быть еще очень много приложено, чтобы обеспечить хозяйственное достижение в промышленном масштабе.

Однако, с другой стороны, мне было бы трудно с такой глубиной изучать данный вопрос, если бы я не был убежден в хозяйственной необходимости химического успеха в этой области...”. Далее Ф. Габер так оценивает решение им и другими немецкими исследователями проблемы связывания азота путем каталитического синтеза аммиака:

“Это решение вполне достаточно для того, чтобы вместе с другими процессами связывания азота освободить нас от заботы, которая 20 лет тому назад создала опасность истощения естественных залежей селитры.

Быть может, решение это не окончательное. Существование азотных бактерий показывает нам, что природа, в ее утонченных формах биологической химии, знает и осуществляет другие возможности, которые она сначала скрывает от нашего взора.

Пока нам приходится довольствоваться тем, что человечеству открываются новые богатства из возможности щедро удобрять его юля... Химическая промышленность приходит на помощь сельскому хозяину, превращающему мирным трудом камни в хлебы”.

Каталитический синтез аммиака как способ связывания свободного азота занял прочные позиции в мировой химической промышленности. Он вытеснил все остальные способы. Начиная с 1914 г. производство аммиака из азота и водорода во всем мире возросло: 11 тыс. т до 18 млн. 775 тыс. от в 1965 г. В 1965 г. во всех странах мира работало 302 завода синтетического аммиака и строилось еще 48 заводов.

В России первый завод синтетического аммиака был построен в 1928 г. в Чернореченске. Затем в 1932 г. был построен завод в Березниках и в 1933 г. -- в Новомосковске.

Потом были построены многие другие. Выпуск аммиака все время увеличивается. Так, в 1960--1970 гг. количество полученного аммиака увеличилось с 1 млн. 384 тыс. от до 7 млн. 638 тыс. от в год.

Очень важным для успешного проведения синтеза аммиака является правильный подбор катализаторов для этой реакции. При синтезе аммиака применяются смешанные катализаторы. В нашей стране поиск смешанных катализаторов синтеза аммиака проводится под руководством С.С. Лачинова. Катализаторы, найденные им и его сотрудниками, являются одними из лучших. С 1967 г. введен стандартный катализатор следующего состава:

Очень большое значение для правильного проведения процесса синтеза аммиака в промышленности имели и имеют исследования кинетики этой реакции, т. е. определение зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ, или в применении к реакциям между газами от парциальных давлений реагирующих газов в газовой реакционной смеси. В России важные работы в этом направлении проводились М.И. Темкиным с сотрудниками. Еще в 1938 г. МИ. Темкиным и В.М. Пыжевым было установлено кинетическое уравнение реакции синтеза аммиака, которое получило признание во всем мире.

Технология производства аммиака из азота и водорода постоянно совершенствуется. В последнее время применяются: конверсия природного газа в трубчатых печах под давлением 30--40arn для получения водорода; создание и внедрение в промышленность низкотемпературных катализаторов; использование тепла химических реакций аммиачного производства.

Применение

Т.к. разложение цианамида кальция водой медленно протекает при обычных температурах, то им можно пользоваться как азотным удобрением, внося его в почву задолго до посева. Наличие кальция делает его особенно пригодным для подзолистых почв. "Цианамид играет роль не только азотистого, но и известкового удобрения, причём известь является бесплатным приложением к азоту" (Д.Н. Прянишников).

Имеется интересное указание на то, что пропитка жидким аммиаком сильно повышает пластичность древесины. Это позволяет сравнительно легко придавать ей те или иные заданные формы, которые после удаления аммиака сохраняются. Нашатырный спирт, поступающий в продажу, содержит обычно около 10% аммиака. Он находит и медицинское применение. В частности, вдыхание его паров или приём внутрь (3-10 капель на рюмку воды) используется для снятия состояния сильного опьянения. Смазывание кожи нашатырным спиртом ослабляет действие укусов насекомых. Очень разбавленным нашатырным спиртом удобно протирать окна и мыть окрашенные масляной краской полы, более крепким - удалять следы от мух, чистить серебряные или никелированные предметы.

При выводе пятен хорошие результаты дают во многих случаях следующие составы (по объёму): а) 4 части нашатырного спирта, 5 частей эфира и 7 частей винного спирта (денатурата); б) 5 частей нашатырного спирта, 2 части бензина и 10 частей винного спирта; в) 10 частей нашатырного спирта, 7 частей винного спирта, 3 части хлороформа и 80 частей бензина; г) 5 частей нашатырного спирта, 3 части ацетона и 20 частей спиртового раствора мыла.

Попавшую на одежду масляную краску рекомендуется оттирать кусочками ваты, смоченными сперва скипидаром, а затем нашатырным спиртом. Для удаления чернильного пятна обычно достаточно обработать его нашатырным спиртом и смыть водой.

Последние новшества в производстве аммиака

Команда исследователей из Корнелловского Университета преуспела в технологии преобразования азота в аммиак, взяв за основу давно предсказанный процесс, который был предметом споров ученых в течение многих десятилетий. Это новое достижение в области химии основано на использовании циркония, с помощью которого добавляются водородные атомы к молекуле азота и все соединение преобразуется в аммиак, без необходимости использования высоких температур или высокого давления. "Ценность нашей работы в том, что мы ответили на основной химический вопрос: как взять этот очень инертный и нереактивный азот и получить из него полезный продукт", говорит Пауль Чaйрик, доцент химии и химической биологии Корнелловского Университета. Чайрик и его коллеги сообщили о своих успехах в недавнем выпуске журнала Nature (издание 427 от 5 февраля 2004). Исследовательская группа состояла из Чайрика, его бывшего аспиранта Джима Пула и научного сотрудника Эмиля Лобковского. Многие ученые отмечают важность этого открытия в плане того, что оно будет иметь важное значения для производства аммиака по новым более дешевым технологиям. Однако, Чайрик подчеркивает, что его группа преуспела только в создание аммиака в лабораторных условиях на уровне молекул, и пока еще о промышленном производстве говорить рано. Азот составляет 78 процентов атмосферы Земли и может быть преобразован в удобрение на основе аммиака, которое использует приблизительно 40 процентов населения планеты. Это практически неисчерпаемый ресурс получения удобрений. Проблема с преобразованием азота в индустриально-пригодную форму состоит в том, что, хотя этот элемент и является простой молекулой, его связь на уровне атомов невероятно прочна. Только угарный газ имеет более сильную связь. Но в то время как угарный газ легко улавливается и входит в соединение с другими молекулами, азот не имеет полярности и не свойствен легким металлам. Также очень трудно поместить электроны в молекулу азота, и очень трудно их вытащить из нее. Индустриальный метод получения аммиака из азота сегодня является основным, но он очень дорог, требует высоких температур и давления для удержания азота и водорода в жидком состоянии, чтобы они могли взаимодействовать с железной основой, которая служит катализатором. Команде Чайрика однако удалось разорвать связь в молекуле азота, путем использования циркония в растворимой форме и при температуре всего в 45С, и добавить водородные атомы к этому так называемому "динитрогеновому мосту". Полная стабилизация молекулы до состояния аммиака была достигнута при 85С. Однако, Чайрик подчеркивает, что пока шансы на скорое промышленное освоение этого метода малы, поскольку молекулярный азот является настолько химически инертным, что даже связывание его с металлами - путь долгих лет и сложных решений. В отличие от традиционного процесса производства аммиака в технологии группы Чайрика не используется катализатор. Цирконий производит только одну молекулу аммиака на единицу времени, а не обширные объемы на уровне промышленного производства. Пока не найден такой катализатор, который может запустить этот простой процесс при низких температурах и давлении. Чайрик говорит, что его группа в настоящее время ищет такой катализатор, который был бы способен решить данную задачу. Возможно, отмечает он, нам удастся придумать каталитические циклы, которые производят не сам аммиак, а какие-то другие составы на основе азота, что может быть даже более важно, чем создание аммиака.