Cтраница 3
Исследования эти проводились учеными многих стран, результаты работ опубликованы в различных изданиях, и поэтому общая оценка успехов, достигнутых в данной области, невозможна без предварительного сопоставления и обобщения полученных результатов, что и являлось целью настоящей монографии. Авторы монографии сами в течение нескольких лет занимались высокотемпературной химией окислов урана, поэтому около одной трети изложенного материала составляют результаты их собственных исследований. [31]
В любом случае увеличение суммы наших знаний является прогрессом, но можно ожидать гораздо большего в результате затраты сил в малоисследованных ее областях, где наиболее трудно предсказать поведение еще не изученных систем. Поэтому очень важно выявить и исследовать такие области и в высокотемпературной химии. Однако при этом не следует тратить все наши усилия на исчерпывающее изучение отдельных вопросов прежде, чем будет хотя бы в общих чертах исследована вся область в целом. Цель настоящей статьи - привлечь внимание к - тем областям химии высоких температур, которые являются, по мнению автора, недостаточно развитыми, указать на теоретические и практические возможности, которые дало бы исследование этих областей, и в ряде случаев предложить экспериментальные пути таких исследований. [32]
Без сомнения, не все будут согласны и с некоторыми положениями, высказанными в настоящей статье. Однако, если она послужит толчком для дальнейшего анализа и обсуждения вопроса о тех областях высокотемпературной химии, в которых должны проводиться дальнейшие исследования, то одно это уже принесет определенную пользу. [33]
В русской научной литературе, если не считать некоторых переводных сборников ( например, Исследования при высоких температурах, 1962), не было специальных работ, посвященных успехам химии окислов в области высоких температур. Вряд ли нужно говорить о пользе научно-критических обзоров, в особенности в таких областях науки, которые, подобно высокотемпературной химии, бурно развиваются в настоящее время. [34]
Лишь сравнительно недавно многочисленные лаборатории начали проводить широкие исследования проблем генерации плазмы и преимуществ плазмохимических процессов, хотя плазма и ранее находила ограниченное применение для проведения в ней химических реакций, таких, как фиксация азота и синтез ацетилена. На рис. II 1.1 представлена диаграмма состояний веществ при высоких температурах, на основании которой можно сформулировать несколько важных для высокотемпературной химии положений. К нет молекул и могут существовать атомы только некоторых элементов, так как атомы и молекулы большинства веществ при этих температурах ионизированы. Таким образом, термин плазмохимия неудачен, поскольку при плазменных температурах нет молекул веществ. Но мы будем употреблять термин плазмохимия, понимая под ним химию, использующую высокие температуры и высокие энергии плазмы для реакций, проводимых при пониженных по сравнению с плазменными температурах, а также в тех случаях, когда большие скорости теплопередачи, достижимые в плазме, обычно вызывают изменение физических и химических свойств веществ. Графики температурной зависимости энтальпий некоторых одно - и двухатомных газов ( для равновесных условий при 1 атм) приведены на рис. III.2. Для диссоциации двухатомных молекул, происходящей в интервале температур от 4000 до 10 000 К, требуется от 90 до 200 ккал / моль, в то время как для ионизации, протекающей между 10000 и 30000 К, необходимо от 340 до 600 ккал. Максимальные температуры пламен достигают значений - 3000 К, при которых начинается процесс диссоциации молекул; в то же время минимальные температуры плазмы / - 10000 K, так как только при таких температурах достигается степень ионизации, достаточная для протекания тока, необходимого для поддержания плазмы. [35]
Необходимость удовлетворения практической потребности - более эффективного использования урана как расщепляющегося материала за счет повышения температуры его эксплуатации - обусловила за последнее время интенсивные исследования, направленные на изыскание более тугоплавких, чем уран, и стабильных при высоких температурах урансодержащих веществ. Наряду с исследованиями, относящимися к таким тугоплавким соединениям урана, как карбиды, нитриды, сульфиды, были выполнены многочисленные работы, посвященные высокотемпературной химии окислов урана. [36]
В течение последних 15 - 20 лет происходит быстрое развитие новой области химии, которая получила название химии высоких температур. Первоначальный интерес к свойствам химических соединений при высоких температурах был вызван практическими потребностями новых отраслей техники. В настоящее время прогресс в высокотемпературной химии и быстрое расширение круга исследуемых объектов связаны не только с все воэр встающими потребностями высокотемпер атурной технологии, но и с возникновением целого круга вопросов, которые уже сейчас оказывают существенное влияние на теорию химического строения и привлекают внимание многих научных работников. [37]
Начиная с 3-го тома отдельные выпуски справочника выходят под редакцией докт. Работы советских ученых в области высокотемпературной химии стали широко известны после выхода книги Н. А. Торопова и В. П. Барзаковского Высокотемпературная химия силикатных и дру - гих окисных систем ( 1963 г.), переведенной на английский язык. [38]
