Химия

Треугольники малые и большие: изменение электронного взаимодействия в кристалле за счет температуры

Вы когда-нибудь пытались объяснить трехлетнему ребенку, что такое атомы? Нет? И правильно, ибо впоследствии ребенок будет бегать по всему дому, детской площадке и магазину, тыкать пальцем на любой предмет и спрашивать «И тут тозе атомы?». Если же серьезно, любопытство, присущее детям, это то, что часто становится движущей силой многих открытий взрослых дядь и теть в белых халатах. Возвращаясь к атомам, все мы знаем, что они являются основными строительными кирпичиками всего, что нас окружает, и нас в том числе. Цементом, связывающим атомы между собой, являются заряженные частицы (ядра или электроны). Разные вещества формируются за счет разных вариантов взаимодействия (связи) электронов. Ученые из Нагойского университета (Япония) обнаружили, что охлажденный до -58 °C оксид вольфрама цезия (CsW₂O₆) демонстрирует необычную связь электронов, которую ранее обнаруживали исключительно в триводородных ионах, найти которые можно в межзвездном пространстве. Как подобная связь электронов влияет на свойства материала, в чем ее уникальность и что это значит для будущих исследований в области материаловедения? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Знакомство с химией

Когда мы слышим слово «химия», сразу представляем человека, окружённого колбами, пробирками, наполненными веществами всевозможных цветов. Он записывает непонятные символы, которые нам кажутся иероглифами. Перед нами встает вопрос: что это за наука, какие задачи изучает? Ответ достаточно прост, предмет химии – вещества.

()

Химия — наука о веществах, их свойствах и превращениях в другие вещества.

Как и каждая наука, химия имеет свою историю развития. Первые химические знания появились до нашей эры, в Древнем Египте. Египтяне обладали химической наукой, которую называли «Священным искусством». Некоторые рецепты приготовления парфюмерии и лекарственных препаратов используют и до сих пор. Наверняка вы слышали об алхимиках и философском камне, с помощью которого, можно превратить любой металл в золото.

В современном представлении термин «химия» можно услышать в нескольких интерпретациях: химия как наука, а также продукты химического производства (одним словом химия). Мы не представляем наше существование без химических веществ. Просыпаясь утром, идём умываться: мыло, зубная паста ждут нас в ванной комнате. Ароматный чай и хрустящие хлопья на завтрак. Одежда, обувь, школьные принадлежности и многое другое мы получаем благодаря химическим технологиям.

Но также можно сказать, что химия – это вред. Неоднократно слышали о кислотных дождях, о гибели морских жителей из-за нефтяных пятен, о нитратах в овощах и фруктах и т. д.

Химия тесно связана с человечеством, является неотъемлемой его частью. Чтобы не наносить вред нашей планете, необходимо применять химические знания и рационально использовать вещества.

Именно благодаря своей многогранности химия применяется в каждой области:

• Медицина: лекарственные препараты, вакцины, искусственные органы, косметические средства;
• Искусство: живопись, архитектура, фотографии, изготовление ювелирных изделий, ковка, литье;
• Сельское хозяйство: удобрение, средства для борьбы с вредителями;
• Криминалистика: опознание личности по ДНК, отпечаткам пальцев, определение состава ядовитых и взрывчатых веществ;
• Строительство: производство строительных материалов, обработка древесины;
• Металлургия: без металлов не существует ни одна отрасль. Металлы и сплавы окружают нас повсюду;
• В быту: средство бытовой химии, при приготовлении обеда также применяем химические знания;
• Пищевая промышленность: молочная, мясная продукция, соусы, кондитерские изделия и т. д.;
• Охрана окружающей среды. На данный момент остро стоит проблема охраны окружающей среды. Деятельность человека губительно действует на планету. Но с помощью химических знаний, которые базируются на свойствах веществ, учёные находят способы очистки воды, почвы, воздуха от вредных веществ.

()

Химия – наука очень обширная и включает в себя много разделов, которые имеют своё назначение и изучают вещества, их строение и свойства.

• Неорганическая химия или её ещё называют химия неживой природы. Предмет изучения химические элементы и их соединения;
• Биохимия изучает процессы, которые происходят в организмах при обмене веществ, дыхании и т. д.;
• Органическая химия или химия углерода. Это увлекательный раздел знакомит о множестве соединений, благодаря уникальным свойствам углерода;
• Физическая химия рассматривает закономерности реакций;
• Аналитическая химия, благодаря качественному и количественному анализу позволяет исследовать смеси.

