На сегодняшний день науке известны уже миллионы всевозможных химических реакций, прочие виды взаимодействия между органическими и неорганическими веществами. Но мало, кто задумывался, что всё, совершенно всё, что только нас окружает, есть ничто иное, как различные вещества, как продукт их взаимодействия меж собой. Многие из этих реакций играют чрезвычайно важную роль в жизнедеятельности человека. Ведь вглядитесь только в сущность человека, животного, другого живого существа. Вся их сущность представляет собой продукт бесконечно, непостижимо сложно и постоянно взаимодействующих веществ, в результате которых образуются органеллы их клеток, ткани, органы, системы органов и, наконец, само живое существо.
Из всего огромного ряда химических реакций хотелось бы остановиться на реакции взаимодействия окиси азота и кислорода с образованием двуокиси азота. Го- воря о строении, отмечу, что исходное вещество – окись азота представляет собой соединение двух атомов – азота и одного кислорода посредством прочной двойной связи. Это совершенно бесцветный, не имеющий ни вкуса, ни запаха газ. В его структурной формуле атом азота находится в весьма подвижном состоянии, к тому же имеющаяся у него неподелённая электронная пара обуславливает его высокую активность, в результате чего, попав в атмосферу, он мгновенно вступает в реакцию со свободным кислородом, находящемся в ней, и образует другое соединение – двуокись азота. К сожалению, последний в отличие от своего “предшественника” уже не столь безобиден по отношению к окружающей среде. Двуокись азота составляет сущность бурого, дымящего на воздухе газа, весьма схожего с хвостом лисицы, вследствие чего он и был изначально прозван “лисьим хвостом”. В молекуле двуокиси азота атом азота находится между двумя атомами кислорода всё с той же неподелённой электронной парой, обуславливающей его дальнейшее взаимодействие, например с тем же кислородом до образования конечного продукта – пятиокиси азота. Бурый газ двуокиси азота в отличие от одноокиси легко растворяется в воде, воздушной влаге, смешанной с кислородом, с образованием чрезвычайно опасного соединения – азотной кислоты. Отсюда попадание его в атмосферу абсолютно недопустимо.
Если взглянуть на исходную реакцию, мы зададимся вопросом сущности процесса, о его скорости взаимодействия, то есть задумаемся о кинематике. Сам процесс взаимодействия окиси азота с кислородом происходит практически мгновенно, вследствие отмеченной уже мною высокой активности, реакционоспособности молекулы. Скорость процесса довольно важная характеристика. Ведь в живых организмах в силу постоянного разрушения одних клеток организм нуждается в скором их восполнении, поэтому процессы, сопровождающие формирование клеточной оболочки (мембраны) и её структурных частиц – органелл, должны происходить в равнозначном темпе, правда в живых организмах эти процессы часто сопровождаются особыми веществами-ускорителями реакции, называемых ферментами – соединениями особых белков с витаминами или микроэлементами. В неживой среде данная реакция может быть значительно ускорена посредством использования катализаторов – платины, железа, пятиокиси ванадия и других.
Ещё один немаловажный и не менее интересный параметр нашей реакции – смещение равновесия в сторону образования либо исходных реагентов, либо продуктов под действием температуры, давления, концентрации. То есть речь пойдёт о термодинамических процессах, происходящих в нашей реакции. Смещение равновесие тесно связано с известным принципом Ле-Шателье – Брауна, согласно которому реакция смещается в сторону образования продуктов при увеличении давления, если объём исходной смеси уменьшается. При увеличении температуры реакция сдвинется вправо в случае эндотермического, поглощающего тепло, процесса; увеличение же концентрации одного из компонентов сместит равновесие в противоположную сторону.
Теперь применим данные сведения к реакции взаимодействия окиси азота и кислорода с образованием его двуокиси. Исходная реакция идёт с уменьшением общего объёма (слева один объём окиси азота и два объёма кислорода, справа – два объёма двуокиси) и с поглощением тепла, значит, увеличение давления приведёт к большему образованию бурого газа; увеличение температуры приведёт также к образованию большего количества двуокиси, увеличив же концентрацию окиси, мы тоже получем смещение в сторону образования продуктов взаимодействия. Итак, я отметил ряд основных факторов, влияющих на равновесии исходной реакции. Не трудно сделать вывод о том, что для уменьшения образования опасного бурого газа, следует наоборот увеличить давление, уменьшить температуру и, конечно же, снизить концентрацию исходных, сырьевых веществ. Безусловно, отнести создание этих условий было бы слишком утопическим, к тому же это повлечёт к коренному изменению мироустройства бытия. Однако немного приблизиться к ним всё же можно. К примеру, в холодное время года – зимой – температура естественным образом понижена, однако при низких температурах растворимость газов резко возрастает и поэтому, подобно тому, как шампанское, несмотря на низкое содержание алкоголя всё же быстро опьяняет, вследствие увеличения всасываемости спирта ворсинками кишечника под действием углекислого газа, содержащегося в нём, подобно этому, пусть и незначительное образование двуокиси азота, приведёт всё же к равносильному вреду из-за резкого увеличения его растворимости в воздушных массах. Поэтому попадание его в атмосферу недопустимо в любое время года.
Несмотря на всю опасность и вред двуокиси азота, в нём можно выследить и другие, полезные свойства. Например, он идёт на производство пусть и опасной, но имеющей огромное практическое значение азотной кислоты посредством взаимодействия его с водой и кислородом (в присутствии катализатора, при нагревании и повышенном давлении). Азотная же кислота идёт на производство лекарств, удобрений, взрывчатых веществ и прочего. Данная реакция является промежуточной в процессе азотофиксации клубеньковыми бактериями в почве. Клубеньковые бактерии находятся в тесном, взаимовыгодном, симбиотическом сожительстве с корнями ряда растений семейства бобовых, например, с корнями гороха, фасоли и играют решающую роль в доставке растению столь необходимого ему азота. Двуокись азота может также быть получен из аммиака путём его окисления. Аммиак же является продуктом распада белков, входящих в состав всех живых организмов. В конце концов, окись азота, его двуокись могут быть получены непосредственно из воздуха путём каталитического окисления в большом количестве содержащегося в нём свободного азота.
Несмотря на некоторые положительные черты исследованной реакции, в ней всё же куда больше отрицательных качеств. Попав в атмосферу в результате деятельности промышленных предприятий, он способствует образованию, в основном, азотной кислоты и появлению кислотных дождей. Но и в рассмотренных “полезных” просматриваются свои минусы. К примеру, противоречива польза азотной кислоты. В качестве удобрения она, несомненно, ускоряет рост и созревание растений, что, безусловно, полезно в условиях современного роста численности человечества и обострении продовольственного вопроса, но, попав в организм, химикаты, содержащиеся в продуктах сельского хозяйства, продолжают действовать, нарушая правильный обмен веществ и, как следствие, подрывая иммунитет человека. Или лекарства,- пусть основное их действие и направлено на устранение, нейтрализацию вредных процессов в организме, не стоит всё же забывать об их химической, синтетической природе. Продукты метаболизма лекарственных препаратов не выводятся мгновенно, а за время их пребывания в организме, они успевают нарушить правильный обмен веществ. Реакция, на которой основано получение двуокиси азота, даёт бесконечное множество возможностей обсудить её с различных позиций, оценить её достоинства и недостатки, области её обнаружения и особенности протекания и многое, многое другое, однако одно единственное всем ясно и понятно: реакция эта, как и все другие, должна осуществляться в полной безопасности для окружающей среды, с выявлением малейших очагов опасности и незамедлительном их устранении.
