Общее собрание академии наук СССР (3-5 февраля 1964 г.) (стр. 23 )

Промежуточные активные центры играют решающую роль в таких важнейших процессах химической промышленности, как, например, крекинг, полимеризация, окисление, талоидирование, цепные и ионные, реакции. Подробное изучение механизмов и кинетики этих процессов приобрело сейчас не только теоретическое, но и важнейшее промышлен­ное значение, ибо только подробнейшее знание всех кинетических зако­номерностей и механизма реакций позволяет создать наиболее совер­шенные в смысле экономичности и качества продуктов технологические процессы.

Если  во  всех  изложенных  примерах  речь  шла  об  использовании «естественных кинетических закономерностей для выбора условий, спо-

НАУЧНЫЕ  ПРОБЛЕМЫ  РАЗВИТИЯ  ХИМИИ

87

собствующих получению желательного продукта, то применение ката­лизаторов (гетерогенных и гомогенных) позволяет изменить сам ход процесса путем создания с помощью посторонней матрицы такой при­нудительной укладки реагирующих молекул, которая обеспечивает не­обходимое направление процесса.

Однако применение обычных катализаторов является далеко не со­вершенным способом получения веществ с заданной структурой и огра­ничено, в сущности, лишь получением простейших соединений.

Совсем по-другому идут каталитические процессы в организме, где синтез даже самых сложнейших соединений, какими, например, явля­ются  белки и  нуклеиновые кислоты,  проводится  с  необычайной  точ­ностью, где отсутствуют какие-либо отклонения от формирования зара­нее заданных сложнейших структурных единиц. Такой синтез подобен точной штамповке  сложнейших конструкций  или  радиосхем.  Во  всех таких  синтезах  основную  роль  играют  биокатализаторы — ферменты. Едва  ли  не  главная  задача  теоретических  исследований  в  химии сейчас заключается в искусственном создании столь же специфичных, но еще более мощных, чем ферменты, промышленных катализаторов, Первым шагом  в таком направлении явилось получение  в последние годы комплексных (гетерогенных и гомогенных)  катализаторов. С эти­ми катализаторами связан, в частности, новый этап в полимерной нау­ке и промышленности, а именно — получение стереоспецифических по­лимеров, в которых содержание повторяющихся  одинаковых регуляр­ных  структур  подчас  приближается  к  100%.  Но  это  только  начало, потому что речь идет пока лишь о правильном расположении друг отно­сительно друга  звеньев одного  мономера.  Очень важным  следующим этапом было бы создание катализаторов, обеспечивающих определен­ное взаимное расположение и чередование звеньев двух типов мономе­ров в сополимере. Но не надо забывать, что в биосинтезе белка обес­печиваются точнейшие запрограммированные чередования  в  длинней­ших полимерных цепочках 20 различных аминокислот. Отсюда видно, какой огромный путь еще надо пройти, чтобы использовать в химиче­ской промышленности для получения сложных соединений с заданными свойствами  принципы  синтеза  живой  природы.  Важнейшее  значение имеет поэтому также выяснение механизма « принципов катализа в фер­ментных системах.

Ферменты интересны еще и с той точки зрения, что они обеспечива­ют протекание с достаточной скоростью в обычных условиях темпера­тур и давлений таких реакций, которые мы с помощью наших химиче­ских катализаторов можем проводить лишь при высоких температурах, а часто и высоких давлениях. Это относится, например, к ферментам азотобактеров, обеспечивающим фиксацию азота воздуха, железным бактериям, обеспечивающим выделение железа и окислов железа, сер­ным бактериям, обеспечивающим получение серы из сероводорода и других сернистых соединений, нефтяным бактериям, обеспечивающим различные превращения углеводородов, а также получение белков за счет использования нефти и т. д.

Во многих случаях осуществляются процессы получения продуктов с более высокой энтропией, чем исходные. Происходит это за счет энергии параллельного экзотермического процесса, особенно процесса окисления. Необходимо глубже вникнуть в принципы механизма дей­ствия такого рода ферментативных систем живых организмов, чтобы изыскать возможности искусственного синтеза аналогичных систем и создания такого рода искусственных катализаторов. Пока мы их еще «е  создали,  следует  широко  исследовать  практические  возможности

J&*

38        ОБЩЕЕ  СОБРАНИЕ АКАДЕМИИ  НАУК  СССР

проведения промышленных процессов с применением  природных  фер­ментов в виде соответствующих бактерий и грибков.

