Ahhoz, hogy a kémia az extrém körülmények plazma kémia és sugárzási kémia (magas energiájú kémia
Kémia extrém körülmények
Ellentétben katalizátor kémia, amely jellemzője a kémiai aktiválási reagens molekulák, azaz kiindulási relaxációs vegyi kötések reagáltatva a katalizátort kémia szélsőséges jellemezhető energia aktiváló reagenssel, azaz alkalmazása az energia kívülről indítására teljes szakítást kapcsolatokat.
A plazmában-kémiai folyamatok újraelosztás mértéke közötti kémiai kötések reakciójával molekulák eléri az optimumot, jellegénél fogva: a hossza az elemi események kémiai konverziót közeledik az abban a 10 -13 másodperc gyakorlatilag nincs reverzibilitását a reakció. Ezért csak nagy hatékonyságú plazma-kémiai folyamatok.
Hoz létre a plazma-kémiai technológia finom porok - a fő nyersanyag porkohászat.
Plazma kémia lehetővé teszi, hogy megkapjuk anyagok, amelyek eddig nem voltak ismertek egyáltalán egy ember, például, metallobeton, ahol a felhasznált kötőanyag acél, öntöttvas, alumínium. Plazma technológia lehetővé teszi, az olvasztással kőzet részecskék hogy hozzon létre egy erős kötést a fém a fajta, miáltal metallobeton szokásosnál erősebb tömörítést 10 és nyújtást 100-szor.
Az orosz tervezték plazma-kémiai átalakítási folyamatokat folyékony üzemanyag, így a nagy nyomások alkalmazásával és a kibocsátott kén és hamu.
Sugárzás kémia. Az elején ő rakták besugárzott polietilén, hogy nagyobb erőt. A legfontosabb folyamatok a sugárzás-kémiai technológia polimerizációs, vulkanizálás, a kompozit anyagok előállítására, rögzítő lakkok és más bevonó anyagok a fa és fém felületek, megszerzése polimerbetonov impregnálása betonkeverékhez vagy egy másik monomerrel, majd besugárzással.
Egy alapvetően új és fontos a kémia területén a szélsőséges körülmények egy önfenntartó, magas hőmérsékletű szintézis (SHS) tűzálló és kerámia anyagok. SHS eljárás - az eredménye a termikus elmélet az égés és robbanás szilárd. Ez alapján az égési reakció egyik fém a másik fém vagy a nitrogén, a szén, a szilícium. SHS készített több száz kiváló minőségű tűzálló anyagok.
Új megközelítések a szintézis az új szervetlen anyagok
Az utóbbi években már intenzív fejlesztés különböző tudomány és a technológia használatával kapcsolatos szervetlen anyagok - ez a mérnöki, valamint a katonai és űripar és a nukleáris ipar. Megfogalmazása ezeket a kérdéseket vet ránk, nem triviális megoldások, például a nőnek néhány kristály térben vagy használja robbanásveszélyes technológiát.
Mit tud a tudósok hez kiterjeszteni az eljárások létrehozásához használt (szintézis) új anyagok, kapnak szerepet a kémiai folyamatokat? Úgy tűnik, hogy csökkenteni kell a csökkenő hőmérséklettel, az aktív molekulák, és így a reakció sebességét. De meglepő módon a lehetséges szintézisét anyagok alacsony hőmérsékleten a folyékony nitrogén - beszélünk cryochemistry. Ebben az esetben, a reakciók menetét alacsony hőmérsékleten kapcsolódó folyamatot változást mechanizmust kialakított, könnyen lebontható (termikusan instabil) molekuláris komplexek, amelyek részt vesznek a kémiai eljárás. Ezen túlmenően, a hőmérsékletet csökkentő másképpen befolyásolja a mechanizmust, kapcsolódik egymáshoz kölcsönhatások, amelyek lehetővé teszi nagyon szelektív kémiai folyamat (a-kémiai folyamatok alacsony hőmérsékleten van nyomva).
Az ötlet cryochemical technológia a szilárd halmazállapotú anyagok, amelyek eredetileg több mint harminc évvel ezelőtt a Moszkvai Állami Egyetem és először végre akadémikus YD Tretyakov hozamok alapján kiváló minőségű kerámiák krioporoshkov.
Egy másik példa egy új trend a szintézis anyagok messze alacsony hőmérsékleten - magas hőmérsékleten, ahol az égési reakció egyik fém a másik fém vagy a nitrogén, a szén, a szilícium. Ez az úgynevezett önfenntartó, magas hőmérsékletű szintézis (SHS), tűzálló anyagok, felfedezett 1967 akadémikus AG Merzhanov
A porkeveréket végezzük egy helyen a helyi fűtési ( „gyújtás”) és a szintézis reakció kezdődik. A felszabadított eredményeként a reakció hő felmelegíti ekzotepmicheskoy szomszédos (hidegebb) réteg anyag, ami izgatott, és van egy önfenntartó reakció folyamatot. Ebben az eljárásban, a kémiai reakció kíséri vakító fényt, ez zajlik egy szűk területen, hogy spontán módon szétteríti az anyagot. Egy ilyen eljárás egyfajta égő és tartják alapján az égési elmélet.
Anélkül, hogy részletesen felsoroljuk, számos új, érdekes és ígéretes kutatási irányok, különböző innovatív megközelítések szintézisére anyagok:
· Mechanokémiai - tanulmányok konvertáló anyag mechanikai hatással (súrlódás, ultrahang besugárzás, robbanás). Mechanokémiai reakciók társított az átmeneti anyag a reaktív metastabil állapotban, valamint intenzívebbé anyagátadási miatt elnyeli a mechanikus energiát.
· Plazma kémia - tanulmányok a kémiai eljárásokat, alacsony hőmérsékletű plazma. A fő jellemzője ezen folyamatok kialakulását számos különböző reaktív anyagok (gerjesztett molekulák, elektronok, atomok, atomi és molekuláris ionokat, szabad gyökök, és a előfordulása néhány ilyen részecskék csak akkor lehetséges, a plazmában), amelyek felelősek az új típusú kémiai reakciók.
· Lézerkémia - tanulmányozása kémiai folyamatok által stimulált lézersugárzás. Például, a szelektivitása kapcsolódó folyamatok nagy monochromaticity a lézersugárzás, amely lehetővé teszi, hogy gerjeszti a molekulák az egyik típusú csak; nagy intenzitású lézerfényt lehetővé teszi, hogy izgatott reaktív részecskék nagy koncentrációban.
· Sugárzáskémia - hatások vizsgálata az ionizáló sugárzás, kémiai folyamatokat.
Jelenleg az új technológiák a termelési anyagok aktívan fejlesztik: a legdivatosabb, érdekes és talán ígéretes megközelítés alapja a létrehozása a különböző típusú nanoanyagok. A nanoanyagok anyagok, amelyek mérete 10-100 nm (1 nm = 10 -9 m), azaz Ez a por nagyon „finom csiszolás”. Ebben az esetben szem előtt tartani, hogy valójában nem is „belső” atomok körébe tartoznak a részecske - a többség az atomok a részecskék felületén. Azt találtuk, hogy az ilyen anyagok olyan tulajdonságokkal rendelkeznek elérhetetlen a hétköznapi tárgyak: például szilárdság nanoceramics tízszeresére nőtt összehasonlítva a kerámiatest szilárdságát kapott hagyományos technológiával.
Beszéd csak az új szilárdtest anyagok, megcsodálhatja, hogy milyen széles a köre - olyan anyag, ultra-magas olvadáspontú reaktorok nukleáris erőművek; Új optikai üveg kábel, amely mentén az átadása hatalmas mennyiségű információt az interneten keresztül; „Smart” anyagok alakmemória vagy egy ablak, állítható „fényáteresztés”; bioanyagok csont protézisek, amelyek nem utasítja el az emberi test; anyagok molekuláris számítógépek, stb Az ígéretes új funkcionális anyagok középpontjában egy kicsit érdekesebb a két osztály - szupravezetők és szilárd elektrolitok.
Iskolából Természetesen ismert, hogy a fémek jobb, mint más anyagok vezeti az áramot, ahol a villamos ellenállás fémek csökken a csökkenő hőmérséklettel. (Miért?) 1911-ben, amikor a szupravezetés felfedezték híres holland fizikus H. Kamerlingh Onnes találtuk, hogy hőmérsékleten 4,2 K az elektromos ellenállás a szilárd higany lesz nulla. Hamarosan kimutatták, hogy számos más fémek nagyon alacsony hőmérsékleten (5-10 K), azaz közel abszolút nulla, az ellenállás megszűnik, ez lesz gyakorlatilag nulla, és a szupravezetés jelenik meg. Természetüknél fogva, a szupravezetés - egy kvantum hatás: elektronok szupravezetők viselkednek, mint egy gyűjtemény az úgynevezett „Cooper-párok”, és mozoghat a fémrács, anélkül, hogy észrevette „atomok magukat”.
