Электрон в химическом реакторе. Разоблаченная экзотика.

атом

Пинакон из ацетона, бензойная кислота из толуола, высококонцентрированная перекись водорода из воды и серной кислоты… Можно значительно продолжить этот список, и к каждому химическому продукту, полученному при непосредственной помощи электрического тока, придется добавлять прилагательные «дешевый», «чистый». В процессе развития химической технологии было разработано большое число аппаратов, способных выдерживать как чрезвычайно высокие, так и очень низкие давления и температуры. «Дипломатия» обходилась дорого. В электросинтезе все это гораздо проще: основной аппарат — электролизер — простой по конструкции сосуд, разделенный на две части полупроницаемой перегородкой. Давление — обычное. Температура — в пределах нескольких десятков градусов.

Преимущества электросинтеза перед обычным химическим синтезом подтверждаются все новыми фактами. Нейлон некоторых сортов изготовляют на основе себациновой кислоты, а ее получают из касторового масла. Но для этого приходится импортировать касторовое масло или специально разводить клещевину — южное растение, служащее источником этого продукта. Очевидно, не может быть и речи о серьезном расширении производства нейлона и удешевлении его, если не будет найдено новое сырье для синтеза себациновой кислоты.

На кафедре электрохимии Московского химико-технологического института имени Менделеева был разработан электрохимический метод получения себациновой кислоты из дешевой адипиновой. Необходимость в касторовом масле тут отпадает. Электрохимия же дала для нейлона второй основной компонент — гексаметилендиамин.

Совершенно незаменим электросинтез при получении органических веществ, содержащих фтор. Для этого растворяют в одном сосуде органическое вещество, которое хотят подвергнуть фторированию, и соль фтористоводородной кислоты. А затем пропускают через раствор электрический ток. Выделяющийся на аноде фтор тотчас же реагирует с органической молекулой, давая нужное соединение.

Почему же, несмотря на свои столь замечательные способности, электросинтез в настоящее время все же не выдерживает конкуренции с обычным многостадийным химическим синтезом? (Мы подчеркиваем — в настоящее время).

Такое положение временно. Оно не удивительно хотя бы уже потому, что использование электрического тока началось лишь 200 лет назад, в то время как химические реакции человек применял еще до нашей эры. Прежде всего — скорость электрохимических реакций недостаточно высока. Поэтому электросинтез осваивается сейчас там, где получение веществ другим путем невозможно или чрезвычайно трудно и дорого, как в случае с перекисью водорода или фторпроизводными.

Электросинтез требует высокого постоянства потенциала электрода. В зависимости от потенциала одно и то же исходное вещество может дать разные продукты. Многие кетоны, например, восстанавливаясь при достаточно низких потенциалах, дают спирт. Стоит же увеличить потенциал на несколько десятых долей вольта — и мы получим уже пинакон. Но с другой стороны, это обстоятельство таит в себе много интересного. В обычном химическом синтезе, чтобы получить из кетона спирт вместо пинакона, пришлось бы создавать совершенно новую технологическую линию, новый цех или завод. Здесь достаточно поворота ручки регулирующего трансформатора.

К сожалению, часто мы не знаем, почему при данном потенциале получается одно вещество, а при другом — новое или целая группа веществ. Иначе говоря, еще не известен механизм большинства электрохимических реакций. И это серьезный барьер, мешающий всеобщему развитию индустриального электросинтеза. Ну что ж! Органический электросинтез — молодая отрасль химии, а молодость — недостаток временный. Уже появились работы, обещающие увеличить скорость реакции в 10—20 раз против обычной.

Скорость протекания процесса в электросинтезе зависит от плотности тока, которую выражают в амперах на квадратный метр поверхности электрода. Обычно это величина около 100—200 ампер на квадратный метр. Индийский ученый Дэй с сотрудниками применили вращающийся дисковый электрод, позволивший поднять плотность тока до 2000 ампер на квадратный метр.

Это только начало. В дальнейшем появятся новые решения, новые находки. И, наконец, последнее. Поскольку электрический ток становится непосредственным и равноправным участником химической реакции, то его доля в экономическом балансе сильно возрастает. Во многих случаях стоимость продукта будет определяться главным образом стоимостью электроэнергии. Например, в производстве перекиси водорода две пятых затрат падают именно на нее…

Автор: В. Павлов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *