82k
7 лет назад · 10 фото · 6382 просмотров · 30 комментариев
Технологии будущего 1: безумная химия (10 фото)
На тему безтопливных источников энергии. Тепловые машины старика Карно,хладагенты , фреоны, озоновый слой + иллюстрация того, что капитал, наука и общество не всегда имеют общие интересы.
Давно хотел написать о химиках. Вообще-то химия, по сравнению с физикой - это что-то навроде шумного цыганского табора по сравнению с общевойсковой казармой.
Если у физиков всё подчиняется чётким, прописанным формулами законам, и планета Нептун находится математически "на кончике пера", то у химиков синтез новых химических веществ до сих пор носит легкий налёт средневековой алхимии, когда свойства полученного "гуано" определяются уже по факту, в пробирке.
Если у физиков всё подчиняется чётким, прописанным формулами законам, и планета Нептун находится математически "на кончике пера", то у химиков синтез новых химических веществ до сих пор носит легкий налёт средневековой алхимии, когда свойства полученного "гуано" определяются уже по факту, в пробирке.
Не обошла стороной алхимия и столь привычный нам сейчас класс веществ, как фреоны.
Сейчас фреоны (правильное, химическое название этой группы веществ - хлорфторуглероды - CFC, хлорфторуглеводороды - HCFC и фторуглеводороды - HFC) занимают практически 100% рынка бытового холодильного оборудования.
Но до 30-х годов ХХ века вместо фреонов, которые ещё предстояло открыть, в холодильной технике использовались столь малоприятные и неудобные вещества, как углекислый газ, оксид серы, аммиак, метилхлорид и изобутан. Эти хладагенты или были огнеопасны, или токсичны, или - и то, и другое вместе.
Сейчас фреоны (правильное, химическое название этой группы веществ - хлорфторуглероды - CFC, хлорфторуглеводороды - HCFC и фторуглеводороды - HFC) занимают практически 100% рынка бытового холодильного оборудования.
Но до 30-х годов ХХ века вместо фреонов, которые ещё предстояло открыть, в холодильной технике использовались столь малоприятные и неудобные вещества, как углекислый газ, оксид серы, аммиак, метилхлорид и изобутан. Эти хладагенты или были огнеопасны, или токсичны, или - и то, и другое вместе.
Понятным образом, такая ситуация весьма задерживала развитие различной абсолютно привычной нам сейчас "бытовухи" - холодильников, кондиционеров, тепловых насосов - поскольку ставить себе в дом "аммиачную бомбу" не хотелось никому. В 1928 году американский ученый Мидгли (Midgley),
которому, кроме фреонов мы должны быть благодарны и за запрещённый сейчас тетраэтилсвинец, получил запрос от компании General Motors на создание нетоксичного, неогнеопасного хладагента для бытовой техники - General Motors в 1920-е годы занималось всем, включая и бытовые холодильники. К тому времени было понятно, исходя из предыдущего опыта алхимических изысканий всяких полезных химических штук, что хладагенты для будущих бытовых систем надо будет искать в верхнем правом углу таблицы Менделеева - в треугольнике неметаллических веществ:
Именно неметаллы - а они расположены в этом треугольнике, легче всего создают между собой всякие интересные соединения, которые при нормальных земных условиях не прочь побыть и жидкостью, и газом, что было очень необходимо для холодильных систем.
В целом посыл был правильным, но самым смешным в начале исследования Мидгли было то, что до него никто особо искусственными соединениями неметаллов между собой не интересовался. Поэтому информации о химических и физических свойствах таких соединений было буквально "кот наплакал", и Мидгли пришлось просто по крупицам искать сведения о них перед началом своего поиска.
Одним из таких фактов было исследование, в котором утверждалось, что тетрафторид углерода (СF4) имеет низкую точку кипения, что было критически важно для кондиционеров и холодильников.
В целом посыл был правильным, но самым смешным в начале исследования Мидгли было то, что до него никто особо искусственными соединениями неметаллов между собой не интересовался. Поэтому информации о химических и физических свойствах таких соединений было буквально "кот наплакал", и Мидгли пришлось просто по крупицам искать сведения о них перед началом своего поиска.
