книги / Развитие химической промышленности в СССР (1917-1980) Академия наук СССР, Секция химико-технологических и биологических наук; Научно-исследовательский институт технико-экономическ
..pdfбудет и дальше развертываться взаимовыгодный обмен товарами на дол госрочной и равноправной основе, будут расширяться всесторонние эко номические и научно-технические связи.
Съезд также рекомендовал «осуществлять стабильные взаимовыгодные торгово-экономические и научно-технические связи с капиталистически ми странами, проявляющими заинтересованность в сотрудничестве с Со ветским Союзом» [27, с. 196].
О НЕКОТОРЫХ ПЕРСПЕКТИВАХ
Задолго до завершения девятой пятилетки, выполняя решения партии и правительства, ученые и специалисты отрасли начали разрабатывать предложения по основным направлениям дальнейшего развития химиче ской науки п промышленности на 1976—1990 гг. Эти предложения ле т/ в основу планов развития химической промышленности и химизации родного хозяйства в десятой пятилетке и последующее за ней деся летне.
В одиннадцатой пятилетке химическая промышленность развивается высокими темпами. Объем производства ее продукции к концу пятилет ки увеличится па 30—35%. В 1985 г. выпуск минеральных удобрений должен быть доведен до 36—37 млн. т (в пересчете на 100%-ное содержа
ние питательных веществ), синтетических смол |
и пластмасс —до 0— |
6,25 млн. т, химических волокон и нитей —до 1,6 |
млн. т [27, с. 152]. |
Динамично развивается сырьевая база для более полного использова ния мощностей по производству минеральных удобрений и химических кормовых добавок. Одна из важных задач в химии — сбалансированное развитие производства минеральных удобрений и химических средств за щиты растений, расширение выпуска концентрированных и сложных удоб рений, обеспечение к 1985 г. поставки их сельскому хозяйству только в гранулированном и крупнокристаллическом виде. В одиннадцатой пяти летке расширяется производство высококачественных полимеров с задан ными техническими характеристиками, включая армированные и напол ненные пластмассы, а также выпуск труб из пластмасс.
В соответствии с Продовольственной программой СССР поставка ми неральных удобрений сельскому хозяйству составит в 1985 г. 26,5 млн. т и в 1990 г. 30—32 млн. т (в пересчете на 100%-иое содержание питатель ных веществ), химических кормовых добавок — соответственно 950 тыс. т и 1,2 млн. т. Намечается увеличить поставки сельскому хозяйству хими ческих средств защиты растений: в 1985 г. до 680 тыс. т и в 1990 г. до 750—790 тыс. т. Производство высококопцептрированпых и сложных удобрений к 1990 г. составит пе менее 90% общего их объема. Удобре ния для сельского хозяйства будут выпускаться только в гранулирован ном или крупнокристаллическом виде (за исключением фосфоритной муки). Расширяется производство жидких комплексных удобрений.
Важное значение придается наращиванию выпуска малотоннажной химической продукции, более полному удовлетворению потребностей на родного хозяйства в химических добавках для полимерных материалов, текстильно-вспомогательных веществах, консервантах, катализаторах, синтетических красителях, лакокрасочных материалах, моющих сред ствах, особо чистых химических материалах и реактивах, а также в спе циальных особо тонких полимерных пленках.
В одиннадцатой пятилетке увеличивается производство синтетических каучуков, заменяющих натуральный, что позволяет повысить ходимость шип. Немаловажпой задачей является увеличение объема выпуска, улуч шение ассортимента п качества изделий бытовой химии.
Для успешного решения грандиозных задач, поставленных перед хи мической промышленностью СССР в «Основных направлениях экономи ческого и социального развития СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года», потребуется мобилизовать весь научно-технический, эконоиомический потенциал отрасли, повысить производительность труда на 28-30% .