Чтобы овладеть химическими знаниями, необходимо изучить физику, биологию, а также математику. Как видно из схемы, химия тесно перекликается с другими науками.

()

Правила приема

Каких-либо особых правил в отношении поступления в химические институты России нет (за исключением медицинских противопоказаний, о которых речь шла выше). Причем это ограничение весьма условно, так как многие вузы не требуют от своих абитуриентов особого врачебного освидетельствования, кроме стандартной справки 086/у. Но дальнейшая работа по специальности при наличии проблем со здоровьем будет практически невозможна.

Первое, с чего следует начать поступление, это выбрать те предметы ЕГЭ, которые требуются в намеченном вузе. Как правило, в число этих дисциплин входят:

• обязательный русский язык;
• математика профильного уровня сложности;
• ну и, конечно, химия.

МГУ и СПбГУ проводят дополнительные вступительные испытания по профилю подготовки. Если стоит задача поступить именно на бюджет, то для повышения шансов на успех следует подавать заявки сразу по нескольким направлениям в стенах одного учебного заведения (их по закону об образовании можно выбрать не более трех).

В стандартный пакет документов абитуриента входят:

1. Заявление о приеме.
2. Анкета (иногда она совмещается на одном бланке с заявлением).
3. Удостоверение личности (копия).
4. Диплом об образовании (оригинал плюс копия).
5. Сведения о результатах ЕГЭ.
6. Документально подтвержденные данные о персональных достижениях.
7. Согласие на обработку личной информации о поступающем.
8. Фотографии.

Список может быть дополнен, требования нужно уточнять в приемных комиссиях.

Литература

• Некрасов Б. В. Основы общей химии, т. 1. — М.: «Химия», 1973
• Химическая энциклопедия, п. ред. Кнунянц И. Л., т. 5. — М.: «Советская энциклопедия», 1988
• Химия: Справ. изд./ В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. — М.: Химия, 1989
• Джон Мур. Химия для чайников = Chemistry For Dummies. — М.: «Диалектика», 2011. — 320 с. — ISBN 978-5-8459-1773-7.
• Н. Л. Глинка. Общая химия. — М.: Интеграл-Пресс, 2008. — С. 728. — ISBN 5-89602-017-1.
• Джуа М. История химии. — М.: Мир, 1966. — 452 с.
• Дубинская А. М., Призмент Э. Л. Химические энциклопедии, в кн.: Химический энциклопедический словарь. — М., 1983
• Потапов В. М., Кочетова Э. К. Химическая информация. Где и как искать химику нужные сведения. — М., 1988
• Аблесимов Н. Е. Сколько на свете химий? // Химия и жизнь — XXI век. 2009. № 5. С. 49-52; № 6. С. 34-37.
• Ахметов, Н. С. Общая и неорганическая химия. Общая неорганическая химия. Учеб. для вузов.-4-е изд., испр.,-М,: Высш. шк., Изд. центр» Академия», 2001.-743 с., ил., 2001.
• Мелентьева, Галина Александровна. Фармацевтическая химия. Рипол Классик, 1985.

История физической химии

Начало физической химии было положено в середине XVIII века. Термин «Физическая химия», в современном понимании методологии науки и вопросов теории познания, принадлежит М. В. Ломоносову, который в 1752 году впервые читал студентам Петербургского университета «Курс истинной физической химии». В преамбуле к этим лекциям он даёт такое определение: «Физическая химия — наука, которая должна на основании положений и опытов физических объяснить причину того, что происходит через химические операции в сложных телах». Учёный в трудах своей корпускулярно-кинетической теории тепла касается вопросов, в полной мере отвечающих вышеизложенным задачам и методам. Именно такой характер носят и экспериментальные действия, служащие подтверждению отдельных гипотез и положений настоящей концепции. М. В. Ломоносов следовал таким принципам во многих направлениях своих исследований: в разработке и практической реализации основанной им же «науки о стекле», в различных опытах, посвящённых подтверждению закона сохранения вещества и силы (движения); — в работах и экспериментах, имеющих отношение к учению о растворах — им была разработана обширная программа исследований настоящего физико-химического феномена, находящаяся в процессе развития до настоящего времени.

