Електрон в хімічному реакторі. Викрита екзотика.

атом

Пінакон з ацетону, бензойна кислота з толуолу, висококонцентрований перекис водню з води і сірчаної кислоти … Можна значно продовжити цей список, і до кожного хімічного продукту, отриманого при безпосередній допомозі електричного струму, доведеться додавати прикметники «дешевий», «чистий». У процесі розвитку хімічної технології було розроблено велику кількість апаратів, здатних витримувати як надзвичайно високі, так і дуже низькі тиски і температури. «Дипломатія» обходилася дорого. У електросинтезі все це набагато простіше: основний апарат – електролізер – простий по конструкції посуд, розділений на дві частини напівпроникною перегородкою. Тиск – звичайний. Температура – в межах декількох десятків градусів.

Переваги електросинтезу перед звичайним хімічним синтезом підтверджуються все новими фактами. Нейлон деяких сортів виготовляють на основі себацінової кислоти, а її отримують з касторової олії. Але для цього доводиться імпортувати касторове масло або спеціально розводити рицину – південну рослину, що служить джерелом цього продукту. Очевидно, не може бути й мови про серйозне розширення виробництва нейлону і здешевлення його, якщо не буде знайдено нову сировину для синтезу себацінової кислоти.

На кафедрі електрохімії Московського хіміко-технологічного інституту імені Менделєєва був розроблений електрохімічний метод одержання себацінової кислоти з дешевої адипінової. Необхідність в касторовій олії тут відпадає. Електрохімія ж дала для нейлону другий основний компонент – гексаметилендіамін.

Абсолютно незамінний електросинтез при отриманні органічних речовин, що містять фтор. Для цього розчиняють в одній посудині органічну речовину, яку хочуть піддати фторуванню, і сіль фтористоводородної кислоти. А потім пропускають через розчин електричний струм. Фтор, що виділяється на аноді негайно ж реагує з органічною молекулою, даючи потрібне з’єднання.

Чому ж, незважаючи на свої настільки чудові здібності, електросинтез в даний час все ж не витримує конкуренції із звичайним багатостадійним хімічним синтезом? (Ми наголошуємо – в даний час).

Такий стан тимчасовий. Воно не дивно хоча б вже тому, що використання електричного струму почалось лише 200 років тому, в той час як хімічні реакції людина застосовувала ще до нашої ери. Насамперед – швидкість електрохімічних реакцій недостатньо висока. Тому електросинтез освоюється зараз там, де отримання речовин іншим шляхом неможливо або надзвичайно важко і дорого, як у випадку з перекисом водню або фторопохідними.

Електросинтез вимагає високої сталості потенціалу електрода. Залежно від потенціалу одна і та ж вихідна речовина може дати різні продукти. Багато кетонів, наприклад, відновлюючись при досить низьких потенціалах, дають спирт. Варто ж збільшити потенціал на кілька десятих часток вольта – і ми отримаємо вже пінакон. Але з іншого боку, ця обставина таїть у собі багато цікавого. У звичайному хімічному синтезі, щоб отримати з кетона спирт замість пінакона, довелося б створювати абсолютно нову технологічну лінію, новий цех чи завод. Тут досить повороту ручки регулюючого трансформатора.

На жаль, часто ми не знаємо, чому при даному потенціалі виходить одна речовина, а при іншому – нова або ціла група речовин. Інакше кажучи, ще не відомий механізм більшості електрохімічних реакцій. І це серйозний бар’єр, який заважає загальному розвитку індустріального електросинтезу. Ну що ж! Органічний електросинтез – молода галузь хімії, а молодість – недолік тимчасовий. Вже з’явилися роботи, що обіцяють збільшити швидкість реакції в 10-20 разів проти звичайної.

Швидкість протікання процесу в електросинтезі залежить від щільності струму, яку висловлюють в амперах на квадратний метр поверхні електрода. Зазвичай це величина близько 100-200 ампер на квадратний метр. Індійський вчений Дей із співробітниками застосували обертовий дисковий електрод, що дозволив підняти щільність струму до 2000 ампер на квадратний метр.

Це тільки початок. Надалі з’являться нові рішення, нові знахідки. І, нарешті, останнє. Оскільки електричний струм стає безпосереднім і рівноправним учасником хімічної реакції, то його частка в економічному балансі сильно зростає. У багатьох випадках вартість продукту буде визначатися головним чином вартістю електроенергії. Наприклад, у виробництві перекису водню дві п’ятих витрат падають саме на неї.

Автор: В. Павлов.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *