Техника - молодёжи 1958-04, страница 18

......^{. 11} ^"VArriWiVi™

ПОСЛУШНЫЕ МОЛЕКУЛЫ

Мы живем в век химии. Она, словно воздух, окружает нас во всей нашей повседневной жизни. Металл, каучук, стекло, цемент, горючее для моторов и тысячи других веществ — все это продукты химической промышленности.

Химики — искуснейшие мастера-специалисты. Воздух они превращают в удобрения, дающие народному хозяйству дополнительно многие миллионы тонн сельскохозяйственных продуктов. Глину перерабатывают в фарфор или добывают из нее алюминий. Из песка создают стекло, из известняков — цементы, позволяющие в сочетании со сталью строить такие грандиозные сооружения, которые невозможно было бы сделать из другого строительного материала.

Химики берут самую обыкновенную древесину, расчленяют ее на составные части — молекулы — и делают из них: прозрачную пленку — целлофан, искусственные шелковидные и шерсте-подобные волокна, разнообразные сорта бумаги и сотни других, совершенно не похожих на исходную древесину веществ.

Молекулы в умелых руках химиков — послушнейшие частички.

Оперируя ими, химики производят из глины прочнейшие камни — рубины, из опилок — спирт, из песка — красивые ткани. Каучук они сделали прозрачным, стекло — небьющимся, камень— плавающим, хлопок — взрывающимся... И нет предела этим чудесным превращениям вещества.

Практически такие превращения одних веществ в другие осуществляются сейчас в огромных производственных масштабах — на многочисленных наших фабриках и заводах.

ТРУДОЛЮБИВЫЕ ПОМОЩНИКИ

Вспомним детскую сказку о Золушке. Злая мачеха требовала от бедной девушки непосильной работы — быстро разделить смешанные в мешке зерна красной и белой фасоли. Если бы не голуби, которых позвала на помощь Золушка, ей, конечно, ни за что бы не удалось справиться с этой задачей.

Природа иногда ставит человека в более затруднительное положение, чем мачеха Золушку. Мельчайшие зерна ценных металлов и минералов рассыпаны в толщах земной коры и так перемешаны с окружающей их породой, что, например, в тонне медной руды едва наберется несколько килограммов меди.

Правда, минералы, содержащие редкие металлы, отличаются друг от друга размерами кусков, формой кристаллов, цветом, блеском, твердостью, удельным весом, теплопроводностью, электро- -проводностью, растворимостью и многими другими физическими свойствами. Но ни одно из них не позволяет создать простого и экономического способа отделения ценных ископаемых от пу-

14

А. БУЯНОВ, инженер

стой породы. А вот химии под силу и это.

Возьмем, к примеру, ту же медь. Чтобы выплавить 1 т этого металла, нужно переплавить около 100 т медной руды. Но при таком способе выплавки меди она стоила бы во много раз дороже золота и даже платины.

И ведь не одна медь так рассеяна в земной коре. Молибден, цинк, свинец и многие другие металлы содержатся в рудах тоже в малых концентрациях. Поэтому выбирать руду из размельченной смеси ее с породой химики заставляют своих мельчайших и трудолюби-вейших помощников — молекулы.

Как они это делают?

В природе существуют минералы, смачиваемые и не смачиваемые водой. Это своеобразные «гуси» и «куры» минерального царства. Сера и сернистые металлы, например, словно гуси, «выходят» из воды сухими, а вот силикаты и окиси металлов подобны курице, которая из воды выходит мокрой. Поэтому, когда требуется отделить от породы сернистый металл, то в воду, куда высыпана порошкообразная руда, добавляют вещество, образующее пену. Таким веществом может быть, например, сосновое масло.

Частицы породы обладают хорошей смачиваемостью водой, а к частицам руды вода не присоединяется. При продувании через такой раствор воздуха сосновое масло образует обильную пену. Молекулы этого масла окутывают каждый пузырек воздуха в воде в молекулярную «рубашку». При перемешивании всей массы зерна сернистого металла прилипают к такому пузырьку и всплывают на нем, как затонувший груз на понтоне, после чего руду легко отделить.

Работа, которую выполняют пузырьки воздуха на обогатительных фабриках, огромна. Например, на такой фабрике, которая перерабатывает за сутки 10 тыс. т руды, подводные пузырьки-аэростатики ежесекундно извлекают из раствора около полутора миллиардов минеральных зерен!

А как же быть, если ценная окись металла смачивается водой?

Но химики и здесь нашли выход. Они подбирают две несмешивающиеся жидкости: например, воду и олеиновую кислоту. В воде находится размельченная руда. И если сюда же добавить олеиновую кислоту, то она, соприкасаясь с погруженными в воду минеральными зернами, разрушает на них оболочку, состоящую из молекул воды, и обволакивает их поверхность устойчивой пленкой, состоящей из молекул олеиновой кислоты. Эти молекулярные «скафандры» и обеспечивают прочное прилипание минеральных зерен к пузырькам вспенивателя, которые и поднимают их на поверхность. В верхнем слое, таким образом, концентрируется ценная руда, а в нижнем, водном, слое остается пустая порода.

В чем же секрет действия молекул-

собирателей, окутывающих зерна металла, и молекул-вспенивателей, сооружающих оболочку вокруг пузырьков воздуха?

В масле всегда содержатся вещества, которые называют поверхностно-активными. Это прежде всего жирные кислоты, к которым относится и олеиновая кислота. В своеобразном строении молекул жирных кислот и кроется секрет их поверхностной активности.

Головная часть молекулы такой кислоты с большой силой притягивает молекулы воды, а хвостовая почти совсем их не притягивает. Головная чарть этой молекулы-собирателя способна взаимодействовать с атомами, находящимися на поверхности частиц минерала, а хвостовая часть при этом обращена в сторону воды, но с нею не реагирует. Так кусочки минерала обрастают молекулярным ворсом и при встрече с пузырьком воздуха прилипают к нему.

Молекулы вспенивающих веществ закрепляются на поверхности воздушного пузырька хвостом внутрь, а головой в воду. Возле головных частей группируются молекулы воды, образующие вокруг пузырька своеобразную броню. В теории процесса прилипания минеральных зерен к пузырькам многое сделано советскими учеными А. Н. Фрумкиным, П. А. Ребиндером и другими.

Изучив особенности строения и свойств молекул-собирателей и молекул-вспенивателей, химики сумели создать новые поверхностно-активные вещества — так называемые ксантогенаты. Молекулы ксантогенатов имеют некоторое сходство с молекулами жирных кислот. Они тоже состоят из цепочки углеводородных атомов.

Сера, как известно, имеет сродство с металлами. Поэтому молекулы ксантогенатов легко группируются возле атомов металлов, находящихся в зернах минералов, одевая их в молекулярную рубашку. Требуется такого вещества весьма немного. В тонне размельченной руды насчитываются миллиарды зерен, общая поверхность которых составляет около одного гектара. Чтобы одеть эти зерна молекулами, необходимо добавить 50—100 г ксантогената на кубометр раствора. Насколько мало это количество, можно судить хотя бы по тому, что сладость сахарина при растворении 100 г в кубометре воды едва почувствуется.

Так невидимые мельчайшие частички веществ — молекулы — по воле химиков пришли на помощь людям и прилежно трудятся во 'многих областях современной техники.

СИНТЕТИЧЕСКИЕ САНИТАРЫ

Жиры — один из ценнейших и необходимейших продуктов питания. Но из общего количества ежегодно добываемых во всем мире растительных и животных жиров на питание расходуется только 47°/о, а 53°/о, то есть больше половины всех потребляемых жиров, рас