Затем последовал более чем столетний перерыв и одним из первых в России физикохимические исследования в конце 1850-х годов начал Д. И. Менделеев.

Следующий курс физической химии читал уже Н. Н. Бекетов в Харьковском университете в 1865 году.

Первая в России кафедра физической химии была открыта в 1914 году на физико-математическом факультете Санкт−Петербургского университета, осенью приступил к чтению обязательного курса и практическим занятиям по физической химии ученик Д. П. Коновалова М. С. Вревский.

Первый научный журнал, предназначенный для публикации статей по физической химии, был основан в 1887 году В. Оствальдом и Я. Вант-Гоффом.

Пентаалмаз: как алмаз, только тверже

Порой незначительные, на первый взгляд, детали имеют невероятное влияние на общую картину. Этот принцип применим ко многим сферам нашей жизни: таинственная улыбка Моны Лизы, породившая уйму теорий и спекуляций; одна строка кода, способная напрочь изменить функционал программы; порядок расположения атомов, меняющий свойства вещества. О последнем мы сегодня и поговорим. Ученые из университета города Цукуба (Япония) выдвинули теорию, согласно которой можно создать новую структуру алмаза, которая будет тверже всем известного минерала. Ученые назвали свое творение «пентаалмаз». Что нужно для создания пентаалмаза, какими свойствами он может обладать и где можно применять столь необычное вещество? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Свойства алканов

Физические свойства

Поскольку все связи в молекулах алканов слабо полярны, то в молекулах отсутствуют какие-либо значительные заряды. Поэтому молекулы алканов слабо притягиваются друг к другу. В результате все алканы — это либо газы, либо летучие жидкости, либо твёрдые легкоплавкие вещества (табл. 8).

Смесь газообразных углеводородов образует природный газ. Начиная с n = 16, алканы являются твёрдыми веществами. Очищенные твёрдые предельные углеводороды называют парафином.

Неполярные углеводороды практически нерастворимы в полярном растворителе, например в воде, но прекрасно растворяются в неполярных растворителях. Таким растворителем является смесь жидких алканов (бензин, керосин). Природная смесь твёрдых, жидких и газообразных углеводородов называется нефтью. Нефть в основном состоит из алканов и циклоалканов. При переработке нефти получают: попутный нефтяной газ, смесь жидких алканов (бензин, керосин), твёрдых алканов (асфальт, парафин) и другие нефтепродукты. Такой способ переработки нефти называется нефтеперегонкой и осуществляется при её нагревании в специальных ректификационных колоннах.

Задание 18.3. Бензин представляет собой смесь алканов с числом атомов углерода от 5 до 9. Составьте их молекулярные формулы.

Химические свойства

Алканы, в принципе, не способны к реакциям присоединения, так как имеют максимально возможное число атомов водорода. Поэтому их называют насыщенными углеводородами.

Для алканов наиболее характерна реакция замещения. В результате такой реакции происходит замещение одного атома водорода алкана на новую группу или на атом (на каждой стадии). Характер химической связи при этом не изменяется.

К таким реакциям относятся:

Реакция хлорирования, которая происходит под действием солнечного света:

Реакция нитрования, которая происходит при нагревании:

Обратите внимание: молекулу азотной кислоты в органических реакциях рекомендуется записывать как НО–NO2, так как в результате реакций с ней в молекуле исходного вещества появляется нитрогруппа –NО2. Для алканов возможны реакции окисления

В растворе они не происходят. Но в присутствии катализаторов алканы окисляются до кислот:

Для алканов возможны реакции окисления. В растворе они не происходят. Но в присутствии катализаторов алканы окисляются до кислот:

Обратите внимание! Знак означает, что происходит неполное (мягкое) окисление. Окислителями могут быть разные вещества, не только кислород, например, перманганат калия KMnO4

При полном окислении (горении) любой алкан (и любой углеводород!) превращается в углекислый газ и воду:

Газообразные алканы горят бесцветным пламенем, т. е. сгорают полностью! При этом выделяется много теплоты, поэтому алканы применяются в качестве топлива: природный газ, бензин, керосин, мазут и т. д.

Задание 18.4. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции горения.

При нагревании до очень высоких температур в отсутствии кислорода происходит разрушение (крекинг) молекулы углеводорода:

При этом образуются и непредельные углеводороды.

