Химия на полях

Химия в экстремальных и экзотических условиях

ID: 82825

Название работы: Химия в экстремальных и экзотических условиях

Категория: Реферат

Предметная область: Химия и фармакология

Описание: Современная химия расширяя свои горизонты активно вторгается в области которые для классической химии не представляли интереса или были недостижимы. Лазерные ударные волны в химии средство исследования поведения вещества в экстремальных условиях….

Язык: Русский

Дата добавления: 2015-03-03

Размер файла: 60.5 KB

Работу скачали: 11 чел.

Федеральное агентство по образованию и науки РФ

ГОУ ВПО «Волгоградский Государственный Университет»

Факультет Естественных Наук

Кафедра бионженерии и биотехнологии

Химия в экстремальных и

экзотических условиях

Работу выполнил:

           Студент группы ЭПб-101

             Ясинский Д.А.

Проверил:

д.м.н., профессор

Новочадов В.В.               

Волгоград 2011

Оглавление

[1] Оглавление[2] Химия в экстремальных и экзотических условиях[3] Холодный ядерный синтез[4] Химия низких температур[5] Химия в высоких гравитационных полях[6] Список использованной литературы:

Современная химия, расширяя свои горизонты, активно вторгается в области, которые для «классической» химии не представляли интереса или были недостижимы.

Все стремительнее происходит переход от «освоенных» режимов и условий проведения реакций  к экстремальным, неклассическим и даже экзотическим условиям: сильные электрические и магнитные поля, сверхвысокие давления и сдвиговые деформации, мощные световые поля, сравнимые по напряженности с электрическими полями внутри молекул, суперкритические условия, мощные гравитационные, звуковые и микроволновые поля и т.д.

Так в ультратонких лазерных импульсах (с длительностью 10 фс и менее) сконцентрированы огромной мощности оптические излучения и мощные электрические поля, что сразу же стимулировало поиск новых возможных эффектов. Действительно, взаимодействие оптических и электрических полей с электронными оболочками молекул порождают многочисленные необычайные эффекты.

[attention type=yellow]

Мощные лазерные импульсы – великолепное средство генерации мощных коротких ударных волн. Лазерные ударные волны в химии – средство исследования поведения вещества в экстремальных условиях.

[/attention]

Так лазерно-индуцированные ударные волны обеспечивают давление во фронтах до 5 ГПа, при этом длительность переднего фронта может достигать несколько сотен пикосекунд для обратимого сжатия и примерно 20-25 пс для обратимого сжатия.

Спад температуры за фронтом ударной волны происходит с огромными скоростями, (порядок 10 град).

Лазерно-стимулированные ударные волны открывают огромные возможности в «экстремальной» химии; они действительно вносят «волну» в эту область. Возможно, что синтез алмазов по известной взрывной технологии происходит хотя бы частично через луковичные фуллерены и нанотрубки с последующей их ударно-волновой трансформации в алмаз.

Суперкритическое состояние вещества является источником неожиданных и потому «аномальных» эффектов.  Один из них – сильно развитые флуктуации плотности  в окрестности критической точки, т.е. быстрая и обратимая кластеризация вещества. Возможно, именно это свойство обеспечивает высокие технологические преимущества суперкритических состояний в экстракции и других процессах.

К последним химическим достижениям в «экстремальной» химии следует отнести синтез металлического водорода и реакцию трития с водородом и дейтерием в нормальном жидком и сверхтекучем квантовом гелии.

 Можно  спорить, чье это достижение – физиков или химиков, бесспорно лишь то, что превращение водорода в металлический водород – химический процесс, в результате которого происходит преобразование электронных оболочек молекул водорода.

Металлический водород получают ударным сжатием жидкой пленки молекулярного водорода толщиной 0,5 мм, помещенной между монокристаллическими наковальнями из Al при давлении 2 Мбар.

Его электропроводность такая же, как у расплавов цезия или рубидия; в этом смысле металлический водород подобен жидким щелочным металлам. Механизм образования его неясен: либо сразу полный сброс электронов в зону проводимости. Чтобы ответить на этот вопрос, нужны исследования нестационарного режима реакции.

Химические реакции, индуцированные ультразвуком, также происходят в микрореакторах – кавитациях, в котором химические эффекты хотя и специфичны, но во многом подобны тем, которые производятся низкотемпературной плазмой и ударными волнами. И микроволновая, и ультразвуковая химия рассматриваются (и не без оснований) как новые средства в синтетической химии.

Холодный ядерный синтез

В конце восьмидесятых годов прошлого века научный мир взорвало драматическое событие – сообщение о ядерных реакциях, сопровождающих электрохимический синтез. Сразу же были отчетливо обозначены блестящие горизонты холодного ядерного синтеза (cold fusion); были получены даже его косвенные доказательства – нейтроны, γ-излучение, избыточные тепловые эффекты.

Однако эйфория «открытия» скоро прошла, обнаружились невоспроизводимость эффектов и экспериментальные ошибки, что позволило остроумно переименовать cold fusion в confusion (англ. замешательство).

