От медленного мозга к быстрому X: наука, лежащая в основе закиси азота

May 19, 2023

Создайте бесплатный профиль, чтобы получить неограниченный доступ к эксклюзивным видео, лотереям и многому другому!

Проживайте свою жизнь четверть мили за раз... быстрее.

В эти выходные зрители по всему миру вернутся к высокооктановым приключениям саги «Фаст» в фильме «Форс Икс». Десятую часть сериала представляет режиссер Луи Летерье и звезды Вин Дизель (Доминик Торетто), Мишель Родригес (Летти Ортис) и остальные члены расширенной семьи, с появлением новичков франшизы Джейсона Момоа (злодей фильма Данте) и Бри Ларсон (Тесс). Это позаботится о «Яростной» части уравнения, но нам все еще нужно учитывать «Форсаж». И для этого нам понадобится еще одна опора «Форсаж-саги»: закись азота.

Закись азота — это оксид газообразного азота (очевидно) с химической подписью N2O. Он сам по себе негорючий, что может быть удивительно, учитывая его использование в двигателях внутреннего сгорания (подробнее об этом через минуту), но он любит вступать в реакцию, особенно с озоновым слоем.

Азот – самый распространенный элемент в атмосфере Земли. На него приходится более 78% каждого вашего вдоха. Кислород может быть звездой дыхания, но на его долю приходится чуть менее 21%. Оставшийся 1% — это в основном аргон, CO2 и некоторые другие газовые примеси. Дело в том, что вокруг плавает много азота.

СВЯЗАННЫЙ: Новая технология лунного земледелия делает нас на шаг ближе к выращиванию продуктов питания в космосе

Этот атмосферный азот поглощается азотфиксирующими бактериями в почве и корневых клубеньках растений. Они превращают азот в аммиак, добавляя немного водорода. Затем нитрифицирующие микробы захватывают аммиак и превращают его в нитриты (NO2) или нитраты (NO3). Это отличная новость для растений, потому что они любят соединения азота. Азот — одно из основных веществ, которые нам нужно будет добавить в грязь, когда мы начнем выращивать растения на Луне, Марсе или где-либо еще.

Растения захватывают эти нитраты из почвы и используют их для построения некоторых своих структур. Вот почему листовая зелень является таким хорошим источником пищевых нитратов. Эти растения затем съедаются или умирают и разрушаются, в любом случае они в конечном итоге возвращаются в грязь, где микробы возвращаются к работе, превращая нитраты обратно в газообразный азот. Это происходит глубже в почве или глубоко под водой, где кислороду труднее поступать и процветают анаэробные микробы. На пути между нитратом и газообразным азотом соединения проходят через ряд промежуточных газов, включая закись азота.

Азот может служить не более чем герметиком для вашего собственного дыхания, но он является важной частью естественной инфраструктуры экосистемы. Природные источники производят около 60% мировой закиси азота, каждый фунт которой оказывает в 265 раз больший эффект потепления, чем эквивалентное количество CO2, и она остается в атмосфере в среднем 121 год, прежде чем снова будет поглощена бактериями. Остальные 40% — результат деятельности человека, включая коммерческое производство.

Преднамеренное производство закиси азота представляет собой полностью химический процесс, а не биологически облегченный. Производство начинается с нитрата аммония, белой кристаллической соли. В химии соль — это любое соединение, содержащее положительно и отрицательно заряженные ионы, без суммарного электрического заряда; поваренная соль — распространенный, но далеко не единственный пример, который смешивается с водой в концентрации 80–93%. Затем раствор нитрата аммония нагревают до 250 градусов Цельсия, что вызывает реактивное расщепление нитрата аммония на водяной пар и закись азота.

Двигатели внутреннего сгорания работают, смешивая источник топлива с воздухом и поджигая эту смесь. Каждый раз, когда вы едете на работу или в театр, вы делаете это под действием тщательно контролируемых взрывов. Топливная смесь находится под давлением, и возникает искра. Поскольку смесь быстро сгорает, она создает сильное тепло и давление, которые приводят в движение поршни вашего двигателя. Эти поршни вращают коленчатый вал, который воздействует на шестерни и так далее, перемещая ваш автомобиль по дороге.