Задание 18.5. Укажите формулы непредельных углеводородов.

Процессы крекинга используют при переработке нефти.

Задание 18.6. Напишите уравнения реакций:

1. хлорирования этана;
2. нитрования метана;
3. горения пентана.

Почему лезвия бритвы затупляются после бритья?

Вы когда-нибудь задавались вопросом, как работают те или иные предметы, окружающие нас каждый день. Как холодильник охлаждает продукты, как микроволновка возвращает им былое тепло, как работает Wi-Fi, почему окна не пропускают капли дождя и т.д. Кому-то подобные вопросы могут показаться немного детскими, наивными и даже слегка бесполезными. Оно работает и все тут, а как — уже не имеет значения. Тем не менее, ученые из МТИ (Массачусетский технологический институт, США) решили ответить на один из таких вопросов, а именно — почему стальные бритвы затупляются после бритья? Какие механические процессы протекают в процессе бритья, как волос человека, будучи в 50 раз мягче стали, повреждает ее, и какое практическое применение данного исследования? Ответы на эти необычные вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Литература

• Капустинский А. Ф. Очерки по истории неорганической и физической химии в России. М.-Л., 1949
• Жамбулова М. Ш. Развитие неорганической химии (Историко-методологический аспект). Алма-Ата, 1981.- 187 с.
• Неорганическое материаловедение в СССР. Под ред. И. В. Тананаева — Киев: Наукова думка, 1983. — 720 с.
• Популярная библиотека химических элементов. Т. 1,2. / Под ред. И. В. Петрянова-Соколова — М.: Наука, 1983. — 575 с., — 572 с.
• Реми Г. Курс неорганической химии. Т. 1. М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. — 920 с.
• Реми Г. Курс неорганической химии. Т. 2. М.: Мир, 1974. — 775 с.
• Шрайвер Э. Неорганическая химия. Т. 1,2. / Э. Шрайвер, П. Эткинс — М.: Мир, 2004. — 679 с., — 486 с.
• Энциклопедия неорганических материалов / Под ред. И. М. Федорчен-ко. В 2-х т. — Киев: Укр. сов. энциклопедия, 1977. — 1652 с.
• Аблесимов Н. Е. Сколько химий на свете? ч. 1. // Химия и жизнь — XXI век. — 2009. — № 5. — С. 49-52.
• Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. — 4 изд., испр. — Москва: Высшая школа, Издательский центр «Академия», 2001. — С. 253—269. — 743 с. — 15 000 экз. — ISBN 5-06-003363-5, 5-7695-0704-7.

Умная одежда: устройство модуляции температуры на основе графена

У природы нет плохой погоды, как поется в знаменитой песне из кинофильма «Служебный роман». Однако далеко не все готовы согласиться с этим утверждением. Кому-то нравится холод, кто-то предпочитает жару, кому-то все равно. Я же отношусь к тем людям, которые будут жаловаться и на жару, и на холод, нам подавай комфортные +20 °C. К сожалению, не всегда и не у всех любителей нейтрального климата есть возможность жить в регионах, где он есть. Сейчас лето в самом разгаре, удушающая жара лишь изредка прерывается кратковременными грозами, которые не особо помогают. Если природа не готова идти нам навстречу, значит стоит делать что-то самим. Сегодня мы познакомимся с исследованием, в котором ученые из Манчестерского университета (Великобритания) разработали умную адаптивную ткань, способную снижать температуру тела человека ее носящего в жаркие дни. Что легло в основу умной ткани, как протекал процесс разработки, и какие дополнительные свойства и варианты применения имеются у этого изобретения? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Chemical Equilibrium

This unit introduces the concept of chemical equilibrium and how it applies to many chemical reactions. The quantitative aspects of equilibrium are explored thoroughly through discussions of the law of mass action as well as the relationship between equilibrium constants with respect to concentrations and pressures of substances. Much of the discussion explores how to solve problems to find either the value of the equilibrium constant or the concentrations of substances at equilibrium. ICE (initial-change-equilibrium) tables are introduced as a problem-solving tool and multiple examples of their use are included.

From a qualitative standpoint, Le Châtelier’s principle is used to explain how various factors affect the equilibrium constant of a reaction along with the concentrations of all species.

Hours to complete
3 hours to complete

Reading
16 videos (Total 115 min), 1 reading, 1 quiz

See All