Большие задачи стоят перед отраслью по совершенствованию меха низма управления, повышению уровня хозяйствования во всех звеньях, улучшению организационной структуры управления, стиля и методов ру ководства хозяйством па основе ленинских принципов управления.
В одиннадцатой пятилетке осуществляются меры по улучшению пла- н)вания в отрасли, шире используются целевые комплексные програмкак органичные составные части государственных перспективных
аланов экономического и социального развития народного хозяйства. Важнейшими направлениями научно-технического прогресса в отрас
ли в одиннадцатой пятилетке являются:
разработка высокоэффективных технологических процессов, обеспечи вающих комплексное и более полное использование сырья п энергетиче ских ресурсов;
дальнейшее внедрение крупных агрегатов и технологических линий на основе принципиально новой технологии, а также расширение масшта бов применения прогрессивных технологических процессов, средств ме ханизации и автоматизации, внедрение которых началось в предыдущих пятилетках;
разработка и широкое внедрение в промышленность автоматизирован ных систем управления технологическими процессами, производствами и отдельными предприятиями;
расширение ассортимента продукции как за счет новых видов, так и за счет модификации, осуществляемой в настоящее время;
повышение качества химической продукции, выполнение требований сельского хозяйства, предъявляемых к качеству миперальных удобре ний,—увеличение содержания питательных веществ с 40% в 1980 г. до 43% в 1985 г.
Важной проблемой, связанной с научно-техническим прогрессом в химической промышленности, является охрана окружающей среды. В одиннадцатой пятилетке разрабатываются и внедряются экономичные методы очистки сточных вод и выбросов в атмосферу, новые и усовершен ствованные технологические процессы с минимальным количеством водопотребления, выброса сточных вод и газов, максимально развиваются водооборотпые системы, в производствах создаются локальные рециклы оборотной воды с очисткой ее на определенной стадии процесса, с одно временным извлечением ценных веществ и возвратом очищенной воды в производство с целью создания предприятий, не имеющих сбросо-сточ- пых вод, заменяется водяное охлаждение воздушным, разрабатываются си стемы пыле- и газоочистки.
Намеченный комплекс мероприятий позволит в ближайшие годы, не смотря на значительное увеличение масштабов производства, сохранить
объем водопотреблеппя па уровне 1980 г., несколько снизить сброс сточ ных вод, а количество загрязненных сточных вод уменьшить наполовину.
Достигнутый за последние 10—15 лет технический и организацион ный уровень химической промышленности, созданный научный и инже нерный потенциал отрасли позволяют ставить задачи дальнейшего повы шения эффективности общественного производства и обеспечения первоочередных потребностей народного хозяйства.
Решения майского (1982 г.) Пленума ЦК КПСС привлекли глубокое внимание многотысячного отряда работников химической индустрии.
Пленум наметил перспективы развития экономики сельского хозяйства на ближайшее десятилетие и утвердил Продовольственную программу, предусматривающую обеспечение крутого поворота к интенсивным мето дам ведения сельского хозяйства. Намечены пути достижения высоких темпов сельскохозяйственного производства на основе последователе :й его интенсификации, высокоэффективного использования земли, техно материальных ресурсов и ускоренного внедрения достижений науки и пе редового опыта.
В реализации постановлений майского (1982 г.) Пленума ЦК КПСС и Продовольственной программы СССР большая роль отводится химиче ским отраслям промышленности. Без всесторонней химизации сельского хозяйства на научной основе невозможно решить проблему интенсифи кации сельскохозяйственного производства, ибо «главное сегодня, а тем более завтра —это повышение урожайности» [28].
Продовольственной программой намечается увеличить в 1985 г. по срав нению с 1980 г. поставку минеральных удобрений под зерновые культуры не менее чем в 1,7 раза и в 1990 г.—в 2 раза. Намечено также расши рить производство химических средств защиты растений, консервантов кормов, полимерных пленок для теплиц, тароупаковочиых материалов.
