Химия и материаловедение

Химия как наука о материи, ее превращениях и использовании стала вездесущей. Химия применяется почти во всех областях промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта. Химизация народного хозяйства, изобретение материалов с заданными свойствами, внедрение химических процессов в производство в огромной мере повышают производительность труда и являются одной из важнейших предпосылок создания материально-технической базы коммунизма.

Химизация ускоряет технический прогресс, ибо обе его стороны - развитие орудий труда и совершенствование технологии - находятся в непосредственной зависимости от уровня химической промышленности. Химия наряду с металлургией, топливной и энергетической промышленностью, машиностроением и строительной индустрией играет важную роль в осуществлении планов коммунистического строительства, в решении главной экономической задачи СССР.

После победы социалистической революции В. И. Ленин, разрабатывая генеральный план строительства социализма в нашей стране, писал: "Подъем производительности труда требует, прежде всего, обеспечения материальной основы крупной индустрии: развития производства топлива, железа, машиностроения, химической промышленности" (Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 36, с. 188).

В 1918 г. была создана Центральная химическая лаборатория под руководством А. Н. Баха, а в 1922 г. на базе лаборатории был организован Физико-химический институт имени Л. Я. Карпова. Значительный рост химической промышленности предусматривался уже в ленинском плане электрификации России.

Коммунистическая партия, борясь за технический прогресс, за осуществление ленинского плана построения коммунизма, всегда придавала большое значение развитию химической промышленности и широкому внедрению химии во все отрасли народного хозяйства. В начале первой пятилетки указывалось, что ряд важнейших научных открытий в области химии сделал ее одним из основных факторов развития производительных сил народного хозяйства и источником новых средств материальной культуры, что ставит перед пролетарским государством задачу форсированного развития химизации страны и развития химической промышленности.

XVI съезд партии, определяя задачи развития промышленности, обращал особое внимание на необходимость неуклонной и последовательной химизации всех отраслей народного хозяйства. Именно тогда и появился термин "химизация народного хозяйства". По инициативе А. Н. Баха, Н. С. Курнакова, Н. Д. Зелинского и других видных ученых-химиков был создан Комитет по химизации народного хозяйства во главе с В. В. Куйбышевым. "

В 1935 г. организуется Институт биохимии АН СССР. Вокруг него объединяются выдающиеся научные силы. Формируется школа биохимиков, из которой вышли такие известные ученые, как А. И. Опарин, Н. М. Сисакян и другие. В Институте биохимии особый размах приобрели исследования, посвященные теоретическому обоснованию технологии пищевой промышленности, перерабатывающей биологическое сырье.

XVII съезд партии, определяя основные задачи второй пятилетки, указывал на необходимость добиться решающих сдвигов в развитии химической промышленности, обеспечивающих широкую химизацию всех отраслей народного хозяйства и укрепление обороноспособности страны. Известно, что третья пятилетка, прерванная войной, определялась XVIII съездом партии как пятилетка химии. В военные годы и в послевоенный период партия придавала первостепенное значение всестороннему развитию химической промышленности.

Ныне химия широко вторгается во все отрасли производства. Технику сверхвысоких скоростей, сверхмощных энергий, сверхточных изделий не удовлетворяют те материалы, которые были известны человеку тысячелетиями. Помочь здесь может только химия. Вот почему предусмотрено обеспечить дальнейшее развитие химических наук, особенно области создания новых полимерных и неорганических материалов, высокоэффективных химико-технологических и электрохимических процессов и экономичных методов получения особо чистых веществ.

В десятой пятилетке намечено увеличить объем производства химической и нефтехимической промышленности на 60-65%. Производство минеральных удобрений будет доведено до 143 млн. т, выпуск синтетических смол и пластических масс увеличится в 1,9-2,1 раза, производство химических волокон и нитей достигнет 1450-1500 тыс. т, выпуск синтетического каучука увеличится в 1,4-1,6 раза, а продукции микробиологической промышленности - в 2-2,1 раза. На химизацию народного хозяйства в десятой пятилетке выделено примерно вдвое больше капиталовложений, чем в предшествующей. В решениях XXV съезда КПСС поставлена задача расширять исследования в области синтеза химических соединений для получения веществ и материалов с новыми свойствами.

Исключительно велика роль так называемой малой химии в жизни современного человека. Малая химия занимается всевозможными моющими средствами, пластификаторами для полимеров, присадками к смазочным маслам, косметическими средствами и лекарственными препаратами, добавками, повышающими нефтеотдачу, улучшающими структуру почв или замедляющими испарение воды, и т. п. В 1976 г.-в Москве проходил VII Международный конгресс, посвященный поверхностно-активным веществам. За последние годы их мировое производство выросло почти до 3 млн. т в год. В чем секрет их популярности?

"Чтобы ответить на этот вопрос, - говорит заместитель председателя Советского национального комитета по ПАВ, доктор химических наук С. М. Локтев, - надо представить механизм действия ПАВ. Обтекаемая форма, которую принимает падающая из крана капля воды, служит наглядной иллюстрацией действия сил поверхностного натяжения, возникающих на границе раздела двух сред - жидкости и воздуха. Что касается ПАВ, то они способны собираться на этой границе раздела и своим присутствием менять ее свойств-а. Не правда ли, заманчиво, увеличив поверхностное натяжение в 5-6 раз, превратить водную поверхность пруда или озера в твердую посадочную площадку для самолета?

Уменьшая поверхностное натяжение воды, ПАВ заставляют ее смачивать жирные, маслянистые загрязнения на тканях или твердых предметах. Это одно из необходимых условий для получения моющего эффекта. На этом свойстве ПАВ, собственно, и базируется самая обширная область их применения - я имею в виду всевозможные моющие средства. До недавнего времени они в основном находили применение в быту и в текстильной промышленности. Сегодня острую необходимость в них испытывают машиностроение, приборостроение, радиоэлектроника".

Что такое нефтегазоносное месторождение? Можно сказать, что это губчатая структура, пропитанная нефтью. И выдавить из ее пор черное золото даже с помощью воды, закачиваемой в пласт под большим давлением, далеко не просто: обычно при таком способе добычи удается извлечь лишь 40-50% запасенного в недрах сырья. Если же в воду добавить ПАВ, уменьшающие силы сцепления на границе нефть - порода, то степень извлечения можно увеличить в 1,5 раза. Есть ПАВ, добавка которых в комбинации с небольшими количествами веществ типа керосина и спирта позволяет превратить фронт закачиваемой в пласт воды в своего рода поршень. И с помощью этого поршня можно доставить на поверхность почти всю нефть из пласта.

Итак, химизация на современном этапе означает йе только всестороннее овладение новейшими методами химического производства, но и в первую очередь создание материалов и изделий из них с заранее заданными свойствами, производство новых синтетических материалов, широкое внедрение химических процессов во все отрасли народного хозяйства и наиболее полное, комплексное, экономичное использование сырьевых и энергетических ресурсов.

Значение химии как науки, умножающей "число полезных веществ и число полезных применений уже известных веществ" (Маркс Д. и Энгельс Ф. Соч., т. 23, с. 619), было раскрыто еще К- Марксом и Ф. Энгельсом. К. Маркс предвидел, что по мере овладения химическими методами и-реакциями, по мере развития науки и техники, механическая технология, отличающаяся более трудоемкими приемами работы, будет все более уступать место химической технологии. Современная действительность полностью подтверждает это положение. При механической обработке древесины используется лишь около трети ее массы, остальная часть идет в отходы. Благодаря химии можно почти на 100% использовать эти отходы для производства спирта, целлюлозы, бумаги, искусственного волокна, пластических масс, дубителей, скипидара, уксусной кислоты и т. п.

При химической переработке тонны древесиньГможно получить 2 тыс. м² искусственного шелка, который в 15 раз дешевле натурального. Кубометр хвойной древесины дает столыко же шелка, сколько 312 тыс. коконов тутового шелкопряда. Из нее можно получить 70 л этилового спирта - исходного продукта синтетического каучука - и 15 кг белковых дрожжей, которые являются прекрасным средством для откорма скота и птицы.

Химизация ускоряет процессы производства, сберегает труд, энергию, материалы и, как правило, значительно улучшает качество продукции. Применение кислорода в металлургической и коксовой промышленности повышает производительность доменных и коксовых печей в 2 раза. Намного сокращается расход кокса, упрощается и облегчается обслуживание печей. Использование кислорода при производстве цемента более чем в 1,5 раза увеличивает производительность шахтных печей. Все большее применение находят химические методы в горной промышленности. Так, более эффективной добыче нефти и газа способствует кислотная обработка нефтяных и газовых скважин. Исключительно широкое распространение получила химизация технологических процессов. В последнее время появились новые физико-химические методы обработки материалов. Благодаря, например, малым добавкам активнодействующего вещества сильно снижается твердость тел и упрощается их последующая механическая обработка, что имеет исключительно большое значение для бурения скважин, обработки металлов, твердых сплавов и т. д.

