Плазмохимия. Для людей или для Бога?

Для людей — дешевые зубные коронки «под золото», а для Бога («чтобы чаще замечал») — купола культовых сооружений.

Это продукты плазмохимии (один из разделов физической химии), которая изучает химические процессы в низкотемпературной плазме. Низкотемпературной принято считать плазму с температурой 103-105 К и степенью ионизации 10-6-10-1, получаемую в электродуговых, высокочастотных и СВЧ газовых разрядах, в ударных трубах, установках адиабатического сжатия и другими способами.

В плазмохимии важно разделение низкотемпературной плазмы на квазиравновесную, которая существует при давлениях порядка атмосферного и выше и характеризуется общей для всех частиц температурой, и неравновесную, которая получается при давлениях менее 30 кПа и в которой температура свободных электронов значительно превышает температуру тяжелых частиц (молекул, ионов).

Это разделение связано с тем, что кинетические закономерности квазиравновесных плазмохимических процессов определяются только высокой температурой взаимодействующих частиц, тогда как специфика неравновесных процессов обусловлена главным образом ролью химических реакций, инициируемых «горячими» электронами.

Примером плазмохимической технологии служит синтез ацетилена из природного газа, проходящий в электродуговой печи при 1600 оС:

2CH4 → HC=CH + 3H2 — 381 кДж/моль.

Здесь получается также и водород, необходимый для водородной энергетики. Степень конверсии сырья в ацетилен более 70 вес.%, а в водород — до 17 вес.%. Стоимость ацетилена полностью покрывает затраты на производство, так что технический водород является побочным дешевым продуктом, и стоимость чистого водорода определяется только затратами на его извлечение из хвостовых газов.

Разработаны научные основы плазмохимических процессов переработки природного газа, газообразных и жидких смесей углеводородов в технический углерод и водород. В этих процессах практически весь водород, содержащийся в конвертированном сырье, перерабатывается в газообразный водород, а выход углерода составляет 90 вес. % от углерода, содержащегося в сырье.

Молекулярная эпитаксия — наращивание из молекулярных пучков, получаемых нагреванием кремниевых заготовок (основа микропроцессоров) электронным лучом в условиях глубокого вакуума (10-9-10-10 Па) — также плазмохимический процесс.

Нанесение нитрида титана на поверхность стальных зубных коронок — плазмохимический процесс. Протезы получаются существенно дешевле золотых, а цвет — золотистый. Аналогично получают золотистое покрытие и купола в культовом строительстве (церкви, соборы, колокольни). Благодаря новой технологии, разработанной Российскими учеными, сейчас покрытие из нитрида титана обладает всеми теми же свойствами, которыми обладает золото. Это покрытие не тускнеет со временем и не окисляется под действием кислорода и атмосферных явлений.

В Московском физико-техническом институте есть кафедра физики и химии плазмы. Можно почитать: Полак Л. С., Овсянников А. А., Словецкий Д. И., Теоретическая и прикладная плазмохимия (М.: Наука, 1975); Химия плазмы, под ред. Л. С. Полака и Ю. А. Лебедева (Новосибирск: Наука, 1991).