На одиннадцатую пятилетку Госплан СССР, Государственный комитет по науке и технике и Академия наук СССР утвердили около 20 целевых и важнейших научпо-техппческпх программ в области химии и хими ческой технологии, предусматривающих, в частности, получение искус ственных жидких топлив, суперпрочных волокон, наполненных полимеров и композиционных материалов, малотоннажных химических продуктов, химических и биологических средств защиты растений и животных; разработку методов защиты металлов от коррозии и т. д.
Были приняты более долгосрочные программы, предусматривающие: обеспечение растущих и вновь возникающих потребностей народного
хозяйства в химической продукции; экономию материальных, энергетических и трудовых ресурсов;
увеличение производства и расширение ассортимента товаров народ ного потребления, улучшение медицинского и бытового обслуживания за счет широкого применения химических материалов (пластмасс, химиче ских волокон, синтетической кожи и т. д.) ;
повышение продуктивности сельскохозяйственного производства в ре зультате применения высокоэффективных комплексных удобрений, хими ческих средств защиты растений и животных, химических кормовых до бавок, полимерных материалов, консерваптов;
повышение доли пластических масс в балансе конструкционных ма териалов, химических волокон —в балансе текстильного сырья (прежде всего расходуемого на технические нужды) и др.
РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ
ИНФОРМАЦИИ
ГЛАВА ПЕРВАЯ
РАЗВИТИЕ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ И ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
История отечественной химии открывается именем М. В. Ломоносова, который положил начало химическим исследованиям в России, внес не оценимый вклад в развитие химии и химической технологии.
Вторая половина XIX столетия — пора расцвета русской химии. Она связана прежде всего с деятельностью H. Н. Зинина — основателя отече ственной школы химиков-органиков, А. М. Бутлерова — творца теории химического строения вещества, Д. И. Менделеева, открывшего периоди ческий закон химических элементов — один из фундаментальных законов природы.
Начало XX в. отмечено значительными успехами русских химиков. Достаточно упомянуть создание H. С. Куриаковым физико-химического метода анализа, исследования Л. А. Чугаева по химии комплексных со единений, нефтехимические исследования В. В. Марковнпкова, создание М. С. Цветом метода хроматографии, работы Г. С. Петрова по синтезу карболита.
Однако все эти блестящие достижения можно расценивать лишь как успехи талантливых одиночек. В дореволюционной России почти не было химической промышленности, которая своими запросами стимулировала бы развитие химической науки. В Российской Академии наук имелось только одно научно-исследовательское учреждение — химическая лабора тория, созданная еще М. В. Ломоносовым в 1748 г., в которой могли ра ботать три-четыре человека. Химическая наука до Октябрьской револю ции развивалась в основном в университетских лабораториях. Русское фи зико-химическое общество в то время насчитывало около четырехсот членов, пз которых химиков было не более трехсот. В 1913 г. общее чис ло химиков с высшим образованием в России составляло около 500 чело век; таким образом, на 340 тыс. жителей приходился один химик. По образному выражению академика П. И. Вальдена, «каждый химик в Рос сии был нечто более редкое, чем редкий элемент неон».
О масштабах изменений, происшедших за годы Советской власти в области химии, говорит тот факт, что ныне Всесоюзное химическое об щество им. Д. И. Менделеева насчитывает в своих рядах более 450 тыс. человек [1—3].
Великая Октябрьская социалистическая революция открыла новые, небывалые возможности в развитии науки. Наука стала делом большой го
сударственной важности, предметом постоянной заботы Коммунистиче ской партии и народа.
Академия наук возглавила советскую науку и стала ее главным шта бом. В «Наброске плана научно-технических работ» (апрель 1918 г.) и других документах и выступлениях В. И. Ленин поставил перед учеными ряд конкретных важных проблем, в том числе и химических, таких, на пример, как комплексное изучение Курской магнитной аномалии, освоение солевых богатств залива Кара-Богаз-Гол, производство искусственной пищи.
