Значение химии в создании новых материалов, решении сырьевой и энергетической проблем часть 1

графит, без добавления других веществ, в которых алмаз растворяется, к успеху не приводили (А. Лейпунский также настаивал на необходимости применять металлы — растворители, чтобы облегчить режим и ускорить процесс перехода графита в алмаз). Было выявлено, что не каждый металл, хорошо растворяет углерод, можно использовать для этой цели. Свинец, например, непригоден. Итак, металл действует не только как растворитель, но и в качестве катализатора. Наиболее подходящим для этого оказалось железо.
И вот, в конце 1960 под увеличивающимся стеклом засияли изъяты из пресса алмазные зернышки ... Советские ученые Л. Ф. Верещагин, Ю. Н. Рябинин и В. А. Галактионов за синтез искусственных алмазов были удостоены Ленинской премии.
В 1966 г... удалось добыть поликристалл алмаза. Синтез продолжается всего несколько секунд, и сантиметровый образец образуется сразу такой формы, которая нужна, чтобы установить его в токарный резец, фрезу и др.
Напряженный труд людей, которые взяли на себя задачу промышленного производства алмазов, проводилась в Киеве. Киевские ученые понимали, что пытались производить синтетические алмазы без серьезных изменений в уже достигнутом в связи с созданием алмазов, нельзя. Первые киевские алмазы стоили по 135 руб. за карат, почти в 30 раз дороже, чем стоили в то время природные алмазы. Упорный труд, эксперименты, создание уникальной камеры высокого давления оправдали себя. Начиная с 1962 г... Дешевые киевские синтетические алмазы (в среднем по 1 руб. За карат) начали непрерывно поступать на предприятия всех отраслей промышленности: производства тракторов и автомобилей, керамики и волокна, кремния и германия, резцов и штампов, измерительных инструментов, кинескопов, часов, обуви и тому подобное.
Офисные кресла
Искусственные алмазы применяют для резки, заточки, шлифовки и других технологических операций, без которых нельзя достичь высокого качества изделий.
Бурное развитие новых отраслей техники, таких, как ядерная и ракетная техника, радио- и квантовая электроника, кибернетика требует от химии материалов с улучшенными и совершенно новыми свойствами. Нам нужно материалы не только прочные и сверхпрочные, но и особенно сверхпрочные в сочетании с малой массой, с высокой термо- и жаростойкостью, износостойкостью и ударной прочностью, устойчивой против коррозии и способностью надежно работать в условиях радиоактивного излучения и резкой смены температур. Вполне очевидно, что удовлетворить такие разнообразные условия эксплуатации можно только созданием новых конструкционных материалов.
В широком смысле любой современный материал — это уже композиция, поскольку в чистом виде материал употребляют крайне редко. Да, пластиков, например, добавляют наполнители. Не часто можно встретить и чистые материалы. Более того, если рассмотреть материалы на атомном или молекулярном уровнях, то в основном они полимеров — только первые ее шаги. Именно в этой области человек сможет в полной мере раскрыть свои творческие возможности по созданию веществ, которых еще не было и нет в природе.
Каждую секунду вокруг нас происходит множество химических реакций. Вы пробегаете глазами эти строки, улавливаете их содержание и в вашем мозгу осуществляются сотни и тысячи различных химических реакций. Различные химические процессы происходят с разной скоростью. Одни завершаются мгновенно (взрыв), а другие так медленно (ржавления металла), что на первый взгляд кажется, что реакция не происходит. Много факторов влияет на скорость химической реакции, например, температура, давление, концентрация реагирующих веществ.
Проведем такой эксперимент. Возьмем стеклянный сосуд и смешаем в ней водород и кислород. Сколько бы мы не выдерживали смесь, в сосуде не будет обнаружено ни капли воды.
Не нарушая герметичности сосуда, введем в нее тонкий платиновый дротик. Дротик нагревается, а сосуд наполняется туманом — водяным паром. Температура и давление остались неизменными, а реакция, рассчитанная на тысячелетия, состоялась за несколько секунд. Вынем дротик из сосуда. Он совсем не изменился. Его внешний вид, химический состав, масса после опыта такие же, как были до опыта. Итак, мы стали свидетелями очень важного явления в мире химических реакций — катализа. Вещество, в нашем случае платина, которая во много раз ускоряет реакцию, называется катализатором.
катализатора очень много. Ими могут быть металлы (твердые и порошкообразные), оксиды различных элементов, соли, щелочи в чистом виде и в виде смесей и тому подобное.
Очень много важных процессов химической технологии не обходится без катализаторов. Так, обычное металлическое железо с примесями оксидов алюминия и калия значительно ускоряет реакцию синтеза аммиака. Различные жизненные процессы в животных и растительных организмах происходят благодаря специальным катализаторам — энзимы. Своим неслыханным расцветом химия ХХ века обязана именно применению катализаторов. Но не любой катализатор может ускорять данный процесс. Химики говорят, что катализаторы обладают избирательным действием. Они могут активно влиять на одну реакцию и вовсе бездействовать на другую. Конечно, из этого правила есть исключения. Скажем, оксид алюминия способен катализировать несколько десятков реакций органических веществ и неорганических. Наконец, различные катализаторы могут заставить смесь одних и тех же веществ реагировать по-разному, образовывать различные продукты.
Есть, оказывается, и другие, не менее удивительные, чем катализаторы, вещества. Взятые сами по себе, они «безразлично» относятся к реакции, а взятые как примесь к катализатору, они ускоряют реакцию в больше раз, чем это сделал бы «одинокий» катализатор. Это так называемые промоторы. Например, платиновый дротик, «загрязненный» железом, аммиаком или оксидом кремния, значительно эффективнее влияет на реакцию водорода и кислорода.
Итак, как видим, катализаторы и промоторы играют большую роль в синтезе как неорганических так и органических веществ и высокомолекулярных соединений.
Поэтому сейчас во многих лабораториях мира интенсивно ищут новые эффективные катализаторы. Так, например, широко применяются катализаторы на основе слоистых силикатов. Они многофункциональны и проявляют свою активность в различных по характеру химических реакциях. Катализаторы же, добытые на основе особого типа глинистых минералов, обеспечивают высокий выход продукта относительно исходного сырья (24-25%).
На основе бетонов, стекла, пластиков и резины развито технологию добычи легких высоко пористых металлов с различной пористостью, различными размерами и характером пор, но вместе с тем с более высокой прочностью. Такие материалы с замкнутыми порами имеют отличные теплоизоляционные и звукоизоляционные свойства.
Пористыми твердыми телами с очень развитой поверхностью является адсорбенты и катализаторы, а также пористые пленки, «дышат» — пропускают газы, но не пропускают воды и являются заменителями кожи для обуви и одежды.
Необычные пористые материалистворилы киевские ученые. Эти материалы используют как молекулярные сита. Такое чудо-сито предназначено для «просеивания» молекул. Насколько малые отверстия должно иметь сито, чтобы через него свободно проходили молекулы одного вещества, и задерживались другой! Какой же материал способен «просеивать» молекулы?
Древесный уголь хорошо впитывает различные вещества благодаря своей пористой структуре; оно пронизано огромным количеством тончайших пор и каналов, стенки которых образуют