Аммиак и фиксация азота

Впервые синтетический аммиак был использован во время первой мировой войны для производства взрывчатых веществ. Почти все взрывчатые вещества содержат соединения азота. До войны единственным источником связанного азота были залежи нитратов в Чили. Фиксация азота в форме аммиака дала Германии возможность продолжать войну, после того как английский флот отрезал ее от чилийских запасов. [c.521]

Термодинамика вооружила химика знаниями, раскрывающими перед ним все возможности химии и позволяющими планировать любые химические процессы. Особенно она ценна для химика технолога. Впервые (1913 г.) применил термодинамику к процессу фиксации азота из воздуха (синтез аммиака) немецкий химик Ф, Габер (1868—1934). С этого времени термодинамика прочно вошла в практику и стала незаменимым инструментом в поиске новых технологических процессов, их разработ.че и внедрении в практику. [c.152]

Из всех химических реакций, которые люди научились проводить и контролировать для своих нужд, синтез аммиака из водорода и атмосферного азота, вероятно, имеет наибольшее значение. Это особенно понятно в нынешней ситуации, когда с каждым годом становится все ощутимее нехватка продовольствия. Выращивание растительных веществ требует внесения в почву значительных количеств азота в форме, легко усвояемой растениями. Количество продовольствия, необходимое, чтобы прокормить все возрастающее население земного шара, намного превосходит то, что можно произвести, полагаясь лишь на естественное содержание азота в почве. Для обеспечения высокой урожайности сельскохозяйственных культур требуются огромные количества удобрений, богатых азотом. Единственным широко доступным источником азота на земле является атмосферный N2. Таким образом, возникает проблема связывания атмосферного азота, т.е. превращения его в форму, усвояемую растениями. Этот процесс называют еще фиксацией азота. [c.40]

Опробовав эффективность различных веществ в роли катализаторов, Габер в конце концов остановился на смеси железа с оксидами металлов. Некоторые варианты разработанных им рецептов катализаторов используются еще до сих пор. Эти катализаторы позволили достаточно быстро достигать равновесия при температурах порядка 400-500 С и давлении газовой смеси в диапазоне 200-600 атм. Высокие давления необходимы для получения удовлетворительной степени превращения (выхода) при равновесии. Как можно видеть из табл. 14.2, если бы удалось найти улучшенный катализатор, с помощью которого можно было бы достаточно быстро проводить реакцию при температурах ниже 400-500°С, это позволило бы получать аналогичный выход при значительно более низких давлениях. Последнее, в свою очередь, привело бы к большой экономии в стоимости оборудования для синтеза аммиака. Учитывая все возрастающие потребности в азотных удобрениях, фиксацию азота следует рассматривать как весьма актуальную проблему, которая заслуживает затраты дополнительных исследовательских усилий. [c.58]

В настоящее время трудно назвать область науки или народного хозяйства, в которой для решения общих и конкретных задач не применялась бы физическая химия. Являясь в основном теоретической наукой, она решает многие практические задачи, непосредственно относящиеся к проблемам научно-технического прогресса энергетическая проблема, решение которой может осуществиться расширением сети атомных электростанций или использованием в качестве топлива газообразного водорода с его предварительным получением при разложении воды под действием падающих квантов света проблема интенсификации химических и фармацевтических производств путем увеличения скорости химических реакций повышение избирательного превращения реагентов в полезные продукты с уменьшением потерь и отходов производства, что связано с изучением и выбором катализаторов. Одно из важных направлений применения катализаторов — фиксация азота из воздуха. С помощью комплексных соединеиий переходных металлов удалось восстановить азот до аммиака, что имеет большое значение для народного хозяйства. Применением катализаторов удалось значительно сократить продолжительность процесса получения многих синтетических фармацевтических препаратов Важной нерешенной проблемой остается выбор системы растворителей для эффективной экстракции лекарственных веществ нз растительного сырья. [c.8]

Одной из важнейших проблем современности является возможность фиксации атмосферного аз ота в мягких условиях. Природа давно справилась с этой задачей. Биологическая фиксация азота происходит в результате восстановительных процессов, в ходе которых атмосферный азот переходит в аммиак. Решающую роль здесь играет фермент нитрогеназа. Содержащиеся в нем соединения железа и молибдена активируют азот, при контакте кото- [c.281]

Культивирование бобовых растений является мощным средством общего поднятия урожайности, так как накапливаемый их корнями азот сохраняется в почве. Так, клевер или люпин дает примерно 150 кг связанного азота на 1 га. Каждый куст люпина (или другого бобового) есть в сущности миниатюрный завод по утилизации атмосферного азота, работающий даром за счет солнечной энергии (Д. Н. Прянишников). С химической стороны процесс фиксации азота клубеньковыми бактериями еще недостаточно выяснен, но ведет, по-видимому, к образованию аммиака (9). [c.435]

В ТО же время бактерии бобовых растений, микроорганизмы почвы и водоросли в присутствии воды легко переводят атмосферный азот в аммиак при обычной температуре и нормальном давлении. Известно также, что атомы азота входят в состав нуклеиновых кислот и белков, играющих первостепенную роль в жизненных процессах. Долгое время оставалось загадкой, как в природных условиях в водной среде происходит биологическая фиксация азота, каков механизм связывания атмосферного азота с водородом й другими элементами при нормальном давлении и комнатной температуре. Основываясь на сходстве химических связей в молекулах азота и ацетилена, можно было предполагать, что синтез аммиака при обычных условиях может быть осуществлен при последовательном разрыве межатомных связей в молекуле N2 в присутствии соответствующего катализатора по схеме [c.122]

Применяя в качестве катализаторов комплексные соединения переходных металлов, они смогли при комнатной температуре в водной среде восстановить азот до аммиака и гидразина. Оказалось, что фиксация азота в этих условиях осуществляется посредством четырехэлектронного механизма. Молекула N3 соединяется сразу с двумя атомами переходного металла, например молибдена, входящего в состав катализатора. При этом каждый атом переходного металла отдает молекуле N3 два 5-электрона, тем самым в ней рвутся сразу две я-связи и оба атома переходного металла вступают с ней в химическую связь. Затем в водной среде атомы металла замещаются протонами и образуется молекула гидразина — ЫН,, которую легко перевести в молекулу амми- [c.122]

Одной из самых примечательных реакций метаболизма азота является превращение двухатомного азота (N2) в аммиак. Подсчитано, что в 1974 г. в результате такой биологической фиксации азота на землю было перенесено 17,5-10 ° кг азота (сравните это с фиксацией [c.82]

В результате естественных физических процессов фиксации азота в атмосфере и превращения его в оксиды N0 и аммиак МПз, нанример нри грозовых электрических разрядах. [c.18]

Эта реакция представляет собой важный метод фиксации азота. Цианамид кальция используется как удобрение при обработке водой он вьщеляет аммиак. [c.878]

Хорошо известно, что при контактировании азотсодержащих газов, т. е. таких, в состав которых входят оксид и диоксид азота, с водными растворами щелочи оксиды азота абсорбируются с образованием нитритов и нитратов. Подобные газы образуются в большом количестве различных процессов, например при фиксации азота в электрической дуге, при окислении воздухом аммиака или при абсорбции реакционных смесей, в которых первичным продуктом является азотная кислота. Регулируя соотношение между оксидом и диоксидом азота таким образом, чтобы основным компонентом подаваемого газа был оксид азота, образование нитратов можно свести к минимуму и достичь максимального превращения оксида азота в нитриты. [c.337]

Важное место в биосинтезе азотсодержащих органических соединений занимают процессы, приводящие к включению в их состав азота. Первичным источником азота органических соединений служит атмосферный азот, составляющий по объему 78% атмосферы. Метаболизм азота в биосфере начинается с восстановления его до аммиака, т. е. с биологической фиксации азота, к рассмотрению которой мы и переходим. [c.395]

