СОВЕТСКОЙ НАУКИ
Л М. ЖАБРОВА,
кандидат химических наук
Г) НАСТОЯЩЕЕ время хими-
*-' ческая промышленность ши-
роко использует различные хими-
ческие реакции для изготовления
искусственного жидкого топлива,
удобрений, синтетического каучу-
ка, взрывчатых веществ, пластмасс,
«расок, лекарств и огромного ко-
личества других ценных продук-
тов.
Чем большее число химических
реакций изучается и становится
известным, тем более широкие
перспективы открываются перед
химической промышленностью. Од-
«ако далеко не каждую химиче-
скую реакцию, даже и дающую
чрезвычайно нужные продукты,
можно использовать в химической
промышленности.
Дело в том, что многие хими-
ческие превращения происходят
настолько медленно, что для по-
лучения сколько-нибудь заметных
количеств продуктов в результате
реакций пришлось бы ждать це-
лые годы. Ускорению таких реак-
ций иногда помогает повышение
температуры и давления. Но да-
же и это средство не всегда при-
носит желаемые результаты.
Возможно ли ускорить такие
медленные реакции, не повышая
температуры, не увеличивая дав-
ления, то-есть не изменяя внеш-
них условий? Ответ на этот во-
прос был дан более ста лет на-
зад, когда исследователи впервые
заметили, что с прибавлением не-
которых веществ к смеси реаги-
рующих соединений скорость хи-
мической реакции резко возраста-
ла, а после окончания реакции
прибавляемые вещества остава-
лись химически не изменившими-
ся. В открытии этого замечатель-
ного явления — ускорения хими-
ческих реакций при соприкоснове-
2. Наука и жизнь № 2.
нии с некоторыми веществами —
большая заслуга принадлежит
русским ученым.
В начале XIX столетия русский
академик К. Кирхгоф открыл, что
превращение крахмала в сахар
(точнее — в глюкозу) происходит
в присутствии разбавленной сер-
ной кислоты. В этом превращении
серная кислота является ускори-
телем реакции. В 1878 году дру-
гой русский ученый — Г. Густав-
сон обнаружил, что в присутствии
хлористого алюминия происходит
разложение сложных химических
соединений — углеводородов. Не-
которые углеводороды входят в
состав нефти. Впоследствии, раз-
вивая работы по изучению про-
цессов превращения углеводоро-
дов в присутствии хлористого
алюминия, замечательный совет-
ский ученый, академик Н. Д. Эе-
линский со своими сотрудниками
разработал промышленный про-
цесс получения из нефти ценных
сортов бензина.
Много исключительно глубоких
мыслей высказал в статье «Замет-
ки о влиянии прикосновения на
ход химических превращений»
гениальный русский ученый,
творец периодического зако-
на элементов Д. И. Менделеев.
В этой статье заложены основы
теории ускорения химических ре-
акций в присутствии некоторых
веществ — явления, получившего
название катализа. Вещества,
ускоряющие реакции своим при-
сутствием и прикосновением, на-
зываются катализаторами.
Для различных химических
процессов катализаторами могут
быть самые разнообразные веще-
ства: металлы, окиси, основания,
кислоты, соли. В зависимости от
физического состояния катализа-
— 17 —
Рис. Н. Смольянинова
торов и реагирующих веществ
каталитические процессы делятся
на два типа.
К первому типу относятся ре-
акции между жидкими вещества-
ми в присутствии растворенного
катализатора или между газами
в присутствии газообразного ка-
тализатора. Этот тип катализа
называют гомогенным, то-есть
однородным. Ко второму типу
катализа, называемому гетероген-
ным или неоднородным, относятся
процессы, где катализаторами
являются твердые тела, а реаги-
рующими веществами — жидкости
¦и газы. Этот тип катализа в основ-
ном и применяется в промыш-
ленности.
Одно из самых замечательных
свойств катализаторов состоит в
том, что к концу реакции они
остаются химически неизменными,
хотя и могут изменять свою фи-
зическую природу. Это свойство
катализаторов очень ценно, так
как позволяет перерабатывать
огромные массы исходных ве-
ществ с помощью небольших
количеств катализаторов.
Иногда химические процессы
могут протекать с заметной ско-
ростью лишь при очень высоких
температурах, но прибавление
катализатора делает возможным
проводить ту же реакцию при
более низкой температуре. Так,
известно, что водород соединяется
с кислородом с заметной скоро-
стью только при высокой темпе-
ратуре (около 700°); прибавление
в качестве катализатора платины
вызывает бурное течение этой
реакции, приводящей к взрыву
уже при комнатной температуре.