Огромную роль играет химия в создании сверхпрочных сплавов из черных и цветных металлов. Выдерживая значительные механические нагрузки, они слабо реагируют на действие кислот, едких щелочей и т. д. Тысячи видов сплавов, стойких к высоким температурам и огромной нагрузке, применяются при изготовлении газовых турбин, паровых котлов и специальной аппаратуры. Без таких материалов нельзя было бы строить спутники, ракеты, реактивные самолеты.

В последние годы промышленность наладила выпуск широкого ассортимента чистых материалов. Они позволили создать жаропрочные и химически стойкие сплавы, из которых изготовляются аппаратура и конструкции, действующие при очень высоких температурах и в химически агрессивных средах. Огромный вклад в изучение сверхчистых веществ внес академик И. П. Алимарин, лауреат Государственной премии СССР.

"Аналитическая химия веществ высокой чистоты, - говорил он, - развивается ускоренными темпами в двух направлениях: первое - повышение абсолютной чувствительности прямых методов определения примесей с помощью так называемых эмиссионных, спектральных, люминесцентных и других способов анализа, второе - разработка новых методов определения малых концентраций примесей с применением радиоактивационных и масс-спектральных анализов".

В основе радиоактивационного анализа лежит облучение в атомном реакторе испытуемых образцов. Это один из самых высокочувствительных методов аналитической химии. С его помощью удается обнаружить "чужой" атом среди сотен миллиардов атомов основного вещества.

Одно из важнейших качеств современных материалов - их радиационная стойкость. В таких материалах нуждается в первую очередь атомная энергетика. Материалы, используемые в ядерной технике, должны не только сохранять свои свойства при длительном облучении интенсивными потоками нейтронов, гамма-лучей и т. п., но и в отдельных случаях обладать экранирующим действием, т. е. свойствами замедлять нейтроны, а иногда и поглощать их. Для ядерных реакторов потребовались очень чистые графит, цирконий, бериллий, причем допустимые содержания бора и некоторых других элементов в них не должны были превышать десятых долей грамма на тонну.

Все большее значение приобретает радиационная химия, представляющая собой важный раздел химии высоких энергий. За последние годы в нашей стране разработаны многие радиационно-химические процессы, внедренные в народное хозяйство, например процесс радиационного сшивания полиэтилена. На его основе создана технология производства кабельных изделий повышенной термической, химической и радиационной стойкости с хорошими электроизоляционными свойствами. Применение облученного полиэтилена вместо гораздо более дорогого и трудно обрабатываемого тефлона дает экономию в размере 100-200 руб. на километр изолированного кабеля.

При радиационной вулканизации каучуков не требуется добавок серы или иных катализаторов, которые снижают качество продукции. В результате получают термостойкую резину, выдерживающую нагрев свыше 300°. Большой интерес представляет созданный в СССР процесс радиационной модификации древесины. Низкосортные породы, например березу или осину, пропитывают мономерами, а затем с помощью радиации заставляют их полимеризоваться. В результате получаются материалы, которые по многим качествам превосходят такие дорогостоящие и дефицитные породы, как дуб и бук.

В настоящее время химики знают около 3 млн. органических соединений и более 50 тыс. минеральных (неорганических) веществ. Мировая химическая промышленность производит около 20 тыс. разнообразных продуктов.

Крупнейший эффект дает взаимодействие химии с физикой, биологией, геологией, медициной. На его основе возникли новые науки - физическая химия и химическая физика, агрономическая химия, геохимия, космо-химия, плазмохимия, фотохимия, биологическая химия, медицинская химия, электрохимия, радиационная химия, ядерная химия. Предстоит создание крупномасштабных радиационно-химических производств на базе ядерных реакторов.

В "Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976-1980 годы" выдвинута задача: разработать новые химические процессы с применением высокоэффективных каталитических систем, обеспечивающих повышение производительности основного технологического оборудования. Решение ее жизненно необходимо для химической промышленности.

По многим направлениям советская химическая наука вышла на передовые рубежи. Химической промышленности принадлежит одно из ведущих мест в научно-техническом прогрессе страны, в подъеме благосостояния советского народа.

На XXV съезде КПСС Председатель Совета Министров СССР А. Н. Косыгин, излагая единую техническую политику, которая должна обеспечить согласование всех направлений развития науки и техники, в частности, подчеркнул как главные направления в производстве материалов "увеличение производства качественных сталей, особенно методом электрошлакового и вакуумного переплава; расширение сортамента проката, повышение доли алюминия, титана, полимеров в общем выпуске конструкционных материалов; производство синтетических материалов с заранее заданными свойствами" ("Материалы XXV съезда КПСС, с. 127).