По примеру живой клетки
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Живая клетка — это своего рода химический завод. Внутри нее протекают тысячи сложнейших реакций. Многие из них мы не можем воспроизвести. Но и те реакции, которые нам «удаются», все-таки значительно уступают по своему «КПД» химическим превращениям в клетке. Почему?
Оказывается, многое зависит от «технологии». У клетки она любопытная. Как правило, химики, разрабатывая способ получения какого-нибудь вещества, стараются разбить весь процесс на этапы — ряд простейших реакций. Сначала получают в чистом виде исходные продукты, а затем, уже в другой установке, заставляют их прореагировать друг с другом. В клетке иначе: там различные реакции, как говорят химики, сопряжены — конечные продукты одних служат исходными для других, протекающих в этой же «установке». Такой способ «производства» очень экономичен.
Недавно ученые с кафедры физической химии Варшавского политехнического института разработали ряд новых технологических процессов. В их основу положен тот же принцип, на котором работает миниатюрный завод-клетка: сопряжение реакций.
Цинк получают электролизом раствора его соли. При этом на катоде осаждается металл, а на аноде выделяется кислород — побочный продукт реакции. При получении хлора электролизом соляной кислоты на катоде выделяется водород. Польские химики предложили сопрячь эти два процесса.
В электролизе, где на катоде осаждается цинк, заменили металлический стержень-анод пористой пластиной из активированного угля. Такой электрод способен поглощать выделяющийся на нем газ. При поглощении кислорода углем процесс электролиза требует меньше энергии, чем в том случае, когда пузырьки газа осаждаются на электроде. Угольные пластины, насыщенные кислородом, переносят затем в электролизер, где разлагается соляная кислота. При выделении водорода на них пузырьки газа не обволакивают электрод, а сразу же реагируют с кислородом в порах пластины. Эта реакция не требует затрат энергии, как и процесс адсорбции, больше того — она идет с выделением энергии. После очистки от кислорода стержни снова переносятся в ванну, где получают цинк. И так все время.
Новые методы прошли пока лишь лабораторную проверку, но перед ними большое будущее. Они позволяют экономить от 40 до 80 процентов электроэнергии: значительно снижается напряжение на электродах. Очистка электродов осуществляется как бы автоматически, производство становится ритмичным, его легко автоматизировать. Как считают варшавские химики, принцип, заимствованный у живой клетки, в будущем может произвести настоящую революцию в целом ряде химических производств.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.