Вильгельм Штрубе - Пути развития химии. Том 2. От начала промышленной революции до первой четверти XX века

Сразу после открытия химического действия электрического тока некоторым ученым казалось, что электрохимические явления можно использовать лишь для сугубо практических целей: для разложения солей (1803 г.), получения щелочных металлов — натрия и калия (1807г.), или для выделения металлического алюминия (1827 г., Ф. Вёлер). В 1855 г. А. Сент-Клер Девилль использовал электрохимический метод для получения алюминия в довольно значительных количествах. Однако технические возможности этого метода тогда были очень ограниченны. Стоимость алюминия была так же высока, как и стали, и этот легкий металл служил только для изготовления драгоценных изделий. В гальванотехнике электрохимические методы использовались для золочения и серебрения.

Поскольку для развития электрохимических производств необходимо много дешевой электроэнергии, то крупная электрохимическая промышленность смогла возникнуть лишь после того, как в 1867 г. Вернер Сименс на основе сформулированных им принципов электродинамики создал динамо-машину. В 1880-е годы уже повсюду крупные электрохимические производства (электролитические и электротермические) стали перерастать в самостоятельные отрасли индустрии. К важнейшим из них относятся электролиз хлоридов Щелочных металлов (1884 г.) (мембранный метод был открыт Брейером в 1884 г. и усовершенствован Биллитером [241], ртутный метод был открыт в 1892 г. Кастнером и Келлером), получение йодоформа из иодида натрия и водного раствора спирта, получение перманганата калия. Особое значение имело производство алюминия, а также электролитическое получение хлора и меди и электротермическое получение карбида кальция.

Промышленный метод электролитического получения алюминия был разработан в 1880-е годы независимо друг от друга М. Холлом и П. Эру. Они обнаружили, что оксид алюминия может растворяться в расплавленном криолите, а при электролизе расплава можно выделить чистый алюминий. В последующие десятилетия во многих странах были построены алюминиевые заводы. В 1884 г., т.е. до открытия нового метода, во всем мире было произведено 11т алюминия, в 1913 г.- уже 66 700 т, а в 1928 г. производство алюминия достигло 240 000 т.

Успехи в рационализации металлургического производства, в частности выплавки чугуна и переработки медной руды, начались с работ Р. Бунзена по анализу доменных и колошниковых газов. Анализируя колошниковые газы, Бунзен установил, что с ними выносится из печи 50% и более тепла, необходимого для процесса. Почти все приборы и методы для газового анализа он разработал сам. В основу анализа газов Бунзен положил их поглощение и сжигание. В книге "Газометрические методы" Бунзен описал ход анализа: отбор пробы, методику анализа газовой смеси, способы определения различных газов, методы определения плотности пара, поглощение отдельных газов различными жидкостями, диффузию и сжигание газов.

Исследования Бунзена способствовали дальнейшему усовершенствованию газового анализа, особенно в промышленности. Клеменс Винклер и Вальтер Хемпель разработали несложный в обращении прибор для быстрого и точного анализа. Результаты этих исследований принесли большую пользу металлургической промышленности: благодаря совершенствованию конструкции печей удалось значительно уменьшить расход топлива при проведении плавки металлов. Были разработаны также новые методы выплавки стали, которые вообще впервые сделали возможным ее крупнотоннажное производство. Это в свою очередь способствовало увеличению темпов строительства железных дорог, мостов, автомобилей и других машин.

В 1856 г. Генри Бессемер "произвел революцию" в выплавке стали, предложив использовать для этой цели специальные устройства — конвертеры, получившие впоследствии название "бессемеровские". В конвертере грушевидной формы расплавляли чугун и через форсунки продували в расплав воздух. В результате ряда реакций с кислородом воздуха яселезо очищалось от кремния и большей части углерода. Правда, для выплавки стали нельзя было использовать чугун с большим содержанием фосфора до тех пор, пока Сидни Дж. Томас в 1877 г. не предложил выкладывать внутренние стенки бессемеровского конвертера основной футеровкой из обожженного известняка, который превращал образующийся при плавке пентоксид фосфора в фосфат кальция. После этого в производстве железа и стали начали использовать сырье из крупных месторождений фосфорсодержащих железных руд на западном побережье Англии и в Лотарингии. Побочно в томасовском процессе получалось искусственное удобрение, так называемый томас-шлак.

Важным для металлургии стал метод улучшения сортности (легирование) стали путем добавления точно дозированных количеств различных металлов или других веществ, свойства которых, а также возможности использования были уже изучены химиками. Например, в 1882 г. Роберт Эббот Хэдфилд получил патент на получение "марганцевой стали", содержащей 12% марганца. После нагревания до 1000° С и охлаждения в воде она становилась тверже обычной стали. Добавлением к стали в определенных соотношениях различных металлов (хрома, ванадия или вольфрама) были получены и другие легированные стали. В 1916 г. Катаро Хонда, добавив к вольфрамовой стали кобальт, получил сплав с высокими магнитными свойствами. Через три года Элвуд Хейнс изготовил нержавеющую сталь, содержавшую добавки хрома и никеля.

Добывание огня (с помощью угольного трута и "серного" фитиля), которое вплоть до XIX в. представляло собой сложное занятие, было коренным образом изменено с изобретением веществ, которые воспламенялись при достаточно низких температурах. Иоганн Вольфганг Дёберейнер, изучивший каталитические свойства платины, в 1823 г. сконструировал "огниво", основанное на воспламенении струи водорода, направленной на губчатую платину [243]. Через четыре года Джон Уокер создал фосфорные спички, которые, однако, вследствие их легкой воспламеняемости и ядовитости использовались мало. После того как в 1845 г. Антон Шрёттер открыл неядовитый красный фосфор, Рудольф Бёттгер в 1848 г. изобрел безопасные спички. "Зажигательная смесь" (хлорат калия, сульфид сурьмы и гуммиарабик [244]), используемая в этих спичках, возгоралась только при трении ее о поверхность, покрытую красным фосфором.

Промышленное производство спичек началось в 1860-е годы в Швеции, откуда они распространились по всему миру [245]. В начале XX в., после того как Ауэр Вельсбах открыл в 1904 г. пирофорный сплав церия и железа, появились современные зажигалки. Например, зажигалка марки "Ауэрметалл" позволяла получать устойчивое пламя. С этого времени добывание огня стало легким делом, доступным даже ребенку.