Felvidéki Magyar Hirlap, 1939. március (2. évfolyam, 49-74. szám)
1939-03-25 / 70. szám
/ 1939 MÁRCIUS TEBVIDEta -MmVäRHIRLAE A levegő kincsei Dr. Lengyel Béla előadása a Királyi Magyar Természettudományi Társulatban. A mai mozgalmas világban gyakran jetiinek meg az újságban feltűnő hírek, Amelyekről azután másnapra kiderül, hogy hírlapi kacsa volt az egész. Ilyenkor szerényen húzódik meg a cáfolat, amelynek ér- telmében_ a cikk tévedésen alapult és adatai légbőlkapottak. A „légbőlkapott” jelző az értesülés . alaptalanságát, ürességét van hivatva kifejezésre juttatni. Pedig a levegő nem érdemli meg ezt a lekicsinylő szólásmódot, mert a levegőég látszólagos üressége mellett is olyan gazdag kincsek tárháza, hogy szinte korlátlan mértékben látja el az emberiséget a leg- nelkulözhetetlenebb javakkal. A következőkben ebbe a légi kincsesbányába fogunk kirándulni, amely a szokástól eltérően nem a Föld kérge alatt, a mélységben terül el, hanem fejünk felett száz és száz kilométer magasságra terjed, és a sötétség helyett a npsugár otthonos benne. Ha a világjáró meglátogatja az idegen várost, nem állhat meg minden látnivalónál, mert akkor sohasem érne útja végére. A levegő birodalmában végzendő sétánkon is lemondunk arról, hogy annak valameny- nyi szépségében kigyönyörködhessük magunkat. Nem állunk meg ama nagyszerű tevékenység előtt, amelyet a levegő magának az életnek a vegyi konyhájában végez. Nem foglalkozunk azzal a szinte felmérhetetlen jelentőségű hivatással, amelyet az élő szervezetekben tölt be, amikor egyrészt az élő sejtekben lejátszódó, csodálatraméltó anyagszintézisek nyersanyaga, másrészt pedig a lélegzés révén az élet fenntartásának nélkülözhetetlen eszköze. Ezt a szerepet sokkal hatalmasabb erők juttatták a levegőnek, semminthogy ebbe az ember még csupán túlságosan kíváncsi kérdezős- ködésével is belekontárkodni merészelne. _ Mi az ipari kémikus szemével és vizsgálódásával fogunk a levegőben végigvándorolni és azt fogjuk közelebbről megtekinteni, amit az embernek saját erejéből sikerült belőle kitermelnie. Súlyzók, golyócskák Nem szükséges, hogy a levegő közelebbről bemutatkozzék. Állandóan velünk van, benne járunk-kelünk. Jelenlétéről könnyen meggyőződhetünk, hiszen csak lélegzetünk útjába kell állítani kezünket, hiányát pedig keservesen érezzük, ha olyan körülmények közé kerülünk, hogy nem áll elegendő mennyiségben rendelkezésünkre. A levegő színtelen, szagtalan és íztelen. Ezért a ltözvetlen érzéklés útján vajmi keveset tudunk meg róla. A kémikus és fizikus azonban bőven szolgál közelebbi adatokkal. A kémikus megelemzi a levegőt és azt találja, hogy a száraz levegő olyan gázelegy, melynek 78%-a nitrogén, 21%-a pedig oxigén. A túlnyomó többségben levő két alkatrész mellett a fennmaradó 1%-ot a gázalakú testek egész sora adja ki. Olyan gázok ezek, amelyek nem barátkoznak más anyagokkal,- vegyületek formálására nem hajlandók és gőgös viselkedésükkel a ,,nemesgázok“ megtisztelő elnevezést érdemelték ki. Ennek az előkelő csoportnak a tagjai hélium, neon, argon, kripton, xenon. Mennyiség Jtekinte- tében az argon túlnyomó: 0.9%. Egyesek viszont, mint a kripton és xenon, olyan kis mennyiségben fordulnak elő, hogy azt hihetnők: se nem osztanak, se nem szoroznak, ha a fizi'ko-kémikus rá nem cáfolt volna erre a hiedelemre. További állandó alkatrésze a levegőnek a szénoxid. Ez szintén kis mennyiségben, alig néhány századszázalékban található, de jelentősége mégis óriási, mert a növényi