В настоящее время и экспериментальные работы, и дискуссии вокруг холодного ядерного синтеза перешли в разряд вялотекущих процессов, поддерживаемых узкой группой энтузиастов.

[attention type=red]

Однако, интрига этого «открытия» осталась; остался вопрос – может ли химическая реакция индуцировать ядерную реакцию, и могут ли превращения электронной оболочки провоцировать ядерные превращения?

[/attention]

Ответ, кажется, состоит в том, что генерация нейтронов может сопровождать химический процесс, однако нейтроны не являются прямым его результатом, они – вторичный продукт.  Нейтроны появляются в результате распада ядер под действием γ-и рентгеновского излучения, которые производятся электронной оболочкой, т.е. имеют химическую природу.

И хотя прямой холодный термоядерный синтез осуществить не удалось, тем не менее, из него следует новая стратегия энергетики – от механохимии к цепной неразветвленной (или слабо разветвленной) фотоядерной реакции.

Идея этой стратегии следующая: механостимулированные реакции приводят к возбуждению электронных оболочек и рождают рентгеновское или γ-излучение, которое захватывается ядрами (фотоядерная реакция); возбужденные таким образом ядра распадаются, генерируя новые γ-кванты и (или) нейтроны.

Проблема в том, чтобы механическое воздействие возбуждало внутренние электронные оболочки; только тогда конверсия внешних электронов на внутренние вакансии (типа Оже-вакансии) будет генерировать жесткий рентген или γ-лучи.

Ясно, что наиболее подходящим для осуществления такой механохимии являются ударные волны.

Необходим также теоретический анализ такого сжатия электронных оболочек, при котором достигалось бы возбуждение высоколежащих электронных уровней внутренних электронов (возбуждение внешних электронов и последующая ионизация означали бы в этом случае утечку механической энергии и ее неэффективное растрачивание).

[attention type=green]

Другая проблема – подбор атомного состава молекул (или их смесей), при котором мог бы осуществляться полный ядерный захват γ- и рентгеновских лучей. Известно, что сечение захвата в фотоядерных реакциях достаточно велико и спектр его достаточно широк. Это дает основание полагать, что вторая проблема решается легче, чем первая – эффективная механохимическая генерация жесткого излучения.

[/attention]

Ясно, что это стратегическая задача: на пути ее решения могут встретиться непреодолимые и пока не прогнозируемые трудности, однако она стоит разработки ( для начала хотя бы чисто интеллектуальной).

Химия низких температур

Область низких температур (вблизи 4 К) химия освоила достаточно давно. Наиболее яркий итог – открытие квантового механизма химических реакций, т.е. подбарьерного туннелирования, и его следствий (гигантские изотопные эффекты, не зависящие от температуры предельная скорость реакций). Химию при температурах 10 К следует оценивать как «экзотическую».

Получение ультрахолодных атомов основано на изменении их скорости движения при поглощении оптического кванта (лазерное охлаждение атомов).

Если атомы и лазерные фотоны настроены так, что поглощение происходит в низкочастотной области спектра (красная сторона), то в атоме, движущемся навстречу фотонам, из-за доплеровского сдвига резонансное поглощение смещается  к центру линий и  усиливается. Для «попутных» атомов допплер-эффект смещает резонанс от центра и ослабляет поглощение.

, в результате атомы испытывают тормозящую силу, направленную вдоль потока фотонов. Атомы, помещенные в ортогональные лазерные пучки, тормозятся во всех трех направлениях; при этом создается оптически вязкая среда, в которой движение атомов останавливается, их кинетическая температура составляет 10 К.

Из ультрахолодных атомов Rb удалось построить кристаллическую решетку (она оказалась кубической объемно-центрированной), измерить параметры этой  решетки с помощью оптической дифракции и определить частоты коллективных колебаний решетки. Другими словами, удалось создать новое состояние вещества – кристаллический газ.

Ультрахолодные, лишенные кинетической энергии атомы представляют интерес для точной спектроскопии и метрологии, для зондирования потенциалов атом-атом и атом-поверхность, для экспериментальной проверки постулатов квантовой электродинамики одно атомного лазера.

Оптическим возбуждением атомов в кристаллическом газе получают электронно-возбужденные атомы, которые реагируют с другими атомами, образуя эксимерные молекулы, имплантированные в кристаллический газ. Уже сделаны первые шаги в химии холодных, безэнергетических атомов и молекул; ее будущее начинается сегодня.

Более того, обсуждается возможность лазерного охлаждения молекул в жидкостях.

Химия в высоких гравитационных полях

К «экстремальной» химии, бесспорно, принадлежит и химия высоких гравитационных полей (наравне с химией невесомости).

Резкое увеличение силы тяжести молекул, кластеров и ассоциатов в таких полях должно производить новые эффекты: изменить величину и знак градиентов концентраций, смещать равновесие, интерпретировать фазы по их плотности, изменять скорости и конкуренцию процесса.

Возможности здесь практически безграничны, и весь вопрос лишь в доступности технических средств для их реализации. И, конечно, речь может идти лишь о высоких технологиях, а не о массовом химическом производстве.

Суперкритическое состояние вещества является источником неожиданных и потому «аномальных» эффектов. Один из них  — сильно развитые флуктуации плотности в окрестностях критической точки, т.е. быстрая и обратимая кластеризация вещества. Возможно, именно это свойство обеспечивает высокие технологические преимущества суперкритических состояний в экстракции и других процессах.

К последним химическим достижениям в «экстремальной химии» следует отнести синтез металлического водорода и реакцию трития с водородом и дейтерием в нормальном жидком и сверхтекучем квантовом гелии.

Оказалось, что огромные изотопные эффекты в этой реакции (что предсказуемо) различны в нормальном и квантовом гелии (что неожиданно).

Если последнее обстоятельство подтвердится, то мы получим новое необычное свидетельство химической когерентности.

Список использованной литературы:

1.  Химический факультет МГУ [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.chem.msu.su

Зеленая химия

• Предмет
• Принципы
• Правила
• Перспективы

Данное направление в науке начало путь с 90-х годов 20 века. За короткий промежуток времени нашлось немало сторонников сообщества, они поддержали и продолжили развитие.

Актуальные схематические графики реакций и процессов, разработанные в лабораториях по всему земному шару, сокращают пагубное воздействие на внешнюю среду крупномонтажным производством. Во время эксплуатации агрессивной среды возникает химическая опасность.

Директорский состав предприятий уменьшает риск путём ограничения контакта работников с химическими веществами.

Предмет Зелёной химии

Члены научного химического общества осознали, что химическое производство, осуществляемое на данный момент времени, не имеет права на дальнейшую жизнь. Данное направление необходимо модернизировать в короткие сроки. Учитывая, что в обществе начинается первое движение хемофобии – негативное отношение к проявлению химии в быту и в жизни.

Отрицательное отношение людей к химическому производству оправдывается несколькими пунктами, которые каждый наблюдал не раз в своей жизни.

Это закопченные трубопроводы химических заводов, ядовитые выхлопные газы, пищевые добавки низкого качества, планомерные выбросы в водоёмы химического мусора и последующее загрязнение, техногенные катастрофы и пр.

[attention type=yellow]

Если суммировать эти факторы, то человек сам себя уничтожает и делает это осознанно и планомерно.

[/attention]

Данный вид производства имеет как положительную, так и отрицательную сторону – нагрузку на внешнюю среду и низкую безопасность природы, животных и человека. На основании статистических данных создана глобальная стратегическая цель. Она заключается в трансформации химической отрасли в более благоприятную. Данным методом сформирован новый алгоритм мышления под названием зеленая химия.

Принципы зеленой химии

Зеленая химия — это узконаправленная отрасль. Производство этой отрасли не оказывает пагубного воздействия на внешнюю среду, относится к «зеленой химии».

Если рассмотреть в широко направленном формате, зеленая химия – совершенно новая технология с инновационным подходом ко всему процессу производства.

Она рассматривает не только утилитарные, но и гуманитарные позиции нужд человека, которые в данном аспекте считаются основными и базовыми.

Ученые 20 века думали: конечная цель химической промышленности – получение достойной прибыли.

В 21 веке профессора, кандидаты наук и многие другие известные деятели химического направления прислушались и последовали совершенно новой и актуальной КУР (концепции устойчивого развития).

Она включает в себя удовлетворение потребностей современного общества без вреда для потомков. КУР стала базой для создания двенадцати правил зеленой химии

12 принципов зеленой химии:

1. Перед переработкой остатков, предотвратите потери.
2. Отбор методик синтезирования обязан производиться с учетом полной переработки материала.
3. Качественный отбор способов синтеза должен производиться с учетом некоторых факторов вещества и воздействие оных на флору и фауну.
4. Производительность должна полностью сохранить темп работы и продуктивность, но уровень токсичности обязан уменьшиться.
5. В технологическом процессе используются реагенты, растворители и разделяющие агенты.

   В данном случае, желательно их использование ограничить и сделать безвредным или удалить, если существует такая возможность.

6. Необходимо учесть расходы энергии и то, как она отразиться на цене товара. Синтезирование должно производиться при температуре внешней среды и давлении.

7. Выгода заключается в возобновлении исходного и расходуемого материалов.
8. Исключить или минимизировать промежуточные продукты.
9. Каталитические процессы в приоритете (желательно селективные).
10. Конечный результат химического продукта заключается в разложении на безопасные и не оставляет остаточный след во внешней среде.
11. Отслеживать создание опасных товаров в 21 веке при помощи аналитических методик.
12. Процесс отбора веществ и их форм в производстве проводиться так, чтобы уровень небезопасности равнялся нулю.

Таблица. Величины Е-фактора для различных отраслей промышленности

 Объем производства, тонн/годЕ-фактор

Нефтеперетаботка	106 – 108	0,1
Основной химический синтез	104 – 106	1 — 5
тонкий химический синтез	102 – 104	5 — 10
Фармацевтический синтез	10 – 103	25 — 100

Правила Зеленой химии

Эти правила выделяют четыре принципа.

