Е.В. Савинкина, Г.П. Логинова, С.С. Плоткин - История химии. Элективный курс (1118120), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

В то же время такиередкие металлы, как рений, производят не более несколькихтонн в год. Производство алюминия постоянно растет. А вотпроизводство и применение металлов, которые признаны опас­ными для здоровья, например свинца, постепенно снижается.73Вопросы1.

Почему алюминий, несмотря на то что он более распро­странен, чем железо, был открыт лишь в первой половинеXIX в.?2. Почему в нашей стране крупные алюминиевые заводы рас­положены на сибирских реках?3.2.3. Порошковая металлургияКак можно получить металл в компактной форме без егорасплавления?Практика изготовления порошков металлов и спеченнойметаллической губки (крицы) известна с глубокой древности.Порошковое золото применяли для декоративных целей вIV—III тысячелетиях до н. э. Порошкообразные драгоценныеметаллы найдены в гробницах египетских пирамид и в древ­них памятниках культуры индейских племен.Считают, что найденные при раскопках железные орудиявремен Древнего Египта и Вавилона были изготовлены без про­цесса литья. Железные колонны двухтысячелетней давности вИндии были изготовлены спеканием в сочетании с ковкой изжелезной крицы, восстановленной из богатой железной руды.Аналогичным методом изготовлялись стальные изделия в Ки­евской Руси.

Технология спекания и ковки железных изделийпозволяла избежать трудностей, которые были неминуемы прилитье железа, плавящегося при более высокой температуре,чем медь и бронза. Впоследствии, когда были разработаныпроцессы выплавки чугуна и стали, от спекания железногопорошка надолго отказались.Общепризнанным основоположником современной порош­ковой металлургии — области науки и техники, связанной сполучением металлических изделий без плавления главногокомпонента, считается русский инженер и металлург ПетрГригорьевич Соболевский (1782-1841), разработавший в 1826 г.метод очистки (аффинажа) губчатой платины и превращенияее в ковкий металл. Для этого губчатую платину в специальнойформе подвергали поочередному действию высокого давленияи температуры.

С 1828 г. полученная по способу Соболевско­го платина шла на чеканку монет, медалей и изготовлениехимической посуды. К 1834 г. производство ковкой платиныдостигло 15-20 кг в день.Спустя несколько десятилетий был разработан метод плав­ления чистой платины, и порошковая технология переработки743.3.Часть 3, Развитие неорганической ХИМИИметаллов была вновь оставлена. Методы порошковой металлур­гии опять привлекли к себе внимание в начале XX в., когдавозникла потребность в производстве из тугоплавкого вольфра­ма проволок для электрических ламп. Плавленый вольфрамоказался непригодным для этих целей, так как был хрупкимиз-за примесей оксидов. В 1912-1914 гг. в США разработалитехнологию прессования порошков молибдена и вольфрама иих последующего спекания в атмосфере водорода. В нашейстране металлокерамическую технологию производства этих, азатем и других металлов (например, тантала и ниобия) началииспользовать с 1922 г.Современная порошковая металлургия развивается в двухосновных направлениях.

Первое направление — создание мате­риалов и изделий с такими составом, структурой и свойствами,которые недостижимы методами плавки. Порошковая метал­лургия позволяет получать изделия с уникальными свойства­ми, например фильтры или пористые подшипники. Смешиваяпорошки нужных компонентов, можно получать необычныематериалы, состоящие из металлов и оксидов, металлов иполимеров и т. д. Второе направление — создание материалови изделий с обычными свойствами, но более экономичное,чем при использовании технологии, основанной на плавке.Используя порошковую металлургию, можно, например, в однустадию получать изделия требуемой формы.Вопросы1. Сравните области применения литейных и порошковыхтехнологий в металлургии.2.

Может ли порошковая металлургия вытеснить металлур­гию литья?3.3. Прикладная неорганическая химияКакие достижения неорганическойв повседневной жизни человека?химиииспользуютсяНесмотря на то, что, начиная с середины XIX в., другиеобласти химии оттеснили неорганическую химию, она продол­жала бурно развиваться. Большие успехи были достигнуты вобласти прикладной неорганической химии.Прикладная неорганическая химия753.3.1.

Связывание азотаКакими способами можно получить соединения азота изпростого вещества?Соединения азота необходимы для производства минераль­ных удобрений и взрывчатых веществ. Хотя азот составляетпочти 4/5 атмосферного воздуха, он долгое время был недо­ступен человеку. Приходилось довольствоваться природнымисоединениями: нитратами, солями аммония, а также аммиаком,в небольших количествах содержащимся в природных газах.Богатейшим источником азота в течение десятилетий бы­ла чилийская селитра — природный нитрат натрия — образо­вавшаяся в результате разложения органических остатков.К разработке ее месторождений приступили в начале XIX в.В 1885 г.

запасы чилийской селитры оценивались в 90 млн. т.Казалось, ее хватит на века. Однако в начале XX в. экспортселитры из Чили исчислялся уже миллионами тонн, и запасыее стали быстро истощаться.Уже в XIX в. химики начали искать способы связыванияатмосферного азота. Хотя некоторые бактерии усваивают азотв обычных условиях, повторить этот процесс в лабораторияхне удавалось.

