Книга по химии для домашнего чтения

Степин Борис Дмитриевич

1.18. ПОТАШ БОЯРИНА МОРОЗОВА

В старых книгах вы могли прочесть, что на поташных промыслах боярина Морозова в 1672 г. было выработано 770 т поташа.

Поташ — очень старое название карбоната калия K₂CO₃. Слово «поташ», видимо, произошло от немецких слов Pott — горшок и Asch — зола. Раствор, полученный после обработки древесной золы горячей водой, выпаривали досуха и прокаливали в горшках (см. 1.21). Для производства поташа сжигали древесину только определенных пород — сосну, клен, березу, в которых содержание K₂CO₃ наибольшее. Из одного

кубометра такой древесины получалось около 0,5 кг карбоната калия. Наиболее богата карбонатом калия зола подсолнечника. Главнейшими потребителями поташа были мыловарение и стекольное производство. Поташ считался ценным товаром. Когда появилась угроза вторжения татар, Морозов писал в свои вотчины, чтобы поташ закапывали в ямы, «где б вода не была, на высоких местах» (1660 г.).

В наше время карбонат калия получают либо при взаимодействии растворов гидроксида калия KOH с диоксидом углерода CO₂:

2KOH + CO₂ = K₂CO₃ + H₂O,

либо выделяют из продуктов переработки минерала нефелина KAlSiO₄.

1.19. СОДА: ПЕРВЫЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ

Русский академик Лаксман (см. 1.7) уже в 1764 г. сообщал, что соду (карбонат натрия Na₂CO₃) можно получать спеканием природного сульфата натрия Na₂SO₄ с древесным углем:

2Na₂SO₄ + 4С + 3O₂ = 2Na₂CO₃ + 2SO₂^ + 2СO₂^.

Так как природный сульфат натрия может содержать примесь известняка CaCO₃, то этой реакции может сопутствовать другая:

Na₂SO₄ + CaCO₃ + 2С = Na₂CO₃ + CaS + 2СО₂^.

Свой способ Лаксман проверил на стекловаренном заводе в г. Тальцинске (недалеко от Иркутска) в 1784 г. К сожалению, дальнейшего развития этот способ не получил и вскоре был забыт.

В 1791 г. французский химик-технолог Леблан (см. 2.22), ничего не зная о способе Лаксмана, получил патент на «Способ превращения глауберовой соли в соду», глауберова соль — декагидрат сульфата натрия Na₂SO₄•10H₂O (см. 3.35; 10.44). Леблан предложил для получения соды сплавлять смесь сульфата натрия, мела и древесного угля. В своем патенте он указывал: «Над поверхностью плавящейся массы вспыхивает множество огоньков, похожих на огни свечей. Получение соды завершается, когда эти огоньки исчезают». При сплавлении протекали реакции

Na₂SO₄ + 4С = Na₂S + 4СО^, Na₂S + CaCO₃ = Na₂CO₃ + CaS.

Образовавшийся по первой реакции сульфид натрия Na₂S вступал затем во взаимодействие с карбонатом кальция CaCO₃ (известняк или мел). После полного выгорания угля и монооксида углерода СО («огоньки исчезают») плав охлаждали и обрабатывали водой. В раствор переходил преимущественно Na₂CO₃. Свой способ Леблан реализовал на созданном им заводе «Сода Леблана». К 1810 г. французские содовые фабрики, использовавшие способ Леблана, полностью удовлетворяли все запросы потребителей соды.

Петр 1 сообщал князю Д. Голицыну, отвечая на его вопрос, зачем нужна нам «зода»: «…зодою умягчают шерсть». В 1780 г. академик Гильденштедт писал: «…суду можно почесть важным товаром в российской торговле. Стекольщики наши и красильщики много ее издерживают, а впредь еще и больше оной расходиться будет, когда больше станут у нас делать белых стекол».

Зодой, судой, углеродно-кислым поташем, минеральной щелочной солью называли в XVIII-XIX вв. карбонат натрия Na₂CO₃, бытовое название которого — сода. До 1860 г. соду ввозили в Россию, несмотря на обилие собственного сырья для ее производства. Первый содовый завод в России, работавший по технологии Леблана, был основан М. Б. Прангом (1830–1890) в 1864 г. в Барнауле. В 1880 г. в районе теперешнего г. Березники был построен крупный содовый завод фирмы «Любимов, Сольве и Кo», выпускавший с 1890 г. свыше 20 тыс. тонн соды в год. C этого момента заводы, использовавшие технологию Леблана, стали постепенно закрываться.

1.20. ПРОИЗВОДСТВО СОДЫ ПО СОЛЬВЕ

Аммиачный метод производства соды — карбоната натрия Na₂CO₃ — был разработан в 1838–1840 гг. английскими инженерами Г. Грей-Дьюаром и Д. Хеммингом. Они предложили получать соду, применяя следующие реакции:

NH₃ + CO₂ + H₂O = NH₄HCO₃,

NaCHNH₄HCO₃ = NaHCO₃V +NH₄Cl,

2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂^ + H₂O^.

В первой реакции образовывался гидрокарбонат аммония NH₄HCO₃ из аммиака NH₃, диоксида углерода CO₂ и воды H₂O. Во второй реакции получали гидрокарбонат натрия NaHCO₃, малорастворимый в воде на холоду, который отфильтровывали и нагревали в соответствии с третьей реакцией. Диоксид углерода CO₂, необходимый для первой реакции, выделяли из известняка (карбоната кальция CaCO₃) путем его прокаливания:

CaCO₃ = CaO +CO₂^.

Оставшийся оксид кальция CaO обрабатывали водой, превращая в гидроксид кальция, нужный для регенерации аммиака и возвращения его в начало технологического процесса:

CaO + H₂O = Ca(OH)₂,

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ = 2NH₃^ + CaCl₂ + 2Н₂O.

Бельгийский инженер-химик, член Парижской академии наук Эрнст-Гастон Сольве (1838–1922) только технологически оформил производство соды по аммиачному методу. Он применил аппараты колонного типа, обеспечивающие непрерывность всего процесса и высокий выход продукта. Поэтому Сольве и считают основателем промышленного метода получения соды. Вскоре почти во всех странах (см. 1.22) появились заводы по производству соды аммиачным методом, принадлежащие первому в мире химическому концерну Сольве, и в 1916 г., несмотря на войну, под контролем Сольве находилось практически все мировое производство соды.