Путешествие в Страну элементов - Л. Бобров

На практике едкий натр получают электролизом раствора поваренной соли; едкое кали — электролизом хлористого калия. В мире производят несколько миллионов тонн едкого натра. Он применяется во многих отраслях химической промышленности. Действием разбавленного раствора едкого натрия при 140 °C выделяют из растительных материалов целлюлозу — важнейшее сырье различных отраслей промышленности.

Большое количество щелочи потребляет мыловаренная промышленность. Мыло — это натриевые и калиевые соли жирных кислот.

Высшие сорта жидкого туалетного мыла, а также специальные жидкие медицинские мыла получают, используя едкое кали.

В больших количествах едкие щелочи употребляются в промышленности органических красителей, в текстильном производстве, для очистки минеральных масел и т. д.

О соде и стекле

Еще 5 тысяч лет тому назад египтяне выделывали стекло сплавлением чистого белого песка с содой и мелом. Соду древние египтяне добывали из содовых озер. В природе она образуется там, где есть залежи мирабилита Na2SO4. Особые виды бактерий восстанавливают мирабилит до сульфида натрия Na2S. При действии углекислого газа и воды последний превращается в соду. На дне содовых озер и на берегу образуется минерал соды — трона Na2CO3·NaHCO3·2H2O.

До конца XVIII века стекольные и мыловаренные заводы, текстильная промышленность Западной Европы работали на природной соде. Широко использовалась сода, добывавшаяся на средиземноморском побережье Испании сжиганием щелочьсодержащих растений.

В России XVIII века в больших количествах вырабатывался поташ K2CO3, который и применялся в стеклоделии. Для того чтобы получить пуд поташа, сжигали лес на площади 120 квадратных метров. В Москву доставляли также астраханскую и испанскую соду.

Техника получения растительной соды была в конце XVIII века весьма примитивна, и даже лучший сорт ее — испанская «барилла» — содержал всего 25–30 процентов основного продукта.

В середине XVIII века стеклоделам, мыловарам и текстильщикам стало не хватать соды…

В 1775 году Парижская академия наук объявила конкурс на способ производства соды из поваренной соли. Через 15 лет парижский нотариус получил конверт, в котором находилось описание производства искусственной соды из глауберовой соли Na2SO4. Автором патента оказался химик-любитель Леблан, домашний врач герцога Орлеанского. По его способу глауберова соль, получаемая действием серной кислоты на поваренную соль, сплавлялась с углем и углекислым кальцием при 1000 °C.

Сплав соды с сульфидом кальция выщелачивали, то есть действовали на него водой. Сода переходила в раствор.

По способу Леблана соду получали до семидесятых годов XIX века. Упали вполовину цены на ткани, оконные стекла и мыло. До Леблана оконные стекла во Франции считались роскошью. Но способ был далеко не идеальным: получалось много отходов, он требовал большого расхода топлива, аппаратура была слишком громоздкой, реакции шли в основном с твердыми веществами.

В 1861 году бельгийский промышленник Сольвэ предложил аммиачный способ получения соды. Он более дешев и прост, не страдает недостатками леблановского способа: в раствор поваренной соли вводятся аммиак и избыток углекислого газа. Образующийся бикарбонат аммония в результате обмена переходит в бикарбонат натрия:

NH4HCO3 + NaCl ↔ NaHCO3 + NH4Cl.

При нагревании бикарбонат натрия легко переходит в карбонат, соду.

2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2.

Na2CO3 поступает в продажу в виде безводной, так называемой кальцинированной соды.

В настоящее время соду по способу Сольвэ получают в огромных количествах. В мире ежегодно производится несколько миллионов тонн этого продукта.

Аммиачный способ хорош, но и он не без недостатков. В нем не полностью используется хлористый натрий, происходят потери углекислого газа, аммиака и извести. В 1939 году советский ученый А. П. Белопольский разработал способ производства соды на базе мирабилита. Этот способ предусматривает комплексное использование сырья. В его основе лежит реакция:

Na2SO4 + 2NH3 + 2CO2 + 2H2O = 2NaHCO3 + (NH4)2SO4.

Получаются сразу два ценных продукта — сода и сернокислый аммоний. Способ Белопольского не нашел пока промышленного применения.

Пятая часть всей соды перерабатывается в едкий натр, около трети используется в производстве алюминия. Содой обрабатывают исходное сырье для получения окиси алюминия — бокситы.

Промежуточный продукт содового процесса — бикарбонат натрия — применяется в медицине и пищевой промышленности. Питьевая сода — так называют в быту это вещество — должна быть очень чистой, не содержать ядовитых примесей (мышьяка и др.).

Более трети всей получаемой соды потребляется стекольной промышленностью.

Элементы щелочных земель

Металлический кальций и его аналоги — стронций и барий — были получены впервые около 150 лет тому назад, но соединения кальция служат человеку с глубочайшей древности.

Гораздо меньшее значение по сравнению с кальцием имели, да и сейчас имеют стронций и барий и их соединения. К группе щелочноземельных элементов, о которых сейчас идет речь, принадлежит по своим химическим свойствам и радий. Однако не химические свойства, а радиоактивность сделала этот элемент провозвестником новой эпохи в науке.

Земли или элементы?

Название «щелочноземельные элементы» сохранилось за кальцием, стронцием и барием с тех времен, когда соединения, которые мы с вами теперь называем окислами, именовались «землями». Эти вещества не изменялись при нагревании, слабо растворялись в воде, давая щелочные растворы, что по тогдашним представлениям соответствовало понятию «земли».

«Известковую землю» — окись кальция — люди знали с давних времен. За способность соединяться с углекислым газом, связывать его, а также давать нерастворимые соли со многими кислотами окись кальция называли еще «связывающей землей». Соединения же бария и стронция попали в руки химиков сравнительно недавно — около 190 лет назад. В 1774 году Шееле исследовал природную двуокись марганца — пиролюзит — и обнаружил в ней неизвестное до того времени вещество большого удельного веса, которое получило название тяжелого шпата, или барита. Последнее название происходит от греческого слова «барюс» — тяжелый, тяжесть. А через тринадцать лет в Шотландии, вблизи селения Строншен, было найдено другое, похожее вещество — стронцианит. Впоследствии было установлено, что ученые имели дело с сульфатами бария и стронция, а название этого последнего имеет, как видите, географическое происхождение.

Методы, которыми пользовалась наука до конца XVIII века, не позволяли разложить «земли» на более простые вещества, поэтому Антуан Лавуазье в 1789 году в своем «Элементарном курсе химии» относил CaO, SrO и BaO к числу элементов. Однако там же он высказывал предположение, что эта точка зрения должна будет измениться и что наука найдет способ разложить упрямые «земли». Лавуазье оказался прав.

Применение новых