Вступ
Хімія постійно розвивається як наука. І не тільки в теоретичному аспекті. На нинішньому рівні розвитку людства хімічні відкриття придбали величезне практичне значення в найрізноманітніших сферах людської діяльності. Саме тому інновації в хімічній галузі часто виступають не ізольовано, а співвідносяться з іншими науками, іншими областями знань і практичними сферами: фізикою, біологією, екологією, утилізацією відходів, альтернативною енергетикою. У цих областях відкриття в галузі хімії зазвичай реалізуються, отримують своє практичне застосування.
Дана робота включає в себе побіжний огляд найцікавіших відкриттів в хімічній галузі (виступає в нерозривному зв'язку з іншими) за 2004-2007 роки. Вона дає певне уявлення про широке поле для досліджень з хімії для вчених світу, в тому числі Росії та Білорусі, а також показані, наскільки важливі інновації в цій області і наскільки різноманітні сфери їх застосування.
Знайдена управа на пластикову напасти
Хіміки з Російського хіміко-технологічного університету імені Менделєєва придумали, як переробляти суміш всіляких пластмасових пляшок, навіть якщо вони зроблені з різних полімерів. Куди діваються всі ті численні пляшки, банки, контейнери й інша полімерна тара, які сьогодні в надлишку можна бачити в кіосках, магазинах, та й на власній кухні, які люди використовують і викидають щодня? Питання це швидше екологічної спрямованості - адже ресурси природи небезмежні. Спалювати або закопувати полімерну тару шкідливо, та й просто немислимо - землі не вистачить. Деякі скептики стверджують, що день, коли російська земля буде являти собою рівномірну суміш грунту і пластикових пляшок, аж ніяк не далекий. Переробляти ж використану тару вельми нелегко. Ось як розповідає про цей процес кандидат хімічних наук Станіслав Єрмаков з факультету хімічної технології полімерів РХТУ ім. Д.І. Менделєєва: "Спочатку тару збирають і сортують на полігоні, наприклад, біля Люберець. Потім її пресують у тюки вагою в тонну і відправляють на млин-дробарку. Отриману суміш пластівців вивалюють у водяну ванну - тут змивають етикетки і видаляють залишки клею. Потім пластівці по можливості поділяють на полімери різних видів. Інші полімерні фракції легше води, вони спливають на поверхню і таким чином відокремлюються від більш важких полімерів. Далі - ще простіше. На спеціальному барабані пластівці суміші полімерів фільтрують, висушують, затарюють у величезні мішки і відправляють на склад . Тепер полімери чекають головні перетворення - хімічна переробка в реакційному екструдері. А ось тут і виникає головна проблема - як переробити суміш різних полімерів. Справа в тому, що поліетилен, поліефір, поліетилентерефталат та інші полімери, поміщені в реактор і нагріті до температури їх переробки , часто викликають взаємний розкладання один одного. Тут позначається обмежена сумісність полімерів різної хімічної природи ". Для того щоб уникнути цих неприємних явищ, хіміки з університету і придумали робити органічні добавки в суміш. Призначення такої рятівної добавки (це оксазоліни карбонових кислот) - придушувати розкладання основного ланцюга або кінців молекули, так само як і сам по собі розпад полімеру, викликаний надмірним нагріванням. Добавки можуть бути різними - залежно від того, які полімери потрібно переробити і до якої температури їх потрібно нагріти в реакторі.
- На виході виявляються полімерні композиційні матеріали, які мають підвищену механічну і ударну стійкість і майже не вбирають воду, - пояснює Станіслав Єрмаков. - Тому з них можна робити корпусу фільтрів, мембран, апаратури водопідготовки та інші вироби, які працюють при підвищених температурі і вологості. Сьогодні ми працюємо над створенням апарату реакційної екструзії для переробки полімерів та їх відходів незалежно від складу і хімічної природи їх компонентів.
Російські вчені синтезували новий наповнювач для гум і полімерів
Російські вчені синтезували, так звані квазікристали, в яких атоми заліза, міді і алюмінію розташовані в строгому, але забороненому для звичайних кристалів порядку. Дослідивши властивості цих речовин, хіміки знайшли для них область застосування. Композити на основі гум і полімерів з добавками цих з'єднань будуть володіти, на думку авторів, унікальними властивостями. З одного боку, вони виключно тверді твердіше найтвердіших легованих сталей, майже як алмаз. А з іншого - у них дуже низький коефіцієнт тертя, трохи більше, ніж у надковзаючого фторопласта, і набагато менше, ніж у будь-якого металу. І хімічна стійкість у них теж дуже висока майже як у кераміки. Квазикристаллические сплави автори пропонують отримувати методом так званого механо-хімічного синтезу в спеціальних млинах, в яких порошки вихідних металів дроблять з такою силою і до тих пір, поки метали не перемішається на атомарному рівні і не вийде сплав. А щоб закріпити успіх, отриманий порошок потрібно ще отжечь прогріти деякий час при високій температурі. Дані матеріали перспективні наповнювачі для різних гумових і пластикових ущільнювачів. Матеріал буде служити довше і зможе витримати великі навантаження. Зносостійкість при цьому може збільшитися в десятки разів.