Первый принцип зеленой химии

Главный принцип зеленой химии основывается на предотвращении образований химических загрязнений, чем попытки избавится от последствий.

Реализовать такой процесс создания продукта, чтобы выделение побочных было минимальным, и представляли собой безвредные вещества, либо не образовывались вовсе. В XXI веке органическая химия использует водород в роли восстановителя.

Нет необходимости утилизации, т.к. он трансформируется в воду. Как окислитель используется оксид азота. Он трансформируется в азот.

Второй принцип зеленой химии

Второй принцип заключается в эффективности превращений. Изначально при синтезе веществ планируется минимальное количество образований неиспользованных отходов. Это достигается путём скрупулезных расчетов, в них учитывается полный список исходных материалов, которые войдут в продукт и их безвредное использование.

Третий принцип зеленой химии

Третий принцип основывается на энергии затрачиваемой на процесс производства. Основная цель минимизировать энергетические затраты. Весь процесс должен проводиться при определенных температурных условиях и давлении.

Чтобы преодолеть энергетический барьер по технологическим правилам предусмотрено поддерживать высокую температуру. Он разделяет реагенты от продуктов.

Производится отбор катализаторов, он снизит уровень барьера и позволит осуществить реакцию в доступных условиях и температурных условиях.

Четвертый принцип зеленой химии

Заключительное правило тесно взаимосвязано с безопасностью производства. Реагенты и катализаторы тщательно отбираются, благодаря этому опасность минимизируется. К перечню несчастных случаев относятся: утечки, взрывы, пожары.

Учёные химического сообщества 21 века не только задаются вопросом, как получить химический продукт, но и безопасной утилизацией после срока эксплуатации. Качественные продукты зеленой химии подвергаются постепенному разложению под воздействием ряда факторов, и не задерживаются во внешней среде.

Факторами, влияющими на процесс распада, выступают: вода, свет и микроорганизмы. Отметим полезность биоразлагаемых продуктов поликарбонатов.

Химические промышленные процессы используют для производства исчерпаемые ресурсы. К таким ресурсам можно смело отнести нефть, природный газ и уголь. Но они закончатся в независимости от количества вскрытий продуктивных пластов.

Зеленая химиязаранее ориентируется на возобновляемые виды ресурсов. К ним относятся: растительные масла, целлюлоза, углекислый газ (источник полимеров — поликарбонатов), бытовой мусор, биомассу.

Ученые химики предполагают, что данные виды сырья в будущем будут пользоваться огромным спросом и превысит ценовую стоимость нефти и газа.

На данный момент существует три метода реализации зеленого проекта, которые можно с уверенностью назвать перспективными:

1. Постоянный поиск новых путей синтезирования.
2. Разработка способов синтезирования на базе возобновляемого реагента. Данный процесс не требует нефти и природного газа.
3. Будет произведена полная замена растворителей во всем процессе.

Последний пункт следует рассмотреть детальней. Работа растворителя заключается в:

• Доставлении или отведении теплоты.
• Результативном и продуктивном смешивании.
• Постоянном наблюдении за реакцией и контролировании всей работы.

Большое количество растворителей являются летучими органическими веществами. Они огнеопасны, токсичны и взрывоопасны, т.к. это переработанный нефтепродукт.

Исключить их из процесса можно:

• Провести реакцию без растворителя.
• Заменить растворитель водой, сверхкритичные жидкости и биоразлагающиеся растворители.

Полное исключение растворителей — довольно удобный способ производства в экологии. Практически это выглядит немного по-другому. Вода полезна, но большинство неорганических веществ не растворяются в ней.

Ученые нашего времени возлагали надежды на сверхкритичные жидкости – газы. Их плотность при сжатии равна плотности воды. Это возможно с критической температурой, т.к.

газ опускается до допустимого порога и преобразуется в жидкость. Самая распространенная критическая жидкость — оксид углерода (IV) – CO2. Сверхкритический оксид углерода рассматривается как чистый экологичный растворитель.

Обладает повышенной растворимостью и пользуется огромным спросом.

[attention type=red]

Недостатком данного газа считается заниженная химическая реакция. При работе с ним требуется специальный отбор катализатора. Отличная замена традиционному растворителю. Раньше человек использовал для производства химические реагенты только экономичные, они пытались минимизировать расходы и увеличить доход.

[/attention]

Их не интересовало качество конечного продукта, его безопасность для людей и внешней среды. Люди осознали реальную цену жизни и место финансов в ней. Главное забота о потомках, которым предстоит жить в мире, создаваемом нами. Человеку стоит искать способы для получения необходимых веществ по альтернативному экологически безопасному пути.

Они будут жить на благоприятной для них планете с чистой внешней средой.

Перспективы зеленой химии

Зеленая химия в лучшем воплощении — это уникальный вид искусства, который разрешает получить необходимый химический продукт и делает это мягко, чтобы не навредить внешней среде.

Используя данный метод, снижаются статьи производственных расходов за счет ликвидирования нескольких стадий производственного процесса.

К этим стадиям относят утилизацию вредных остаточных продуктов, растворителей, бывших в употреблении и прочих отходов, т.к. они не образуются.

Сокращение данных стадий — это прямой путь к экономичному использованию энергии, что даёт положительный эффект для внешней среды, но и финансовой оценке. Исследования, проводимые в отрасли зеленой химии, полезны и в науке.

Резкая смена традиционных путей получения конечных химических товаров открывает перед учеными новые данные. Они могут взглянуть на реализованную формулу под другим углом и увидеть в работе.

Они в последующем дополняют и корректируют формулы и списки реагентов, которые не окажут влияния на благосостояние человека и природы в целом.

https://www.youtube.com/watch?v=bWw_RMq2qVs

У исследователей есть 12 устоявшихся принципов, от которых они могут отталкиваться при работе в экологичном производстве. Проблемы данного направления расформируем на несколько.

Первое занимается только утилизацией побочных продуктов производства, которые считаются опасными для флоры и фауны.

Второе направление созданием и разработкой новых процессов для промышленности. Они позволят полномасштабному химическому производству полностью отказаться от ядохимикатов, даже побочных. Или сведет их применение и выделение к минимальной точке.

Химия. Введение- Материя и вещество

pilnikov_vp

2. Материя и вещество.Химия относится к числу естественных наук, т. е. наук, изучающих природу. Природа бесконечно разнообразна. Однако это разнообразие представляет единство, которое заключается в ее материальности. Материя является первоосновой, т. е.

единственным источником и причиной всех процессов, протекающих в природе: абсолютно все состоит из материи и порождено ею.Философы — материалисты  в своих трудах обосновали представления о материальности Вселенной. Они доказали, что материя первична, а сознание вторично. Это значит, что весь окружающий нас мир существует объективно реально, независимо от человеческого сознания.

Материя, действуя на органы чувств (непосредственно или при посредстве приборов), производит ощущение. Сознание отображает объективно реальную материю, и тем точнее, чем глубже наши научные познания о природе и чем более точными методами исследования мы располагаем.Материя — понятие всеобщее (лат. mater rerum — мать вещей).

Материя дискретна (лат discretus — прерывистый, имеющий как бы зернистое строение). Дискретные частицы — протоны, атомы, молекулы; во Вселенной — планеты, звезды, галактики.Материя существует в виде бесконечного множества разнообразных веществ и полей — электромагнитных, ядерных, внутриатомных, гравитационных, т. е. полей тяготения (лат. gravitas — тяжесть) и др.

Поля существуют объективно-реально, т. е. они материальны. Поля обеспечивают определенные взаимодействия между разнообразными частицами и телами (например, взаимодействия внутриядерные, внутриатомные, межмолекулярные, межпланетные и др.). Формы движения материи разнообразны.

Нагревание и охлаждение тел, излучение света, электрический ток, химические превращения, жизненные процессы — все это различные формы движения материи. Одни формы движения материи могут переходить в другие. Так, механическое движение переходит в тепловое, тепловое в химическое, химическое в электрическое и т. д.

Эти переходы свидетельствуют о единстве и непрерывной связи качественно различных форм движения.При всех разнообразных переходах одних форм движения в другие точно соблюдается основной закон природы — закон вечности материи и ее движения.

[attention type=green]

Этот закон распространяется на все виды материи и все формы ее движения; ни один вид материи и ни одна форма движения не могут быть получены из ничего и превращены в ничто. Это положение подтверждено всем многовековым опытом науки.

[/attention]

Каждый отдельный вид материи, обладающий при данных условиях определенными физическими свойствами, например вода, железо, сера, известь, кислород, в химии называют веществом.  Так, сера — это хрупкие кристаллы светло-желтого цвета, нерастворимые в воде; плотность серы 2,07 г/см3, плавится она при 112,8°С. Все это — характерные физические свойства серы.

Вещества в чистом виде в природе не встречаются. Природные вещества представляют собой смеси, состоящие иногда из очень большого числа различных веществ. Так, природная вода всегда содержит растворенные соли и газы. Когда одно из веществ содержится в смеси в преобладающем количестве, то обычно вся смесь носит его название.

https://www.youtube.com/watch?v=oS6TGzr_PJ4

Примерами неоднородных смесей могут служить различные горные породы, почва, мутная вода, пыльный воздух. Не всегда неоднородность смеси сразу заметна, в некоторых случаях ее можно обнаружить только при помощи микроскопа.

Например, кровь с первого взгляда кажется однородной красной жидкостью, но при рассматривании ее в микроскоп видно, что она состоит из бесцветной жидкости, в которой плавают красные и белые тельца.

