И лед, и пламень…

лед и пламя…получает человек с помощью фтора и его соединений

Как приятно бывает в жаркий, летний день достать из холодиль­ника бутылку ледяной минераль­ной воды…

В большинстве холодильни­ков — и промышленных, и домаш­них — хладоагентом, веществом, создающим холод, работает фтор- органическая жидкость — фреон.

Фреоны получаются при заме­не атомов водорода в молекулах простейших органических соеди­нений на фтор или фтор и хлор.

Простейший углеводород ме­тан — СН4. Если все атомы водо­рода в метане заменить на фтор, то образуется тетрафторметан (фреон-14) СF4, а если фтором замещаются только два атома во­дорода, а два другие — хлором, то получится дифтордихлорметан (фреон-12) СF2Cl2. В табл. 1 при­ведены важнейшие характеристи­ки нескольким подобных соедине­ний.

В домашних холодильниках обычно работает фреон-12. Это бесцветный, нерастворимый в воде и негорючий газ с запахом, похо­жим на запах эфира. Фреон-11 и -12 работают также в установ­ках для кондиционирования воз­духа. В «шкале вредности», со­ставленной для всех применяемых хладоагентов, фреоны занимают последние места. Они даже без­вреднее «сухого льда» — твердой двуокиси углерода.

Фреоны исключительно устой­чивы, химически инертны. Здесь, как и в случае фторопластов, мы сталкиваемся с тем же удивитель­ным явлением: с помощью наибо­лее активного элемента — фтора удается получить химически очень пассивные вещества. Особенно устойчивы они к действию окислителей, и это не удивительно — ведь их атомы углерода находят­ся в высшей степени окисления. Поэтому фторуглероды (и в част­ности, фреоны) не горят даже в атмосфере чистого кислорода. При сильном нагревании происхо­дит деструкция — распад моле­кул, но не окисление их. Эти свой­ства позволяют применять фрео­ны еще в ряде случаев: их ис­пользуют как пламегасители, инертные растворители, промежу­точные продукты для получения пластмасс и смазочных материа­лов.

характеристики фреонаСейчас известны тысячи фтор-органических соединений различ­ных типов. Многие из них при­меняются в важнейших отраслях современной техники.

На примере фреонов мы мог­ли пронаблюдать, как фтор рабо­тает на «индустрию холода», но с его помощью можно получать не только низкие, а и очень вы­сокие температуры.

Сравните эти цифры: темпера­тура кислородо-водородного пла­мени 2800° С, кислородо-ацетиленового — 3500° С, при горении же водорода во фторе развивается температура в 3700° С. Эта реак­ция уже нашла практическое при­менение во фтористоводородных горелках для резания металла. Кроме того, известны горелки, ра­ботающие на фторхлоридах (со­единениях фтора с хлором), а так­же на смеси трехфтористого азо­та и водорода. Последняя смесь особенно удобна, так как трех- фтористый азот не вызывает кор­розии аппаратуры. Естественно, во всех этих реакциях фтор и его соединения играют роль окислите­ля. А нельзя пи использовать их в качестве окислителя в жидкостных реактивных двигателях!

В пользу реакции с участием фтора и его соединений говорит многое. Разовьется более высокая температура — значит и давление в камере сгорания будет больше, возрастет тяга реактивного двига­теля. Твердых продуктов горения в результате таких реакций не образуется — значит опасность за­бивки сопел и разрыва двигателя в этом случае также не грозит.

Не случайно авторов научно-фантастических романов привле­кают реактивные двигатели, ра­ботающие на фторе. Но о воз­можности использования фтора как окислителя в ЖРД гово­рят не только фантасты. Весьма далекая от фантастики американ­ская фирма «Норт Америкен» раз­работала проект двигателя на жидком водороде и фторе.

Но у фтора, как составной ча­сти ракетного топлива, есть ряд крупных недостатков. Он очень токсичен, коррозионноактивен и имеет очень низкую температуру кипения. Сохранить его в виде жидкости труднее, чем другие газы. Поэтому более перспектив­ны соединения фтора с кислоро­дом и галогенами.

Некоторые из этих соединений по своим окислительным свойст­вам не уступают жидкому фтору, но имеют огромное преимуще­ство: в обычных условиях это или жидкости, или же легко сжи­жаемые газы. Сравните их свойства, проанализировав дан­ные табл. 2.

характеристики соединений фтораСреди фторгалоидных соеди­нений наиболее удобны для ис­пользования в ракетном топливе трифторид хлора и пентафторид брома. Известно, например, что еще в 1956 году в США трехфто­ристый хлор рассматривался как возможный окислитель ракетного топлива. Высокая химическая ак­тивность затрудняет, конечно, при­менение подобных веществ. Одна­ко эти затруднения не абсолютны и, по-видимому, преодолимы.

Из других фтористых соедине­ний, обладающих высокими окис­лительными свойствами и перспек­тивных как компонент ракетного топлива, следует упомянуть перхлорилфторид (химически — не­сравненно инертнее фтора, слабо­токсичен, сохраняется длительное время в емкостях из обычных конструкционных материалов) и трифторид азота (жидкость низкокипящая, как и фтор, но уме­ренно активная и не обладающая корродирующими свойствами).

Огромный интерес к фторидам инертных газов обусловлен, по-ви­димому, не только их теоретиче­ским значением. Несомненно, что столь широкое развитие исследо­ваний этих соединений преследует и некоторые практические цепи. Например, фториды ксенона мо­гут служить «хранителями» ксено­на и фтора; так же как и дру­гие фториды инертных газов, мо­гут оказаться пригодными для окисления ракетных топлив.

Дальнейшее развитие химии коррозионных процессов, получе­ние более коррозионноустойчивых материалов, успехи в синтезе но­вых окислителей на основе фтора, вероятно, позволят осуществить многие замыслы ракетостроите­лей, связанные с использованием элемента № 9 и его соединений. Но мы не будем заниматься предсказаниями. Современная техни­ка развивается стремительно. Быть может, через несколько лет по­явятся какие-то принципиально новые типы двигателей, а ЖРД отойдут в область истории… В лю­бом случае бесспорно, что фтор еще не сказал своего последнего слова в освоении космического пространства.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>