ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Сверхвысокие давления в химии из "Высокие и сверхвысокие давления в химии" Непосредственным результатом действия давления на вещество является сжатие последнего. Выще мы упоминали о том, что при давлениях порядка десятков атмосфер объем газа обратно пропорционален давлению. Однако эта зависимость соверщенно не соблюдается при сверхвысоких давлениях, когда расстояние между молекулами газа становится вполне соизмеримым с размерами самих молекул. Достаточно сказать, что при давлении 10 000 ат и 50° газообразный азот становится более плотным, чем вода при комнатной температуре и атмосферном давлении. [c.33] Оказалось, что сжимаемость азота и других газов при столь высоких давлениях подчиняется тем же закономерностям, что и сжимаемость жидкостей, хотя они и остаются газами. Да и по многим другим свойствам сильно сжатые газы приближаются к жидкостям. [c.33] НИИ в несколько тысяч атмосфер некоторые газовые смеси (например, смесь аммиака с азотом) расслаиваются. [c.34] Повышение температуры затвердевания с увеличением давления наблюдается у тех веществ, которые в твердом состоянии занимают меньший объем, чем в жидком. Легко понять, что этого следует ожидать на основании принципа Ле-Шателье, о котором мы говорили на стр. 8. Аномалия в случае воды и некоторых других веществ с этой точки зрения вполне понятна известно, что жидкая вода при 0° на 9% плотнее льда поэтому при увеличении давления температура замерзания воды понижается. [c.34] Приведем следующий пример влияния давления на температуру затвердевания веществ. [c.34] Расплавленный свинец при атмосферном давлении затвердевает при 327°, а под давлением 33 ООО ат он затвердевает при 532°, т. е. на 205° выше (рис. 1). Особенно сильно возрастает с давлением температура затвердевания органических соединений например, увеличение давления от 1 до 4000 ат повышает температуру затвердевания бензола с 5,5° до 96°. [c.34] Вообще полиморфные превращения широко распространены в природе. [c.35] обычное белое олово при низких температурах превращается в новую модификацию — серое олово. [c.35] При этом превращении белое олово рассыпается в порошок ( оловянная чума ). Во время экспедиции Скотта к Южному полюсу в 1912 г. оловянная чума привела к разрушению сосудов с жидким топливом, паянных оловом. [c.35] Большой интерес представляют полиморфные превращения обычного льда (так называемого льда I ). Если подвергнуть его давлению 2115 кг/сж , то он станет плавиться (таять) при —22° дальнейшее повышение давления приводит к образованию более плотного льда III . Если под давлением 2170 кг/см охладить лед III до —34,7°, то получится новая модификация— лед II . Тот же самый лед III при сжатии до 3530 кг/см превращается в лед V , а последний — при 6380 кг/см — в лед VI . Точка плавления льда VI ( горячего льда ) равна -1-80° при 20 000 кг1см . Недавно было обнаружено существование еще более горячего льда VII, образующегося из льда VI при давлении 22 400 кг см . Лед VII под давлением 40 000 кг см плавится при 4-192°. Таким образом применение высоких давлений заставляет нас отказаться от многих привычных представлений выражение холодный, как лед справедливо лишь в определенных условиях, когда давление не очень велико. [c.36] Необратимые полиморфные превращения под давлением, в результате которых могут быть получены новые мо дификации веществ, устойчивые при атмосферном давлении, будут рассмотрены позднее. [c.36] Объяснение обнаруженного Клодом максимума кривой растворимости газа в жидкости было дано в 1937 г. [c.37] Изложенные выше факты показывают, что сверхвысокое давление оказывает весьма значительное влияние на свойства чистых веществ и их смесей (растворов). Мы упомянули здесь лишь о небольшой части эффектов высокого давления, отражающихся на протекании химических реакций (в частности, о влиянии давления на некоторые фазовые равновесия). Более полное рассмотрение этого вопроса должно было бы включать также данные о влиянии давления на вязкость, электрические и магнитные свойства веществ и т. д. . Но изложение таких данных выходит за рамки настоящей брошюры. [c.37] Чрезвычайно большие трудности возникают при создании аппаратуры для сжатия веществ в замкнутом объеме до давлений, превышающих 20 000 от. Причина этих трудностей заключается в том, что давление 15 000—20 000 ат является предельным для самых лучших сортов стали, из которых можно было бы создать такую аппаратуру. Поэтому любой стальной сосуд, подвергнутый изнутри давлению, скажем, 30 ООО ат, должен был бы разорваться. [c.38] Иногда стальные сосуды сверхвысокого давления помещают внутрь других, больших по размеру сосудов, в которых создают давление, накачивая в них жидкость. В этом случае разрыву стенок внутреннего сосуда под действием создаваемого в нем давления противодействует не только сопротивление самих этих стенок, но и поддерживающее давление жидкости, находящейся во внешнем сосуде. Если во внешнем сосуде давление жидкости составляет 10 000 ат, то можно ожидать, что во внутреннем сосуде удастся получить давление 25 ООО—30 ООО ат. [c.38] Наиболее часто для создания давлений выше 20 ООО ат применяется метод так называемой внешней механической поддержки. Для уяснения сущности этого метода вспомним действие клина, с которым мы встречаемся на практике, например, при колке дров. Силы, с которыми обух действует на полено, расширяя имеющуюся в нем трещину, равны и противоположны по направлению силам, с которыми раскалываемое полено действует на клин, сжимая его. Таким образом, чем больше сила, с которой клин вдвигается в полено, тем больше и поддерживающее давление, оказываемое поленом на щеки клина. Это явление используется в технике высоких давлений следующим образом стальной корпус сосуда сверхвысокого давления делают коническим и с большой силой вдвигают его в коническое кольцо (оправку). Аналогично сказанному выше, чем больше давление, с которым конус вдвигается в оправку, тем больше поддерживающее давление, которое оправка оказывает на конус. Конечно, при этом следует применять такие усилия, которые не раскололи бы оправку. Такая внешняя механическая поддержка может также быть многослойной ,— оправке для этой цели следует придать коническую форму и вдвигать ее в другую оправку еще большего размера. [c.39] Бутузовым, Г. П. Шаховским и М. Г. Гоникбергом, схематически изображен на рис. 4. [c.39] Измерение давления в таких мультипликаторах осуществляется с помощью манганиновых манометров сопротивленияпомещаемых внутрь канала конуса 6. В конус введен электроввод 8, через который подводится ток к нагревательному элементу ( печке ), сделанному из нихромовой, вольфрамовой или платиновой проволоки, а также измерительные провода (к манганиновому манометру , термоэлементу, термометру сопротивления и г. д.). В таких мультипликаторах изучаются химические реакции и фазовые превращения при сверхвысоких давлениях и высоких температурах. [c.41] В настоящее время в мультипликаторах создаются давления до 100 000 ат, правда, в очень небольшом объеме. В отдельных работах достигнуто давление 200 ООО ат. [c.41] Существуют и другие способы создания сверхвысоких давлений, из которых особо отметим взрыв, применявшийся, в частности, для синтеза некоторых минералов (топаза, криолита и др.) при сверхвысоких давлениях и высоких температурах. [c.42] Вернуться к основной статье