Повседневно можно наблюдать, что вещества подвергаются различным изменениям: свинцовая пуля, вылетевшая из ствола винтовки, ударяясь о камень, нагревается так сильно, что свинец плавится, превращаясь в жидкость; стальной предмет во влажном воздухе покрывается ржавчиной; дрова в печи сгорают, оставляя лишь небольшую кучку золы, опавшие листья деревьев постепенно истлевают, превращаясь в перегной, и т. д.При плавлении свинцовой пули ее механическое движение переходит в тепловое движение, но этот переход не сопровождается химическим изменением свинца — твердый и жидкий свинец представляют собой одно и то же вещество.Иначе обстоит дело, когда свинец в результате продолжительного нагревания на воздухе превращается в оксид свинца (глёт). В этом случае вместо свинца получается новое вещество с другими свойствами. Точно так же при ржавлении стали, горении дров, гниении листьев образуются новые вещества.Явления, при которых из одних веществ образуются другие, новые вещества, называются химическими.   Изучением таких явлений занимается химия. Химия — это наука о превращениях веществ. Она изучает состав и строение веществ, зависимость свойств веществ от их состава и строения, условия и пути превращения одних веществ в другие.Поле — форма материи, также имеющая дискретную структуру. Каждому полю отвечают свои дискретные частицы: электромагнитному полю н, звуковому — фонон.   Характерная особенность этих частиц — отсутствие массы покоя.Все формы материи взаимосвязаны: при определенных условиях материя поля может переходить в вещество и обратно.Поля распространяются в пространстве в виде волн — световых, звуковых, гравитационных и т. д. Французский ученый Луи де Бройль ввел представление о том, что каждой материальной частице (корпускуле, лат. corpuscula — тельце) соответствует своя волна. Так возникло ныне признанная всеми теория корпускулярно-волнового дуализма (лат. duo — два, dualis — двойной, двойственный). Например, электрон при определенных условиях обнаруживает волновые свойства. Это доказано экспериментально путем дифракции электронов. Созданы электронные микроскопы, позволяющие достигать увеличения во много сотен тысяч раз и дающие возможность изучать строение мельчайших образований (например, вирусов) и даже молекул.Длину волны л, связанную с той или иной частицей вещества, можно вычислить по формуле Луи де Бройля. Как показывают расчеты, волновые свойства макрочастиц практического значения не имеют. В области же микромира корпускулярио-волновой дуализм очень важен. Он проявляется в ряде свойств микромира, обнаруживая взаимосвязь двух основных форм материи: материи вещества и материи поля.Волны материи, или, как часто говорят, волны де Бройля, теперь столь же общепризнаны, как рентгеновские лучи и свет.Если каждой микрочастице отвечает определенная волна, то, согласно теории де Бройля, каждой волне, в свою очередь, должна быть присуща некоторая частица. Примером может служить фотон.    Фотон, как «обычная» частица проявляет себя в световом давлении, отклоняется от прямолинейности движения в гравитационном поле Солнца. В макрокосмосе обнаружены тела, в ядрах которых при температуре порядка миллиардов градусов как бы бушуют фотоны. При этом они могут развить такое огромное внутреннее давление, которое приведет небесное тело к катастрофическому взрыву, сопровождающемуся яркой вспышкой, по своей интенсивности превосходящей светимое Солнце в сотни тысяч раз. Дифракционные и интерференционные картины получены  для протонов, нейтронов, атомов гелия и даже для молекул водорода. Другими словами, указанные частицы также проявляют волновые свойства. Считается, что при малых частотах излучения у фотона преобладающую роль играют волновые свойства, при больших же частотах преобладают корпускулярные свойства света.Каждая материальная система характеризуется массой и энергией. Между этими величинами существует соотношение (формула А. Эйнштейна):  ?Е —  ?тс2, где ?Е- изменение энергии в джоулях,  ?m — изменение массы (кг) и с — скорость света в вакууме (с = 3-108 м/с). Согласно этой формуле, изменению массы всего в 1 г эквивалентна огромная энергия: 9*10l0 кДж. За ее счет можно совершить работу (теоретически) подъема 100 000 т на высоту 100 км.  Выделяющееся при химических реакциях тепло уносит из системы некоторую массу. Однако тепловые эффекты химических реакций по своим масштабам отвечают чрезвычайно малым массам. Например, реакция взаимодействия газообразных водорода и хлора сильно экзотермична, но потеря массы реагирующей системы путем излучения (теплоотдачи) составляет величину всего лишь порядка 2,5- 10-11 г на 1 г продукта реакции (НС1). Такие величины в химии практически не принимаются во внимание. Поэтому в химических уравнениях (имея в виду соотношение между собой масс исходных веществ и продуктов реакции) между левой и правой ее частями ставят знак равенства. Иное дело в ядерных реакциях. Энергетические эффекты измеряются здесь многими миллионами джоулей на единицу массы, что может привести к значительным ее потерям с излучением. В связи с этим в уравнениях ядерных реакций между левой и правой ее частями уже ставят не знак равенства, как в химических уравнениях, а соответствующим образом направленную стрелку (' ) Итак, частицы вещества (молекулы, атомы, ионы и др.) имеют массу покоя, а  частицы поля (фотоны ) ее не имеют. Это, конечно, вовсе не значит, что последние вообще лишены свойства массы. Так, масса фотона, движущегося со скоростью света, может быть вычислена по формуле де Бройля. Она зависит от длины волны излучения (или от его частоты). Например, масса фотона видимой части электромагнитного спектра в среднем составляет 5-10 -33 г.Материя находится в постоянном движении и изменении: «…мир состоит не из готовых, законченных предметов, а представляет собой совокупность процессов, в которой предметы, кажущиеся неизменными…, находятся в беспрерывном изменении…»  Химия есть наука об особой форме движения материи, характерной особенностью которой является качественное превращение веществ: в процессе химической реакции одни вещества как бы исчезают, а вместо них появляются новые вещества с новыми свойствами. При этом качественный скачок является результатом как количественного изменения состава вещества (изменение атомарного состава молекул), так и внутренней молекулярной структуры.Изучить химическую форму движения материи, законы этого движения, овладеть химическим процессом настолько, чтобы управлять им, — вот основные задачи химии как науки.Химические процессы всегда сопровождаются рядом физических явлений. Например, при сгорании магния выделяется много света, при сгорании бензина — много тепла. В гальванических элементах химические процессы являются источником электрической энергии и т. д. Изучение этих явлений также представляет одну из важных задач химии.

pilnikov_vp

3. Связь химии с другими науками.

 По представлениям Л. Полинга материю (от латинского слова materia— материал, например древесина и др.) можно определить как любой вид массы-энергии, движущейся со скоростями, меньшими скорости света, а излучение как любой вид массы-энергии, движущейся со скоростью света.

Как уже рассматривалось, различные виды материи называются веществами. Химия — наука о веществах — об их строении, свойствах, о реакциях, в результате кото­рых одни вещества превращаются в другие.

Такое определение химии является одновременно слишком узким и слишком широким. Оно слишком узко, поскольку химик, изучая вещест­ва, должен также изучать лучистую энергию в ее взаимодействии с веще­ствами.

Так, химика может интересовать цвет веществ, появляющийся при поглощении света.

Или его может интересовать атомное строение веществ, которое определяют на основании данных о дифракции рентгеновских лучей   или на основании данных о поглощении и испускании радиоволн этими веществами.

В то же время данное определение является и слишком широким, так как охватывает почти все другие науки.

 Астрономия — наука о происхождении, строении и законах движения космических тел, и астрофизика интересуют вещества, из которых состоят звезды и другие небесные тела или те, которые в очень малых концентрациях находятся в межзвездном пространстве.

Физика — это основная область естествознания, наука о свойствах и строении материи, о формах ее движения и изменения, об общих закономерностях явлений Природы, и физик, занимающийся изучением строения ядра, исследует вещество, из которо­го состоят ядра атомов.

Биология — наука о строении и законах функционирования живых организмов, наукой о процессах, которые лежат в основе жизни. Строго говоря, биология — это тоже целая система наук.

[attention type=yellow]

Сюда относится, например, зоология, изучающая животный мир; ботаника, изучающая мир растений; физиология, изучающая процессы, протекающие в живых организмах, в частности, в организме человека; психология, изучающая процессы, связанные с деятельностью сознания, и др.

[/attention]

Биолог интересуется веществами, содержащимися в живых организмах. Неорганическая химия тесней всего, пожалуй, связана с геологией, т.е. наукой о Земле. Если быть более точным, то говорить нужно не об одной, а о нескольких науках о Земле. К ним относятся, например, минералогия, или наука о минералах Земли; метеорология, или наука о погоде; сейсмология, или наука о процессах, протекающих в толще земной коры (горообразование, землетрясения и т.п.), и другие науки. Геолог изучает вещества, называемые минералами, из которых состоит Земля.

Провести границу между химией и другими науками очень трудно.

4. Задачи химии.

 В современной жизни, особенно в производственной деятельности че­ловека, химия играет исключительно важную роль. Нет почти ни одной отрасли производства, не связанной с применением хи­мии. Природа дает нам лишь исходное сырье — дерево, руду, нефть и др.

Подвергая природные материалы химической перера­ботке, получают разнообразные вещества, необходимые для сель­ского хозяйства, для изготовления промышленных изделий и для домашнего обихода — удобрения, металлы, пластические массы, краски, лекарственные вещества, мыло, соду и т. д.

Для химиче­ской переработки природного сырья необходимо знать общие за­коны превращения веществ, а эти знания дает химия.  

Page 3

pilnikov_vp

                                                                                  Председателю

Региональной энергетической комиссии Свердловской области

В.И. Гришанову

Способы борьбы с сорняками, борьба с сорняками на полях, без химии

Существует 3 способа борьбы с сорняками на полях: механический, севооборотный и химический. На последней, то есть на гербициды, основная масса аграриев сейчас полагается больше всего.

Однако на многих участках эффективность и возможность применения химического способа борьбы с сорняками на полях ограничена из-за наличия популяций сорняков, устойчивых к гербицидам.

Внедрение альтернативных способов борьбы с сорняками без химии — механического и севооборота — могут сделать процесс эффективнее и пролонгировать этот эффект во времени. Понимание и исследования биологии сорняков является ключевым шагом в разработке эффективной программы защиты.

Появление сорняков на полях определяется рядом факторов, включая температуру, освещение, содержание азота, период покоя, особенности конкретного вида культур и сорняков.

