3. Третья концептуальная система химии как основание синтеза химических и химико-технологических знаний

Успехи химии на уровне третьей концептуальной системы были обусловлены не только массивом научных знаний, но и социальным заказом, а именно необходимостью в создании многотоннажного производства:

1. аммиака из элементов как главного источника азотсодержащих удобрений;

2. азотной кислоты для развития основной химической промышленности;

3. изопарафиновых и ароматических углеводородов для повышения антидетонирующих свойств моторных топлив;

4. дивинила и других диеновых углеводородов для синтеза каучука;

5. высших жирных кислот и спиртов для консистентных смазочных материалов и моющих средств;

6. этилена, пропилена, ацетилена, хлорвинила, изопрена, алкил- и алкенилбензолов, С₁-С₅ и С₈-С₂₀ спиртов, самых разных пластмасс, эластомеров, химических волокон;

Потребовалось так же расширение производства серной кислоты и хлора для тяжёлого органического синтеза.

В решении этих задач огромную роль сыграл гетерогенный катализ, который превратил содержащиеся в нефти парафиновые и алициклические насыщенные углеводороды в доступный источник сырья для органического синтеза. Химическая технология стала в значительной степени технологией продуктов нефтехимического производства. И даже синтез аммиака можно отчасти относить к нефтехимической промышленности, так как водород для синтеза аммиака получают конверсией метана и других нефтяных газов.

Огромное значение для развития химической технологии сыграли работы в области кинетики и механизма реакций и, в особенности кинетики цепных реакций. В этой области огромные заслуги принадлежат академику Н.Н. Семёнову и его школе. Теория цепных реакций дала мощный толчок для развития таких процессов как:

1. Прямое окисление углеводородов кислородом воздуха до С₈-С₁₈ карбоновых кислот, высших спиртов и различных органических перекисей.

Семенов Николай Николаевич (1896–1986)- советский физик и физикохимик. Исследования относятся к учению о химических процессах. Разработал основы тепловой теории пробоя диэлектриков, исходные положения которой были использованы им при создании теории теплового взрыва и горения газовых смесей. Открыл (1927) новый тип химических процессов – разветвленные цепные реакции, теорию которых впервые сформулировал в 1930–1934, показав их большую распространенность. На основании выдвинутой теории не только объяснил особенности протекания химических реакций, но и предсказал новые явления, обнаруженные впоследствии экспериментально. Теория разветвленных цепных реакций, пополненная им и А. Е. Шиловым в 1963 положением об энергетическом цепном разветвлении, позволила управлять химическими процессами. Нобелевская премия по химии (1956, совместно с С. Н. Хиншелвудом).

2. Синтез полиэтилена, поливинилового спирта, поливинилхлорида и т.д.; коренное усовершенствование процессов синтеза каучука на основе дивинила, изопрена и других мономеров.

3. Пиролитическое разложение веществ.

4. Взрыв конденсированных взрывчатых веществ.

5. Термический крекинг нефти.

6. «Самораспростроняющийся высокотемпературный синтез» (СВС) для получения карбидов, силицидов, боридов и тому подобных соединений переходных металлов и т.д..

Трудности масштабного перехода от лабораторных экспериментов к промышленным установкам привели к необходимости создания неформальной кинетики проточных систем (Баландин А.А., Боресков Г.К., Слинько М.Г., Тёмкин М.И., Бентон (США), Винтер (Германия)).

Так, Боресков Г.К. в 1932 г. предложил проводить реакцию SO₂ + 1/2O₂→SO₃ не при фиксированной температуре, а при определённой оптимальной кривой изменения температуры. Для каждого процесса и катализатора такая кривая индивидуальна.

Плановский А.Н. (1911-1982) разработал теорию непрерывных процессов, которая послужила важной частью теории химических реакторов (реакторы «идеального смешения» и «идеального вытеснения»).

Боресков Георгий Константинович (1907-1984) - советский физикохимик. Исследовал влияние тепло- и массопереноса на скорость каталитических процессов (КП) и заложил основы методов расчёта оптимизации КП и химических реакторов. Предложил способ проведения КП в псевдоожиженном слое катализатора. Установил: зависимость удельной активности катализаторов от химического состава и создал научные основы их приготовления; решающее влияние на каталитическую активность энергии связи реагирующих веществ с поверхностью катализаторов; воздействие реакционной смеси на твёрдые катализаторы и на кинетику КП. Развил теорию предвидения каталитического действия. Совместно с М.Г.Слинько впервые разработал принципы математического моделирования КП для проектирования и оптимизации промышленных реакторов.

Франк-Каменецкий Д.Р. разработал макрокинетику – продукт синтеза химической кинетики и теории процессов диффузии и теплопередачи. Макрокинетика исследует процесс со всеми искажениями, вносимыми потоком в однородное распределение параметров. Так стала развиваться реальных химических процессов. Отношения между химической кинетикой и макрокинетикой стали основой отношений между химией и химической технологией.