Муравьиная, она же метановая кислота - весьма ценный продукт химической промышленности, используемый как протрава при крашении текстиля и бумаги, как консервант и дезинфицирующее средство в пищевой отрасли, как компонент лекарственных препаратов и растворителей. Беда лишь в том, что производство этой субстанции обходится недешево.

Прогресс налицо: муравьев оставили в покое

Конечно, если сравнить современные промышленные методы с руководством по получению муравьиной кислоты из рыжих муравьев, составленным в 1792 году и предписывавшем вываривать насекомых или выдавливать их, то прогресс очевиден. Основной метод производства кислоты базируется на реакции окиси углерода с гидроксидом натрия, причем полученный в результате этой реакции формиат натрия (соли и эфиры муравьиной кислоты именуются формиатами) обрабатывают серной кислотой и перегоняют в вакууме.

Кроме того, сегодня муравьиную кислоту химики научились получать еще и окислением метанола, жидкофазным окислением бутана и разложением глицериновых эфиров щавелевой кислоты. Однако все эти методы связаны с весьма значительными затратами и расходом ценного сырья. А сейчас немецкие ученые доказали возможность получения муравьиной кислоты из… углекислого газа.

Прибор с труднопроизносимым названием

Ключевым элементом экспериментальной установки, смонтированной в одной из лабораторий Института физической химии Кильского университета, является прибор с не самым простым названием, - говорит профессор Мартин Байер (Martin Beyer): "Мы используем масс-спектрометр ионного циклотронного резонанса с Фурье-преобразованием".

Подробно излагать устройство этого прибора и разбираться в том, что отличает его от других разновидностей масс-спектрометров, мы не станем. Важно, однако, отметить, что объектом исследования кильских ученых является так называемая нановода. "Вот уже десять лет мы занимаемся нанокапельками воды, - говорит профессор Байер. - Диаметр каждой такой капельки составляет около одного нанометра, это одна миллионная доля миллиметра. Каждая из этих миниатюрных капелек содержат всего около 50 молекул воды, так что вполне резонно задаться вопросом, можно ли эту субстанцию все еще считать водой".

Еще вода или уже не вода?

Дело в том, что хотя химический состав этой жидкости выражается стандартной формулой H2O, она обладает физическими и химическими свойствами, отличными от свойств знакомой всем нам воды. В таких нанокаплях могут идти реакции, которые в обычной воде либо вообще не идут, либо идут только в условиях высоких температур и давлений. Одна из таких реакций вызывает у исследователей и технологов особый интерес: с помощью нанокапелек воды профессору Байеру удалось из углекислого газа получить муравьиную кислоту. "Сегодня ее получают либо из окиси углерода, либо из метанола, - говорит профессор Байер. - Но эти вещества пользуются высоким спросом и сами по себе, и как сырье для производства других соединений".

С помощью именно такой технологии химический концерн BASF производит в год 200 тысяч тонн муравьиной кислоты. Кильским же ученым для их способа нужен лишь углекислый газ (а в нем, как известно, недостатка нет) и нановода. В этом и состоит трюк. С одной стороны, миниатюрные капельки создают ту водную среду, в которой только и возможна ионизация молекул углекислого газа, что резко повышает их реакционную способность. С другой стороны, эти капельки столь малы, что негативно заряженные ионы углекислого газа не могут тотчас же вступить в реакцию с ближайшей молекулой воды, как это произошло бы в обычной воде.

"Бвло бы неплохо до этого дожить..."

Тем самым реакционно-активные молекулы углекислого газа оказываются как бы заключены в водяных нанокапельках. Теперь достаточно подвести снаружи недостающие атомы кислорода - и молекулы муравьиной кислоты готовы. Правда, увидеть невооруженным глазом готовый продукт так же невозможно, как и нановоду. "Для каждой миниреакции нам нужна нанокапелька воды, - говорит профессор Байер. - А ее производительность - в силу размеров - не слишком велика. Капля муравьиной кислоты, видная невооруженным глазом, содержит примерно 10 в 23 степени молекул, это очень много, получить столько в одной нанокапельке воды совершенно нереально".

Иными словами, от экспериментов кильских ученых до технологии, которая позволила бы производить муравьиную кислоту в промышленных масштабах да еще при этом утилизировать десятками и сотнями тонн парниковый газ СО2, - дистанция огромного размера. Ведь пока неясно даже, как получать в нужном количестве нановоду. По оценке профессора Байера, на эти исследования уйдет еще лет 10, а то и 20. "Было бы неплохо до этого дожить, - говорит ученый, - но получится ли? Трудно сказать!"

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман