Arhiva articolelor> Chimie> Top Secret: apă plus un atom de oxigen
Descărcați (85,5 Kb)
PERICOL SECRET: OXYGEN ATOM PLATĂ CU ATOM
Inginerul Căpitanul al II-lea este L.Sh. Shapiro
Chimia și viața nr. 1, 1972 p. 45-49
Submarin german cu instalații de turbină combinată cu gaze, ridicate de britanici după război
WALTERA REALIZEAZA IDEA
La începutul anilor treizeci, în orașul Kiel, pe litoral, exista o mică companie specializată în producția de echipamente de cercetare și instrumente de precizie. A fost supervizat de inginerul Helmut Walter - un om capabil și întreprinzător. Prin verificarea personală a unuia dintre dispozitivele fabricate de companie, Walter a atras atenția asupra proprietăților particulare ale soluțiilor concentrate de peroxid de hidrogen. El a privit sub acțiunea acestor soluții multe materiale de origine organică - hârtie, pânză, lemn - instantaneu aprins.
Acest lucru nu este, în general, surprinzător: chimistii au știut mai devreme că peroxidul de hidrogen este un oxidant puternic, este proprietățile oxidante ale acestei substanțe care stau la baza utilizărilor sale tradiționale - pentru albirea țesăturilor și vopsirea părului. Este probabil ca "excesul de oxigen" să explice acțiunea bactericidă a peroxidului. Ce trebuie surprins dacă soluțiile puternice de H2O2 au aprins substanțe inflamabile? Ar trebui să fie așa.
Substanțele, aprinse de peroxid, nu pot fi stinse cu nisip. Împotriva unor astfel de focare, extinctoarele convenționale de incendiu au fost, de asemenea, neputincioase, conținutul căruia, ca nisipul, oprește doar accesul oxigenului la suprafața arderii și, prin urmare, înăbușă flăcările. Substanțe aprinse prin soluții concentrate de H2O2. ca praful de pușcă, a continuat să ardă și sub un strat izolator de nisip sau spumă. Și a ars până când tot peroxidul a fost consumat. Prin urmare, oxigenul este eliberat în timpul arderii, Walter a argumentat și, dacă este așa, pot fi utilizate soluții concentrate de peroxid de hidrogen unde se simte deficiența de oxigen, de exemplu, în submarine.
Pentru cei care la acel moment au proiectat noi submarine, principala problemă a fost problema de viteză. Chiar și cu cele mai bune bărci, viteza sub apă nu depășea 8 noduri, adică 15 km pe oră (1 nod = 1.852 km / h). Da, iar viteza pe care nava o putea sustine nu mai mult de o ora - atunci era necesar sa pluteasca pentru a reincarca bateriile. Acest lucru a limitat operațiunile de luptă ale submarinilor, iar navele în timpul reîncărcării bateriilor ar putea deveni pradă ușoară pentru inamic. Conducătorii marinei germane, care au planificat un război submarin fără restricții, nu i-au plăcut astfel de submarine.
Viteza și gama submarinelor submarine ar putea fi sporite numai prin creșterea raportului dintre putere și greutate. Dar pe navele vechiului proiect - cu baterii - aproximativ o pătrime din deplasarea totală a navei a reprezentat ponderea centralei electrice. Aveam nevoie de idei fundamental noi pentru a crea noi ambarcațiuni - cu viteză mare și destul de lungă.
Aflați toate acestea Walter nu a fost mult de lucru. Kiel a fost un avanpost al construcției de nave germane subacvatice. Ideea unui motor subacvatic pe peroxidul de hidrogen a capturat Walter. Era atrasă de noutatea ei și, pe lângă asta, Walter era departe de a fi liber. El a înțeles foarte bine că, în condițiile dictaturii fasciste, cea mai scurtă cale spre prosperitate era lucrarea pentru departamentele militare.
Deja în 1933, Walter a efectuat independent un studiu al capacităților energetice ale soluțiilor H2O2. El a compilat un grafic al dependenței principalelor caracteristici termofizice de concentrația soluției. Și asta am aflat.
Soluții conținând 40-65% H2O2. descompunând, încălzit considerabil. O parte din apă se evaporă. Când se descompun soluții și mai concentrate de căldură, se eliberează mult mai mult: toată apa se evaporă fără reziduuri, iar produsele de descompunere - un amestec de vapori de apă și oxigen (numit gaz de aburi), supraîncălziți. Și ceea ce este încă foarte important; Fiecare concentrație corespunde unei cantități strict definite de căldură evoluată. Și o cantitate strict definită de oxigen. Walter a reușit să vadă un domeniu complet nou de aplicare a unei substanțe cunoscută de peste o sută de ani. Și a studiat această substanță din punctul de vedere al aplicației intenționate.