asszimiláció alap- nyersanyaga. Ha még ehhez hozzávesszük a levegőben állandóan, de igen változó mennyiségekben előforduló vízgőzt, amely a légkör tevékenysége következtében csep- pekké sűrűsödve nem egyszer hatalmas zápor alakjában zúdul nyakunkba, akkor teljessé vált az a kép, amelyet a levegőről számunkra a kémikus megrajzolhat. A fizikus tovább megy ennél. Kifinomult módszereivel megállapítja a levegőt felépítő anyagok molekuláinak természetét és több-kevesebb világosságot vet szerkezetükre is. A nitrogén és oxigén molekulái két-két atomból álló. parányi súlyzók. A nemesgázoké változó nagyságú golyócskák. A széndioxid és vízgőz molekulái három atomból állanak, amelyek egymáshoz mért helyzete ugyancsak nem ismeretlen. A levegő e különböző súlyzók, golyócskák és egyéb alakzatok össze-vissza cikázása az üres térben. mintha valami igen szétszórt szúnyograj nyughatatlan tagjai repdesnének szana- széjjel. A levegő molekulái e roppant ürességben mégis gyakran találnak egymásra. Ha nem sikerül elsuhanniok egymás mellett, összeütköznek, hogy a billiárdgolyó módjára szétpattanva folytassák tovább pajkos utazásukat. A levegő molekuláinak ez az állandó hancúrozása nem puszta szeszély. A vad táncra maga a természet kényszeríti őket és hatalmas lángostorral csap szét közöttük, ha lankadni merészelnek. A lángostor neve: hő. Minél magasabb a levegő hőmérséklete, annál inkább fokozzák a molekulák röptűket. És fordítva, ha a hőmérséklet alá- száll. a lángostor kevésbé működik, akkor a molekulák is meglassítják rohanásukat, csökkentik összeütközéseik hevességét és közelebb is kerülnek egymáshoz: a levegő összehúzódik. Ha egyre jobban nő a hideg, az összehúzódás egyre tart, míg végre elérkezik az az állapot, amelyben az egymás közelébe kerülő molekulák nem rohannak többé széjjel, hanem szépen egymás mellett maradnak, hogy a fázós ember módjára ilymódon védekezzenek a hideg ellen. Ezt az állapotot könnyű észrevenni: a levegőből „harmatcseppek“ válnak ki, cseppfolyósodik. Az igaz, hogy sokáig kell várnunk, illetőleg alapos hidegről kell gondoskodnunk. hogy- a cseppfolyósoddá bekövetkezzék: a cseppfolyós levegő hőmérséklete —180 fok alatt van. A cseppfolyós levegő nemcsak arra jó, hogy roppant hidegével látványos kísérletek bemutatására adjon alkalmat, hanem az ipari kémikus szempontjából is igen fontos. A cseppfolyós levegő „ forralásakor•” ugyanis legelőször a legillékonyabb alkatrész, a nitrogén, párolog el. Az elpá- rologtatásnak a kellő ügyes vezetésével pedig a levegő alkatrészeit egymástól könnyen lehet elkülöníteni és tiszta állapotban előállítani. A kémikus őse A levegőnek majdnem nyolcvan százaléka a nitrogén, mégis jelentékeny kisebbségben lévő társa, az oxigén került legelőször a kémikus birtokába. Az oxigén kémiai fel- használása tulajdonképpen olyan régi, mint az emberiség története. A kémikusok ősének a barlangi embert tekinthetjük, mert időközben az először lángralcbbantott máglya tűzénél melegedett, voltaképpen nem tett egyebet, mint a fa szénanyagát egyesítette a levegő oxigénjével. Az ősember' megindította az első vegyi folyamatot, anélkül, hogy tudta volna. Késői leszármazottjai, a mai kémikusok az égés folyamatát, az oxidációt száz és száz alakban használják fel a legkülönfélébb ipari termékek előállítására. Ezek a folyamatok régtől fogva ismertek, aminek oka az, hogy az oxigén nem finnyás és készséggel lép reakcióba. Ezért e reakciók már a kémia fejlődésének kezdetén rendelkezésre álló kezdetleges eszközökkel is tanulmányozhatók voltak. A nitrogén nem olyan könnyen adja oda magát a kémikus uralkodási vágyának. Ez az oka annak, hogy a levegő nitrogénjének ipari kémiája csak fiatal múltra tekinthet vissza. A nitrogén igen kevéssé reakcióképes gáz. Pedig nitrogénvegyületek előállításához, a levegő nitrogénjének „megkötéséhez” igen fontos érdekek fűződnek, mert a nitrogén-vegyületek. nevezetesen ezek legfontosabbika, a salétromsav a nemzetek gazdálkodásában mint hadianyag és műtrágyaforrás egyaránt döntő szerepet játszik. A salétromsavat a múlt század végéig kizáróan a csilei salétromból állították elő. Csak természetes, hogy az állami lét szempontjából olyan fontos robbanóanyag-ellátás tekintetében a nemzetek nem szívesen látták azt a függőséget, amelyet a csilei salétrom jelentett. Igen erőteljessé vált tehát az a törekvés, hogy a hadianyaggyártáshoz szükséges salétromsavat bárki és bárhol előállíthassa. És miiközben új lehetőségek után kutatták, sóvárogva néztek a levegőben lévő nitrogén mérhetetlen mennyiségére. amellyel mindnyájan nap-nap után érintkeznünk és amely mégis célunktól elérhetetlennek látszó messzeségben tűnik fel előttünk. De vájjon, csakugyan ilyen elérhetetlen-e a levegő nitrogénkincse? A nitrogén rendes körülmények között igen előkelő, mondhatnák gőgös tagja a levegő társadalmának. Az oxigént meg éppen lenézi. A légburokban az oxigén és nitrogén évmilliárdok óta van egymás mellett anélkül, hogv egymás iránt az érdeklődés legcsekélyebb tanujelét is mutatták volna. Pedig a kémikus tudja, hogy az oxigénnek és nitrogénnek vannak vegyületei is, a nitrogénoxidok, amelyek molekulájában a nitrogén- és oxigénatomok ugyancsak benső kapcsolatra keltek egymással. Nem lehetetlen tehát a levegő nitrogénjét és oxigénjét reakcióra bírni, csupán a kellő módot (kell megadni hozzá. A század fordulóján rájöttek arra, hogy mi az oka az oxigén és nitrogén közömbös viselkedésének. A hideg. Közönséges hőmérsékleten a nitrogén és oxigén molekuláinak semmi hajlandóságuk sincs arra, hogy egymással foglalkozzanak. A meleg azonban lassan meghozza kedvüket. Mint a kisgyermekét' aki szintén jobban szeret a melegvízzel mosakodni, mint jéghideggel. Az oxigén és nitrogén melegérzéke azonban az emberétől lényegesen különbözik. Már rége8-régen összeégettüik volna magunkat, a rézdrót már izzani kezdett volna, sőt a gázgyárban fehér, vakító fénnyel világító szén is leadta volna már összes gázát: ez az ezer fokos hőség a nitrogént és az oxigént még mindia nem bírta volna barátkozásra. Magas, igen magas hőmérséklet kell ahhoz, hogy az oxigén a nitrogénnel egyesüljön. Ilyen magas hőmérsékleteket csak rövid idő óta tudunk előállítani és ez az oka annak, hogy a levegő nitrogénjének megkötése csak századunk elején vált valósággá. Yíllannosínap A nitrogén és oxigén egyesítésére a villamos ívfény melegét használják föl. A villamos ív 3500 fok hőmérsékletű. Az íven áthaladt levegő szintén felhevül erre az igen magas hőmérsékletre és akkor bekövetkezik az egyesülés: nitrogén-oxidgáz keletkezik. Nem az egész levegő ‘alakul át, hanem csak néhány százaléka. De még ezt is óvni kell, mert lassú lehűlés közben az oxid ismét szétbomlanék. Hirtelen kell tehát a hűtést végezni, ami be is következik, mert a villamos ív elhagyása után a gáz igen rohamos hűlésnek indul. Bizonyos mértékű lehűlésen túl azután már nem fenyeget többé a bomlás veszélye. A nitrogén-oxid már nem olyan közömbös