Одним из таких фактов было исследование, в котором утверждалось, что тетрафторид углерода (СF4) имеет низкую точку кипения, что было критически важно для кондиционеров и холодильников.
Однако, как выяснилось впоследствии, температура кипения тетрафторида в начальном исследовании была определена неправильно!
Фактическое её значение (-127 С°), точно измеренное Мидгли через два месяца после подписания соглашения с General Motors, конечно, в самом деле было "низким", но при этом закрывало любые варианты его практического использования в холодильных установках - получался не бытовой холодильник, а скорее камера глубокого анабиоза для будущих астронавтов.
Но, к моменту обнаружения этого важного и полезного для науки факта о тетрафториде, оказалось, что полученные на исследование от General Motors деньги уже были полностью (про*баны) с толком для общественного блага, потрачены, а поэтому во весь рост встал вопрос, чем заменить казавшийся столь перспективным поначалу CF4.
Фактическое её значение (-127 С°), точно измеренное Мидгли через два месяца после подписания соглашения с General Motors, конечно, в самом деле было "низким", но при этом закрывало любые варианты его практического использования в холодильных установках - получался не бытовой холодильник, а скорее камера глубокого анабиоза для будущих астронавтов.
Но, к моменту обнаружения этого важного и полезного для науки факта о тетрафториде, оказалось, что полученные на исследование от General Motors деньги уже были полностью (про*баны) с толком для общественного блага, потрачены, а поэтому во весь рост встал вопрос, чем заменить казавшийся столь перспективным поначалу CF4.
Срочным образом начались алхимические поиски "вокруг" начальной идеи тетрафторида. Ассистенты Мидгли - Хенн и МакНери предложили Мидгли попробовать заменить фтор очень похожим на него хлором. В течении трёх дней (!) после начала экспериментов были получены будущие хладагенты R-11 (CCl3F) и R-12 (CCl2F2).
Эти вещества имели гораздо более "приятные" точки кипения при нормальном давлении (например, для R-12 она составляла -29,8 С°) и могли легко быть приспособлены для использования в бытовой технике.
Это была победа. Можно было пить шампанское и не ожидать (коллекторов с паяльником) разборок с заказчиками. Производство первых хладагентов началось уже в 1931 году, а в период до Второй мировой войны была разработана вся "хлорная" линейка фреонов (хлорфторуглероды и хлорфторуглеводороды), которая покрыла своими физическими свойствами все необходимые для эффективной работы холодильного оборудования диапазоны. Их точки кипения выстроились от -88,7 С° (R-503) до 47,6 С° (R-113)
Это была победа. Можно было пить шампанское и не ожидать (коллекторов с паяльником) разборок с заказчиками. Производство первых хладагентов началось уже в 1931 году, а в период до Второй мировой войны была разработана вся "хлорная" линейка фреонов (хлорфторуглероды и хлорфторуглеводороды), которая покрыла своими физическими свойствами все необходимые для эффективной работы холодильного оборудования диапазоны. Их точки кипения выстроились от -88,7 С° (R-503) до 47,6 С° (R-113)
Они были нетоксичны, неогнеопасны и верно служили человечеству, пока не грянул 1974 год. После этого года отношение к Мидгли внезапно поменялось на противоположное и он очень надолго заслужил звание "существа, который оказал на атмосферу Земли больше влияния, чем любой другой организм", а хлорсодержащие фреоны и тетраэтилсвинец в итоге были запрещены.
Почему это произошло? Химики, получив тонны денег от больших корпораций на фреоны, в 1930е-1940-е годы насинтезировали десятки веществ фреонового ряда, и запатентовали их от имени корпораций. По ходу дела, они быстро разобрались с их физическими и химическими свойствами, придумав задним числом для фреонов "треугольник свойств", связанный с их способностью что-то отравить или внезапно загореться:
Почему это произошло? Химики, получив тонны денег от больших корпораций на фреоны, в 1930е-1940-е годы насинтезировали десятки веществ фреонового ряда, и запатентовали их от имени корпораций. По ходу дела, они быстро разобрались с их физическими и химическими свойствами, придумав задним числом для фреонов "треугольник свойств", связанный с их способностью что-то отравить или внезапно загореться:
"Треугольник фреонов" показывает, какое количество атомов водорода (hydrogen), хлора (chlorine) или фтора (fluorine) ассоциировано с углеродом - "скелетом" любого фреона, на который со всех сторон цепляются оконечные атомы фтора, хлора и водорода.