Când gândurile sale au fost aduse în cercurile militare cele mai înalte, a venit o ordine imediată: să clasificăm tot ceea ce este într-un fel legat de peroxidul de hidrogen. De atunci, în documentația tehnică și corespondența au apărut "ayrol", "oxilin", "combustibil T", dar nu este cunoscută peroxidul de hidrogen.
CONSTRUCȚII ȘI SPERANȚE
Peroxidul de hidrogen este un produs instabil. Acesta este ceea ce Walter a folosit în instalațiile sale în condiții normale. El nu numai că nu sa străduit să stabilizeze cumva soluțiile, ci, dimpotrivă, căuta catalizatori care să contribuie la descompunerea instantanee a H2O2. Astfel de catalizatori au fost selectați, aceștia fiind permanganați de sodiu și calciu KMnO4 și Ca (MnO4) 2. Sub acțiunea acestor substanțe, reacția H2O2 = H2O + O2 a fost instantanee și până la sfârșit.
Produsele de reacție au fost introduse în turbină, rotite și apoi aruncate peste bord. Deci, conform procesului "rece", a funcționat prima instalație Walther. Avea două dezavantaje evidente. În primul rând, oxigenul este puțin solubil în apă, iar o barcă cu un astfel de motor ar lăsa urme de bule pe suprafață. În al doilea rând, oxigenul neutilizat, peste bord, în special în condiții de scufundări, ar fi deșeuri inacceptabile. Prin urmare, continuarea logică a procesului "rece" a fost "fierbinte".
Pentru flota submarină, procesul "fierbinte" a fost benefic și pentru că dioxidul de carbon (acum a luat locul oxigenului) este mult mai solubil în apă și barca a pierdut "forța".
În 1937, după testele de succes ale stațiilor de turbine cu gaz combinat (PGTU), lui Walter i sa permis să facă un raport în fața celei mai înalte comenzi a marinei germane. În anul următor, la una dintre șantierele navale (toate în același Kiel), au început să facă un submarin experimental care a primit cifrul F-80. În 1942, construcția a fost finalizată. Pe teste, barca F-80 a dezvoltat o viteza de 28,1 noduri - de 3,5 ori mai mare decat cea a ambarcatiunilor anterioare.
Imediat după teste, Grand Admiral Raeder a făcut un raport la sediul lui Hitler și a propus imediat începerea construcției a 24 de submarine cu PSTU. Submarinele de combatere trebuiau să aibă două unități cu o capacitate totală de 5.000 de cai putere. Plantele urmau să funcționeze într-un proces "fierbinte" pe o soluție de H2O2 de 80%. Aplicați soluții și mai concentrate, nu permiteți punctul lor de îngheț: dacă soluția de 80% se întărește la minus 22 ° C, apoi 90% - la -9,4 ° C)
Construcția submarinelor cu PGTU a fost realizată într-o atmosferă de secret. Pe nave au admis un cerc strict limitat de indivizi pe listele convenite în cazurile superioare ale Wehrmacht-ului. La punctele de control erau jandarmi, deghizați ca pompieri. În paralel, capacitatea de producție a crescut. Dacă în 1939 Germania a produs 6.800 de tone de peroxid de hidrogen (în termeni de soluție de 80%), atunci în 1944 au fost deja 24.000 de tone, iar o capacitate suplimentară de 90.000 de tone pe an a fost construită.
Cu toate acestea, succesele armatei sovietice au dictat un curs complet diferit de evenimente.
Studiile lui Walter nu au trecut de biroul lui Goring. Centrele electrice pentru peroxidul de hidrogen în diverse modificări au început să fie utilizate pe avioane, iar ulterior pe rachetele V-1 și V-2. Cu toate acestea, ca submarinele cu PGTU, ele nu au putut influența cursul războiului. În total, germanii au reușit să construiască 11 astfel de submarine. În ultimele zile ale Reichului au fost aruncate în aer sau inundate.
La sfârșitul războiului, comandanții navale americani și britanici au lansat o adevărată vânătoare pentru documentarea submarinelor cu PGTU și pentru specialiștii care au participat la construcția și proiectarea lor. Britanicii au reușit să detecteze și să ridice unul din ambarcațiunile de jos. Nava a fost dusă în Anglia de o echipă germană, care a fost avertizată cu privire la pedeapsa cu moartea în caz de sabotaj. Walter a fost, de asemenea, adus acolo. Cu participarea sa în 1954-1958 în Anglia, au fost construite două submarine experimentale cu PGTU - "Explorer" și "Excalibur". După ce a primit 25 de noduri pe testele Explorer, britanicii au informat lumea că au stabilit un record mondial de viteză sub apă.
