Меню

§ 7.2 Химическая обработка материалов и получение новых веществ

Содержание

Почему в Средние века для проведения химических реакций алхимики искали «философский камень»?

Алхимики искали «философский камень», чтобы получать из одних веществ другие вещества. В наше время учёные научились делать это и без «философского камня».

Химическая энергия широко применяется в производстве при обработке материалов. Наиболее распространена прямая химическая обработка металлов и обработка стекла.

Химическое фрезерование. Одним из направлений химической обработки металлов является химическое фрезерование. Это технология снятия слоёв металла с деталей и изделий путём воздействия на них веществами, растворяющими металл. Такая технология заменяет механическое фрезерование в тех случаях, когда детали имеют очень сложные формы или в них есть полости, до которых невозможно добраться никакой фрезой.

Например, в США при конструировании и изготовлении крыла сверхзвукового самолёта применение химического фрезерования позволило снизить массу самолёта на 270 кг.

При строительстве применяют химическое фрезерование бетона (рис. 7.1).

Обработанный специальным химическим составом слой застывшего бетона лучше соединяется с новым слоем. Образуется монолит, а не «слоёный пирог». Это очень важно при строительстве высотных зданий.

В процессе обработки съём материала может производиться на различные глубины или на всю толщину детали (сквозное фрезерование) со всей поверхности детали. Химическое фрезерование включает следующие основные этапы: подготовку поверхности заготовки; нанесение защитного слоя рисунка; химическое травление; удаление защитного слоя и контроль качества изделий (рис. 7.2).

Химическое фрезерование нашло широкое применение в радиоэлектронной промышленности при производстве печатных плат для различных электронных устройств. Сначала на компьютере разрабатывается схема соединений будущего электронного устройства. Затем с помощью специального принтера полученный рисунок краской наносится на покрытый медной фольгой изоляционный материал — текстолит, гетинакс или другой. Специальными химическими веществами удаляют медь в тех местах, которые не были покрыты краской. Таким образом химически удаляется лишний материал, что похоже на фрезерование.

Получение новых веществ. Энергия химических связей между атомами и молекулами веществ используется для получения желаемых веществ. Получаются не механические смеси, а совершенно новые вещества. Например, если сжигать газ водород в газе хлоре, то полученный хлористый водород, растворённый в воде, становится соляной кислотой. В природе в чистом виде хлористого водорода практически нет, его нельзя добыть или получить готовым веществом из земных ресурсов. Однако в промышленности соляная кислота необходима для многих видов технологий, и её производят сотнями тонн.

Многие виды неорганических соединений получают, используя энергию химических связей.

Ещё одной технологией получения новых веществ с помощью энергии химических связей является органический синтез, или синтез органических веществ. Органическими называются вещества, которые содержат в себе атомы углерода и водорода. Часто в такие вещества входят атомы кислорода и азота. Могут быть в их составе и атомы других элементов.

Органический синтез — это соединение молекул более простых органических веществ и превращение их в сложные структуры. При этом получаются новые вещества, которые никогда не существовали в природе.

В промышленности широко используется газ этилен. Его получают из нефтепродуктов путём пиролиза — нагревания нефтепродуктов до температуры нескольких сотен градусов. В результате образуется газ. Его молекулы содержат по два соединённых между собой атома углерода, каждый из которых соединён с двумя атомами водорода.

Если этилен нагреть и создать повышенное давление в ёмкости, где он находится, то под действием стимулирующих веществ (инициаторов или катализаторов) начинает проявляться химическая энергия связей между молекулами и атомами углерода. Отдельные молекулы этилена начинают соединяться друг с другом. Сцепляются между собой атомы углерода. Образуются длинные цепочки нового, уже твёрдого вещества — полиэтилена. С ним вы хорошо знакомы, так как пользовались упаковочной полиэтиленовой плёнкой, одноразовой пластиковой посудой и бутылками для напитков и др.

С помощью органического синтеза получают пластмассы, каучуки, волокна, красители, биологические и лекарственные соединения, жиры, спирты, растворители, ядохимикаты и др.

Проверьте себя:

1. В чём состоит сущность химического фрезерования?

2. В каких случаях химическое фрезерование будет более целесообразным по сравнению с другими методами обработки металлов?

3. Почему при строительстве применяют химическое фрезерование бетона?

4. Почему при получении печатных плат для электронных изделий применяют химическое фрезерование (травление), а не механическую обработку или резание лазером?

5. Как используется химиче ская энергия при органическом синтезе?

* Подумайте, сколько полей надо было бы засеять хлопчатником, льном и другими волокнистыми растениями, сколько надо было бы развести овец, коз, лам, верблюдов и других животных, чтобы одеть всё многомиллиардное население нашей планеты, если бы не было синтетических материалов.