К этим же проблемам примыкает и вопрос о проведении под дей­ствием солнечной энергии фотохимических реакций с большим к. п. д. В растениях хлоропласта играют роль соответствующих катализато­ров, запасающих энергию сразу нескольких квантов и использующих ее на процесс разложения воды и проведение фотосинтеза. Если бы нам удалось создать искусственно системы подобного типа, мы могли бы обеспечить проведение с хорошим к. п. д. разложения углекислоты или воды на СО + Ог или Н2 + 02. Получающиеся при этом газы можно было бы обратно соединять в воду и углекислоту в топливном элементе и таким образом превратить солнечную энергию в электрическую с хо­рошим к. п. д. Это является очень интересной проблемой будущего. Таким же путем, изучая механизм работы мышц или работы нервов, возможно создание соответствующего типа новых машин и счетно-ре­шающих устройств.

Результаты научных исследований и накопленный производственный опыт, особенно в специальных областях техники, заставляют обращать все большее внимание на создание новых технологических процессов, .использующих различные виды мощного воздействия на вещество и проведение процессов при экстремальных условиях.

Прежде всего, отметим здесь радиационную химию. Воздействие проникающих излучений позволяет осуществлять практически все типы химических реакций, а. в цепных реакциях служит эффективным ини­циатором химических превращений. В очень большом числе случаев вопрос о целесообразности проведения того или иного процесса как радиационного сейчас уже определяется техно-экономическими показа­телями. Поэтому одним из главных вопросов является к. п. д. исполь­зования излучения.

Это означает, что для процессов, которые предполагается проводить на излучении ядерных реакторов, одной из наиболее важных проблем является прямое химическое использование кинетической энергии ос­колков деления, составляющей, как известно, четыре пятых всей энер­гии, выделяемой в реакторе. В этом случае необходима тщательная очистка продуктов от радиоактивных загрязнений. Этот вопрос без­условно требует глубокого изучения. В случаях использования ускори­телей по этой же причине необходимы ускорители с максимальным ко­эффициентом преобразования входной электрической мощности в по­лезную мощность пучка. Это означает, в частности, необходимость использования сильноточных ускорителей, поскольку их к. п. д. боль­ше. Соответственно первой задачей химиков является во многих слу­чаях достижение больших радиационных выходов' химических ре­акций.

Необходимо  создание  опытных  установок  для  изучения  с  четкой промышленной направленностью ряда радиационнохимических процес­сов— синтеза, окисления, полимеризации,  крекинга.  Надо проверить,, насколько это  выгодно  в  смысле  широты  и  разнообразия  процессов. t Такая возможность есть,  надо этим заняться.

Другая возможность создания высокоэффективных химических процессов лежит в использовании электроразрядной плазмы и очень высоких температур вообще. При температурах порядка 104° практи­чески все вещества присутствуют в атомизированном состоянии. Если бы мы, снизив температуру, дали пройти рекомбинации и вместе с тем не дали бы системе достичь равновесия, соответствующего низкой температуре,  мы  получили  бы  мощный  метод  синтеза.  Таким  обра-

НАУЧНЫЕ  ПРОБЛЕМЫ  РАЗВИТИЯ  ХИМИИ

89

зом, главная проблема плазмохимии — проблема быстрой закалки и управления реакциями в «закаленной» системе. Для решения этой за­дачи есть ряд путей, в частности, очень важно было бы изучить процесс закалки с использованием вытекания плазмы через сопло. Видимо, этот путь будет являться единственно приемлемым в данном случае.

Открытие и разработка квантовых генераторов когерентного излуче­ния ставит перед химиками два рода задач. Во-первых, это поиски пу­тей применения в химии пучков света с небывало большой плотностью энергии. Во-вторых, это поиски радиационнохимических и химических реакций, в которых за счет их энергии мог бы развиваться поток коге­рентного излучения.

Элементарные химические процессы радиационной химии, химии плазмы и фотохимии во многих чертах схожи. В последнее время в СССР наметилась тенденция развивать теорию этих процессов как единую химию высоких энергий. Надо поддержать это полезное стрем­ление.

Я говорил выше о синтетических задачах химии высоких энергий. Однако в природе и современной технике воздействие излучений на ве­щество происходит независимо от воли химика, и задачей исследователя является вскрытие механизма этого воздействия. Только на этой базе возможно создание радиационно-стойких материалов, теплоносителей, смазок и т. д.

Мало того, природа подарила нам такой реактор химии высоких-энергий, как ионосфера. Это заставляет обратить внимание на химию ионосферы, на изучение в лабораторных условиях реакций, протекаю­щих при давлениях 10-5—10-б мм рт. ст. и ниже. Ведь только в резуль­тате таких исследований стали в последнее время более понятными основные факторы, определяющие такую практически важную характе­ристику ионосферы, как концентрация в ней электронов.