Чтение онлайн

Первые научные сведения о катализаторах относятся к началу XIX века. В 1806 году Н. Клеман и Ш. Дезорм открыли каталитическое действие окислов азота в процессе получения серной кислоты. В 1811 году С. Кирхгоф обнаружил способность разбавленных кислот превращать крахмал в глюкозу.

Явление ускоряющего действия ряда веществ на течение химических реакций было названо в 1833 году Митчерлихом контактным, а Берцелиусом в 1835 году — каталитическим.

Одно из самых замечательных свойств катализаторов — избирательность их действия. Определенный катализатор (данного химического состава и способа приготовления) ускоряет определенную реакцию и не проявляет никакой активности при других. Благодаря этому открываются возможности управления ходом химических реакций.

Намечая пути превращения углеводородов, Николай Дмитриевич думал:

«Высокая температура крушит тонкие молекулярные постройки. Надо создать условия, в которых будет происходить перестройка, взаимное превращение молекул, без их разрушения.

Эти условия создадут катализаторы. Правильно подобранные, они направят процесс по желательному пути». Николай Дмитриевич встал, достал с полки кипу последних иностранных журналов, отыскал статью Сабатье и Сандерана «Каталитическая гидрогенизация в присутствии мелкораздробленного никеля» и погрузился в чтение.

И в то же время каким-то вторым планом в мозгу четко работала творческая мысль, намечала, как надо поставить опыт, подсказывала все детали. Не успевали глаза прочитать строки статьи, не успевал мозг переварить, систематизировать поток идей — в другом уголке сознания уже формировался план работы.

Николай Дмитриевич открыл дверь в лабораторию. Никого уже не было, только верный Степанов сторожил «своего профессора». Он сидел, привалившись к столу, и что-то вдохновенно писал на обрывках бумаги.

— Что, Сергей, опять стихи сочиняешь? — окликнул его Зелинский.

Степанов виновато вздрогнул.

— Да вот, Николай Дмитриевич, никак рифму не подберу к реторте. Реторта-торта-спорта-сорта…

— Вот именно, реторта первого сорта — вот что нам сейчас нужно, — рассмеялся Николай Дмитриевич. — Будем вести процесс, как, помнишь, с Никифоровым, только температуру будем держать значительно ниже, а в реторту заложим дробленый никель.

Николай Дмитриевич стал объяснять, и вскоре оба уже возились, налаживая процесс.

На следующий день сотрудники Зелинского были взволнованы новой идеей. Николай Дмитриевич предложил провести процесс дегидрогенизации, то есть отнятие атомов водорода от углеводородной молекулы, по-новому — с применением катализатора, при более низкой температуре. «Тогда мы сохраним молекулы углеводорода, они не будут разрушаться, как при высокотемпературном пиролизе», — объяснил он.

Но катализ не сразу дался в руки. Реакция пошла совсем не так, как ожидал Николай Дмитриевич. Знаменитый катализатор Сабатье и Сандерана оказался очень капризным помощником. Вместо ожидаемого процесса отщепления водорода шло именно нежелательное разрушение молекулы.

Сам Сабатье, описывая свой катализатор, сравнивал его с норовистой породистой лошадью, которой трудно управлять, которая скоро устает и не может продолжать работу. И действительно, при работе с никелем то бурно шел процесс разрушения молекулы, то вдруг реакция тормозилась, не шла вовсе — катализатор уставал.

Началась трудная пора поисков. Длительная, глубокая разведка.

— Надо вооружиться терпением, — говорил Николай Дмитриевич. — Мы подберем условия, научимся управлять процессом. Надо работать! Помните, как говорил Менделеев: «В науке без великих трудов сделать ровно ничего нельзя».

И они трудились. Опыт, анализ, запись… И снова — опыт, анализ, запись… Методически, упорно, терпеливо…

Сначала трудились весело. Вести процесс Николай Дмитриевич поручил Герценштейн и Доброхотову, но к их столу то и дело подходил кто-нибудь из сотрудников или студентов, ведущих специальные исследования. Расспрашивали о ходе работы, шутили.

Потом настроение стало падать: опыты были все время неудачны. Снова и снова Зелинский слышал ответ:

— Не получается, Николай Дмитриевич.

Зелинский просматривал результат и предлагал новый вариант опыта. Он искал, все время искал. Если никель является не подходящим для дегидрогенизации катализатором, может быть, процесс пойдет лучше на других металлах? Николай Дмитриевич предложил испытать ряд возможных катализаторов: палладий, платину, осмий.

Результат превзошел все ожидания. С первых же опытов с палладием реакция пошла по нужному направлению. При 300 градусах циклогексан нацело распался на бензол и водород. Те же результаты были получены с платиной.

Итак, проведено превращение углеводородов одного класса в другой. Малодеятельный циклан превращен в активный ароматический углеводород, продукт большей химической ценности. «Философский камень» найден!

Помощники Николая Дмитриевича торжествовали. Наперебой твердили они о новом методе, о новых катализаторах Зелинского, которые сочетали качества «породистого коня» с выносливостью «рабочей лошади».

Николай Дмитриевич не принимал участия в общем ликовании; уйдя в свой кабинет, он по обыкновению стал ходить взад и вперед, анализируя в уме все этапы работы. «Почему при использовании в качестве катализатора никеля происходило разрушение молекулы? Почему ход реакции вдруг приостанавливался?» Да ясно же: поверхностная энергия катализатора оказалась слишком велика, никель, действуя грубо, разрушал молекулу. А потом сам «отравлялся» продуктами ее распада, и реакция останавливалась. Значит, надо найти условия, в которых никель будет действовать более мягко, и надо продумать способы, как устранить отравление катализатора.

Ход реакции, очевидно, зависит также от степени измельчения. Его надо увеличить для улучшения контакта. А если наносить катализатор на какое-нибудь инертное твердое тело — носитель, на котором он будет распределяться тонким слоем? Надо испытать окись алюминия, асбест…

Николай Дмитриевич вернулся в лабораторию.

— Попробуйте-ка, друг мой, приготовить катализатор другим способом, — стал объяснять он лаборанту. И снова громадный перечень новых опытов…

Сотрудники ворчали — казалось, что основной вопрос решен, а детали — это уже мелочи, на которые не стоит обращать внимания. Но для Николая Дмитриевича не существовало мелочей в науке. Каждый вопрос должен быть изучен всесторонне, не должно оставаться неясностей, недоделок. То, что не имеет значения в лабораторном опыте, может оказаться очень важным в дальнейшем, когда процесс пойдет на заводе.