Szilárd elektrolitok vagy superionic vezetékek
Az iskolából fizika persze köztudott, hogy vannak olyan elektromos vezetők az 1. és 2. típusú: a vezetők az 1. típusú áram által szállított elektronok, és a 2 vezetőket a második fajta - ionok. Ebben a példában, a 2 vezetőket az első fajta általában oldatok az elektrolitok, mint a szilárd anyagok nehéz mozgatni nagy ionok a kristályrácsban. Ezért a legtöbb használt akkumulátorok különféle folyékony elektrolitot. Azonban kiderült, hogy van egy olyan vegyület, amelynek szerkezete van elrendezve oly módon, hogy létezik egy szabad hely, amely lehet mozgatni viszonylag könnyen a kis ionokra (Li +. Na +. Ag +). Azt találtuk, hogy az ion vezetőképessége ilyen anyagok összehasonlítható a ionvezető folyékony elektrolittal, ezért ezeket a vegyületeket nevezzük, szilárd elektrolitot (vagy superionic vezetékek, ami kiemeli a magas értékek ionos vezetőképesség). Jelenleg számos ismert szilárd elektrolitok, amelyben vezetőképesség van ellátva nagyon különböző kationok - ezüst, réz, lítium, valamint anionok - oxigén, a fluor.
Vázlatos nézete a szerkezet a ionos vezető AgJ (golyó - anionok jód, úszók - ezüst kationok).
Nem szabad feltételezni, hogy a superionic fázis - bizonyos egzotikus: kiderült, hogy a készítmény a földköpeny és magában NaMgF3 MgSiO3. tverdoelektroliticheskie, hogy olyan tulajdonságokkal rendelkeznek magas hőmérsékleten. Még egy jól ismert víz meglepetés: Ez volt a közelmúltban számítjuk egzotikus állapotát víz: nincs jég, nincs gáz vagy folyadék, és a - superionic.
Anyagok superionic vezetőképesség, használják a különböző típusú elemek és akkumulátorok, üzemanyagcellák és a gáz érzékelők.
Amint azt a fejezet elején, a mai kémia új szakaszába lép - a színpadon az evolúciós fejlődés. Ez azt jelenti, hogy a tudósok gondolni, hogy meg lehet oldani a problémát a spontán (emberi beavatkozás nélkül) szintézisének új kémiai vegyületek. Akadémikus A.Ye.Arbuzov írta: „Mi a jövőben a vegyi különböznie kell a kémia e? Utánzása élő természet van jövője a kémia! És azon a napon, amikor az első enzim szintetizálja a laboratóriumban, azaz Biokataiizátor, azt mondhatjuk, hogy a tudomány a kezében a kulcs, hogy olyan hosszú és kemény keres - a legfontosabb, hogy a kémia a természet. " Ily módon lehetővé kell tenni, hogy megoldja a számos feladatot terén katalitikus kémia:
· A fejlesztés kutatás területén a fém-komplex katalízis összpontosítva a megfelelő objektumok az élővilág;
· Modellezés biokatalizátorok alapuló enzimeket tartalmazó nagy aktivitás és a szelektivitás;
· Létrehozása immobilizált rendszerek (stabilizálás izolált élő szervezetben az enzimek egy szilárd felületen), saját felhasználásra heterogén katalizátorok;
· Alkalmazása biocatalysis elvei Kémia és Vegyészmérnöki.
Például, az az elv, enzim katalizátor jön létre, sokkal hatékonyabb, mint a meglévő vagy számtanilag átalakítók (nagy hatékonyság) napfényt kémiai és elektromos energiát, akárcsak az élő szervezetek.
5. A nem egyensúlyi folyamatok a kémia. Önszerveződés kémiai rendszerekben.
Egészen a közelmúltig, az evolúció a kémia nem volt ismert. Ellentétben a biológusok, vegyészek nem érdekli a kérdés a „Fajok eredete” az anyag, mert egyre új vegyület mindig kérdés a kéz és az emberi elme: Egy új molekula által tervezett őket törvényei szerint a szerkezeti kémia atomok és atomos csoportok, mint például az épület tégla. Az élő szervezetek nem lehet gyűjteni a blokkokat.
A megjelenése evolúciós kapcsolódó vegyipar annak szükségességét, hogy megértsük, hogyan keletkezik a szervetlen anyagok, szerves, és ezzel együtt az élet. Evolúciós kémia - a tudomány önszerveződés és az önfejlesztés kémiai rendszerekben. Ez tanulmányok folyamatok spontán szintézisének új kémiai vegyületekre vonatkozik, amelyek jól szervezett és összetett összehasonlítva a kiindulási anyagokat.
A fő tárgya tanulmány az evolúció kémia az evolúció kémiai vegyületek (hemogenez), amely biztosította az átmenetet a biogenezist. Biogenesis - képződése szerves vegyületek az élő szervezetek. Hemogeneza mechanizmusának megértéséhez fontos tisztázni a problémát az élet eredetéről a Földön, és a folyamatok önszerveződése anyagi rendszerek.
Két különböző megközelítések a probléma az önszerveződés prebiotikus rendszerek -substratny és funkcionális.