Покоренная плазма

Чудесные превращения

Сто лет назад французский физик Бертло попробовал пропустить каскад электрических искр через газ метан, или болотный газ. Назван болотным этот газ потому, что в природе он нередко выделяется со дна болот.

Опыт ученого имел неожиданный результат: маленькие искры-труженицы сделали чудо — превратили метан в другой газ — ацетилен. И в метане и в ацетилене имеются атомы только двух элементов — углерода и водорода. Но связаны они между собой по-разному. В молекуле метана атом углерода окружен четырьмя атомами водорода, ацетилен хоть и построен из тех же «кирпичиков», но «архитектура» его другая. В молекуле ацетилена содержится не один, а два атома углерода, а водорода — не четыре, а тоже два.

Ацетилен — более ценный газ, значит, плазма трудилась не напрасно. Этот газ в наше время применяется при резке металлов, при поверхностной закалке стали, а также для получения пластмасс.

Установка Бертло была далеко не совершенной, она слишком мало давала ацетилена, чтобы можно было серьезно думать об «оснащении» искрой химических заводов.

Опыт Бертло ценен для нас другим. Он показал, что в недрах плазмы может происходить перегруппировка атомов, могут рождаться молекулы новых веществ с новыми свойствами.

Обнаружив такую способность плазмы, ученые стали настойчиво изучать химические реакции, возникающие при газовом разряде.

Работа эта дала интересные результаты.

Прежде всего нужно рассказать о новых способах получения ацетилена. До последнего времени этот ценный газ «извлекали» из светло-серого камня — карбида кальция.

В Румынии имеется огромное количество природного газа. Из него стали добывать ацетилен. Сделать это помогла плазма.

Установка, созданная под руководством румынского ученого, академика Бэдэрэу, имела на вооружении не искру, а электрический разряд высокой частоты. На разрядную трубку насажены два металлических кольца, на которые подано переменное напряжение высокой частоты. В трубке, заполняемой природным газом, ток через плазму непрерывно меняется по величине и направлению. Более сорока процентов природного газа превращается в ацетилен. Это высокий процент, и сырья имеется сколько угодно. После очистки от паров воды и других примесей ацетилен поступает в химическое производство для дальнейшей переработки.

Ацетилен — не единственный продукт, который получили румынские ученые с помощью плазмы. Им удалось создать совершенно новое вещество, получить которое химики прежде не могли.

Вещество это относится к группе углеводородов-полимеров и обладает замечательными свойствами. Оно не боится кислот, совершенно не проводит электричества, выдерживает температуру до четырехсот градусов.

Если использовать новый полимер в качестве изоляции в электрических машинах, то можно будет брать от этих машин мощность в несколько раз большую, так как перегрев таким машинам будет не страшен. Добавляя в пластмассы это вещество, можно получить такие изоляторы, что фарфор, слюда и другие изолирующие материалы окажутся совершенно ненужными.

Так плазма помогает создавать новую химию, химию искусственных веществ.

Что же еще она может?

Возьмем, например, ценный химический продукт — аммиак. Из этого газа делают удобрения, получают азотную кислоту, его применяют в текстильном производстве, в медицине. Всем известный нашатырный спирт на одну четверть состоит из аммиака.

Получают аммиак из водорода и азота в сложных установках, давление в которых может достигать тысячи атмосфер.

Чудодейственная сила плазмы позволяет производить аммиак значительно проще: в большой разрядной трубке зажигается тлеющий разряд и девяносто восемь процентов смеси водорода и азота превращаются в аммиак.

Как видите, плазма-химик может работать почти без отходов.

В 1882 году великий русский ученый Д. И. Менделеев высказал идею переработки нефти, получившей название крекинг. В специальных мощных печах с давлением до шестидесяти атмосфер и температурой четыреста — пятьсот градусов сложные молекулы нефти, состоящие из углерода и водорода, распадаются на более простые с отщеплением водорода, что дает возможность получать больше высококачественного бензина.

Но бензин бензину рознь. Моторы самолетов требуют самого хорошего, быстро испаряющегося бензина, автомобильные моторы довольствуются худшим, более тяжелым бензином.

Чтобы побольше получить авиационного бензина, обычный бензин тоже подвергают крекингу. И в этом важном деле плазма оказывается полезной.

Ученые попробовали осуществить крекинг бензина в дуговом разряде. Результат получился обнадеживающий. Хорошо себя зарекомендовал коронный разряд. В нем крекинг осуществляется при температуре пятьсот градусов. Бензин, полученный после переработки, по качеству значительно лучше, чем тот, который поступил «на коронную переработку».

До сих пор мы говорили о плазме-химике, выступающей в роли дублера обычной, хорошо всем знакомой химии. Действительно, ацетилен, аммиак, высококачественный бензин неплохо получаются в обычных, неплазменных установках.

Однако есть некоторые вещества и химические продукты, которые своим «рождением» обязаны только электрическим разрядам.

Что такое озон? Это — кислород, молекулы которого состоят из трех атомов. Обычный кислород, которым мы дышим, как известно, содержит молекулы, каждая из которых состоит из двух атомов кислорода.

Впервые озон был открыт в 1785 году голландским физиком Ван-Марумом в искровом разряде. В наши дни озон получают только в электрическом разряде, но не в искровом, а в тихом.

Озон — ценный химический продукт. Без него не обходится производство искусственной камфары, ванилина и даже мыла. Этот газ голубого цвета является сильным окислителем. Такая способность озона широко применяется для дезинфекции воздуха и воды, для уничтожения всевозможных неприятных запахов.

Есть еще одно важное применение озона — в ракетах. Озон в полтора раза тяжелее кислорода. Поэтому если взять его вместо жидкого кислорода, то окислитель займет меньше места, а ракета пролетит дальше, так как освободившееся место можно заполнить топливом.

Плазма помогает находить для ракет новые виды топлива. Можно сказать больше: она дает возможность получить горючее, выделяющее много тепла… без горения.

Все знают, что самым легким газом является водород. Молекулы его состоят из двух атомов-близнецов.

В плазме газового разряда молекулы водорода можно сделать в два раза легче: разлучить атомы, получить так называемый атомарный водород, молекулы которого состоят из атомов-близнецов.

Атомарные газы — например, водород и кислород — прекрасное горючее. Если дать атомам-одиночкам соединиться в пары, превратиться в обычный газ, то выделится очень много энергии. Одним килограммом атомарного водорода можно вскипятить полтонны воды.

Правда, имеются здесь трудности: атомарные газы неустойчивы, их трудно хранить. Кроме того, пока не удается получать их в большом количестве.

Но все это технические трудности. Наступит время, и они будут преодолены. Тогда роль плазмы-химика увеличится еще больше.