Значення хімії у створенні нових матеріалів, розв’язанні сировинної та енергетичної проблем
Знаючи роль окремих компонентів фарфору, можна в широких межах змінювати його властивості, виробляти такий фарфор, який найбільше задовольнив би наші вимоги.
Є й так званий кістковий фарфор. У ньому польовий шпат і кварц замінено кістковим борошном, яке складається з досить легкоплавких фосфатів кальцію. У такому фарфорі багато скла і мало муліту. Він гарний, добре пропускає світло.
Особливо різноманітний технічний фарфор, у якому змінюється не тільки склад скла, а й вид кристалів; разом з мулітом міститься циркон, корунд і т. д. Це надає фарфору або високих електро- і радіотехнічних властивостей, або підвищеної жаростійкості, або стійкості проти коливань температури.
Майже весь побутовий і художній фарфор, фаянс і багато інших виробів з технічного фарфору покривають тонким шаром чистого прозорого або «оглушеного» непрозорого скла – поливою, яка надає виробам блиску, захищає від забруднення, підвищує механічну міцність. Під поливу або поверх неї наносять кольорові малюнки, орнаменти, написи.
Є ще фактор, який виготовляють із суміші глини з тальком. Тальк при нагріванні перетворюється подібно до глини. Якщо керамічні вироби виготовляють із суміші каоліну або глини й тальку, то утворюється кристалічна фаза – кордієрит.
Кордієритові кераміка має дивні властивості; її розміри майже не змінюються з температурою і вона не руйнується навіть під час сильного і швидкого нагрівання чи охолодження. Якщо ж тальк замінити пірофілітом, то керамічні вироби з нього не дають усадки при випалюванні. З нього можна виготовляти деталі досить точних розмірів.
Добре відомо, що китайський фарфор вважався кращим у світі. У чому ж тут секрет? Виявляється, щоб виготовити виріб з фарфору, китайські майстри брали для цього вихідну глинисту масу, спеціально витриману майже 200 років. Звичайно, це досить довгий час. Радянські вчені спробували значно скоротити його. Почали обробляти глинисті суспензії ультразвуком. Експеримент показав, що ультразвук змінює вихідну сировину, проте після припинення його дії дисперсна фаза набувала попередніх властивостей. У наступних дослідах у суспензію каолініту було введено органічну речовину – сечовину. З каолінітом вона утворила новий комплекс, який за своїми параметрами відповідає масі китайського фарфору, тобто за допомогою ультразвуку можна добути високоякісну сировину за кілька хвилин.Під час буріння свердловин як промивний розчин для підняття на поверхню землі вибуреної породи застосовують розчин твердих речовин у воді, як правило, оброблений хімічними сполуками. У такій системі утворюється просторова структура необхідної міцності, в якій утримуються без осідання різні частинки гірських утворень. Але під час буріння глибоких чи надглибоких свердловин дуже легко натрапити на поклади солі або пластові електроліти. Під дією солей чи електролітів, а також високих температур вода від промивного розчину відділяється, дисперсна фаза, разом з вибуреною породою осідає, прихвачуючи буровий інструмент, і робота зупиняється. Щоб прихвату позбутися, найчастіше застосовують нафтові ванни. Але не завжди це допомагає. Тоді втручаються хіміки.
За допомогою хімічних реагентів розробляється новий склад промивної рідини. Хімічні реагенти обволікають частинки твердої фази досить тонкою плівкою і не дають їм можливості злипатися під агресивною дією пластикових електролітів і сольових покладів. Та більш радикальним способом запобігання прихвачуванню є використання спеціальних глин, які самі по собі в цих умовах досить температуросолестійкі. Таку глину – палигорськіт – знайшли геологи у 1958 р. на Черкащині. Хіміки всебічно дослідили її і випробували. За допомогою промивного розчину такої глини можна успішно бурити на сотні й тисячі метрів у глибину нашої планети.
Слід також зазначити, що жодна свердловина не може бути завершеною без застосування так званих тампонуючи систем, за допомогою яких закріплюють стінки свердловини і запобігають обвалам, перетіканню води, нафти тощо. Із цією метою до звичайних цементних розчинів, які з часом твердіють, добавляють хімічні домішки або неорганічні затравлювачі кристалізації (солі деяких металів, азбест, природні перліти та цеоліти). Завдяки втручанню хіміків радянські бурильники на Кольському півострові пробурили свердловину завглибшки понад 10 км.
Створення нових промивних рідин для нафтового і газового пошуків в умовах надвисоких температур і сольового над насичення – дуже важливе завдання для хіміків.
Розповідаючи про кераміку, ми весь час згадували глину. Виявляється, без неї не може існувати майже жодна сфера нашого життя. Її використовують у різноманітних виробництвах: наповнювачів, будівельної, технічної і побутової кераміки, промивних рідин для сучасного буріння нафтових і газових свердловин, адсорбентів, каталізаторів, мінеральних фарб, жаростійких замазок, ливарних сумішей і залізорудних окатишів, паперу, ліків, парфумерних виробів, піноматеріалів, керамічних фільтрів, високотемпературних сопел, захисних покриттів, газонепроникних композитів, гідротехнічних та іригаційних споруд, регуляторів структури ґрунтів, високовольтних ізоляторів, напівпровідників, миючих засобів і т. д. І це, звичайно, не повний перелік виробництв, де застосовують різні глини.