Ернест Солвеј, хемичарот кој ја извади физиката од ќорсокак

Полуписмено момче стекнува богатство и го користи за да ги собере најголемите умови на светот во една просторија. И ден денес, во неа одекнуваат нови идеи, нови прашања, нови визии.

Ернест Солвеј е роден на 16 април 1838 година во Ребек, Белгија, во скромно семејство на учители и чиновници. Иако не завршил формално универзитетско образование поради здравствени проблеми, уште од младост покажувал исклучителен интерес за хемијата и индустриските процеси. Почнал да работи во фабрика за сода (натриум карбонат), и токму таму го забележал проблемот: традиционалното производство било скапо и загадувачко. Во текот на 1860-тите, заедно со својот брат Алфред Солвеј, започнува да експериментира со нов начин на добивање натриум карбонат (сода) – хемиска супстанца клучна за производството на стакло, сапуни и текстил. Во тоа време, методот кој доминирал бил Леблановиот процес, кој бил скап и загадувачки.

Лебланковиот процес (Leblanc process), кој бил главен индустриски метод за добивање натриум карбонат (сода-аш) во 19. век, бил скап и загадувачки поради неколку клучни причини:

Зошто бил скап:

1. Сложеност и повеќе фази: Процесот се одвивал во две главни фази: прво се добивал натриум сулфат (Na₂SO₄), а потоа тој реагирал со јаглен и варовник за да се добие натриум карбонат. Секоја фаза барала одделна печка и големо количество топлинска енергија, што го зголемувало трошокот.
2. Голема потрошувачка на суровини: Потребни биле големи количини на сол (NaCl), сулфурна киселина (H₂SO₄), варовник и јаглен, што значело големи влезни трошоци.
3. Слаба искористеност на материјалите: Дел од суровините не се користеле целосно или завршувале како отпад, што дополнително ја намалувало економската ефикасност.

 Зошто бил загадувачки:

1. Ослободување на солна киселина (HCl): Во првиот чекор, при реакцијата на сол со сулфурна киселина, се ослободувал гасовит HCl, кој не се фаќал, туку директно се испуштал во атмосферата, предизвикувајќи кисел дожд, загадување на почви и растенија и корозија на објекти
2. Отпаден калциум сулфид (CaS): Во втората фаза се добивал цврст отпад – CaS, кој се депонирал на отворено. Овој отпад со времето реагирал со воздух и влага, при што се создавале токсични гасови како H₂S, кој има непријатен мирис и е отровен во поголеми концентрации.
3. Водно загадување: Депонираните отпади се испирале со дожд, што доведувало до загадување на подземни и површински води.

Солвеј разви нов, поекономичен и еколошки метод кој денес е познат како Солвеј (Солвеев) процес. Неговиот метод, заснован на употреба на амонијак, јаглерод диоксид и солена вода, брзо се прошири низ Европа и светот. Во 1863 година ја основал компанијата Solvay & Cie, која станала една од најголемите хемиски компании во светот.

Но Ернест Солвеј не бил само индустријалец. Тој бил и посветен хуманист и филантроп. Во 1900-тите, науката (особено физиката) влегла во турбулентен период – класичната физика не можела веќе да објасни некои појави, како на пр. зрачење на црно тело или фотоелектричниот ефект. Иако не толку образован индустријалец, имал страст за наука и длабоко ја разбирал важноста на соработката. Така, со сопствени средства, ја организирал првата конференција во Брисел во 1911 година – Solvay Conferences.

Седат: Нернст, Бријоен, Солвеј, Лоренц, Варбург, Перен, Вин, Кири, Поанкаре
Стојат: Голдшмит, Планк, Рубенс, Зомерфелд, Линдеман, де Бројл, Кнудсен, Хасенерл, Остеле, Херц, Џинс, Редерфорд, Онес, Ајнштајн, Ланжевен

Оваа конференција беше посветена на темата „Теорија на радијацијата и квантите“ и го означи почетокот на нова ера во физиката, соочувајќи ги класичната и квантната теорија.