Поэтому пришлось использовать более жесткиеусловия, в которых можно было разрушить прочную молекулуазота,В 1903 г. в Германии был построен завод, на котором азотокислялся в пламени электрической дуги при 400 °С. Однакоэтот процесс оказался экономически невыгодным из-за расходабольшого количества электроэнергии.С 1904 г. немецкий химик-неорганик Фриц Габер (18681934), а с 1907 г. он же совместно с немецким химикомтехнологом Карлом Бошем (1874-1940) проводили опыты пополучению аммиака из азота воздуха и водорода, полученногоэлектролитическим разложением воды. Технологический про­цесс — прямой синтез аммиака из азотоводородной смеси привысоком давлении на железном катализаторе — был разрабо­тан Габером и Бошем в 1913 г.

Вскоре после этого в Германиибыло налажено его производство в промышленном масштабе.После окончания первой мировой войны метод Габера—Бошастали использовать для производства удобрений. ИсследованияГабера, позволившие из атмосферного азота — сырья, запа­сы которого практически не ограничены, — получать любыеколзворества аммиака, были отмечены в 1918 г. Нобелевскойпремией.76Часть 3.Развитие неорганической химииНедавно было установлено, что молекулярный азот можноактивировать соединениями переходных металлов и превра­тить в водородные соединения (аммиак, ароматические амины)при обычных температуре и давлении в среде органическихрастворителей. Проведение таких процессов пока возможнолишь в лабораторных условиях из-за дороговизны реагентов.Вопросы1.

Является ли перспективным биологический метод фиксацииазота?2. В каких направлениях могут проводиться дальнейшие ис­следования по связыванию азота?3.3.2. Появление фотографииКакие химические реакции протекают под действием све­та?В первой половине XIX в. было сделано одно из великихоткрытий в области техники — изобретение фотографии. Датойрождения фотографии считается 7 января 1839 г., когда назаседании Французской академии наук Д.Ф. Араго, секретарьАкадемии, сделал доклад об изобретении Луи Жака МандеДагера (1787-1851).Потемнение некоторых соединений, в том числе солей се­ребра под действием солнечного света, было известно ещесо времен алхимиков. В последующие времена это явлениеотмечали и специально исследовали многие химики, в томчисле И. Р.

Глуабер, К. Шееле, К. Л. Бертолле, Г.Дэви. К со­лям серебра в 1829 г. обратился французский изобретательЖозеф Нисефор Ньепс (1765-1833), которому к тому време­ни уже удалось зафиксировать фотоизображение с помощьюраствора природного асфальта в лавандовом масле. Вместес художником-декоратором Дагером они разработали методполучения изображений, названный дагеротипией. На фотогра-1фические пластины наносили слой серебра, а затем тщательноочищенную поверхность обрабатывали парами иода, в резуль­тате образовывался иодид серебра.

Под действием света иодид •серебра разлагался с выделением не видимых глазу микро­скопических частиц металлического серебра. Далее пластинкупроявляли в парах ртути, а оставшийся иодид серебра удалялиобработкой хлоридом натрия (позднее стали использовать тио­сульфат натрия Na 2 S 2 0 3 ). Для получения первых дагеротиповтребовалось 15-30 мин экспозиции.3.3.Прикладная неорганическая химия11В 1841 г. английский ученый Уильям Генри Фокс Тальбот(1800-1877) разработал новый способ получения фотографийс использованием бумаги, пропитанной растворами нитратасеребра, иодида калия, галловой и уксусной кислотами.

Черездва года он впервые осуществил позитивную печать с увеличе­нием.На основании химических исследований в конце XIX в.был разработан негативно-позитивный процесс с использова­нием фотопленок, основные принципы которого сохранилисьдо наших дней. В качестве светочувствительного вещества былвыбран бромид серебра.С момента появления дагеротипии фотографы стремились кполучению цветного изображения. Сначала пытались простосовместить изображения, снятые через цветные светофиль­тры, затем мелкие светофильтры стали размещать прямо вслое эмульсии на фотоматериале. Первое цветное изображениепоявилось в 1861 г., а коммерчески доступной цветная фото­графия стала в 1907 г.

Современные цветные фотоматериалысостоят из трех или более цветочувствительных эмульсионныхслоев.Для изготовления любых фотоматериалов требуются солисеребра. Еще в XIX в. предлагалось использовать в фотографиисветочувствительность некоторых солей железа, смешанных ссолями платины или палладия, однако после первой мировойвойны от этого способа отказались, в основном, вследствиевысокой стоимости фотоматериалов.

Учитывая возможностьполного исчерпания запасов серебра и его растущую стои­мость, многие исследователи пытались найти новые недорогиесветочувствительные материалы. Более перспективным оказа­лось повторное использование серебра после извлечения егоиз отработанных фотоматериалов. Альтернативой фотографии,основанной на химических процессах, стала цифровая фо­тография, однако во многих отношениях она пока уступаеттрадиционному способу фотографирования.Вопросы1. Почему открытая в первой половине XVIII в. светочувстви­тельность солей серебра получила практическое примене­ние лишь столетие спустя?2. Сравните возможности «серебряной» и цифровой фотогра­фии и оцените перспективы их использования.78Часть 3.

Характеристики

Список файлов книги