Příloha č. 2 Studijní materiál Historie chemie – kompletní text Text zpracovaný autorem této závěrečné práce je zobrazen černou barvou písma, text který byl již součástí diplomové práce Petry Křivánkové1 je zobrazen šedou barvou písma

Bessemerovací proces

Moderní éra výroby oceli začala zavedením Bessemerovacího procesu (1858) do praxe.

Výchozí surovinou bylo surové železo. Bessemerovací proces byl založen na odstranění nečistot z roztaveného železa pomocí jejich oxidace vháněným vzduchem.

Bessemerův konvertor je velká nádoba charakteristického hruškovitého tvaru, do níž se nalilo roztavené surové železo. Na dně nádoby jsou kanály, jimiž byl do železa vháněn vzduch. Ten oxidoval nežádoucí příměsi, např. křemík, mangan a uhlík. Vznikající oxidy poté ve formě par unikaly otevřeným ústím konvertoru.

Siemens-martinův proces

Při zkujňování železa v Siemensově-Martinově peci (1878) se železo tavilo účinkem tepla vznikajícího přímo průchodem elektrického proudu surovým železem, nebo nepřímo vznikem elektrického oblouku nad povrchem železa.

Siemens-Martinská pec je pec s uzavřeným tavným prostorem, který spočívá na ocelové nosné konstrukci a je vyzděná nebo vypěchovaná ohnivzdorným materiálem. To je obvykle na bázi magnezitu (proces zásaditý) nebo křemíku (proces kyselý). V podélné stěně pece jsou pracovní otvory uzavřené dveřmi. Tyto slouží k plnění pece vsázkovým materiálem a k údržbovým pracím Podle druhu použité vyzdívky a chemických vlastností strusky, tj. její bazicity (poměr zásaditých a kyselých oxidů), se rozlišuje proces kyselý a zásaditý. V praxi je rozšířen proces zásaditý, který umožňuje odsíření a odfosfoření taveniny. Jako vsázkový materiál slouží ocelový odpad (šrot), surové železo v pevné nebo roztavené formě. Jako struskotvorné přísady jsou používány pálené vápno (CaO), vápenec (CaCO3) a železná ruda.

Výše uvedené metody výroby oceli se staly zastaralými s příchodem Linz-Donawitzova procesu(50. léta 20. stol.) a metod z něj vycházejících. Linz-Donawitzův proces je založen na skutečnosti, že profukování kyslíku roztaveným surovým železem snižuje obsah uhlíku ve slitině a mění ji na nízkouhlíkovou ocel. Proces se nazývá „basic“ díky bazicitě použitého žáruvzdorného materiálu (oxid vápenatý a oxid hořečnatý) pro nádobu s roztaveným kovem. Předností této metody je skutečnost, že kyslík hnaný do pece nezanáší do taveniny tolik nečistot jako vzduch, který používaly dřívější metody.

Siemensův-Martinův způsob vytlačil bessemerační proces díky hospodárnějšímu provozu a snadnější regulaci složení oceli.

Recyklační metody výroby oceli

Dnes se jako běžná metoda pro recyklaci železného odpadu na novou ocel používají elektrické obloukové pece (patentováno 1878 - 1879, Sir William Siemens). V principu je také možné je použít na přeměnu surového železa na ocel, avšak pro velkou energetickou náročnost jejich provozu se k tomuto účelu využívají jen tehdy, je-li k dispozici bohatý zdroj levného elektrického proudu.

Rýžování zlata

Rýžování zlata je proces získávání zlata pomocí rýžovací pánve založený na principu gravitačního ukládání jednotlivých složek a zlatinek či malých valounků zvaných nugety. Během tohoto procesu se sedimenty nabírají na rýžovací pánev, se kterou se následně začne rotovat, tím se odstraňuje voda a lehčí horninový materiál z pánve. Po určité době dochází k tomu, že těžší prvky, např. zlato zůstávají na dně pánve, zatímco lehčí jsou odplaveny s vodou.

K rozsáhlejšímu rýžování zlata docházelo v době bronzové kolem 2. tisíciletí př. n. l., neboť se na pohřebištích z té doby nalezly zlaté ozdoby. Rozmach rýžování zlata v Čechách zaznamenáváme ve 2. a 1. století př. n. l., kdy bylo území osídleno Kelty. Po nich Slované od 9. století n. l. postupně zdokonalili těžební techniku od rýžování k důlní těžbě.
V současné době je rýžování zlata považováno za sport, který je provozován jak v Česku, tak ve světě. Existuje mistrovství světa v rýžování zlata a několik národních i regionálních soutěží. V Česku se nejčastěji využívá řeka Otava, nedaleko obce Kestřany na Písecku

Výroba sody

Z celé řady postupů výroby sody, kterými se zabývali chemici už v 18. století, se prosadil Leblancův způsob a byl zaveden do velkokapacitní výroby od roku 1789.