anyag, mint szülői, hanem ellenkezőleg, igen reakcióképes és a levegő feles, oxigénjével, valamint vízzel simán alakul át salétromsavvá, azzá az anyaggá, amely a kémiában, de az életben is a . hatalmat jelenti. Az ipari megvalósítás a termelés hatásfokát úgy igyekezett növelni, hogy minél nagyobb felületű Ívfényt állított elő. Az ívet egyszerűin szétfújta, vagy hatalmas mágnesekkel széthúzva, óriási izzó koronggá alakította. De még ez a „villamosnap” sem volt elég hatásos ahhoz, hogy a termelést gazdaságossá tegye. Egyrészt csak csekély mennyiségű levegő alakul át, másrészt pedig a villamosenergia igen drága, úgy hogy a Jég salétrom”-gyártásnak ez a módja csak a vizierőkkel bőven rendelkező északi országokban tudta magát fenntartani, mindaddig, amíg a nitrogén megkötésének egészen új és sokkal gazdaságosabb lehetőségei egészen háttérbe szorították. A légsalétromgyártásban csak az első lépés megtétele okozza a nehézségeket, mert ha egyszer a nitrogént és oxigént sikerült nitrogénoxiddá egyesítenünk, a sa- létromsavképződés már minden nehézség nélkül, magától következik be. De hogyan lehessen ezt az első lépést megkerülni? A kerülő útra a század elején Haber tette a lábát és ezzel a légnitrogén megkötésének sokkal gazdaságosabb módját jelölte meg. Haber a nitrogént nem oxigénnel, hanem hidrogénnel bírta egyesülésre. Megfelelő körülmények között a nitrogén hidrogénnel úgy egyesül, hogy egy nitrogénatomból és három hidrogénatomból álló molekulák keletkeznek. Ha ezek a molekulák az orrunkba kerülnek, akkor könnyezve tapasztalhatjuk, hogy már találkoztunk velük. Épp úgy elfacsarják orrunkat, mint az állítólag kitűnő szúnyogcsípés elleni szer: a szalmiákszesz, ami nem egyéb, mint az ammónia vizes oldata. A nitrogén és hidrogén közvetlen egyesítése tehát ammónia keletkezéséhez vezet. Az ammónia — jóllehet, nem éghető gáz — kellő ügyeskedéssel mégis „elégethető”, azaz oxidálható. Az égés terméke nitrogénoxid. A nitrogénoxid pedig a már ismert módon könnyen alakítható salétromsavvá. Az ammónián át vezető légsalétromgyár- tás tehát hatalmas körutat jelent, mert a villamos ívfényben lejátszódó egyetlen lépést a folyamatok egész sora helyetesíti: a levegőből a nitrogént él kell különítenünk, hidrogént kell termelnünk, ezeket reakcióra kell bírnunk és a keletkezett ammóniát el kill égetnünk. De a légsalétromgyártás az az eset, amikor nem az egyenes út a legrövidebb. Ha nincs vízierőnk és a villamosáramot szénből kell előállítanunk, akkor a tíUlamos- napnak a működtetéséhez sokkal több szénre van szükségünk, mintha a szénből hidrogént állítunk elő és az ammóniaszintézishez szükséges energiamennyiseget fedezzük. Ez a nagyfokú gazdaságosság eredményezte azt, hogy az ammónia-szintézis rohamosan fejlődött és csaknem kiszorította, a légsalétromgyártás egyéb módjait. Németország 1933-ban 1.525.000 tonna kötött, nitrogént termelt. Ebből a mennyiségből 1,230.000 tonnát az ammónia-szintézis segítségével kapott a levegőből. A maradéknak kisebbik felét a kőszén kigázosítási ipar termelt, ez tehát nem a levegőből származott. Csak a fennmaradó töredék volt az egyéb légnitrogénelőállítások eredménye. Ezer fokon izzó szén Az ammónia-szintézis két nyersanyagai a hidrogén és a nitrogén. A hidrogén előállítása tekintetében ugyancsak olcsó nyersanyag után kellett nézni, amely mind hozzáférhetősége, mind mennyisége tekin- tetéebn méltán állhat a nitrogén mellett. A hidrogéntermelés nyersanyaga a víz. Ha ezer fokon izzó