Начиная с 3-го тома отдельные выпуски справочника выходят под редакцией докт. Работы советских ученых в области высокотемпературной химии стали широко известны после выхода книги Н. А. Торопова и В. П. Барзаковского Высокотемпературная химия силикатных и дру - гих окисных систем ( 1963 г.), переведенной на английский язык. [39]
Одним из экспериментальных методов, занявших ведущее место в высокотемпературной химии, является масс-спектрометрия. Mace-спектрометрический метод позволяет определять наиболее важную характеристику газовой фазы, а именно, массы молекул, присутствующих в газовой фазе. Расчет термодинамических функций, интерпретация электронограмм и спектров невозможны без знания молекулярных весов компонентов и развитие этих областей высокотемпературной химии неразрывно связано с масс-спектрометрией. Точно такая же картина возникает, если обратиться к вопросам химической кинетики с участием газовой фазы, будь то гомогенные или гетерогенные реакции. При исследовании новых неизвестных ранее реакций прежде всего возникают вопросы молекулярного состава промежуточных и конечных газообразных продуктов. [40]
Настоящая книга представляет собой попытку охватить ряд интересных явлений и процессов, изучаемых физикой плазмы как в научном, так и в прикладном аспекте. Бурное развитие физики плазмы, вызванное к жизни стремлением создать управляемую термоядерную реакцию, привело к развитию в теории и эксперименте новых методов исследования, которые внесли существенный вклад в часть разделов физики и химии. В частности, изучение неустоичивостеи плазмы и их нелинейных режимов оказалось весьма существенным для таких, на первый взгляд, далеких друг от друга областей, как астрофизика и физика твердого тела, высокотемпературная химия и проблемы управляемого термоядерного синтеза, физика газового разряда и проблема магнитогидродинамического преобразования энергии, газовые и твердотельные лазеры, мощные электронные релятивистские пучки и ускорители. [41]
Поэтому более рациональной является точка зрения Маргрейва [8] и Киреева [9], которые считают необходимым принять, хотя бы условно, некоторые определенные границы по температурной шкале. Такой температурной границей, по-видимому, является интервал 10000 - 50 000 К. При более высоких температурах почти не остается нейтральных атомов; атомы ионизируются, образуется плазма, основными составляющими которой являются ионы, ядра и электроны. Правда, следует сразу отметить, что ограничивать область высокотемпературной химии границами существования атомов и молекул вряд ли целесообразно. Химия плазмы, вслед за физикой плазмы, будет охватывать весь температурный интервал, доступный для исследования. [42]
Пожалуй, ни один из изученных окислов не представил таких трудностей для исследователей, как окись алюминия. Результаты, полученные одними авторами, оспариваются другими. Многие существующие в литературе противоречия так и остаются невыясненными. Несомненно, в ближайшем будущем появятся новые исследования, которые принесут более определенные данные высокотемпературной химии системы А1 - О. Мы считаем необходимым дать здесь более или менее подробный обзор, который бы характеризовал современное состояние вопроса. [43]
Одной из наиболее трудно разрешимых экспериментальных проблем высокотемпературной химии является в настоящее время крайне ограниченная возможность осуществления измерений в сильно окислительных или сильно восстановительных условиях. Недавно сообщалось [39] о некоторых работах по применению солнечных печей для исследования реакции окиси алюминия и водяного. В частности, лечь оборудована четырехполюсным масс-спектрометрическим фильтром, который позволяет различать газообразные соединения при реакции между расплавленными окислами легких металлов, кислородом, водородом, водяным паром и другими газами. Интерес к рефлекторным печам как средствам нагрева в высокотемпературной химии объясняется тем, что для многих важных неорганических соединений непосредственный индукционный нагрев непригоден. Однако с развитием высокочастотных генераторов, которые могут работать в диапазоне 10 - 100 Мгц, возникают новые возможности для изучения таких соединений. Такие генераторы в настоящее время начинают выпускаться промышленностью, и вскоре по их применению будет накоплен достаточный практический опыт. [44]
В главах VII-X дается обзор работ по изучению испарения как самих окислов, так и более летучих продуктов низшей валентности, получаемых, в частности, нагреванием окислов в восстановительных условиях. Моноокись кремния SiO, получаемая, например, по реакции Si02 Si2SiO, является наиболее характерным летучим окислом кремния. Глава VII посвящена преимущественно свойствам этого соединения. В остальных указанных главах рассмотрены выполненные за последние годы работы по изучению испарения окислов элементов II-VI групп Периодической системы. Исследование испарения окислов - один из наиболее интенсивно разрабатываемых разделов высокотемпературной химии. Проникновение техники в область очень высоких температур требует знания не только условий перехода твердого или жидкого окисла в газообразную фазу, но и знания строения, свойств и устойчивости газообразных окислов. [45]