Когда возникла химия


За долгие века человечество накопило много полезных сведений из области химии. Но ни химической науки, ни науки о химических производствах — химической технологии не существовало до тех пор, пока не были открыты основные законы химии — закон сохранения массы веществ, атомно-молекулярная теория. Это произошло во второй половине XVIII и начале XIX в. Открытию этих законов человечество обязано нашему великому соотечественнику М. В. Ломоносову, выдающемуся французскому химику Лавуазье, англичанину Дальтону и другим ученым. Теория озарила ярким светом множество разрозненных фактов и открыла дорогу дальнейшим экспериментам и новым теоретическим открытиям в области химии. Особенно важно было открытие периодического закона Д. И. Менделеевым и структурной теории А. М. Бутлеровым. Опираясь на развивающуюся химию, формировалась и химическая технология. Значительно быстрее, чем раньше, создавались новые химические производства, совершенствовались химическая аппаратура, машины химического производства. Познакомимся с некоторыми наиболее важными достижениями химической технологии в исторической последовательности.

 

ПРОБЛЕМА СОДЫ

Во второй половине XVIII в. Западная Европа вступила в период быстрого промышленного развития. Быстро росло население, росли города. Потребовалось больше одежды и обуви, а в связи с этим — химических продуктов, применяемых в производстве тканей и кожи — соды, красителей и др. Сода нужна также при производстве мыла, стекла. В конце XVIII в. ощущался резкий ее недостаток.

В отличие от других натриевых солей, и в особенности от хлористого натрия, соды в природе мало. Она содержится в некоторых природных водах — в озерах Египта, Калифорнии, Китая, Сибири. Залежи природной соды немногочисленны. Кроме того, некоторые растения, произрастающие на морских берегах, концентрируют натрий, и поэтому зола этих растений содержит соду. Из этих-то источников и получали раньше соду. Она была дорогой и недостаточно чистой. Когда потребность в ней увеличилась, понадобились новые способы ее получения, новые виды сырья. В качестве сырья можно было использовать каменную соль. Но как превратить ее в соду, как заменить атомы хлора на группу СО3?

Отрасли химической промышленности
Отрасли химической промышленности

В конце XVIII в. Парижская академия наук объявила конкурс на лучший способ получения соды. Лучшим был признан способ Леблана, по которому хлористый натрий сначала превращали действием серной кислоты в сернокислый натрий (попробуйте составить уравнение этой и следующих реакций); затем сернокислый натрий восстанавливали углем в сернистый натрий и одновременно действием известняка (углекислого кальция) превращали сернистый натрий в углекислый, т. е. в соду. Процесс был сложный, но тем не менее он получил очень широкое распространение и применялся в течение почти всего XIX в. Этот первый пример из истории современной химической промышленности наглядно показывает важнейшую особенность химических методов производства — возможность неограниченного производства продуктов из распространенного в природе сырья.

 

РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Присмотритесь к составленным вами уравнениям реакций. Какое еще сырье, кроме хлористого натрия, необходимо для данного производства? Серная кислота, уголь и известняк. Если последние два природа предоставляет нам в готовом виде, то серную кислоту нужно готовить на заводах, сжигая серу или серный колчедан (FeS2). Чтобы развить производство соды в больших количествах, понадобилось усовершенствовать уже давно открытый способ производства серной кислоты при участии окислов азота, а главное — резко увеличить масштабы производства. Так обычно и бывает в химической промышленности — организация производства какого-либо нового химического продукта связана с созданием ряда новых производств.

 

ОТБРОС ЛИ ХЛОРИСТЫЙ ВОДОРОД?

Обратимся еще раз к нашим реакциям и ответим на вопрос: только ли сода получалась на заводах, работавших по способу Леблана? Оказывается, наряду с основным продуктом — содой — получались попутные (их часто называют побочными, а если они не находят применения, то отходами или отбросами). Но отброс ли хлористый водород? В первые годы работы содовые заводы действительно выбрасывали его в атмосферу. Соединяясь с водяными парами, он образовывал соляную кислоту. На заводе и в окрестностях создавались совершенно невыносимые для человека и всего живого условия. Пришлось вмешаться правительствам, которые запретили выпускать хлористый водород в атмосферу. Тогда-то и были найдены способы превращения его в ценнейшие вещества, обладающие белящими свойствами, например хлорную известь.

Получали ее так. Хлористый водород окисляли в присутствии катализаторов кислородом воздуха, а образовавшимся хлором действовали на гашеную известь. Так бесполезный отброс содового производства превратился в замечательное сырье.

Этот пример снова знакомит нас с общей закономерностью, характерной для химического производства. Могущество химии проявляется в том, что она дает возможность превращать как будто никуда не пригодные материалы в ценнейшие продукты.

Состязание в прочности

Если из различных материалов приготовить нити и проволочки одинакового сечения, например в 1 мм2, а затем привешивать к ним гири до тех пор, пока нити и проволочки не оборвутся, можно будет сравнить прочность различных материалов. Проволочка из свинца выдерживает всего двухкилограммовую гирю, медная — 40 кГ, обычная стальная — 55, шелковая нить — такую же тяжесть, а нить из синтетического волокна капрона целых 85 кГ.

В настоящее время соду получают ка заводах по другому способу, разработанному бельгийскими инженерами братьями Сольве около ста лет назад. По способу Сольве поваренная соль превращается в бикарбонат натрия (NaHC03), который при нагревании разлагается с образованием соды. Отпадает потребность в серной кислоте. Стоимость соды при новом способе ее производства оказалась в несколько раз меньше, чем при способе Леблана. Понятно, что способ Сольве в короткое время вытеснил старый — леблановский.

Но ведь производство соды было связано с получением ряда других, не менее важных, продуктов — соляной кислоты, хлора, хлорной извести и др. Эти продукты стали получать на заводах также новыми, более совершенными способами, в основе которых лежит процесс электролиза. Пропуская через водный раствор поваренной соли электрический ток, получают в конечном счете очень важные продукты — едкий натр, хлор и водород. Хлор используют для производства хлорной извести, для получения разнообразных органических веществ.