szénre vízgőzt fuvaiunk, a szén mohósággal fosztja meg a víz molekuláját oxigénjétől, amellyel szénoxiddá egyesül. Ilyenformán a vízmolekula hidrogénje szabaddá válik és az ugyancsak keletkezett szénoxid társaságában hagyja el a reakció színterét. Ha gondoskodunk arról, hogy a koksz magas hőmérséklete fenntartódjék, e reakció vízből és kokszból nagy mennyiségekben termeli a „víz- gázt”, amely hidrogéngáznak és szén- oxidgáznak az elegye. A szénoxidot a gáz- elegyből könnyen el lehet távolítani és ilyen módon az ammónia-szintézishez szükséges hidrogént olcsón lehet előállítani. A nitrogén a levegőben óriási mennyiségben áll rendelkezésünkre. A többi alkatrészektől való elválasztására legkényelmesebb úgy eljárni, hogy a levegőt cseppfolyósítjuk. Ilyenkor a vízgőz és a széndioxid kifagynak és a cseppfolyós levegőből szakaszos lepárlással olyan nitrogénhez lehet jutni, amely káros szennyezéseket mir nem tartalmaz. Egyes üzemekben a nitrogént generátorgázból kapják. Ez a gáz főtömegében nitrogén és szénoxid. A szénoxidot köny- nyen el lehet belőle távolítani és az eredmény megint tiszta nitrogén. Maga a szintézis a gyártás legkényesebb része. A nitrogén a hidrogénnek sem adja oda magát egykönnyen. Rendes körülmények között a nitrogén hidrogén elegy mit sem változik. Ha azonban magas hőmérsékleten nagy nyomásnak vetjük alá, bekövetkezik az ammónia képződése. Habcr gondos elméleti és kísérleti vizsgálatoknak vetette alá a reakciót ée azt találta, hegy a termelés optimuma kétszáz atmoszféra nyomáson és 450—500 C. fok hőmérsékleten mutatkozik. De még itt is serkentő anyagokra, katalizátorokra van szükség a reakció lefolyásához és a termelés hatásfoka a tíz százalékot alig haladja meg. E megállapítások olyan követelményeket róttak a technikai megvalósítás ele, amelyekkel csak nehezen lehetett megbirkózni. Az óriási nyomáson és magas hőmérsékleten a hatalmas gáztötnegek mozgatása olyan berendezéseket és olyan nemes anyagokat igényel, amelyeket előbb meg kellett teremteni. Á nehézségeket Bosch győzte le. Ma a szintézis hatalmas, tizenhat-tizennyolc méter magas nemesacélcsövekben megy végbe, amely telve van aktív vaskatalizátorrsl. Olyan ellenálló acélfajtákat sikerült előállítani, amelyek nyocszáz atmoszféranyomást is kibírnak! A reakciócaőből távozó gázt mélyhűtésnek vetik alá, minek hatására az ammónia cseppfolyós alakban kiválik és roppant tartályokban gyűlik össze. Amilyen sok gondot okozott a levegő nitrogénjének ammóniává alakítása, épp olyan simán folyik le a második lépés, az ammónia „elégetése” salétromsavvá. Az ammóniagőzöket sok levegővel keverve, hatalmas, finom platinaszövetből készült szitákon vezetik át. A szitáknak nem az a céljuk, hogy a gázelegyből bármit is kiszűrjenek, hanem megint a serkentő anyag szerepét játsszák és az ammóniamolekula nitrogénjét a levegő oxigénjével való egyesülésre buzdítják. Ez az egyesülés azonban, szemben a viliamosnap fényével alk; I- mazott erőszakkal, valóban gyerekjáték. Hatszáz fok körül már teljesen bekövetkezik az átalakulás és a szita túlsó oldalán ammóniának már nyoma sincsen, ellenben a gáz telve van „nitrózus” gázokkal,' amelyek a nitrogénnek és oxigénnek különböző vegyületei. Béke és háború A nitrózus gázok hatalmas tornyok aljába kerülnek. A torony tetejéről víz permetez alá. Elkerülhetetlen a találkozás, aminek eredménye az, hogy a nitrózus gázok a vízzel lassacskán salétromsavvá egyesülnek. A salétromsav molekulája egy nitrogén-, i t