Замість вихлопних газів - чиста вода
Альтернативна енергетика. Замість громіздких газових балонів і звичних батарей - батареї, створені з використанням нанотехнологій. Що стоїть за цим терміном, який став надпопулярним, продемонстрували вчені з Інституту фізичної хімії та електрохімії. Замість вихлопних газів автомобілів - чиста вода. І це вже не фантастика, а всього лише питання часу, кажуть вчені. Експериментальні машини з двигунами на водневому паливі вже не один рік їздять вулицями. Але у серійне виробництво такі чудеса техніки запускати нерентабельно. Газові балони з воднем досить громіздкі і небезпечні - у разі пошкодження можуть вибухнути. Рішення пропонують учені Інституту фізичної хімії та електрохімії імені Фрумкіна. Вони вважають, що потрібно виробляти водень прямо в двигуні. Технологія дуже проста. У спеціальну ємність подається паливо, формулу якого вчені вже розробили, і кисень. Коли ці речовини стикаються зі спеціальним каталізатором, утворюється водень. Залежно від розмірів паливного елемента буде змінюватися і кількість енергії. Її вистачить навіть для самого потужного авто. "Зараз нові технології націлені на те, щоб не проводити багато відходів, абсолютно йти від відходів, працювати на оборотних процесах, не створювати ті труднощі, які є зараз у нашій техніці", - зазначив Аслан Цівадзе, директор Інституту фізичної хімії та електрохімії імені А . Н. Фрумкіна, академік РАН, професор. Зараз процеси утворення водню вчені тестують у лабораторії. У енерговодородних картриджах для автомобілів і інших механізмів буде те ж саме, але тільки в мініатюрі. "Створювані нами картриджі, по-перше, будуть портативними - розміром з мобільний телефон, або трохи більше, можуть бути використані як самостійні джерела водню, або як паливний елемент для джерел струму", - розповідає Андрій Дорохов, співробітник лабораторії фізико-хімічних проблем Інституту фізичної хімії та електрохімії імені А.Н. Фрумкіна. Найголовніше досягнення московських вчених - каталізатор, завдяки якому утворюється водень. Його розробили із застосуванням нанотехнологій. Потрібне речовина буквально зібрали по атомам, як будівельники збирають будинок з цегли. Займаються цим молоді вчені та аспіранти. Виходять нові прилади з величезним потенціалом.
Енергія в них не йде в повітря, швидше з повітря вона і створюється. "Перспективність паливних елементів висока в силу того, що вони мають високий коефіцієнт корисної дії", - говорить Олексій Кузов, співробітник лабораторії електрокаталіза і паливних елементів Інституту фізичної хімії та електрохімії імені А.Н. Фрумкіна. Подібним чином, з'єднуючи один з одним атоми, вчені інституту придумали, як удосконалити літієвий акумулятор мобільного телефону. Ємність нового - у кілька разів більше, ніж у відомих нам аналогів. Нанотехнології - наше майбутнє, кажуть люди науки. З ними погоджуються - держава виділяє на розвиток цієї галузі чималі гроші, а великі компанії вже укладають контракти з вченими на перспективні розробки.
Замість палива - солона вода
Хіміки з Пенсильванського державного університету (Pennsylvania State University) підтвердили, що інженеру Джону Канзіусу (John Kanzius) дійсно вдалося створити апарат, що дозволяє спалювати солону воду. Доктор Растум Рой (Rustum Roy), відомий фахівець з наук про матеріали, високо оцінив винахід Канзіуса і назвав його «найзначнішим відкриттям у науці про воду за останні сто років>. В апараті Канзіуса вода піддається впливу радіохвиль, які послабляють зв'язки між її компонентами і вивільняють водень. При наявності іскри водень запалюється й горить рівним полум'ям, температура якого, як показують експерименти, може перевищувати 1600 градусів Цельсія. Канзіус підкреслює, що процес вивільнення водню не є формою електролізу, має місце інше явище. Воду не треба піддавати ніякої спеціальному очищенню, годиться будь-яка солона вода (хоча різна солоність і різні додатково розчинені речовини впливають на температуру і забарвлення полум'я), у тому числі взята безпосередньо з моря. Якщо експерименти підтвердять, що апарат Канзіуса енергетично вигідний (одержана енергія перевищує енергію, затрачену на генерацію радіохвиль) і може використовуватися для приведення в дію досить важкої техніки, наприклад, автомобілів, то це відкриває великі перспективи перед паливною галуззю. Солона вода доступна майже в будь-якому регіоні Землі практично в необмеженій кількості, для навколишнього середовища апарат нешкідливий: відходом виробництва є знову ж вода. Канзіус зробив своє відкриття випадково. Шестідесятітрехлетній пенсіонер прагнув (і продовжує прагнути) знайти альтернативу хіміотерапії: спосіб знищувати ракові клітини за допомогою радіохвиль. Коли він показував дію свого апарата колегам, хтось помітив осад на дні пробірки й порадив спробувати застосувати апарат для опріснення води. Канзіус пішов раді, і в ході експерименту вода несподівано спалахнула від випадкової іскри. Канзіус вже подав заявку на патент: використання солоної води як альтернативного палива.
Паливо з фруктів
Американські вчені стверджують, що з цукру, який міститься у фруктах, можна одержувати новий вид палива. За словами дослідників, це паливо з низьким вмістом вуглецю має набагато більше переваг, ніж етанол. Відкриття було зроблено командою фахівців з Університету Вісконсіна в Медісоні, повідомляє BBC News. Паливо з фруктози, назване діметілфураном, здатне зберігати на 40% більше енергії, ніж етанол. Крім того, воно менш летюча і не так швидко випаровується. Як відзначають винахідники, фруктозу можна одержувати напряму з фруктів і рослин або ж добувати її з глюкози. Тепер вчені мають провести ряд досліджень, щоб з'ясувати, як нове паливо впливає на навколишнє середовище. Одночасно з відкриттям американських фахівців британські вчені заявили, що існуючі сьогодні технології дозволяють виробляти біологічне палив