Cтраница 1
Химия высоких давлений и техника проведения работ в этой области многим обязаны работам русских ученых. Сохранились чертежи, по которым еще М. В. Ломоносов на Сестрорецком военном заводе заказал весьма совершенный, по тому времени, автоклав. Аппарат был получен им лично от завода в январе 1753 года и служил в дальнейшем для проведения физико-химических опытов под давлением. [1]
Область химии высоких давлений переживает еще период становления, и аппаратура для измерения скоростей реакций в широком интервале давлений довольно дорогая. В то время как любой студент, как правило, изучает влияние температуры на скорость реакции в практикуме, вряд ли ему доступно оборудование для измерения воздействия давления на скорость реакций. Тем не менее получаемая из таких экспериментов информация оказывается незаменимой для понимания механизмов многих процессов. В частности, она дает метод измерения объемов активации. [2]
Основные научные работы посвящены химии высоких давлений и химии древесины. [3]
Особое место в современной физике и химии высоких давлений принадлежит синтезу алмаза, боразона, коэсита, стиповерита и некоторых других веществ, являющихся термодинамически неустойчивыми при обычных давлениях и температурах, но, тем не менее, способных существовать в этих условиях неограниченно долгое время. Эта область применения высокого давления, кратко рассмотренная в главе IV части 1 настоящей книги, получила сейчас наибольшее практическое развитие, и ее перспективы, несомненно, весьма велики. Вместе с тем здесь есть еще много нерешенных вопросов, связанных с механизмом и кинетикой этих процессов; можно ожидать, что дальнейшее их изучение приведет к очень интересным и фундаментальным результатам. [4]
Особенно плодотворно развернулись работы в различных областях химии высоких давлений после Великой Октябрьской революции. Орлова, Н. Д. Зелинского, С. С. Наметкина, Б. А. Казанского и других советских химиков широко известны, и многие лежат в основе современных химических процессов, проводящихся под давлением. [5]
В последние 20 лет произошел резкий скачок в развитии методов химии высоких давлений. Толчком послужили исследования, связанные с ракетной техникой, а также синтез искусственных алмазов. В настоящее время в полупромышленных испытаниях на многократную деформацию максимальное давление может достигать 5000 бар. Точечное статическое давление может достигать и 600000 бар, а с помощью ударных волн, возникающих при взрывах, в течение миллионных долей секунды ( 10 - 6 с) может создаваться давление даже в несколько миллионов бар. При ядерных взрывах возникают еще более высокие давления. [6]
Поэтому при очень высоких давлениях ( десятки тысяч атмосфер) имеются основания ожидать качественно новых химических процессов - химии высоких давлений. Можно предполагать, что работы в области химии высоких давлений ( в сочетании с высокими температурами) значительно расширят возможности химического синтеза и окажут существенное влияние на развитие геохимии и астрохимии. [7]
Рассмотрение в главе IV немногочисленных данных о превращениях в твердой фазе при очень высоких давлениях позволяет сделать предположение о Возможной перспективе исследований в новой области химии - химии высоких давлений, характеризующейся перестройкой электронных оболочек атомов, изменением валентности, а также значительным снижением энергии возбуждения атомов. Исследования в этой области являются неотложной задачей. [8]
Разработка технологии производства промышленного полиэтилена была осуществлена крупной английской химической компанией Imperial Chemical Industries ( 1СГ) [3, 4] в 1920 - 30 - е гг., когда создавалась химия высоких давлений на основе работ профессора А. Исследование проводилось в Отделении красителей / С / в Виннингтоне ( Англия), где был установлен аппарат высокого давления, позволивший в 1931 г. начать работу. [9]
Разработка технологии производства промышленного полиэтилена была осуществлена крупной английской химической компанией Imperial Chemical Industries ( 1СГ) [3, 4] в 1920 - 30 - е гг., когда создавалась химия высоких давлений на основе работ профессора А. Исследование проводилось в Отделении красителей ICI в Виннингтоне ( Англия), где был установлен аппарат высокого давления, позволивший в 1931 г. начать работу. [10]
Поэтому при очень высоких давлениях ( десятки тысяч атмосфер) имеются основания ожидать качественно новых химических процессов - химии высоких давлений. Можно предполагать, что работы в области химии высоких давлений ( в сочетании с высокими температурами) значительно расширят возможности химического синтеза и окажут существенное влияние на развитие геохимии и астрохимии. [11]
Один за другим осваиваются самые отдаленные уголки мировой державы химии. Одним из них, наиболее труднодоступным, является химия высоких давлений, когда осуществляются превращения веществ при давлениях выше 100 бар. Работа при давлениях выше 1000 бар относится уже к области химии сверхвысоких давлений. Еще и теперь в основной химической промышленности редко применяются давления выше 350 бар. К таким процессам относится, например, полимеризация этилена, происходящая при давлениях от 1500 до 2500 бар. [12]
В последнее время достигнуты большие успехи в рент-геноструктурном анализе при высоких давлениях ( см., например, Приложение Л. Ф. Верещагина в книге [12]); эти исследования делают возможным установление структуры таких полиморфных модификаций веществ, которые не могут быть изучены в обычных условиях. Детальное рассмотрение полиморфизма при высоких давлениях выходит за рамки настоящей книги; однако некоторые аспекты этой проблемы представляют интерес для химии высоких давлений. Речь идет, в частности, о синтезе под высоким давлением таких модификаций известных веществ, которые термодинамически неустойчивы при атмосферном давлении, но практически способны сохраняться в обычных условиях неопределенно долгое время. К числу этих веществ принадлежит прежде всего алмаз. Как будет отмечено ниже, алмаз и соединения, термодинамически устойчивые также лишь в условиях высокого давления ( боразон, коэсит и др.), могут быть получены не только путем полиморфного превращения соответствующей модификации низкого давления ( графит, нитрид бора, кварц), но и в результате проведения под высоким давлением химических реакций в условиях термодинамической устойчивости модификации высокого давления. Таким образом, здесь речь может идти действительно о химическом синтезе новых модификаций. [13]
Научная работа по исследованию реакций, протекающих под высоким давлением, была предпринята в Уиннингтонских лабораториях по инициативе Ф. А. Фрита, еще в 1909 г. назначенного главным химиком этих лабораторий. Фрит придерживался твердого убеждения, что часть научного персонала должна заниматься поисковыми научными исследованиями. В результате этого в Уиннингтоне была создана научная база по изучению химии высоких давлений, а затем, в начале 30 - х годов, работники лаборатории приступили к осуществлению вышеупомянутой программы экспериментов. [14]
Чтобы почувствовать, что такое давление в 1 атм, можно, например, представить себе давление, оказываемое столбом ртути в барометре: столб ртути высотой 760 мм оказывает давление в 1 атм. Эта единица и ее производное килобар ( кбар) широко используются в химии высоких давлений и геохимии. [15]