Амброзия трехраздельная – один из тех сорняков, которые появляются быстрее всего — уже через 2-3 недели после посева культурного растения.

Как видно на фото, дата посева сои имеет определяющее влияние на густоту амброзии трехраздельной. Опыты Университета шт.

Миннесота показали, что задержка с посевом сои до 19 мая привела к тому, что в результате предпосевной обработки почвы было уничтожено около 49% всех растений амброзии трехраздельной, появившиеся в течение сезона.

Потенциал урожайности сои при посеве 19 мая составил около 94% от оптимального, определенного на базе долгосрочных исследований Университета шт. Миннесота.

[attention type=red]

Напротив, при раннем посеве сои потенциал урожайности составил 99% от оптимального, зато предпосевная обработка почвы уничтожила менее 8% всего количества растений сорняка амброзии трехраздельной, появившиеся за сезон.

[/attention]

Предпосевная обработка почвы может быть эффективным средством борьбы с сорняками на полях, особенно, когда посев задерживается. Вспышки ранних сорняков, таких как амброзия трехраздельная, лебеда обычная, двулетники, могут быть остановлены предпосевной обработкой почвы, но убедитесь, что она достаточно интенсивная, чтобы уничтожить сорняки, а не только вырвать и перетянуть их на новое место.

Щирица появляется позже, в течение 8-10 недель. Вот почему для борьбы с этим сорняком рекомендуют дополнительное или повторное (при посеве и через месяц) внесение на полях гербицидов .

Контроль концентрации семян сорняков

Количество семян может сильно отличаться у разных видов сорняков. Сорняк Амброзия трехраздельная, например, производит от 1,8 до 10 тыс. семян с растения, а щирица — в среднем более 350 тыс.

Хотя конкуренция с другими растениями может снизить среднюю семенную продуктивность, при высокой плотности сорняков количество семян может быть астрономическим.

Учитывая то, что семена сорняков могут сохранять жизнеспособность в почве годами, ослабление контроля на 1 сезон может повлечь большие проблемы с сорняками на полях в последующие годы.

Семена лебеды обыкновенной очень живучие: по оценкам Университета шт.

Миннесота, для потери всхожести 99% семян нужно 78 лет! Зато у амброзии трехраздельной, по данным исследований этого же вуза, 97% семян теряют всхожесть уже через 2 года. По данным Университета шт.

Иллинойс, у щирицы за 4 года теряют всхожесть более 99% семян. Таким образом, эффективной будет борьба с популяцией сорняков амброзии трехраздельной и щирицы если резко сократить высев семян в течение 2-4 лет.

Попадание в почву в процессе обработки может пролонгировать живучесть семян сорняков на полях, в то время как семена, поднятые на поверхность почвы, погибают и теряют свое вредное действие.

Поэтому задержка обработки почвы насколько это возможно может помочь в борьбе с сорняками на полях, препятствуя попаданию семян сорняков в почву.

Избегайте глубокой вспашки, которая продливает живучесть семян.

[attention type=green]

Механический способ борьбы с сорняками на полях, оставшиеся после мероприятий по контролю другими способами, предотвращает пополнение запасов семян в почве, однако сделайте это до их созревания, если только вы не собираетесь сразу класть растения в мешки и выносить их с поля.

[/attention]

У разных видов сроки формирования жизнеспособных семян различны. У щирица они составляют 7-12 дней после опыления. Семена могут сохранять жизнеспособность даже на выкорчеванных растениях, если они были опылены до выкорчевания.

Такой способ борьбы с сорняками без химии предполагает, что нужно также бороться и с сорняками по краям поля.

Внедряйте высокую агротехнику

Убедитесь, что культура настолько конкурентоспособна, насколько это возможно (достаточные питания, густота стояния, контроль заболеваний и вредителей). Узкие междурядья, длинные севообороты, покровные культуры помогут бороться с сорняками.

Культивация — еще один эффективный способ, который позволяет бороться с сорняками без химии, не подавляя культуры, как это делают некоторые послевсходовые гербициды, и способствует более быстрому смыканию рядов, повышает конкурентоспособность культуры по отношению к сорнякам. С культивацией Университет шт.

Миннесота проводил опыты в 2015 и 2016 годах. Довсходовое внесение 2,3 л/га Boundary (гербицид, зарегистрированный в США и Канаде, д. в. — S-метолахлор и метрабузин. — Ред.) дополняли 2,1 л/га Либерти (гербицид, применяемый для ГМО- культур, д. в. — глюфосинат аммония. — Ред.) или культивацией.

В 2016-м эффективность культивации после Boundary составляла 98%, тогда как Либерти после Boundary — 89% (фото 5). В первом случае скорее произошло смыкание растений сои, поэтому щирица, которая проросла в ее тени в июле, погибла. Урожайность была примерно одинаковой — и достаточно высокой.

Похожие результаты были получены и в 2015 году.

Лизабет Шталь, Джаред Гоплен, Лиза Бенклен, Университет шт. Миннесота

Перевод Богдана Малиновского, b.malinovskiy@univest-media.com