Термокомпрессоры с от­водом тепла применяются главным образом для исследований под давле­нием при очень низких температурах, когда мате­рия не может существо­вать не только в газооб­разном, но и в жидком со­стояниях. Действительно, даже жидкий гелий при температуре около 2° К пе­реходит в твердое состоя­ние под давлением 25 ат.

Рис. 89. Схема комбинированной установки для работы с жидкостями и газами под сверхвысоким давлением.

I—бомба для термокомпрессии; II—реактор; 1— жидкостный насос; 2—ртутный затвор; 3, 4, 5 — вентили.

Принцип получения давления довольно прост. В толстостен­ную бомбу помещают объект, подвергающийся исследованию, а весь свободный объем бомбы заполняется веществом, которое увеличивает свой объем при переходе из жидкого состояния в твердое (например водой). При понижении температуры жидкость затвердевает, а так как стенки бомбы препятствуют увеличению объема, то внутри бомбы создается давление. Кроме того термическое сокращение объема сосуда обычно больше, чем затвердевшей жидкости, благодаря чему можно дальнейшим охлаждением значительно повысить давление. Пользуясь этим методом, можно получить следующие давления в сосуде из бериллиевой бронзы: для воды порядка 3000 ат, висмута — 8000 ат, галлия — 9000 ат [81].

Запаянные ампулы. Для изучения химических процессов, про­текающих при высоких давлениях и температурах, иногда удобен метод запаянных стеклянных ампул. Реагенты запаивают в толстостенной ампуле, нагревание которой повышает давление и способствует протеканию реакции.

Если исходные вещества газообразны или сильно летучи при комнатных температурах, их замораживают, эвакуируют оста­точный объем в ампуле, запаивают ее и вместе с другими ампу­лами помещают в специальный термостат.

После окончания реакции ампулу вновь замораживают, за­тем вскрывают и анализируют ее содержимое. О величине воз­никающего при нагревании давления судят косвенным путем, — по свободному объему ампулы.

К положительным сторонам этого метода следует отнести сравнительно высокую коррозионную устойчивость стекла, обес­печивающую отсутствие побочных процессов и загрязнений ко­нечного продукта. Кроме того, эта методика не требует специаль­ной аппаратуры для работы под давлением, довольно проста и позволяет поставить большое число опытов при небольших ко­личествах исходных веществ.

Указанный метод может быть применен в тех случаях, когда известно, что процесс практически не идет при комнатной тем­пературе, что анализ продуктов возможен в малых навесках и что число компонентов реакции невелико.

Кричевский с сотрудниками [77], пользуясь этим методом, изучил кинетику некоторых химических процессов. Предельным давлением для стеклянных ампул он считает 200 ат. Однако, помещая ампулы во вращающийся автоклав или автоклав с мешалкой, можно для некоторых процессов значительно пре­высить указанное давление за счет компенсации растягивающих напряжений в Стеклах ампулы сжимающими напряжениями, вы­зываемыми наружным давлением. Величина давления в авто­клаве поддерживается при этом в соответствии с давлением в ампулах при помощи открывания вентиля или автоматически, загружая для этого в автоклав вещество, упругость паров ко­торого создает давление в автоклаве, близкое к давлению внутри ампул.

Давления, создаваемые за счет химических реакций

Ряд химических процессов, проводящихся в автоклавах, со­провождается повышением давления, которое растет при нагре­вании вследствие увеличения упругости паров содержимого авто­клава, а также в результате образования газообразных про­дуктов реакции. Повышение давления может достигать значи­тельных величин, и по изменению давления в автоклаве часто судят о ходе протекающего внутри него процесса.

Ярким примером получения высоких давлений путем разло­жения вещества служит электролиз воды под давлением, впер­вые предложенный и осуществленный проф. Лачиновым ещё в 1888 г.

В процессе электролиза воды могут быть получены давления, при которых плотность сжатого газа равна плотности самой воды, что дает величину, превышающую 2000 ат.

При электролизе воды в закрытом сосуде водород и кисло­род получают под давлением 150 ат, избегая при этом компрес­соров, необходимых для наполнения баллонов.

Интересной особенностью процесса является то, что затрата энергии на получение одного и того же количества кислорода и водорода уменьшается вместе с ростом давления, под которым проводится электролиз.

В лабораторной практике при отсутствии компрессоров и на­сосов сверхвысокого давления в качестве генераторов давления можно с успехом применять электролизеры.

Установка получается простой и надежной, но предельное давление, которое может быть получено с помощью электролиза воды, только немногим выше 2000 ат, причем величина этого предела повышается при охлаждении электролита.

Пользуясь электролизерами как генераторами давления, не следует забывать мер предосторожности, так как взрыв сжатого гремучего газа представляет определенную опасность.