Пути развития химии. Том 2. От начала промышленной революции до первой четверти XX века

Изобретение велосипеда и автомобиля вызвало к жизни большую потребность в шинах и обусловило тем самым огромный подъем каучуковой индустрии и химических исследований в этой области. Химики не только пытались улучшить натуральный каучук путем добавления различных веществ (например, оксида цинка), но также искали пути получения синтетического каучука. Для этого уже имелись предварительные данные: С. Химли в 1835 г. писал, что при сухой перегонке каучука образуется жидкость, кипящая при 33-40° С; он дал ей название "фарадаин". В 1861 -1862 гг. Ч. Уильяме таким же путем выделил кипящий при 32° С 2-метил-1, 3-бутадиен и назвал его изопреном. Поначалу на его исследование не обратили должного внимания. Интерес к этой работе усилился лишь после того, как в 1882 г. У. Тильден получил изопрен из терпенов и сумел установить его строение. В 1896 г. В. Н. Ипатьев осуществил синтез изопрена из ацетилена и ацетона[236]. Первый промышленный синтез каучука путем полимеризации диметилбутадиена при нагревании провел в 1909 г. Фриц Гофман. В 1913 г. был получен диметилбутадиеновый каучук, который, однако, не был похож на природный каучук. Гофман нашел органические вещества, ускоряющие процесс полимеризации, и его исследования позднее легли в основу крупного промышленного производства синтетического каучука на заводе Буна, созданного в 1936 г. в Шкопау (вблизи Мерзебурга). Отныне синтетический каучук был не только похож на природный, но по свойствам во многом превосходил его[237].

Нефть [238]

В своем развитии нефтяная индустрия прошла такой же путь, как промышленность синтетического каучука; ее колоссальный подъем тоже был связан с созданием автомобильной, а несколько позже и авиационной промышленности. В 1900 г. добыча нефти во всем мире составляла около 20 млн. т, через 20 лет — 27 млн. т, а еще восемью годами позже — уже 190 млн. т.

Нефть была известна еще в античные времена и использовалась прежде всего для освещения, а также как топливо. В XVIII в. была усовершенствована масляная лампа благодаря изобретению плоского фитиля, пришедшего на смену круглому, а также созданию горелки с круглой насадкой (1782 г.) и применению стеклянного колпака в керосиновой лампе (1783г.). Однако значительно техника освещения улучшилась лишь после того, как в 1854 г. путем несложной перегонки и очистки нефти стали получать керосин. По сравнению с масляной лампой керосиновая лампа обладала еще и другим преимуществом: поскольку керосин подымался по фитилю, резервуар, в который он наливался, можно было размещать ниже горелки, в то время как для нефти резервуар следовало располагать выше горелки или накачивать нефть.

В течение десятилетий керосиновая лампа была самым широко распространенным источником света. Керосин использовался также как растворитель и как средство для очистки поверхностей в технике и медицине. Широкое использование керосина, а также возросший спрос на смазочные масла для машин и железнодорожного транспорта, для которых не хватало теперь масел растительного и животного происхождения, привели к тому, что добыча нефти возросла. В 1859 г. Эдвард Л. Дрейк разработал технологию бурения нефтяных скважин и геологической разведки залежей нефти.

Вследствие развития методов перегонки нефти, аналогичных методам перегонки спиртов, стало возможным получение керосина и других веществ. Самые низкокипящие фракции нефти вначале считались бесполезными. Из высококипящих при нормальном давлении фракций прежде всего получали парафин. До 1900 г. самым ценным продуктом перегонки нефти была средняя фракция — керосин. Его очищали от примесей с помощью серной кислоты, едкого натра и других веществ.

Появление большого количества двигателей внутреннего сгорания и автомобилей, а позднее самолетов изменило характер нефтяной промышленности и химической переработки нефти. Низкокипящие нефтяные фракции приобрели важное значение; они использовались под названием "бензин". Большое развитие получили способы повышения выходов бензина. До 1913 г. бензин выделяли только путем несложной перегонки — так называемый бензин прямой гонки. Эти технологические методы все меньше соответствовали требованиям, предъявляемым к горючему для автомобильной и авиационной промышленности. Положение изменилось совершенно случайно: один из инженеров в шт. Пенсильвания (США) по невнимательности перегрел котел с нефтью. Оказалось, что при этом получаются более высокие выходы нужных низко-кипящих фракций. На основе этого в 1913 г. Уильям Бартон разработал термический крекинг-процесс, в результате которого помимо всего прочего стало возможным превращение высокомолекулярных углеводородов в низкомолекулярные. Этот процесс был вначале детально изучен, а затем так усовершенствован, что в бензиновые фракции стали переводить почти половину добываемой нефти. Вскоре этот процесс был дополнен созданием способа каталитического гидрирования ненасыщенных углеводородов, образующихся при крекинге нефти.