Файл: Казаков Б.И. Благородные металлы служат человеку.pdf

ях, где требуется устойчивость против химических аген­ тов. Если кислоты и расплавленные карбонаты не воз­ действуют на платину, то расплавы щелочей, особенно в присутствии окислителей, разъедают ее. Разрушается платина расплавленным германием и парами калия. Фос­ фор, цианиды, галоиды п некоторые другие химические вещества весьма неблагоприятно влияют на поверхность платины. Этим, конечно, нисколько не умаляется значе­ ние платины и ее спутников в химической промышлен­ ности. Умелое использование4 их обеспечивает благопри­ ятное течение многих технологических процессов, прежде всего там, где требуется устойчивость против действия кислот.

ПЛАТИНОВЫЕ МЕТАЛЛЫ В КАТАЛИЗЕ

Химикам начала прошлого века приходилось сталки­ ваться с новым для них явлением: та или иная реакция ускорялась присутствием какого-нибудь вещества, в реак­ ции не участвующего. Французский ученый Л . Тенар еще в 1815 г. обнаружил, что в присутствии мелкораздроблен­ ной платины или других благородных металлов перекись водорода разлагается значительно быстрее. Через два го­ да после этого Г. Дэви вместе со своим братом Э. Дэви об­

способствует превращению спирта в уксусную кислоту на холоде. Эти работы очень заинтересовали И. Деберейнера, который повторил их и получил тот ж е результат. Э. Дэ­ ви наблюдал очень любопытное явление: струя водорода, пропущепиая над платиновой спиралью, заставляет ее наналиваться, отчего происходит воспламенение водорода. Деберейнер стал пропускать над губчатой платиной гре­

ние, что прообраз современной спички появился только в 1805 г. и представлял собой лучинку с зажигательным со­

ванное Деберейнером зажигательное устройство представ­ ляло собой определенный интерес. «Мгновенный зажига-

146

тельный ящик» как называли первые спичечные коробки, конечно, в стационарных условиях уступал «деберейнерову огниву». Последнее, естественно, не вошло в широкую практику и вспоминается сейчас как научный курьез, но оно прекрасно демонстрирует каталитические свойства платины.

Техника все ж е использовала открытие Деберейнера, хотя и спустя много десятилетий. Автоматическое газоза­ жигание в присутствии губчатой платины, «водородное огниво», не что иное, как усовершенствованное в соответ­

1835 г. Берцелиус, но оно не было новым: его употреблял еще алхимик Либавиус в смысле — разложение, разруше ­ ние. Каталитические свойства обнаруживались химиками не только у благородных металлов, но и у неблагородных, и даже у неметаллов, но платина и платиноиды стали на­ иболее распространенными катализаторами.

Случаи успешного применения платиновых металлов в качестве катализаторов составляют очень длинный пе­ речень. Упомянем наиболее важные из них. Прежде всего это относится к производству серной кислоты. Платина потребовалась в процессе не только как материал аппара­ турного оформления, но и как активный участник тех­ нологии. Серную кислоту умели приготовлять еще алхи­ мики, но техническое ее производство развернулось лишь в наше время. Первоначально процесс требовал громозд­ ких установок и отличался сложностью. В 1873 г. ученый К. Винклер нашел, что сернистый газ быстро окисляется кислородом воздуха в присутствии платины. В 1890 г. на Баденском анилиновом и содовом заводе был поставлен производственный процесс выработки серной кислоты из газов, полученных при обжиге пирита. Процесс шел в присутствии платины и был назван контактным. Этот спо­ соб в н а ш е время принят почти повсеместно.

О проблеме связанного азота, о знаменитом синтезе Габера рассказывается в каждом школьном учебнике хи­ мии. В большинстве случаев при этом не упоминается о том, что далеко не сразу удалось наладить производствен­ ный процесс получения аммиака. Положительное реше ­ ние поставленной задачи пришло лишь тогда, когда был удачно подобран катализатор. Действие наиболее извест-

147

н ых в то время катализаторов обнаруживалось лишь при температурах свыше 700° С, и выход аммиака с их приме­ нением был ничтожно мал. Попытки усовершенствовать процесс с помощью увеличения давления до 200 атмосфер не дали ощутимого результата. В лаборатории Высшей технической школы в Карлсруэ химики начали энергич­

доверчиво отнеслось к результатам их изысканий и согла­ силось испытать новый катализатор лишь после длитель­ ных уговоров. Первый ж е опыт показал всю серьезность проведенных исследований. Тонко распыленный осмий за­ ставил реакцию идти в нужном направлении, причем тем­ пературу оказалось возможным снизить на 100 с лишним градусов, что имело тогда решающее значение. В даль­ нейшем, правда, осмий как дорогой н дефицитный металл был заменен другим катализатором, но сдвинуть пробле­ му с места удалось благодаря именно ему.

Синтез аммиака открыл широкую дорогу для получе­ ния азотнокислых солей и технически опроверг мрачное предсказание В. Крукса о надвигающемся на человечест­ во азотном голоде. Перевод ж е аммиака в азотную кисло­ ту опять потребовал катализатора, п таким оказалась платина.

тация спиртов, углеводородов, гетероциклических соедине­ ний, гидрогенизация ацетилена и его производных, цикли­ ческих и ароматических углеводородов, альдегидов, кетонов, органических кислот, восстановление нитробензолов, галоидных соединений — все это осуществляется с по­ мощью металлов платиновой группы, прежде всего самой

148

К а к было сообщено на недавнем филадельфийском меж­ дународном конгрессе, в каталитическом процессе гидро­ генизации бензола заметное влияние на ход реакции ока­

чествах, не находил заметного применения. Теперь с его помощью получают синильную кислоту из аммиака и ме­ тана, полимерный этилен, глицерин из целлюлозы и мно­ гое другое. Академик А. А. Баландин и его сотрудники показали, что такой бросовый материал, как лузга подсол­ нуха, коробочки хлопчатника, древесные опилки, куку ­ рузные кочерыжки, при использовании рутениевого ка­ тализатора могут стать источником получения ценных хи­ мических продуктов.

Очень часто в производстве используется не чистый платиновый металл, а его сплав с другим. Это обусловли­ вает больший процент контактирования и уменьшение по­ терь катализатора. Примером может служить общеизве­ стный процесс окисления аммиака в азотную кислоту. В заводских установках имеются катализаторные сетки, из­ готовленные из сплавов платины с 7% родня или с 3% палладия.

Этот процесс, разработанный отечественным специа­ листом Андреевым в Донбассе в 1915 г., до сих пор имеет значение в производстве селитры для удобрения полей.

Огромную роль играет чистота поверхности катализа­ тора. Было установлено, что многие из них могут инактивироваться теми или иными побочными соединениями, прежде всего газами. С другой стороны, в отдельных случаях возможно повысить активность катализатора об­ работкой соответствующими химическими реагентами. Поверхность катализатора шероховата — имеет впадины и возвышенности. Активными точками катализатора я в ­ ляются пики. Потому-то катализатор и вводится в техно­ логическую схему в мелкораздробленном состоянии. PI все

ция объясняется тем, что па активных точках катализа­ тора сосредоточиваются молекулы газа — примеси, пре­ пятствующие доступу к ним реагирующих веществ. Про­ цесс этот получил в технике выразительное название

149