Основным препятствием на пути увеличения объема производства азотных удобрений является их сравнительно высокая стоимость, которая обусловлена технологическими трудностями современных способов получения связанного азота. В настоящее время 85% всего связанного азота в мире производится на основе гетерогенно-каталитического синтеза аммиака из азота и водорода, который осуществляется при температуре 300—600 °С и давлении 100—1000 атм. Такие условия, естественно, значительно удорожают технологию производства, и поэтому поиск более производительных и экономичных методов фиксации атмосферного азота является актуальнейшей задачей современной химической науки. [c.247]

Основные научные работы посвящены химии и технологии аммиака. Изучал (с 1904) каталитическую реакцию образования аммиака из азота и водорода при высоких температурах и давлениях. Впервые получил (1908) на полузаводской установке жидкий аммиак. Под его руководством был организован (1913) завод по фиксации атмосферного азота. Работал над созданием отравляющих веществ. Выполнил также исследования в области электрохимии. Изучал (1900) электрохимическое восстановление нитробензола в анилин. Изобрел (1909) стеклянный электрод, применяемый для измерения кислотности растворов. [c.122]

Ферментативная фиксация азота идет как восстановительная реакция с промежуточным образованием аммиака. Механизм этой реакции, в которой, как показывают многочисленные исследования, большую роль играют комплексы металлов — железа и молибдена, можно представить себе следующим образом. [c.29]

В качестве критерия совершенства технологии фиксации азота можно использовать такой показатель, как расход энергии на единицу выпускаемой продукции. Этот критерий тем более важен, что он определяет не только экономические затраты на производство электроэнергии, но и ущерб от загрязнения, обусловленный ее получением, например, на тепловых электростанциях. При использовании агрегатов мощностью 1360 т/сутки, работающих по энерготехнологической схеме, расход энергии уменьшается примерно до 40 кВт-ч на 1 т связанного азота в результате использования тепла реакции для получения пара, который приводит в действие компрессоры и турбины аммиачной установки (рис. 21). По сравнению с расходом энергии в электродуговом и цианамидном методах производства аммиака, расход энергии в данном случае уменьшается в десятки раз. [c.170]

Существуют бактерии и водоросли, способные восстанавливать атмосферный азот до аммиака (фиксация азота), который затем превращается растениями в аминокислоты, белки и другие азотсодержащие соединения. Такой способностью наделена довольно разнообразная группа организмов. Растения семейства бобовых, например соя, клевер и люцерна, фиксируют азот с помощью бактерий, живущих на их корнях. Около 170 разновиднобтей небобовых растений используют аналогичный прием. Кроме того, природными фиксаторами азота являются некоторые свободно живущие бактерии и сине-зеленые водоросли. [c.41]

Аммиачный метод. Теоретические основы аммиачного метода фиксации азота были разработаны В. Рамзаем и С. Юнгом (1884—1886), установившими обратимость реакции синтеза и А. Ле-Шателье (1901), изучившим влияние давления на эту систему и взявшему патент на получение аммиака путем взрыва сжатой смеси азота и водорода. В период 1903—1910 гг. состояние системы азот-водород при различных давлениях и температурах было обстоятельно изученоФ. Габером, В. Нернстом, Г. Постом и Р. Ле-Россиньолем. На основе этих исследований в 1910 году был пущен первый опытный реактор производительностью 1 тонна аммиака в сутки, а в 1913 году первый завод производительностью 25 т/сутки. [c.190]

Гетерогенный катализ. Еще шире в технологии применяют гетерогенный катализ. Катализаторы на основе железа используют при фиксации азота, на основе никеля — при гидрировании органических соединений (в частности, растительных жиров), платйны — при окислении аммиака, меди и золота — при синтезе смол и пластмасс, хрома и цинка — при производстве метанола, ванадия — при производстве серной кислоты. Гетерогенный катализ используется при крекинге нефти, получении многочисленных органических соединений. [c.157]

Дуговые печи для фиксации азота получили наибольшее распространение в странах с дешевой электроэнергией (Норвегия, Швейцария), причем мощность цехов достигала очень большой величины, В Норвегии в 1916 г, общая мощность таких установок достигала 300 000 кет. Однако выход окиси азота составлял лишь 1,5—2,0%, в то время как вся масса газа бесполезно нагревалась до 1 ООО—1 400° С, В результате удельный расход электроэнергии составлял 12—15 квт-ч1кг азотной кислоты, С появлением метода получения азотной кислоты из синтетического аммиака, значительно более дешевого и менее энергоемкого, дуговой метод получения азота быстро отпал. [c.14]

Большая часть азота биосферы существует в виде химически очень инертного N2, на долю которого приходится до 80% всех молекул воздуха. Фиксация азота происходит в основном либо под действием молний (приводящих к образованию окислов азота, из которых затем получаются нитрат и нитрит), либо в результате жизнедеятельности бактерий [1]. Определенный вклад в фиксацию азота вносит и человек, производящий химические удобрения. Взаимопревращения между нитратом и нитритом, с одной стороны, и аммиаком и органическими азотистыми соединениями — с другой, относятся к активным биологическим процессам. Некоторые из таких реакций уже обсуждались в Гл. 10 Например, мы рассмотрели окисление бактерия.ми ЫНз в N0 2 и N03 (гл. 10, разд. Е, 1) и восстановление НОз в N02 [уравнение (10-32)]. Для многих бактерий и, высших растений такое восстанов- [c.81]

Ввиду огромного практического значения для сельского хозяйства очень большой интерес представляла бы разработка более эффективных неферментативных процессов фиксации азота. Предпринимались многочисленные попытки создать модель нитрогеназы, имитирующую природный биологический фермент. Например, смесь цистеина и молиб-дата натрия в отношении 1 1 обрабатывали таким восстанавливающим агентом, как МаВН4, считая, что в результате должен образоваться комплекс. содержащий Мо(1У). Этот комплекс должен был координационно связывать алкилнитрилы, способные восстанавливаться под действием NaBH4 на всех стадиях вплоть до алкена и аммиака [уравнение (14-11)]. [c.87]

Производство азотных удобрений во всех странах базируется в основном на синтезе аммиака. Ни чилийская селитра, ни дуговой способ связывания атмосферного азота, ни производство цианамида кальция не идут в сравнение по экономическому эффекту с синтезом аммиака. Современные промышленные методы связывания азота сложны технически, требуют высоких температур и давлений, осуществляются с большими затратами энергии. Советские ученые вплотную приблизились к решению важнейшей проблемы—фиксации азота способами, подобными способам фиксации азота в природе. В лабораториях Института элементорганиче-ских соединений им. А. Н. Несмеянова и Института химической физики АН СССР синтезированы металлокомплексные катализаторы— комплексы переходных металлов хрома, молибдена, железа, никеля и др. с графитом, способные функционировать по принципу клубеньковых бактерий (работы чл.-корр. АН СССР М. Е. Вольпина н проф. А. Е. Шилова с сотрудниками). Эти соединения образуют с азотом комплекс, в котором связь с азотом настолько слабая, что появляется возможность присоединения еще водорода. Когда комплекс разлагается, выделяется аммиак. К со- [c.177]