Большие научные задачи, возникавшие в связи с восстановлением и развитием народного хозяйства Советской республики, могли быть реше ны только силами крупных исследовательских коллективов. Неотложным делом стала организация академических институтов, которые своими фун даментальными исследованиями обеспечивали бы научно-технический прогресс страны.
Первыми институтами, созданными в системе Академии наук вскоре после Октябрьской революции, были Институт физико-химического ана лиза и Институт по изучению платины и других благородных металлов. Они начали работать уже в мае 1918 г. Их возглавили академик Ы. С. Куриаков н профессор Л. А. Чугаев. После безвременной кончины Л. А. Чу гаева в 1922 г. H. С. Курнаков стал директором обоих институтов. Од новременно он был руководителем Лаборатории общей химии Академии наук. В 1934 г. эти три учреждения были объединены в Институт общей
и неорганической х и м и и АН СССР под |
руководством |
И. С. Куриакова. |
Ныне этот институт является ведущим |
в развитии |
фундаментальных |
научных исследований в области неорганической химии. |
|
Работы H. С. Курнакова открыли новый раздел химии, в котором при помощи физико-химических методов изучаются превращения в химиче ских системах и способы их геометрического изображения — так назы ваемые диаграммы «состав — свойство». Эти диаграммы позволяют пред сказать характер химических реакций, происходящих в сложных много компонентных системах, установить природу и условия существования образующихся фаз. В дальнейшем этот подход получил широкое разви тие, позволив учитывать не только состав химической системы, но также ее строение, кристаллическую структуру. Современный физико-химический анализ служит мощным средством для создания новых материалов с за данными свойствами.
Работы H. С. Курнакова и его многочисленных учеников сыграли важную роль в получении многих ценных сплавов, в разработке новых металлургических процессов, в освоении минеральных и в особенности солевых богатств пашей страны (в частности, Соликамских калийных месторождений и залива Кара-Богаз-Гол), в производстве химических удобрений.
В институте, созданном Л. А. Чугаевым, большой размах получили работы по химии комплексных соединений платиновых металлов. Резуль таты этих исследований явились базой для создания советской про мышленности драгоценных металлов.
Наряду с фундаментальными исследованиями по химии, которые ве лись в институтах академического профиля, в первые же годы Советской власти стала развиваться и отраслевая наука —работы прикладного ха рактера.
Важной проблемой химии твердого тела является образование и по ведение дефектов кристаллической решетки. Термодинамические исследо вании соединений переменного состава, выполненные советскими учены ми, внесли существенный вклад в решение проблемы, в частности, было показано, что необходим полный пересмотр техники и теоретических ос нов эксперимента по определению теплот образования соединений пере менного состава.
Одним из наиболее значительных приложений термодипампки к проб лемам химии твердого тела явились работы, выполненные коллективами МГУ, ИОНХа и других институтов под руководством академика А. В. Но воселовой, члена-корреспондента АН СССР Я. И. Герасимова и других ученых в области термодинамики полупроводниковых веществ. Изучение Р—Т—Х-диаграмм ряда систем заложило основы технологии полупровод никовых соединений, получаемых из газовой фазы [9]. Большой вклад
вразвитие химической термодинамики внес М. X. Карапетьянц. Физико-химический анализ, тесно примыкающий к химической термо
динамике, возник на рубеже XIX и XX вв. Основоположник физико-хи мического анализа академик H. С. Куриаков продолжил плодотворную линию развития русской химической науки— линию Д. И. Менделеева. Физико-химический анализ имеет бесчисленные приложения в погранич ных пауках и технике.
На основании прогноза H. С. Курнакова геологами были открыты за лежи калийных солей Соликамска и Березников и созданы мощные хи мические комбинаты по производству калийных удобрений, металличе ского магния, хлора и щелочей.
На базе открытых экспедициями Академии наук СССР и Научно-ис следовательского института по удобрениям и инсектофунгицидам (НИУИФ) хибинских апатитов, а затем залежей фосфоритов Каратау (Казахстан) была создана мощная промышленность по производству фос форных удобрений.
Физикохимикп школы H. С. Курнакова в содружестве с сотрудни ками Государственного института прикладной химии (ГИПХ) выполни ли крупный цикл работ по исследованию и промышленному использо ванию тихвинских бокситов, созданию на их базе производства алюми ния и различных алюминиево-магниевых сплавов, имеющих важное значение для авиационной промышленности.
Физико-химический анализ представляет собой интенсивно развиваю щуюся область, для которой характерно исследование равновесий и превращений веществ во все расширяющемся диапазоне внешних факто ров равповесия — давления и температуры. Он является мощным ору дием создания новых материалов с заданными свойствами и широко ис пользуется при разработке разнообразных новых сплавов с требуемыми механическими и электрофизическими свойствами, энергоемких систем, полупроводников, сверхпроводящих материалов, лазеров, стекол, керами ки, минеральных удобрений и т. д.
Следует отметить большой цикл работ, выполненных академиком И. В. Танапаевым и его сотрудниками, по применению физико-химиче ского анализа в аналитической химии. Разработапиый ими так называе мый метод остаточных концентраций теперь весьма широко применяется в аналитических исследованиях. Сам подход к современному этапу раз-
вития физико-химического анализа, предполагающий исследование реак ционной способности в единстве познания состав—строение—дисперс ность—свойство, завоевывает всеобщее признание [9].
Многочисленные примеры плодотворного использования физико-хими ческого анализа представлены ниже, в разделах, посвященных различ ным областям неорганической химии [10, 11].
Координационная хпмия. В развитие советской школы координацион ной химии, созданной JJ. А. Чугаевым, решающий вклад внесли И. И. Чер няев, А. А. Гринберг, В. В. Лебединский, И. К. Ишепнцыи, О. Е. Звя гинцев и др. [12—16].
В 1926 г. И. И. Черняевым была открыта закономерность трансвлия ния в координационных соединениях, которая позволила управлять реак циями замещения во внутренней сфере комплексов и целенаправленно синтезировать большое число новых координационных соединений. Уче ние о взаимном влиянии лигандов было развито в трудах Я. К. Сырки на,
Б.В. Некрасова, К. Б. Яцимирского, 10. А. Буслаева, В. И. Нефедова,
10.Н. Кукушкина, М. А. Порай-Кошпца, И. Б. Берсукера, О. П. Чарки на и др. [17—22].
В40-х годах советская школа во главе с В. Г. Хлопииым, И. И. Чер
няевым, А. А. Гринбергом, Б. П. Никольским, В. И. Спицыным и В. М. Вдовенко добилась больших успехов в развитии координационной химии актиноидов. Работы по синтезу и исследованиям комплексов Th (IV), U (IV) и U (VI) привели к накоплению обширного материала, ко торый лег в основу повых теоретических обобщений (М. Е. Дяткина, В. А. Головня, А. К. Молодкип, P. Н. Щелоков, Г. В. Эллерт) [23]. В. И. Спицыным и его сотрудниками впервые получены соединения, со держащие плутоний и нептуний в высшей степени окисления 7 + . По следние 25 лет ознаменовались крупными успехами координационной хи мии переходных металлов с углеводородными лигандами, особенно с аро матическими. В работах, выполненных школами Э. Фишера в ФРГ и А. Н. Несмеянова в СССР, подробно исследована реакционная способность ароматических комплексов почти всех переходпых элементов периодиче ской системы.
