Александр Федоров - Огненный воздух

Существуют специальные газификаторы, в которых давление испаряющегося газа повышается до 150 атмосфер. Эти газификаторы служат для быстрого наполнения кислородом знакомых нам баллонов.

170 лет назад ученые впервые обнаружили любопытное явление: если через ванну с подкисленной водой пропускать электрический ток, то у погруженных в воду металлических пластинок, к которым подводится ток, возникают пузырьки каких-то газов. Этот процесс был назван электролизом, то-есть разложением с помощью электричества.

Оказалось, что при электролизе вода разлагается на свои составные части — кислород и водород. При этом кислород выделяется на положительном электроде — пластинке, а водород — на отрицательном.

Долгое время электролиз воды не использовался на практике. Единственным источником электрической энергии были в то время гальванические элементы, и ток стоил дорого. Лишь в конце прошлого века, когда была изобретена динамомашина, дающая огромные количества дешевой электрической энергии, электролиз воды стал применяться для получения водорода и кислорода. Делается это так.

В большую ванну-электролизер наливают воду, к которой прибавляется немного кислоты или щелочи. Такая добавка увеличивает электропроводность воды. К металлическим пластинкам, опущенным в воду, подводится постоянный ток от аккумулятора или электрической сети.

Над пластинками помещаются специальные сосуды для улавливания водорода и кислорода (рис. 11).

Рис. 11. Схема устройства электролизера — аппарата для разложения воды электрическим током.

В последнее время строятся установки для электролиза воды, работающие под высоким давлением — до 200 атмосфер. Газы, полученные на таких установках, сразу поступают в баллоны, не требуя дополнительного сжатия.

Однако такой способ получения кислорода связан с большим расходом электрической энергии. Чтобы получить 1 кубический метр кислорода, нужно затратить 10–12 киловатт-часов электрической энергии. Поэтому электролиз воды не применяют в тех случаях, когда требуется получать только один кислород. Зато этот способ широко используется там, где нужен чистый водород. В этом случае «огненный воздух» выделяется и используется как побочный продукт.

Особенно много электролизных установок работает в химической промышленности, где водород и кислород нужны для получения синтетического аммиака, идущего для производства удобрений и различных химических веществ. Кроме того они необходимы при изготовлении искусственных камней, прозрачного кварца, твердых, сплавов, электроламп и т. д.

Кислород особенно широко используется для сварки и резки различных металлов и сплавов.

Любое горючее вещество энергично сгорает в кислороде и выделяет при этом много тепла. И это вполне понятно: если какое-либо вещество сгорает в воздухе, много тепла бесполезно тратится на нагревание азота, а он, как мы знаем, составляет четыре пятых атмосферного воздуха. Другое дело, когда горение происходит в чистом кислороде. При этом гораздо больше выделяющегося тепла идет на повышение температуры пламени, и горение протекает быстро и полно.

При сжигании в чистом кислороде горючего газа — водорода, ацетилен или светильного газа — развивается огромная температура, выше 3 тысяч градусов! При такой температуре плавятся самые тугоплавкие металлы. Поэтому для сварки металлов применяют пламя кислородно-ацетиленовой горелки. Эта горелка состоит из двух трубок, заканчивающихся общим наконечником. Одна трубка соединяется с кислородным баллоном, а по другой подводится горючий газ. Чаще всего это — ацетилен, соединение углерода с водородом, получающееся при действии воды на особое химическое вещество — карбид кальция. Получается он прямо на месте сварки в так называемом ацетиленовом генераторе . Образующийся газ по шлангу идет в горелку (рис. 12).

Рис. 12. Схема действия установки для кислородно-ацетиленовой сварки .

Здесь же устанавливается и баллон с кислородом. Конечно, давление в 150 атмосфер, под которым заключен кислород в баллоне, слишком велико для работы. Поэтому его понижают до 3–4 атмосфер в специальном аппарате — редукторе .

Иногда ацетилен, так же как и кислород, подвозится в баллонах, сжатый до 15 атмосфер. Баллоны с разными газами имеют разную окраску. Это позволяет избежать путаницы при работе и легко найти баллон с нужным газом.

Как же идет газовая сварка? Пламя горелки направляется на свариваемое место. Под действием высокой температуры металлические поверхности быстро оплавляются и при остывании соединяются в одно целое. Обычно при сварке металлов применяется какой-нибудь присадочный материал. Это — металлическая пластинка или проволока, дающая при расплавлении добавочное количество металла для заполнения промежутка между свариваемыми предметами.

Кислород используют также и для резки металлов. Приспособление для резки металлов — резак — в отличие от сварочной горелки имеет дополнительный канал, через который подводится чистый кислород. Когда пламя газовой горелки раскалит небольшой участок поверхности металлического изделия, в резаке открывается канал и к раскаленному металлу идет узкая струя кислорода. В этой струе металл плавится и быстро сгорает, а часть его выдувается, образуя тонкую и узкую щель, разделяющую кусок металла на две части. Даже большие стальные бруски толщиною в 1 метр легко перерезаются струей «огненного воздуха».

Существуют газорезные машины, разделяющие на части огромные стальные слитки и вырезающие из металлического листа изделия различной формы. Многие из таких машин работают совершенно автоматически. Они дают сотни одинаковых деталей, не требуя за собою непрерывного наблюдения.

Кислородной струей можно и очищать поверхности металлических изделий. Слитки стали нередко имеют на своей поверхности загрязнения шлаком, неглубокие трещины и т. д. При дальнейшей обработке слитка эти изъяны могут привести к неисправимой порче получаемых из него изделий. До последнего времени эти изъяны удалялись путем вырубки части наружного слоя пневматическими зубилами. Это была весьма тяжелая работа, требующая большого физического труда.

Сейчас и здесь на помощь приходит кислород. Место изъяна в стальном слитке сначала нагревается пламенем кислородно-ацетиленовой горелки, а затем в струе чистого кислорода поверхностные слои металла сгорают, и от наружного порока слитка не остается и следа.