Механизм фиксации азота долгие годы был интригующей химической и биохимической проблемой отчасти из-за характерной химической инертности молекулы азота. Самая старая и самая общепринятая гипотеза была выдвинута Виландом еще в 1922 г. согласно этой гипотезе, молекула азота восстанавливается в три стадии (схема 6). Однако в процессе восстановления азота не было обнаружено ни одно из предполагаемых промежуточных соединений (диимин и гидразин). Более того, диимин вообще не восстанавливается этим ферментом, хотя гидразин при действии нитрогеназы превращается в аммиак. В последние годы предпринимались попытки решить эту проблему с помощью химических исследований. Так, Чатт и сотр. [9] показали, что комплекс металл— азот типа М(Н2)2(РРз)4 (где М = Мо или Ш) при обработке серной кислотой в метаноле образует аммиак с выходом до 90%- Этим исследователям удалось, используя различные лиганды фосфиновой природы и различные кислоты, получить вольфрамовые и молибденовые комплексы, в состав которых входят содержащие азот лиганды (N2H, N2H2 и М2Нз), соответствующие различным стадиям восстановления азота. В аналогичных исследованиях Ван Тамелен и Брюле [10] нашли, что молибденовое комплексное соединение (7) при обработке бромоводородной кислотой в Л -метилпирролидоне образует аммиак (0,36 моль на 1 моль комплекса). [c.402]

Аммиак, хотя и является продуктом биологической фиксации азота, не накапливается в организмах, способных выполнять этот процесс. Если азотфиксирующий организм связан с высщим растением, аммиак может храниться в виде аминокислот аспарагина и глутамина. В других случаях связанный азот в виде аммиака выделяется в окружающую среду, где его могут непосредственно использовать другие организмы, не способные к самостоятельной фиксации азота. Аммиак может быть также подвергнут процессу нитрификации, в котором нитрифицирующие бактерии окисляют его до нитрат-иона (схема 7). [c.403]

Биологическое восстановление азота в аммиак, катализируемое ферментами, содержащими железо и молибден [34, 35], стимулировало многочисленные работы по координационным комплексам этих и родственных им металлов. Предполагают, что молибден составляет часть активного центра, на котором происходит связывание и последующее восстановление азота. Фиксация азота весьма близко связана с проблемами химии металлорганических соединении, поскольку представляется вссьма вероятным, что первоначальное связывание молекулы азота с атомом переходного металла аналогично образованию связи углерод—металл, наблюдаемому в системах М—СО или М— = R. Действительно, полученные к настоящему времени основные типы моноядерных диазотных комплексов имеют многочисленные структурные аналоги среди веществ, относящихся к металлорганическим соединениям [36]. [c.244]

Второй способ был предложен в 1908 г. немецким химиком Ф. Габером и с 1913 г. является практически единственным способом фиксации азота. Он заключается в каталитическом синтезе аммиака из азота и водорода при 400-550° С и давлениях 100-1000 атм. Катализатором процесса является смесь Fe и Fe20g с небольшими примесями промоторов AI2O3 и КОН. Полученный аммиак, содержание которого в газе достигает обычно 15-20%, конденсируется из смеси газов путем их быстрого расширения (дросселирования), сопровождающегося сильным охлаждением а остальные газы возвращаются в процесс. [c.53]

Проблема фиксации азота, т. е. перевода его в химически активную форму, была решена только в 1908 г. Ф. Габером, который разработал технологию синтеза аммиака из азота воздуха и водорода при давлении около 30 МПа и температуре примерно 450 °С на губчатом железе с активаторами AljOg и KjO. Азотоводородную смесь получают конверсией смеси воздуха и природного газа в две стадии по реакциям [c.152]

Получение. Нейтрализация H N щелочами или карбонатами фиксация азота смесью угля с содой или поташом восстановление цианатов, полученных из NH3 и карбонатов пропускание аммиака над расплавленными Na или К (образующиеся амиды натрия или калия при нагревании с углем дают Na N или K N) абсорбция H N из газов, образующихся при коксовании углей или сухой перегонке барды, щелочным раствором. [c.341]

Источником энергии для связывания молекулярного азота у lostridium служит маслянокислое брожение. Сведения о химизме связывания атмосферного азота этой бактерией весьма ограниченны. Можно лишь с уверенностью утверждать, что на одной из стадий процесса фиксации азота образуются аммиак и аммонийные соли, используемые затем бактериями-нитрифи-каторами. Есть предположение о том, что аммиак образуется, в результате взаимодействия атмосферного азота с водоро-,дом — продуктом маслянокислого брожения или же по механизму, однотипному с механизмом химического процесса усвоения. азота азотобактером. [c.62]

