Читать онлайн «Книга по химии для домашнего чтения». Страница 102

и разлагают полученный карбид кальция водой:

CaC₂ + 2Н₂О = Ca(OH)₂ + H₂C₂.

Из полученного уксусного альдегида можно получить и этиловый спирт (восстановлением), и уксусную кислоту (окислением).

Позднее для получения альдегидов стали использовать реакции Сабатье и Адкинса.

В 1912 г. Поль Сабатье (1854–1941) — французский химик, член Парижской академии наук, лауреат Нобелевской премии — установил, что уксусная кислота CH₃COOH (см. 1.50) может быть превращена в уксусный альдегид CH₃CHO при действии муравьиной кислоты HCOOH в присутствии нагретого до 300–350°C диоксида марганца MnO₂:

CH₃COOH + HCOOH = CH₃CHO + H₂O + CO₂↑.

Это реакция Сабатье.

В 1931 г. американский химик-органик Гомер Адкинс (1892–1949) предложил получать формальдегид HCHO (см. 6.55) окислением метанола CH₃OH (см. 1.60) кислородом воздуха при 250–400°C в присутствии катализатора триоксида дижелеза Fe₂O₃. Формальдегид образуется в реакции Адкинса практически без примеси метанола:

2СН₃ОН + O₂ = 2НСНO + 2Н₂O.

8.35. ПОЛУЧЕНИЕ ФЕНОЛА — НЕЛЕГКАЯ ЗАДАЧА

Немецкий химик-технолог Фридрих Рашиг (1863–1928) разработал промышленный метод получения фенола C₆H₅OH. Сначала хлорируют бензол в присутствии катализатора оксида алюминия Al₂O₃, а затем полученный продукт подвергают гидролизу водяным паром при участии катализатора ортофосфата кальция Ca₃(PO₄)₂:

C₆H₆ + Cl₂ = C₆H₅Cl + НСl, C₆H₅Cl + H₂O = C₆H₅OH + HCl.

Эти реакции стали называть одним именем — реакции Рашига.

8.36. САХАР ИЗ ФОРМАЛЬДЕГИДА

Бутлеровым (см. 2.33) была предложена реакция для получения смеси сахаров («формозы») из формальдегида HCHO (см. 6.55) при воздействии на него гидроксида кальция Ca(OH)₂ (см. 3.23):

6НСНO = C₆H₁₀O₅ + H₂O.

Реакция сложная (она протекает через ряд промежуточных стадий), аутокаталитическая (сама себя катализирует) и ускоряется под действием ультрафиолетового излучения (см. 1.61).

8.37. ПРЕОДОЛЕНИЕ ДЕФИЦИТА

Один из самых главных способов превращения твердого топлива в жидкое подсказала реакция Орлова. Егор Иванович Орлов (1865–1944) — русский химик-неорганик и технолог, создатель проекта первого в России завода для производства формалина (1909 г.). В 1908 г. Орлов получил этилен C₂H₄ при пропускании смеси монооксида углерода СО и водорода H₂ над никель-палладиевым катализатором (Ni-Pd) при температуре около 100°С:

2СО + 4Н₂ = C₂H₄ + 2Н₂O.

Немецкие химики Франц Фишер (1877–1947) — директор Института кайзера Вильгельма по изучению угля, и Ганс Тропш (1889–1935), сотрудник того же института, в 1923 г. предложили получать смеси углеводородов состава C_nH_2n+2 гидрированием монооксида углерода СО под давлением примерно 1 МПа и температуре 200–400°C в присутствии катализатора (никеля Ni, железа Fe или рутения Ru):

СО + (2n+1)Н₂ = C_nH_2n+2 + nH₂O.

Реакция протекает со значительным выделением энергии в форме теплоты.

Кстати, процесс Фишера — Тропша позволяет также получать из смеси (СО и H₂) метанол (см. 1.60):

CO + 2Н₂ = CH₃OH.

Эта реакция проводится в присутствии катализатора оксида хрома Cr₂O₃ при температуре 300°C и давлении 30 МПа.

9. СЛУЧАЙНЫЕ ОТКРЫТИЯ

«Почти все великое, что у нас имеется в науке и технике, найдено главным образом при помощи случая». Это несколько наивное в наши дни утверждение латышского физикохимика, академика Петербургской академии наук Пауля Вальдена (1863–1957) было бесспорным в прошлом веке. В тот период ряд химических элементов и их соединений был открыт не в результате систематических исследований, а при случайных обстоятельствах. Но и в нашем заканчивающемся столетии в основе некоторых открытий лежали случайные наблюдения, выхваченные внимательными глазами химиков и дополненные аналитической работой их ума. Ниже приводится только небольшая часть случайных открытий новых веществ, материалов и минералов.

9.1. НАХОДКА

В 1916 г. на Баденской анилиново-содовой фабрике в Германии обнаружили забытый стальной баллон со сжатым монооксидом углерода СО (см. 7.14). Когда баллон вскрыли, то на дне его оказалось около 500 мл желтой маслянистой жидкости с характерным запахом и легко сгорающей на воздухе. Жидкостью в баллоне был пентакарбонил железа [Fe(CO)₅], постепенно образовавшийся под повышенным давлением в результате реакции

Fe + 5СО = [Fe(CO)₅].

Находка положила начало промышленному способу получения карбонилов металлов — комплексных соединений с удивительными свойствами.

9.2. АРГОН

В 1894 г. английский физик лорд Рэлей (см. 4.30) занимался определением плотности газов, составляющих атмосферный воздух. Когда Рэлей стал измерять плотность образцов азота, полученных из воздуха и из соединений азота, то оказалось, что азот, выделенный из воздуха, тяжелее, чем азот, полученный из аммиака.

Рэлей недоумевал и искал источник расхождения. Не раз он говорил с горечью, что «засыпает над проблемой азота». Тем не менее ему и английскому химику Рамзаю (см. 2.27) удалось доказать, что атмосферный азот содержит примесь другого газа — аргона Ar (см. 4.29, 4.30). Так был впервые открыт первый газ из группы благородных (инертных) газов, которым не находилось места в Периодической системе.

9.3. КЛАТРАТЫ

Однажды в одном из районов США взорвался газопровод природного газа. Это произошло весной при температуре воздуха 15°C. В месте разрыва трубопровода, внутри, обнаружили белое вещество, похожее на снег, с запахом транспортируемого газа. Оказалось, что разрыв был вызван закупоркой трубопровода новым соединением природного газа состава C_nH_2n+2(H₂O)_x, называемого теперь соединением включения, или клатратом. Газ не был тщательно осушен, и вода вступила в межмолекулярное взаимодействие с молекулами углеводородов, образуя твердый продукт — клатрат. C этой истории и началось развитие химии клатратов, представляющих собой кристаллический каркас из молекул воды или другого растворителя, в полости которого включены молекулы углеводородов (см. 5.11, 5.12).

9.4. ФОСФОР