Следующим свойством катали-
заторов, чрезвычайно важным в
техническом отношении, является

избирательность их дей-
ствия, то-есть способ-
ность ускорять только
некоторые из возможных
для данной смеси реак-
ции. Подбор и примене-
ние катализатора дают
технологам мощное ору-
дие для ускорения про-
цессов, лежащих в осно-
ве современной химиче-
ческой промышленности.
Значительная часть ос-
новной химической про-
мышленности базируется
на каталитических ме-
тодах.
Одним из старейших
технологических процес-
сов, основанных на ка-
тализе, является произ-
водство серной кислоты.
Серная кислота приме-
няется при изготовлении
различных минеральных
удобрении, для расщеп-
ления жиров при изго-
товлении глицерина, в
синтезе красителей, при
очистке нефти и кероси-
на и т. д. Она необходи-
ма для всей химической
промышленности и пото-
ку производится в огром-
ных количествах. В про-
мышленном производстве
серной -кислоты пользу-
ются двумя каталитиче-
скими методами: башен-
ным и контактным.
При башенном способе получе-
ния серной кислоты в реакции
участвуют сернистый газ, окислы
азота, кислород воздуха и вода.
Окислы азота являются здесь
катализатором и служат как бы
передатчиками кислорода воздуха
сернистому газу, который при
этом превращается в серный
ангидрид. Серный ангидрид взаи-
модействует с водой и образует
затем серную кислоту. Синтез
серной кислоты с помощью окис-
лов азота является примером
гомогенного катализа.
В настоящее время существует
контактный способ получения сер-
ной кислоты, гораздо более со-
вершенный, чем башенный спо-
соб. Он заключается в том, что
сернистый газ в присутствии
твердого катализатора, или, как
говорят в технике, контакта,
окисляется кислородом воздуха
до серного ангидрида, который
ватем с водой дает серную кисло-
ту. Катализатором при контакт-
ном способе может служить пла-
гина, нанесенная на асбест, фар-
БАШНЯ	БАШНЯ ПЫЛЕВАЯ КОЛЧЕДАННАЯ
ГЕЙ-ЛГОССАКА ГЛ О ВЕРА КАМЕРА	ПЕЧЬ
Н2504 НА СКЛАД
Схема заводской установки для получения
серной кислоты башенным способом.
фор, пемзу. Кроме платины, при-
меняют также окислы железа или
ванадия.
Чрезвычайно важны катализа-
торы при синтезе аммиака из
азота и водорода.
Развитие химической промыш-
ленности в нашей стране предъ-
являет все больший спрос на раз-
личные соединения азота: аммиак,
цианамид кальция, селитру, циа-
нистые соединения. Эти вещества
идут в огромных количествах для
приготовления минеральных удоб-
рений и других важных продук-
тов. Естественные источники азот-
ных солей (селитры) не могут
удовлетворить этот спрос. Незна-
чительное количество соединений
азота получают из аммиачной
воды, которая образуется при
коксовании углей. Необходимость
найти более доступный и легко
используемый источник азота за-
ставила ученых обратить внима-
ние на атмосферу, где в виде га-
за находится колоссальное коли-
— 18 —
чество азота. С изобрете-
нием холодильных ма-
шин были найдены спо-
собы извлечения азот»
из атмосферы и отделе-
ния его от кислорода.
Но вторая часть зада-
чи — проведение реакции
между азотом и водоро-
дом — оказалась значи-
тельно более сложной.
Химики подвергали смесь
азота с водородом дей-
ствию высоких темпера-
тур, сжимали ее под вы-
соким давлением. Но
реакции "между газами
не происходило. Наобо-
рот, возникло еще одно
очень серьезное препят-
ствие: азотоводородную
смесь нельзя нагревать
очень сильно, так как
¦при температуре вы-
ше 600° аммиак снова
распадается на азот и
водород. Единственным
решением вопроса было
отыскание катализато-
ров, которые ускорили
бы эту реакцию при
температуре ниже 600°.
Такие катализаторы бы-
ли найдены в начале
нынешнего века. Одним
из лучших катализато-
ров является железо с
с добавками некоторых
окислов.
Для получения различ-
ных азотных соединений
синтетический аммиак сначала пе-
рерабатывают (окисляют) в азот-
ную кислоту. Реакция окисления
аммиака в окислы азота практи-
чески не протекает без примене-
ния катализаторов.