В некоторых работах, посвященных фиксации азота в присутствии комплексов титана, приводятся доводы в пользу того, что в реакции существенную роль играют двухъядерные комплексы металла с азотом [39, 49, 56]. Бринцин-геру [39] удалось получить димерные комплексы титана типа [(СбНб зТЮЛг, которые оказались активными фиксаторами молекулярного азота. Шилов и Шилова [56] также выделили двухъядерные комплексы титана с азотом, применив глубокое охлаждение систем, в которых протекала реакция восстановления азота [56]. Эти комплексы при температуре выше —80 °С разлагаются с выделением гидразина, а при гидролизе выделяют аммиак [57]. [c.251]

В 1775 г. Шееле предложил способ получения цианида натрия, в 1895 г. А. Франк и Я. Каро — цианамид-ный способ (в начале XX в. было создано промышленное производство), в 19U4 г. в Норвегии было организовано производство селитры дуговым способом, в 1913 г. Ф. Габер разработал каталитический синтез аммиака. И наконец, в 1960—70-х годах советские исследователи М. Е. Вольпин VI А. Е. Шилов показали возможность фиксации азота воздуха в обычных условиях с использованием каталитических систем металлоорганических соединений переходных металлов и ванадиевых комплексов. [c.193]

В фиксащ1и азота роль катализатора играет ферментный комплекс-нмтроге-назная система, действие которой изучено еще не до конца. Нитрогеназная система нестабильна и быстро инактивируется при соприкосновении с атмосферным кислородом поэтому ее трудно выделить в активной форме и она плохо поддается очистке. Первым стабильным продуктом фиксации азота считается аммиак (КНз). Таким образом, весь процесс в целом сводится, как полагают, к восстановлению молекулярного азота (N2) до двух молекул аммиака [c.676]

Атомы металлов могут образовывать химические связи обычным способом, обобществляя электронные пары, как в молекуле газообразного хлорида титана Т1С14. Это соединение используют для получения чистого металлического титана, применяемого в авиастроении. Но, кроме того, металлы, расположенные в середине Периодической системы, имеющие вакантные /-орбитали (так называемые переходные металлы), могут выступать в качестве акцепторов электронов (кислот Льюиса). Например, в пентакарбониле железа Ре(СО)5 каждая молекула моноксида углерода отдает пару электронов на вакантную валентную орбиталь атома железа. В результате образуется устойчивая молекула со структурой бипирамиды. Молекулы моноксида углерода или другие молекулы, которые могут занимать их место в таких соединениях, называют лигандами. В молекуле Ре(СО)5 часть лигандов или все лиганды могут замещаться на другие доноры электронов (основание Льюиса), такие как моноксид азота N0, аммиак ННз, ионы галогенов Р , С1 , Вг , вода Н2О, цианид-ион N и многие другие. В результате образуется большой ряд соединений. По отношению к некоторым атомам металла в качестве лиганда может выступать даже молекула азота N2. В таком случае она становится более реакционноспособной, т.е. активируется. Это один из приемов, который химики-металлоорганики стремятся использовать, чтобы создать новые катализаторы для фиксации азота, т.е. для превращения N2 в аммиак МНз, который служит исходным продуктом в производстве удобрений. [c.159]

Неисчерпаемым источником азота является атмосфера. Над каждым гектаром земной поверхности в воздухе имеется свыше 70 тыс. т азота. Однако молекулярный азот воздуха не доступен для большинства растений, они могут усваивать только связанные соединения азота. В природных условиях связывание молекулярного азота воздуха ж накопление запасов азота в почве происходит двумя путями. Небольшое количество связанного азота (до 3—5 кг на 1 га ежегодно) образуется в самой атмосфере под действием грозовых разрядов и с осадками в форме аммиака и отчасти нитратов постзшает в почву. Большее значение имеет связывание (фиксация) азота воздуха азотфиксирующими микроорганизмами, свободноживущими в почве, [c.193]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология