Вильгельм Штрубе - Пути развития химии. Том 1. От первобытных времен до промышленной революции

С конца XVI в. рафинация тростникового сахара была освоена в Антверпене, Гамбурге, Нюрнберге, Аугсбурге, Дрездене, а также в некоторых английских и французских городах. Фестер указывал, что в XVII-XVIII вв. производство сахара было важнейшей отраслью химических ремесел, связанных с получением органических продуктов [13, с. 196]. Наряду с мелкими мастерскими в XVIII в. возникали крупные предприятия по производству сахара-рафинада с числом рабочих 100 и более. Такие фабрики имели большие по тем временам производственные возможности. Во второй половине XVIII в. были основаны новые сырье и технология для рафинации сахара.

Андреас Сигизмунд Маргграф в 1747 г. выпустил книгу под названием "Химические способы получения настоящего сахара из некоторых растений, произрастающих в нашей стране". Маргграф в своем труде описывал способы получения из свеклы и некоторых других растений такого же сахара, как из тростника. Процессы, описанные Маргграфом, были наглядными примерами многочисленных химических реакций, осуществленных в ту весьма практичную эпоху. Правители различных государств стремились заменить на внутреннем рынке своих стран ввозимые из других стран продукты товарами собственного изготовления. Технология, предложенная Маргграфом, была необычайно важна для развития сахарной промышленности, однако описанные им способ производства и сырье были слишком дороги, чтобы обеспечить полноценную замену тростниковому сахару. Лишь благодаря обширным изысканиям, проведенным в конце XVIII в. Францем Карлом Ахардом, удалось упростить процессы получения сахара и вывести сорт свеклы, содержащей повышенное количество сахара. Промышленное получение сахара из свеклы распространилось в Германии в начале XIX в., а вскоре во Франции сахароварение превратилось в мощную отрасль индустрии. Под прессами из свеклы получали сок; затем нагревая его, удаляли с образовавшейся пеной загрязняющие вещества. После этого в сок добавляли известь и животный уголь. Очищенный с помощью этих веществ сок подвергали многократному нагреванию и испарению. В XIX в. в техническом оснащении производства сахара появились важные усовершенствования: применение паровых машин и вываривание сиропа в вакууме. В 1850 г. в мире добывали из сахарного тростника 1,26 млн. т сахара, а из свеклы 0,2 млн. т. В 1900 г. из сахарного тростника добывали 6,0 млн. т, а из сахарной свеклы 6,8 млн. т.

Появление отрасли промышленности, производящей сахар из свеклы, вызвало большое изменение структуры сельского хозяйства и повлияло на рацион питания людей, стимулировало выведение новых сортов растений, переустройство системы землепользования во многих странах, развитие производства минеральных удобрений. Высокая степень механизации и химизации сделали выработку сахара одной из наиболее развитых отраслей промышленности.

Очень важное значение для развития химии и промышленности имела разработка производства соды Лебланом в конце XVIII в. До этого природную соду добывали из содовых озер в Египте, из содусодержащих пород Венгерской низменности между Дунаем и Тиссой и из золы растений. Однако растущее производство стекла, мыла, текстиля требовало все большего количества соды. Запросы промышленности не могли быть удовлетворены несовершенными методами ее получения, которые применялись до XVIII в. Поэтому в первой трети XVIII в. многие химики начали искать способы получения больших количеств соды из легкодоступных сырьевых материалов. Среди этих химиков были Анри Луи Дюамель дю Монсо, Андреас Сигизмунд Маргграф, Карл Вильгельм Шееле, Малерб де ла Метри, Брайан Хиггинс, А. Фордис, Гитон де Морво, И. К. Фридрих Майер, И. А. Ц. Шапталь. Особенно важным было открытие Дюамеля, сделанное в 1736 г.: в состав соды обязательно должны входить соединения натрия. Маргграфу удалось установить, что сода и поташ — это разные вещества, а не одно и то же, как считалось ранее.

Дюамель в 1736 г. попытался превратить сульфат натрия с помощью уксусной кислоты в ацетат с последующим превращением его в соду при нагревании. Маргграфу удалось получить в водном растворе нитрат натрия (из сульфата натрия и нитрата кальция), а из него соду (при взаимодействии с углем). Генрих Хаген в 1768 г. осуществил реакцию обмена сульфата натрия с поташем, а Торберн Бергман и И. К. Ф. Майер получили соду при реакции поташа с поваренной солью. Однако все эти методы были трудоемки, дороги и невыгодны для ремесленного производства. В 1775 г. Шееле удалось разработать метод получения соды через промежуточное образование едкого натра из поваренной соли и соединений свинца. Этот способ, запатентованный в 1787 г., был положен в основу технологии на предприятиях по производству соды, сооруженных в Англии и Франции. Дальнейшее улучшение промышленного способа получения соды было осуществлено в 1777 г. Малербом: исходным сырьем служили поваренная соль и серная кислота, а в процессе использовали также уголь и железо. Мы не будем рассматривать многие другие способы получения соды, которые из-за их высокой стоимости и большой продолжительности процесса не могли быть использованы в производстве [13, 55, 86], а остановимся на методе получения соды, разработанном Лебланом. В патентном описании метода Леблана говорится: "Между железными вальцами превращаются в порошок и смешиваются следующие вещества: 100 фунтов обезвоженной глауберовой соли, 100 фунтов очищенной извести (мела из Медона), 50 фунтов угля. Смешивание продолжается при нагревании в пламенной печи при закрытых рабочих окнах. Вещество приобретает вид кашеобразного флюса, пенится и превращается в соду; образовавшаяся таким образом сода отличается от продажной только более высоким содержанием основного продукта. В процессе плавления массу нужно постоянно перемешивать, для чего используются железные кочерги и другие подобные предметы. Над поверхностью плавящейся массы вспыхивает множество огоньков, похожих на огни свечей. Получение соды завершается как раз к тому времени, когда эти огоньки исчезают. Сплав извлекается из печи железными кочергами, после чего помещается для застывания в формы, придающие содовой массе вид блоков, которые могут поступать в торговлю.

Эти процессы можно осуществлять также в закупоренных сосудах или тиглях. Однако таким образом получение соды обходится дороже. Можно также изменять соотношение различных видов сырья, например взять меньше извести или угля. Но лишь использование вышеописанных пропорций дает наилучший результат. При этом получается около 150 фунтов соды." [87].

Получение соды по методу Леблана так же, как и производство серной кислоты, стало основной отраслью химической промышленности XIX в. Этот процесс имел большое значение и для совершенствования химических знаний. Его изучение поставило множество проблем перед химиками, таких, например, как изучение способов удаления побочных продуктов из смеси. Для промышленности было важно, что большие количества соды, необходимой для производства стекла, мыла, текстильных материалов, стало возможным производить дешевым методом из легко доступного сырья (соли, извести, угля). При этом сберегалось значительное количество общественного труда, что, по мнению Г. Моттека, может служить показателем технического прогресса [8, с. 209]. И сырье, и средства производства (печи, вальцы, крюки, шпатели) были хорошо известны химикам-практикам задолго до того, как Леблан запатентовал свое изобретение. Оригинальность предложенного французским изобретателем метода состояла в нахождении оптимальных соотношений отдельных видов сырья и условий их взаимодействия, приводящих к образованию соды. Все это позволило получать соду проще и дешевле по сравнению с теми методами, которые предлагались ранее. Открытие Леблана стало результатом длительного развития химико-технических исследований. Оно явилось одной из важнейших составных частей фазы наивысшего развития химии в XVIII в. Наряду с другими это открытие в немалой степени способствовало освобождению химии от "старых путей" и переходу ее на качественно новую ступень развития в XIX в.