Например, синтезированный Мидгли R-11 (CCl3F) - разместится на нижней грани треугольника - на расстоянии 1/4 от угла хлора и 3/4 от угла фтора (обратно пропорционально числу атомов этих веществ), и при этом будет негорючим, нетоксичным, но будет плохо разлагаться в атмосфере.
Обычные углеводороды (продукты перегонки нефти и угля) тоже попадают в "треугольник" фреонов (в вершину водорода), и по определению - нетоксичны, но очень горючи, при этом легко разлагаются в атмосфере - тот же метан живёт в ней всего несколько лет.
Например, синтезированный Мидгли R-11 (CCl3F) - разместится на нижней грани треугольника - на расстоянии 1/4 от угла хлора и 3/4 от угла фтора (обратно пропорционально числу атомов этих веществ), и при этом будет негорючим, нетоксичным, но будет плохо разлагаться в атмосфере.
Обычные углеводороды (продукты перегонки нефти и угля) тоже попадают в "треугольник" фреонов (в вершину водорода), и по определению - нетоксичны, но очень горючи, при этом легко разлагаются в атмосфере - тот же метан живёт в ней всего несколько лет.
До 1970-х годов высокая степень атмосферной устойчивости фреонов особо никого не волновала и, казалось, ничто не угрожало спокойной жизни R-11, R-12 и прочих хлор-фторсодержащих хладагентов. Они были дешевы в синтезе, удобны в использовании и принципиально выходили из-под "патентного зонтика" в начале 1970-х. Но - настал 1974 год - и никому особо не известные учёные Мулина и Роуленд (Molina and Rowland) опубликовали исследования по деградации озонового слоя над Антарктикой.
Напрямую ассоциировать уменьшение количества озона с фреонами было достаточно сложно - человечество выбрасывает в атмосферу мегатонны всякой дряни, но - "козла отпущения" найти было надо - и этим "козлами" внезапно оказались именно фреоны.
Напрямую ассоциировать уменьшение количества озона с фреонами было достаточно сложно - человечество выбрасывает в атмосферу мегатонны всякой дряни, но - "козла отпущения" найти было надо - и этим "козлами" внезапно оказались именно фреоны.
Тут для них и начался "адъ и Израиль" полный "П", называемый "глобальное потепление и озоновая дыра". Сотни активистов, учёных и просто журнализдов по всему миру начали писать о безумном вреде, оказываемом традиционными фреонами на атмосферу Земли. Многое из тайной кухни этого движения всплыло на свет божий только впоследствии - большая часть этой активности и исследований было проплачено компанией DuPont, которая впоследствии раньше всех вышла на рынок с новым поколением хладагентов. Проблема "озоновой дыры" оказалась, по факту, проблемой истечения срока патентов на старые фреоны. Старые патенты, полученные на первые синтетические вещества фреонового типа, к 1974 уже полностью утратили свою силу и, в реальности, эти вещества мог тогда начать выпускать любой нищеброд, разбирающийся в органической химии. Данная ситуация совершенно не устраивала монстров химической индустрии, а Du Pont просто оказался наглее многих, первой из корпораций напрямую "купившей" результаты научных исследований - точнее, изменив их в угоду своим частным интересам.
В результате, начальный список веществ, рассматриваемый Мидгли, сжался всего до нескольких клеток таблицы Менделеева:
Сера (S) и Азот (N) - ухудшают стабильность молекулы, повышают токсичность вещества;
Хлор (Cl) и Бром (Br) - разрушают озоновый слой (ужас! ужас без конца!), хлор, кроме того повышает токсичность вещества;
Фтор (F) - если не ассоциирован с водородом, то вызывает глобальное потепление (ужас! ужас!);
Водород (H) - повышает огнеопасность вещества.
Сера (S) и Азот (N) - ухудшают стабильность молекулы, повышают токсичность вещества;
Хлор (Cl) и Бром (Br) - разрушают озоновый слой (ужас! ужас без конца!), хлор, кроме того повышает токсичность вещества;
Фтор (F) - если не ассоциирован с водородом, то вызывает глобальное потепление (ужас! ужас!);
Водород (H) - повышает огнеопасность вещества.
