Техника - молодёжи 1945-09, страница 9

заметил, что свечение исходит от платиновой проволоки. По непонятной причине проволока не остывала и продолжала светиться даже спустя несколько минут после того» как гасла лампа. Дэви предположил, что загадочное свечение происходит от каких-то особенных свойств самой платиновой проволоки. Для проверки своей догадки Дэви вносил нагретую платиновую проволоку поочередно в смесй воздуха с разными горючими газами — метаном, водородом, этиленом. И он установил, что во всех случаях проволока накалялась и оставалась раскаленной до тех пор, пока не расходовалась вся горючая смесь. Следовательно, В присутствии нагретой платиновой проволоки происходило бурное окисление горючих газов кислородом воздуха. Так Дэви открыл, что платина является ускорителем химических реакций кислорода с горючими газами. Дэви немедленно использовал это открытие, усовершенствовав свою безопасную лампу. ^ «В случае, если в шахте количество метана увеличивалось настолько, что лампа гасла, платиновая проволока продолжала светиться, давая рудокопу возможность найти дорогу.

После открытия Дэви многие ученые занялись поисками новых ускорителей и исследованием самого явления ускорения химических реакций.

К середине XIX века ускорители нашли значительное применение в лабораторных и заводских установках. Известный шведский химик Берцелиус в 1843 году назвал ускорители особым именем — катализаторы, а самое явление ускорения — катализом.

В течение целого столетия после открытия Дэви ученые, в связи с громадным ростом химической примышлен-ности, настойчиво искали новых катализаторов. Это был мучительный труд. Наука не могла- дать ученым в их поисках почти никаких указаний. Найти ускоритель для каждой данной реакции было так же трудно, как отыскать иголку в стоге сена. Приходилось перебирать вслепую тысячи веществ, чтобы остановиться на одном, обладающем достаточно сильным действием для данной реакции.

Наиболее ярким примером подобного «слепого» способа отбора катализатора являются поиски катализатора для синтеза аммиака. Дело в том, что одна из основных частей аммиака — азот — бездеятельный газ. Он -весьма неохотно соединяется с другой частью аммиака — водородом.

Химики подвергали смесь азота с водородом действию высоких температур, сжимали под высоким давлением. Все было тщетно: азот упорно не хотел «дружить» с водородом. Помимо того, было еще одно серьезное препятствие: азото-водородную смесь нельзя было нагревать очень сильно, потому что при температуре свыше 600° Цельсия аммиак •снова распадается на азот и водород. Одним словом,. надо было найти катализатор для реакции синтеза аммиака, и притом такой, который ускорял бы эту реакцию при температуре ниже 600° Цельсия. И вот во всем мире начались поиски катализатора для синтеза аммиака.

Особенно много занимался этими поисками известный химик Габер. Однако © то время еще очень мало знали о существе катализа, и поэтому даже этот крупный ученый не мог дать своим сотрудникам никаких указаний.

Приходилось пробовать все подряд, наугад: сначала испытали металлы, затем их окислы, потом различные комбинации металлов, окислов и других соединений. Испробовали даже такие

редкие и дорогие металлы, как уран- и осмий.

Более двух тысяч всевозможных элементов и веществ перебрали, пока, наконец, нужный катализатор был найден. Этим катализатором оказалось... обработанное особым образом железо.

В настоящее время каталитическим синтезом получают многие миллионы тонн аммиака. В нашей стране есть гигантские заводы, производящие аммиак по этому способу.

Теперь уже найдено и внедрено в химическую промышленность весьма большое число катализаторов.

С помощью катализаторов работают заводы, производящие серную кислоту, искусственный —^ синтетически^¹ —> каучук, мыло, азотную кислоту и т. д. Огромное значение имеет каталитический «крекинг» — расщепление нефти для получения из нее высококачественных бензинов. О каждым годом потребность в новых катализаторах возрастает, и старый, «слепой» метод отбора нужного катализатора становится серьезным тормозом развития химической промышленности. Вот почему самый жгучий вопрос; который стоит перед каталитической химией,— это вопрос о том, как можно предсказать наверняка, какие именно химические элементы или их соединения способны ускорять нужную нам химическую реакцию.

Число уже найденных вслепую катализаторов столь велико, что ученые сочли полезным разбить их на классы, обладающие какими-нибудь общими свойствами.

Так, например, известно, что платина, родий, иридий, палладий являются активными окислительными катализаторами. А металлы никель, хром, кобальт, железо и медь относятся к числу восстановительных ката-

воды и одну молекулу водорода. К аза-, лось бы, что для ускорения реакции разложения спирта надо было провести два процесса в присутствии двух различных катализаторов: один—для отщепления воды, другой —- водорода. Но академику Лебедеву пришла блестящая мысль — проводить разложение. спирта в присутствии одного катализатора, который бы сочетал в себе оба нужных свойства. Существующая классификация значительно облегчила академику Лебедеву и его сотрудникам поиски такого комбинированного катализатора. Таким катализатором' оказалась окись одного из металлов, в присутствии которой спирт превращается в газ дивинил —- исходный продукт каучука. И все же классификация, охватывающая лишь уже найденные катализаторы, часто бессильна помочь ученому и практику в их работе.

Поэтому ученые продолжали неустанно искать закономерности, которые относились бы ко всем без исключения катализаторам, как к найденным, так и к тем, которые еще предстояло открыть.

Подбирая катализаторы для различных химических реакций, ученые заметили, что у большинства- _< элементов, способных служить катализаторами, есть некоторые общие свойства.

Так, например, было обнаружен^, что каталитические элементы обладают, ка^ правило, переменной валентностью, то есть способностью атомов присоединять к себе переменное количество других атомов.

Но все же и теперь задача быстрого нахождения нужных катализаторов еще

лизаторов.

Окислы и фосфаты тория, окислы алюминия, вольфрама и т. д. ускоряют реакции отщепления воды от молекул органических соединений. Некоторые же катализаторы выступают в одних случаях как окислители, в других как восстановители, а иногда совмещают в себе способность одновременно воздействовать на нескольку различных химических реакций.

Эта классификация, конечно, несовершенна, но все же Она помогает химикам в работе.

Примером! удачного использования существующих} _t классов катализаторов может служить разработка русским академиком С. В. Лебедевым в 1926—1928 годах способа получения искусственного каучука из спирта. А спирт, как известно., можно получить из картофеля. Таким образом, по способу академика Лебедева каучук изготовляется из картофеля. Суть данного метода состоит в превращении спирта в= газ дивинил, способный уплотняться в каучук.

Для образования из спирта дивинила нужно от двух молекул спирта оторвать две молекулы

В мензурку с перекисью водорода прибавляют небольшое количество порошкообразного катализатора — двуокиси марганца. Мгновенно перекись водорода начинает

разлагаться, выделяя газ—кислород (верхний). Вода тоже может быть катализатором. Достаточно прибавить одну каплю воды к порошкообразному алюминию, смешанному с кристалликами иода, как смесь загорается (нижний).