Stále se rozvíjející průmysl barviv po roce 1860 však začal klást silné a náročné požadavky na zvýšení výroby sody. To byl také jeden z důvodů, proč začal být Leblancův způsob výroby postupně vytlačován novým amoniakálním procesem výroby sody. Ten zdokonalil belgický technik Ernest Solvay roku 1863 – Solvayův způsob. Přestože se vedle Solvaye zabývalo novým řešením výroby sody více chemiků, stala se tato výroba, díky udržování technických řešení v tajnosti, prakticky monopolem.

Leblancův způsob výroby sody

Dle tohoto způsobu, zavedeného do velkokapacitní výroby roku 1789, se bezvodý síran sodný, vápenec a uhlí rozemelou a pálí v plamenné peci. Z vychladlé taveniny je poté soda (uhličitan sodný) vyloužen vodou. Při tomto způsobu výroby sody však unikaly oxidy síry a kromě sody vznikal také odpad – sulfid vápenatý. V 80. letech 19. století se podařilo vyřešit využití síry z tohoto odpadu. Tento postup se udržel až do roku 1915, kdy byl definitivně nahrazen Solvayovým (amoniakálním) postupem.

Solvayův (amoniakální) způsob výroby sody

Výchozími surovinami jsou kuchyňská sůl (chlorid sodný), vápenec a amoniak. Probíhá na základě dvou reakcí – při první vzniká hydrogenuhličitan amonný, který se při druhé reakci účinkem chloridu sodného přemění na hydrogenuhličitan sodný. Ten se kalcinuje (zahřívá) a vzniká tzv. kalcinovaná soda. Solvayův amoniakální způsob výroby sody byl prvním komplexním využitím fyzikálně chemických poznatků v kombinaci s komplexním řešením zařízení tak, aby bylo možno realizovat reakce mezi plyny, kapalinami a tuhými látkami nepřetržitě a aby při tom bylo dosaženo potřebného využití surovin i energií a ekonomické efektivnosti.

Výroba kyseliny sírové

První kyselina sírová byla připravena arabskými alchymisty. Znalost její přípravy se následně rozšířila do Evropy (Basileus Valentinský, van Helmont).

Kalcinační postup výroby kyseliny sírové a olea spočíval v postupné kalcinaci přírodních břidlic s obsahem zelené skalice v přebytku vzduchu (t.j. v silně oxidačním prostředí při teplotách nad 720°C). V Českých zemích byl tento způsob zaveden do výroby roku 1778.

Po roce 1870 se ve spojitosti s požadavky průmyslu barviv (vedle zvýšené poptávky po laciné sodě) zvýšila významně spotřeba kyseliny sírové. Její vývoj datujeme od přelomu 18. a 19. století, kdy se začalo používat k její výrobě olověných komor místo skleněných zařízení. Dalším zlepšováním výrobního postupu se začala vyrábět tzv. komorová kyselina sírová využívající katalytický účinek kyseliny dusičné při oxidaci oxidu siřičitého vzduchem.

Ztráty oxidu dusíku při výrobě kyseliny sírové podstatně snížil J. L. Gay-Lussac roku 1827 zavedením jejich protiproudé absorpce do kyseliny sírové v olověné věži nad komorou - tzv. věžová kyselina sírová.

Další podstatná modernizace výroby kyseliny sírové podnícená C. Winklerem roku 1875 využila kontaktní katalýzy oxidace oxidu siřičitého na oxid sírový za využití platiny – kontaktní kyselina sírová. Oxid sírový byl jímán do koncentrované kyseliny sírové a vzniklé oleum bylo následně ředěno. Tento způsob výroby byl náročnější než komorový, poskytoval však čistší produkt.

Výroba syntetických vláken

Nedostatek surovin pro rozvíjející se textilní průmysl (projevující se obzvlášť silně od občanské války v USA roku 1866) vedl v 2. polovině 19. století ke snahám o přípravu syntetických vláken. Myšlenkou vyrábět vlákna, podobně jako housenka bource morušového hedvábí, se člověk zabýval odedávna. Chemický rozbor listů moruše ukázal, že jsou tvořeny celulózou, přírodním polymerem obsahujícím uhlík, vodík a kyslík. Přírodní hedvábí navíc obsahuje dusík. Od zjištění tohoto rozdílu nebylo daleko k myšlence obohatit celulózu atomy dusíku. Působením kyseliny dusičné byl získán nitrát celulózy a z jejího viskózního roztoku bylo možno snadno vytáhnout vlákna zpracovatelná po vysušení textilním způsobem.

Roku 1846 bylo připraveno kolodium (dnes používané v chirurgii jako "tekutý obvaz"), v roce 1883 bylo připraveno první vlákno z regenerované celulosy. První výroba nitrátového hedvábí z nitrocelulózy byla zahájena roku 1891. Nevýhodou tohoto materiálu byla snadná hořlavost. Měďnaté hedvábí (první prakticky použitelná regenerovaná celulosová vlákna) se začalo vyrábět roku 1899. Roku 1892 byly zahájeny pokusy vedoucí k výrobě viskózových vláken.