Поэтому класс "фреонов", после исключения хлора и частично - водорода из возможных формул - сжался до рекомендованных сейчас в западном мире "фторуглеводородов", в которых длинный (2-3 атомный) остов углерода особым, весьма сложным образом наполнен атомами водорода и фтора. Понятное дело, данный образ запатентован. И является частной собственностью. Пока является. Но вы уже предупреждены - если вдруг над Арктикой обнаружат "азотную дыру" или вдруг какой-нибудь модный сейчас R-134а начнёт внезапно влиять на потенцию... короче, вы в курсе.
С практической точки зрения сейчас эти "модные" штучки, в силу большой сложности своих молекул, и как следствие - высокой стоимости получения - стоят гораздо дороже старых фреонов (типа R-11 и R-12). Но и в России, и на Украине, слава богу, до сих пор действуют переходные правила использования старых фреонов, а химики Китайской Народной Республики вообще чихали на то, что они выпускают полезный продукт, который на что-то там может оказать недоказанное влияние.
Поэтому, в реальности, старые фреоны весьма широко и успешно используются и до сих пор. Они по прежнему негорючи, нетоксичны, дёшевы в получении и обладают замечательными термодинамическими свойствами, которые мы и рассмотрим в следующей части рассказа.
Поэтому, в реальности, старые фреоны весьма широко и успешно используются и до сих пор. Они по прежнему негорючи, нетоксичны, дёшевы в получении и обладают замечательными термодинамическими свойствами, которые мы и рассмотрим в следующей части рассказа.
Метки: #crustgroup #Технология будущего #истории #машина #техноложество #физика #химия #экономика
Толково написано! Я, правда, ни хера не понял...
автор жги дальше!
при встрече угощу мясом и пивом
Так и было, только статья очень старела.
С R12 на R22 перешли много десятков лет назад.
Лет 10-15 назад произошел переход с R22 на R410a - теперь под предлогом парникового эффекта, а не озоновых дыр.
Сейчас происходит переход с R410a на R32 - у него парниковый эффект еще меньше, чем у R410a. Собственно R410a на половину состоял из R32, а на половину из R125.
С чего начинали, углекислый газ, сейчас снова рассматривается, в первую очередь для низкотемпературных тепловых насосов. Причем не ради экологии, хотя у углекислого газа эффект на атмосферу нулевой - он и так из нее берется, а ради эффективности при низких температурах. Но с ним большие проблемы в виду в разы бОльшего давления конденсации на тех же температурах, что у R410a
А как же дигидрогена монооксид?
Вот уж где отрава. Растворяет практически всё. Немного превышения и становится конченной отравой для всего живого.
как про это то забыли?
Добавлю
Недавно исследователи открыли факт загрязнения наших водопроводных систем опасным химикатом. Этот химикат бесцветный, безвкусный и не имеет запаха. Он убивает бесчисленное множество людей каждый год. Правительство не предприняло никаких попыток регулирования этого опасного заражения. Данный химикат называется «дигидрогена монооксид» (Dihydrogen monoxide).
Химикат используется для следующих целей:
В производстве как растворитель и хладагент
В ядерных реакторах
В производстве пенопласта
В огнетушителях
В химических и биологических лабораториях
В производстве пестицидов
В искусственных пищевых добавках
Химикат является основной составляющей кислотных дождей
Способствует эрозии почвы
Ускоряет коррозию и вредит большинству электроприборов
Длительный контакт с химикатом в его твёрдой форме приводит к серьёзным повреждениям кожи человека
Контакт с газообразной формой химиката приводит к сильным ожогам
Вдыхание даже небольшого количества химиката грозит смертельным исходом
Химикат обнаружен в злокачественных опухолях, нарывах, язвах и прочих болезненных изменениях тела
Химикат развивает зависимость; жертвам при воздержании от потребления химиката грозит смерть в течение 168 часов
Ни один известный очиститель не способен полностью очистить воду от этого химиката
Несмотря на эти опасности, химикат активно и безнаказанно используется в индустрии. Многие корпорации ежедневно получают тонны химиката через специально проложенные подземные трубопроводы. Люди, работающие с химикатом, как правило, не получают спецодежды и инструктажа. Отработанный химикат тоннами выливается в реки и моря.
