Разработка российских ученых может стать прорывом в производстве минеральных удобрений, взрывчатки, многих полимеров и лекарств. Словом, почти везде, где действующим лицом является азот. Казалось бы, в чем проблема? Ведь из этого газа почти на 80% состоит воздух, бери и работай с ним. С другой стороны, слово “азот” по-гречески означает безжизненный, его молекула самая прочная из всех известных.
Говоря образно, на азоте получили Нобелевские премии такие корифеи науки, как Оствальд, Нернст, Габер и Бош. Все они бились над тем, как наиболее эффективно и менее энергозатратно разорвать молекулу азота, чтобы, в частности, получить аммиак. Вещество, которое является основой для производства удобрений. Сегодня его получают по методу Габера-Боша при температурах 300-500 С и давлениях 200-300 атмосфер с использованием катализаторов. И хотя метод крайне энергозатратен (на него расходуется около 2% мировых затрат энергии), цена продукции высока, но именно он стал основой “зеленой революции”, которая позволила накормить миллиарды жителей Земли. А авторы технологии удостоены самой престижной научной премии.
Наука вот уже много лет ищет, как упростить технологию, сделать ее дешевле. Однако без особых успехов. Неожиданное решение предложили российские ученые ВНИИ физико-технических и радиотехнических измерений: применить для разрыва молекулы азота алмаз. Точнее, наноалмаз. По сути, это отход, он образуется при уничтожении взрывчатых веществ методом детонации.
“Когда начали работать с наноалмазом, в частности, растворили его в воде, он поразил многими свойствами, – говорит доктор химических наук Степан Бацанов. – Например, если в воде растворить сахар, а потом ее выпарить, то вновь получается сахар. А что будет с растворенным наноалмазом, если раствор выпарить? Казалось бы, так и останется наноалмазом. Во всяком случае, в этом были абсолютно уверены ученые США и Германии, которые даже не стали изучать данный вопрос, работая с наноалмазами”.
Российские ученые такой анализ решили сделать и были поражены. Оказалось, что состав наноалмаза изменился. Если в исходном твердом образце было 90% углерода, то после растворения и выпаривания его осталось около 50%. А что же тогда “прибыло”? Анализ указал на азот. То есть растворенный наноалмаз ухитрился нахватать из воздуха столь несговорчивый газ. И главное – при нормальных условиях: без высокой температуры и давления. Что же произошло? Почему самая прочная молекула, вдруг пошла на контакт?
“Действительно, реакция азота с алмазом, а это углерод, в нормальных условиях термодинамически запрещена, – говорит Степан Бацанов. – Она может идти только, если затратить много энергии. Дело в том, что алмаз – это твердое тело, азот – газ. А для протекания реакции оба ее участника должны быть одинаковыми по структуре. Но чтобы раздробить алмаз до атомов, нужна огромная энергия, что мы и делаем при детонации взрывчатки, превращая ее в наноалмаз. Таким образом, запрет на реакцию снимается”.
Итак, российские ученые показали новую возможность разрушать молекулу азота и получать, в частности, аммиак. Технология на ее основе должна быть гораздо проще и дешевле, чем при традиционном методе. (rg.ru/Химия Украины и мира)