În viitor, PGTU nu a fost distribuită în industria navală subacvatică. Succesele energiei nucleare au făcut posibilă rezolvarea cu mai mare succes a problemei motoarelor subacvatice puternice.
În anii postbelici, peroxidul de hidrogen a continuat și continuă să beneficieze de oameni. În plus față de sferele tradiționale de utilizare (ca dezinfectant și înălbitor), au existat aplicații complet noi.
Abilitatea acestei substanțe de a elibera intens oxigen în timpul descompunerii este utilizată pentru producerea de materiale poroase, în special cauciuc și beton ușor. Peroxidul de hidrogen a început să fie folosit ca un catalizator pentru unele procese tehnologice. Aceasta crește viteza de formare a cauciucurilor sintetice de la monomeri, acționând aici simultan ca un catalizator de inițiator și de polimerizare. În producția de echipamente electronice, peroxidul este utilizat pentru a etchiza suprafața filmelor semiconductoare de germaniu.
În ultimii ani, peroxidul este din nou considerat o posibilă sursă de energie. În FRG, este construit un aparat de cercetare în apă adâncă "Shtint" ("Smelt"), în care va fi instalat un fel de PGTU. Aici, produsele de descompunere a peroxidului vor fi folosite pentru a roti turbogeneratorul, care generează energie, și pentru nevoile cercetătorilor.
Poate că peroxidul de hidrogen va acorda adesea atenție rezolvării unor probleme noi, nu fără nici un motiv în rândul oamenilor de știință, există o expresie că noul este un vechi bine uitat.
Schema centrului electric al submarinelor cu PGTU, care lucrează la un proces "fierbinte"
Ce știți și nu știți despre peroxidul de hidrogen
Dintre toți compușii cunoscuți științei, peroxidul de hidrogen este cel mai bogat în oxigen. Oxigenul reprezintă aproape 95% din greutatea sa. Pentru știință și practică, este foarte important ca descompunerea H2O2 să elibereze inițial oxigenul atomic, care are o activitate chimică mult mai mare decât oxigenul din aerul ambiental.
PRIMUL TIMP ÎN PRACTICĂ
Descoperitorul de peroxid de hidrogen, Louis-Jacques Tenar, a fost primul care a folosit-o in practica. El a restaurat personal ajutorul acestei substanțe una dintre picturile întunecate ale lui Raphael. Tenar a sugerat, de asemenea, utilizarea peroxidului de hidrogen în medicină ca stimul extern.
PEROXIDĂ ÎN NATURĂ
Renumitul om de știință rus AN Bach a descoperit peroxidul de hidrogen în toate părțile plantelor verzi și a demonstrat că în concentrații mici nu numai că nu dăunează plantelor, dar joacă, de asemenea, un rol important în procesele de respirație. Peroxidul de hidrogen se formează, de asemenea, în organismele animale - ca unul dintre intermediarii oxidării biochimice. De la un exces de peroxid, celulele vii protejează enzima kata-laz. La grade zero, o moleculă de catalază poate descompune până la 5 milioane de molecule de H2O2.
Oamenii de știință din Institutul Agricol Kuban au investigat cum soluțiile de peroxid de hidrogen afectează semințele germinatoare de orez. Orezul, după cum se știe, este cultivat pe câmpuri inundate. Accesul oxigenului la semințe și muguri este dificil, ceea ce afectează randamentul. Sa decis compensarea lipsei de oxigen prin pre-menținerea semințelor în soluții de peroxid de hidrogen. Experimentele au dat rezultate încurajatoare. Toate semințele conținute într-o soluție 1% de H2O2 au fost introduse, în timp ce numai două treimi din grupul de control de semințe păstrate în apă distilată au produs lăstari. Înmuierea semințelor în peroxid a afectat, de asemenea, randamentul: creșterea a fost de aproximativ 8 cenți pe hectar.
Peroxidul de hidrogen a fost folosit în motoarele de submarine și rachete, dar chiar mai devreme această substanță a fost preluată de reprezentanții lumii insectelor. Zhukbombardir, după ce a fost atacat, aruncă un curent de peroxid de hidrogen în direcția inamicului, produs în corpul său.