Дюпон же коноплю приравнял к наркотикам, чтобы капрон пропихнуть.
Толково написано! Я, правда, ни хера не понял...
тот редкий случай, когда автор поста настолько хорош, что даже непонятная термодинамика прячется между строк, а остальное (п#дорастические наклонности мировых корпораций в сфере рыночных и патентных отношений) легко усваивается.
Просто редкий, отличный пост! Плюс однозначно!
Нефть не оценили, зато фреоны зашли))) Плюсую!
Конечно! И осмий, и иридий, и палладий.
Отличные "хладОгенты"!
Асбест по тем же причинам попал в опалу.
Расскажете?
Об опасных свойствах асбеста стало известно еще в начале прошлого века, когда у рабочего одного из английских карьеров была обнаружена спровоцированная асбестовой пылью похожая на пневмонию болезнь, названная «асбестозом». По странному стечению обстоятельств, эта болезнь не волновала общество до тех пор, пока не истощились европейские запасы асбеста и главным его поставщиком не стал СССР.
Вот тогда-то общественность и забила в колокола. Исследования показали, что асбест может вызвать не только асбестоз, но и раковые опухоли. Минерал немедленно включили в группу веществ с достоверно доказанными канцерогенными свойствами. В СМИ прошло несколько ударных материалов об ужасном воздействии асбеста на организм человека.
Европа занялась сносом зданий, при постройке которых применялся асбест, и заменой шифера на крышах, ибо именно в шифере доля опасного вещества была особенно велика. Были потрачены десятки миллиардов долларов. В конце концов Европейская комиссия вообще запретила использование асбеста.
Как ни странно, но у такого запрета были и противники, например Всемирная организация здравоохранения. ВОЗ удивило то, что из более чем 300 веществ, включенных в «опасный» список, для запрета было выбрано далеко не самое опасное. Ведь даже для того, чтобы заболеть асбестозом, нужно не просто долгое время работать с асбестом, но не менее 15 лет дышать мелкой асбестовой пылью, а раковые опухоли проявляются уже как осложнение асбестоза. Да и сам асбестоз заболевание чрезвычайно редкое: за последние 30 лет в России и Канаде странах, в которых асбест применялся наиболее широко, не было зафиксировано ни одного случая заболевания.
В глаза бросается одно интересное обстоятельство: «асбестовые гонения» начались после того, как сотрудник DuPont изобрел синтетический заменитель асбеста номекс. После запрета именно он стал основным противопожарным и огнеупорным материалом (из него шьют костюмы пожарных, им укрывают все, что необходимо защитить от огня).
Сейчас компания отходит от устаревающего химического бизнеса и переходит на более перспективный биотехнологический. В самом конце прошлого века она купила крупнейшую в мире растениеводческую компанию Pioneer Hi-Bred International и производителя соевого белка Protein Technologies International.
Не знал. Спасибо. Ждем, что дальше запретят... :)
Опять дюпонт :)
Спасибо!
Очень интересно. Спасибо.
Интересно и... поучительно.
А между тем выпуск R22 в этом году сворачивают...
Минусят люди, которые не имеют понятия что такое R22?
Тут пасутся одноклеточные из анти. Нам с тобой они шлепают минусы просто так
Да уж пущщай одноклеточные имбецилы порадуются своей примитивности. Им минусы за манну небесную сойдут.
Хороший пост! Давно ждал.
Большое спасибо автору за пост
очень интересно и познавательно.
К великому сожалению, сплит-системы в России не выпускают....
И Используется в них уже давно не R-12
и давление поднялось с 5 до 16 атм....
естественно, в ущерб надежности....
а всего-то и нужно, что самим выпускать сплит-системы. И поспевать с ништяковыми веществами раньше дюпонов.
В россии делают кондиционеры. Но ввиду забитости рынка, для промышленных нужд.
Собираются. Немного и под маргинальными марками. Но собирать - задача не сложная.
Давление уже поднялось до 42 атм на R410a и 46 атм на R32
Все в пользу чуть больше эффективности и 'экологичности'.
аммиачные - да. Для промышленных нужд они и лучше