В настоящее время этот процесс
широко применяется для промыш-
ленного получения азотной кис-
лоты. В качестве катализатор»
большей частью применяют сетку
ш платиновой проволоки, нагре-
ваемую электрическим током. Та-
кая сетка помещается в контакт-
ный аппарат, куда под давлением-
поступает смесь аммиака с возду-
хом. После прохождения контакт-
ного аппарата окисленные газы
охлаждаются и отводятся в баш-
ни, где происходит поглощение
окислов^ азота водой с образова-
нием азотной кислоты. Вся аппа-
ратура производства азотной кис-
лоты очень компактна.
Описанные выше каталитиче-
ские производства относятся к так
называемой основной химической
промышленности, использующей
неорганическое сырье для проиэ-

водства основных химических про-
дуктов: кислот, щелочей и солей.
Катализ широко применяется и
в органической химии.
Важнейшими процессами орга-
нической химии являются реакции
гидрогенизации, или гидрирования,
приводящие к присоединению во-
дорода к ненасыщенным органи-
ческим веществам >. Практическое
осуществление таких процессов
невозможно без применения ката-
лизаторов.
В развитии каталитических спо-
собов гидрогенизации выдающая-
ся роль принадлежит русским
химикам. Реакцию присоединения
водорода к некоторым органиче-
ским соединениям в присутствии
палладия и платины в качестве
катализаторов осуществил впер-
вые в 1871 году русский химик
Зайцев, работавший в Казани.
Изучение законов реакций гид-
рирования масел, проведенное
русским химиком Фокиным, при-
вело к созданию первого техно-
логического процесса гидрирова-
ния — к гидрогенизации масел и
жиров.
Жидкие масла, получаемые из
семян и плодов, а также жиры
морских животных и рыб пред-
ставляют собой смеси органиче-
ских соединений с несколькими
ненасыщенными связями, которые
могут присоединить по два атома
водорода. Эти масла отличаются
от животных жиров типа коровье-
1 Ненасыщенными органически-
ми веществами называются веще-
ства, способные присоединять во-
дород.
го масла в основном только раз-
личным числом ненасыщенных
связей. Следовательно, присоеди-
няя к ним водород, можно пере-
водить малоценные жидкие масла
и жиры в искусственное масло —
маргарин, приближающийся по
своим свойствам к коровьему
маслу, или в полностью насыщен-
ный продукт — стеарин, являю-
щийся сырьем для мыловаренной
и других отраслей производства.
На процессе насыщения водоро-
дом двойных ненасыщенных свя-
зей в присутствии катализаторов
основана вся гидрогенизационная
жировая промышленность.
Первая промышленная гидро-
генизациомная установка была
построена в 1908 году в России,
в Нижнем Новгороде (ныне город
Горький). Принцип ее действия
заключается в подаче газообраз-
ного водорода в жидкое масло, в
котором находились частицы мелко-
раздробленного катализатора —
никеля. Через короткое время ме-
тод гидрирования масел, получив-
ший первоначальное практическое
осуществление в России, распро-
странился по всему миру.
# # #
При быстром росте авиации,
тракторостроения, автомобильного
транспорта вопрос о жидком го-
рючем сделался чрезвычайно
острым. Возникла необходимость
в создании синтетического жид-
кого топлива. Одним из способов
получения искусственного жидко-
го топлива является гидрогениза-
ция угля. Водород и угольная
пыль, замешанная в пасту, с при-
бавлением каменноугольной смо-
лк и катализатора (состоящего из
соединений цинка, молибдена,
алюминия и др.), предварительно
нагреваются в особом приборе,
после чего смесь поступает в спе-
циальный аппарат — реактор
(стальной цилиндр, снабженный
мешалкой). Процесс проводится
при (высоком давлении B50—
300 атмосфер) и температуре
400—600°. Продуктом гидрогени-
зации угля является масло, из ко-
торого при разгонке получают
бензин, смазочные масла и смолы.
Применение катализа произвело
полный переворот в нефтепере-
рабатывающей промышленности,
задачей которой является произ-
водство высококачественных (так
называемых высокооктановых)
бензинов для моторов и других
двигателей. Природное горючее —
нефть -г- представляет собой слож-
ную смесь различных углеводо-
родов, то-есть соединений, со-
стоящих из атомов углерода и
водорода. Перед технологами-неф-
тяниками стоит трудная задача —
провести переработку этой слож-
ной смеси углеводородов с тем,
чтобы изменить их химическое
строение.
Первым процессом, обеспечи-
вающим изменение состава неф-
ти, является крекинг, то-есть
расщепление сложных углеводоро-
дов (с большим числом углерод-
ных атомов) на более простые
Процесс крекинга был впервые
разработан в конце прошлого
века в России В. Г. Шухозым,
который получил патент на пер-
Колчедсшная| Пылевая
печь Ц камера
Промывная
вашня
Осушительная Контактный Абсорбср
Башня	аппарат	50з+Н20=К2504
Схема заводской установки для получения серной кислоты контактным способом.
— 19 —

Схема получения синтетического каучука по способу С. В. Лебедева.
вуго промышленную крекинг-уста-
новку. Однако этот процесс, как
и многие другие изобретения, был
присвоен иностранными фирмами.
После Великой Октябрьской
социалистической революции, в
1918 году, когда наша страна
была отрезана от Кавказа и остро
нуждалась в моторном топливе,
возникла задача переработать со-
хранившиеся запасы солярового
масла и нефти в бензин. Эта за-
дача была разрешена исследова-
ниями академика Н. Д. Зелин-
ского, который предложил прово-
дить процесс крекинга в присут-
ствии катализатора — хлористого
алюминия. На бензине, получен-
ном таким способом, в граждан-
скую войну летали советские са-
молеты.
Применение катализа к хими-
ческим процессам «уплотнения»
молекул непредельных соединений,
так называемой полимеризации2,
вызвало появление совершенно
новой отрасли промышленности —
производства синтетического кау-
чука. Огромная заслуга в этой
области принадлежит советским
ученым. Впервые в мире совет-
ские химики во главе с академи-
ком С. В. Лебедевым разработа-
ли и осуществили промышленное
получение синтетического каучука
из винного спирта. В 1932—1933 го-
дах был пущен первый завод
синтетического каучука. Начался
быстрый рост этой отрасли про-
мышленности, и уже в 1939 году
90% всего потребляемого у нас кау-
1 Полимеризация — химиче-
ская реакция, при которой из двух
или нескольких молекул одного и
того же вещества получается сое-
динение, имеющее тот же элемен-
тарный состав, но более высокий
молекулярный вес. Играет огром-
ную роль в технике, в частности
при получении синтетического
каучука.
чука вырабатывалось на специ-
альных заводах, синтетическим
путем.
Процесс получения синтетиче-
ского каучука, разработанный
С. В. Лебедевым, проводится в
две основные стадии: синтез ди-
винила 3 и уплотнение (полимери-
зация) дивинила в каучукоподоб-
ное вещество.
Сырьем для первой стадии слу-
жит этиловый спирт. Чтобы полу-
чить из спирта газ дивинил, нуж-
но от двух молекул спирта отнять
две молекулы воды и одну моле-
кулу водорода. Казалось бы, что
этот процесс нужно проводить в
две стадии и в присутствии двух
различных катализаторов: одного
для ускорения отщепления во-
ды — реакция дегидратации, дру-
гого для отщепления водорода —
реакция дегидрогенизации. Бле-
стящая идея академика С. В. Ле-
бедева заключалась в сочетании
этих двух стадий в один процесс
путем подбора катализатора, со-
единяющего в себе дегидратирую-
щие и дегидрирующие свойства.
Вторая стадия процесса полу-
чения синтетического каучука —
полимеризация дивинила — осу-
ществляется в присутствии метал-
лического натрия.
Каталитические методы нашли
также широкое применение в про-
» Дивинил — органическое га-
зообразное вещество, получаемое
из спирта.
ведении различных органических
синтезов. Наибольшее распро-
странение в промышленности по-
лучили каталитические синтезы
древесного или метилового спирта
(метанола) и жидкого топлива
из газов. Сырьем для обоих син-
тезов служит водяной газ.
При синтезе метанола из окиси
углерода и водорода могут обра-
зоваться также и другие продук-
ты реакции, например метан.
Поэтому здесь к катализатору
предъявляются требования изби-
рательного действия. Катализатор
должен ускорять только нужную
для производства реакцию — об-
разование метанола — и тормозить
побочные процессы.
Применение метанола очень ве-
лико. Он идет для приготовления
формалина, для органических
синтезов, служит растворителем
для смол, лаков и т. д.
Водяной газ является также
сырьем для синтеза жидких угле-
водородов, то-есть получения син-
тетического моторного топлива.
В заключение упомянем о не-
которых промышленных процес-
сах, основанных на каталитиче-
ском окислении. К важнейшим из
них относятся окисление метанола
в формалин и окисление нафтали-
на в продукты, идущие для полу-
чения красителей.
Как видно из краткого обзора
промышленных каталитических
производств, значение катализа и
его роль в химической промыш-
ленности огромны. Изыскание но-
вых катализаторов и улучшение
их свойств могут открыть необъ-
ятные возможности для развития
химической промышленности. В
разработке этих вопросов и в со-
здании теории контактных явле-
ний ведущая роль принадлежит
советским ученым.
— 20 —