Конференциите на Солвеј го одбележаа почетокот на новата ера на модерната физика. Солвеј конференциите (Solvay Conferences) и денес сè уште се одржуваат, иако не се толку чести како некогаш и не се секогаш во фокусот на јавноста како во минатото. Денес тие продолжуваат да бидат место каде што се собираат некои од најдобрите умови во физиката и хемијата, но со повеќе акцент на специјализирани теми, и помалку драматичен публицитет од историските конференции како онаа од 1927 година со Ајнштајн, Бор, Кири и многу други великани.

Последните конференции, како на пример:

• 26. конференција по физика (2022) беше посветена на „Quantum Frontiers”.
• 25. конференција по физика (2011) ја одбележа 100-годишнината од првата конференција.

Покрај тоа, Солвеј бил активен во социјалните реформи: поддржувал подобрување на условите за работниците, пристап до образование и наука, како и мир и меѓународна соработка.

Ернест Солвеј починал на 26 мај 1922 година, на 84-годишна возраст, оставајќи зад себе огромно индустриско, научно и хуманитарно наследство.

Солвеевиот процес служи за добивање сода-eш (натриум карбонат – Na₂CO₃) од солена вода (NaCl) и варовник (калциум карбонат – CaCO₃).

Вкупна реакција:  2 NaCl + CaCO₃ → Na₂CO₃ + CaCl₂

Но, вистинската индустриска постапка е составена од повеќе меѓусебно поврзани реакции:

1.Реакција на натриум хлорид, јаглерод диоксид, амонијак и вода:

NaCl + CO₂ + NH₃ + H₂O → NaHCO₃ + NH₄Cl

• Се добива натриум хидрогенкарбонат (NaHCO₃), кој се таложи, и амониум хлорид (NH₄Cl).
• Реакцијата се одвива во солен раствор заситен со амонијак.
• NaHCO₃ има помала растворливост од NaCl во основна средина, па се издвојува како талог.

2.Загревање на варовник (калцинација):

CaCO₃ → CO₂ + CaO

• CaCO₃ се разложува на јаглерод диоксид (CO₂) и калциум оксид (CaO) (негасена вар).
• CO₂ се користи во првата реакција (I).

3.Рециклирање на амонијак:

2 NH₄Cl + CaO → 2 NH₃ + CaCl₂ + H₂O

• Калциум оксид реагира со амониум хлорид и го ослободува амонијакот (NH₃) за повторна употреба.
• Се добива и калциум хлорид (CaCl₂) како нуспроизвод.

4. Калцинација на натриум хидрогенкарбонат:

2 NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂

• Со загревање на NaHCO₃ се добива финалниот производ – натриум карбонат (Na₂CO₃), плус вода и CO₂.
• CO₂ повторно се користи во чекор (I).

Заклучок:

• Се рециклираат речиси целиот амонијак и дел од CO₂.
• Главни суровини: сол (NaCl), варовник (CaCO₃) и топлина.

Главен нуспроизвод: калциум хлорид (CaCl₂), кој понекогаш се користи како средство против мраз на патишта.

Главниот нуспроизвод од Солвеј процесот е калциум хлорид (CaCl₂) во воден раствор. Процесот создава и други отпадни материи и нуспроизводи.

• Не целиот варовник што се калцинира (реакција II) се претвора во негасена вар (CaO) и јаглерод диоксид (CO₂); остатокот од некалциниран калциум карбонат и други компоненти завршуваат како цврст отпад.
• Исто така, солената вода што се користи во процесот најчесто се прочистува за да се отстранат јони на магнезиум и калциум, кои инаку би формирале талог (MgCO₃, CaCO₃) и би предизвикале наслаги во реакторите и колоните – овие карбонати се дополнителен отпад.