Координационная химия широко используется науками о Земле и ока зала решающее влияние на развитие ряда разделов геохимии, минерало гии и петрографии. В нашей стране пионерами в разработке механизмов рудообразоваиня некоторых цветных и редких металлов на основе коор динационно-химических представлений были Ф. 10. Левинсон-Лессинг и В. Щербина. Теоретические исследования влияния комплексообразования с карбонат- и фосфат-ионами на формирование минералов меди вскрыли общую связь между состоянием ионов металла в растворе и со ставом кристаллизующегося из него минерала, заставив геохимиков поновому оценить многие природные наблюдения. Поведение рудных компо нентов удалось связать с гидрохимическим типом поверхностных и глу бинных природных вод и с активностью присутствующих в них лигандов.
H. М. Дятловой, В. Я. Темкиной и др. синтезировано большое число полициклических координационных соединений двух- и трехзарядиых катионов с полидентантными комплексонами, которые широко использу ются в строительной технике и медицине, нефтяной промышленности и энергетике, в охране окружающей среды и т. д. Особенно широки пер спективы их применения в сельском хозяйстве для питания растений
микроэлементами, которые необходимы для их жизнедеятельности, но содержатся в почве в трудноусвояемом состоянии [24].
Методы экстракции ионов в виде их координационных соединений, найденные 10. А. Золотовым и др., позволили решить одну из централь ных аналитических задач количественного разделения и концентрации ионов. Координационно-химические представления способствовали созда нию реагентов-индикаторов многоцелевого назначения типа арсеназо и других, получивших широкое распространение в аналитической химии (И. П. Алимарин, С. Б. Савин и др.).
Исследования окислов платиновых .металлов (H. М. Жаворонков, В. Б. Лазарев и др.) выявили связь между характером их электрической проводимости и электронной конфигурацией попа металла. Найдепная закономерность открыла новые возможности направленного синтеза сое динений с заданными электрическими свойствами [25].
Советская школа координационной химии внесла важный вклад в ста новление отечественной химической промышленности. В 30-х годах в МХТИ им. Д. И. Менделеева (H. М. Жаворонков и др.) были проведены фундаментальные исследования абсорбции окиси углерода растворами аммиакатов одновалентной меди и найдены оптимальные условия погло щения окиси углерода в процессах промышленного получения аммиака. Эти работы сохранили свое значение до наших дней [26—28].
В 1957—1960 гг. Я. К. Сыркпп, И. И. Моисеев и др. открыли группу реакций окисления олефинов, катализируемых комплексами палладия. Реакции этого типа легли в основу современных промышленных методов получения винил- и аллилацетата, ацетальдегида из этилена, ацеталей, кеталей и многих других продуктов, производство которых в мире исчис ляется многими миллионами тони. Работы Б. А. Долгоплоска и А. А. Ко роткова по использованию л-еиильиых комплексов переходных металлов как катализаторов полимеризации дненов открыли новые возможности синтеза эластомеров, привели к созданию промышленности полпизопреиового и полибутадиенового каучуков и т. д. Мягкие условия осуществле ния реакций металлокомплексиого катализа и высокая селективность при глубокой конверсии обеспечивают большую экономию углеводородного сырья и энергосредств. Поэтому металлокомплексиый катализ принадле жит к числу наиболее перспективных направлений современной коорди национной химии. Химическая промышленность сейчас использует более 40 процессов производства многотоннажных продуктов, катализируемых комплексами металлов. Новых успехов здесь можно ожидать от комплек сов со связями металл—металл, которые катализируют восстановлепие ароматических альдегидов, перекисей, нитро- и интрозосоедииенпй, откры вают новые пути промышленного получения дефицитных высших жир ных спиртов [29—31].
Быстрое развитие биооргаиической химии (одним из первых в этой области начал заниматься А. А. Гринберг, выполнивший в 30-х годах систематические исследования биоактивных координационных соединений кобальта) также обусловлено важной ролью, которую координационные соединения играют в таких жизненно важных процессах, как фотосин тез, дыхание, прохождение ионов металлов через биологические и искус ственные мембраны и др. Большой вклад в изучение мембраноактпвпых соединений и механизмов мембранного транспорта в клетке принадлежит школе 10. А. Овчинникова [32].