СОРБЦИЯ

ХЕМОСОРБЦИЯ

Амо название этого вида сорбции говорит о том, что здесь мы будем иметь дело с каким-то химическим процессом поглощения. Так оно и есть. Хемосорбция — поглощение с образованием нового химического соедине­ния, чего не было в рассмотренных нами видах сорбции.

Старые каменные строения сложены на «растворе» — смеси гашеной извести с песком. Гашеная известь, или гид­рат окиси кальция, по химическим свойствам представляет собою щелочь. Вы, вероятно, знаете, что такое щелочь. Каустическая сода (или просто «каустик»), продающаяся в москательных магазинах для мытья ванн и посуды, пред­ставляет собою водный раствор едкого натра — щелочь. Щелочи жадно соединяются с кислотами, происходит хи­мическая реакция, и образуются соли и вода. Так же ведет себя и гидрат окиси кальция. Он, будучи щелочью, погло­щает из воздуха двуокись углерода (углекислый газ, или углекислоту) и образует углекислый кальций, то есть мел, или «известку» (это и есть, на языке химиков, «соль»), и воду. Да, и воду — вспомните, как долго сохраняется сы­рость в зданиях, сложенных на известковом растворе. С годами гашеная известь постепенно поглощает из воздуха все больше и больше углекислого газа и превращается в углекислый кальций, то есть мел. Процесс этот со­вершается очень медленно, так как мел образует плотную корку на поверхности кусочков гашеной извести и сильно препятствует дальнейшему поглощению — хемосорбции.

О медленности этого процесса можно судить по такому опыту. Когда для расширения московских улиц разрушали часть стены между Никольскими и Ильинскими воротами (а это сооружение построено в XVI веке), я взял в лабора­торию кусок известки, скреплявшей кирпичи внутри стены. И что же? В середине куска удалось обнаружить гидрат окиси кальция, не успевший прореагировать за этот период времени с углекислотой воздуха. Он еще не превратился в обычную известку.

Чем же отличается хемосорбция от адсорбции? Прежде всего тем, что при этом образуется новое химическое со­единение; кроме того, процесс хемосорбции является до некоторой степени необратимым. В самом деле, чтобы уда­лить поглощенные углем пары бензина или спирта, доста­точно проветрить его или, лучше, откачать пары насосом. Но попробуйте откачать насосом углекислый газ из куска старой известки. Этого вам сделать не удастся, так как об­разовавшееся новое химическое соединение очень прочно. Только при прокаливании его до температуры белого кале­ния удастся снова получить углекислый газ. Кстати, имен­но путем прокаливания мела в промышленности получают негашеную известь (окись кальция) по реакции

СаС03 — СаО + С02

Мел окись углекислый

Кальция газ

Гашеная известь — очень распространенный хемосор­бент для поглощения углекислого газа. Если химик хочет защитить какой-нибудь приготовленный им раствор от про­никновения в него углекислого газа из атмосферы, он обя­зательно вставляет в пробку, закрывающую горло колбы, трубочку, наполненную зернышками натронной извести (смесь гидратов окиси кальция и натрия). В широких масштабах натронная известь применяется в изолирую­щих противогазах и легких водолазных приборах, где она выполняет важную функцию поглощения углекислого газа, выдыхаемого человеком.

Технологам за последние годы удалось обойти неприят­ное свойство хемосорбентов — торможение поглощения уже образовавшимися продуктами реакции. Из-за этого свойства зернышки хемосорбента использовались практи­чески только по своей внешней поверхности, а основная часть химического вещества зерна оставалась нетронутой. Это очень неэкономно.

Выход в конце концов оказался прост: химическое ве­щество поглотителя стали наносить тонким слоем на ка­кую-нибудь пористую основу, да так, чтобы не закупорить самих пор. В качестве основы были испробованы различ­ные вещества: уголь, силикагель, пемза и другие. Химиче­ского вещества стало расходоваться меньше, а поглоти­

Тель стал работать лучше, так как поглощаемое вещество легко проникало через поры и капилляры основы и реаги­ровало с тонким слоем реактива, выстилающего стенки пор. Оказалось, что пористую основу можно пропитать раствором специально подобранного реактива, а затем вы­сушить. Это ли не просто!

Один и тот же процесс хемосорбции можно применять в самых разнообразных формах. Возьмем, например, про­цесс поглощения сернистого газа (образующегося при го­рении серы) водой. Можно пропускать (пробулькивать) газ через воду (так часто делают в лабораториях), можно пропитать водой кусочки угля и насыпать их в погло­тительную колонну, можно наконец пустить газ снизу вверх - в башню, наполненную кусками пористого мате­риала, например, кокса, омываемого водой, текущей сверху.

Такие башни, применяемые в химической промышлен­ности, называются скрубберами, а явление поглощения газа жидкостью, или просто растворение газа в жидкости, носит название абсорбции( не путать с адсорбцией!). Вот мы столкнулись еще с одним видом поглощения.

Вам, конечно, хорошо известно, что газы растворяются в жидкости. На стенках стакана с водой, взятой из-под крана, появляются пузырьки воздуха, ранее растворенного в воде. Пузырьки появились, во-первых, потому, что вода в комнате начала нагреваться, а при повышении темпера­туры абсорбция уменьшается. Во-вторых, давление в водо­проводных трубах было больше атмосферного, а при повы­шении давления растворимость газа увеличивается. Когда же давление упало, избыток растворенного воздуха выде­лился в виде пузырьков на стенках стакана. Уменьшение растворимости газа при понижении давления вы наблю­даете всякий раз, когда открываете бутылку с газирован­ной водой.

Приведем еще пример. Газообразный ацетилен, при­меняемый для автогенной сварки, нельзя хранить в сжатом состоянии в баллонах, так как сжатый ацетилен способен от ничтожных причин разлагаться со взрывом. Поэтому в баллоны помещают пористую основу (уголь), пропитан­ную ацетоном. Ацетилен хорошо растворяется в ацетоне. При давлении в 12 атмосфер один объем ацетона абсор­бирует около 300 объемов ацетилена, который в этих усло­виях является взрывобезопасным,

Газы могут абсорбироваться не только жидкостями, но и твердыми телами. Газы растворяются в металлах; из­вестно, например, что один объем металлического палла­дия растворяет до четырехсот объемов водорода, выделяю­щегося снова при нагревании.