Химия

[Режак]

Ну кто хочет обсудить послащенную микрокапиллярную бумагу; кто, Распялка рвется или Зусул? Познавательная статья, кстати. Бозон долго выбирал ее для увлекающихся химией.

[gelon]

Осциллирующий гель может стать материалом, из которого будут делать искусственную кожу, аналогичную естественной

 

Фрагменты БЖ-геля

 

Рано или поздно роботы должны научиться «чувствовать». В статье, опубликованной 26 марта в журнале Advanced Functional Materials, группа исследователей из Питтсбургского университета и Массачусетского технологического института (MIT) сообщила о том, что не осциллирующий гель может приобретать свойства живой ткани в процессе, напоминающем сердечно-легочную реанимацию.

 

Результаты проведённого исследования могут послужить основой для разработки новых устройств, которые способны воспринимать механическое раздражение и отвечать на него химическими преобразованиями.

 

Исследователи из университета Питтсбурга сделали ряд предположений, касающихся поведения геля Белоусова-Жаботинского (БЖ-геля), созданного в конце 1990-х годов. Его особенностью является умение колебаться без внешнего воздействия. При определённых условиях колебания этого геля, помещённого в чашку Петри, напоминают сердцебиение.

 

Анна Балаш (Anna Balazs, профессор кафедры химического и нефтегазового инженерного дела инженерного факультета Питтсбургского университета) и её коллеги предположили, что не осциллирующий БЖ-гель может быть стимулирован с помощью механического давления. Данное предположение было реализовано учёными Массачусетского технологического университета. Они смогли доказать, что химическая осцилляция геля может быть инициирована механическим сжатием, сила которого позволяет создать критическую нагрузку на материал.

 

«Представьте себе, что этот гель как человеческая кожа, способная воспринимать сигналы от внешних раздражителей, поступающие в головной мозг и позволяющие понять, что происходит с телом. Данный гель в будущем может быть широко использован, например, в качестве искусственной кожи, способной воспринимать сигналы, идущие от внешних раздражителей – это есть Святой Грааль в области робототехники» - говорит профессор Балаш.

 

http://sci-lib.com

[Режак]

Бозон, пожалей детишек, не надо в этом разделе размещать доклад с симпозиума металлургов. Зачем постить все подряд, вбивая как основу в поисковики химия, физика и прочие названия тем? Давай все-таки определимся, что здесь нужно размещать, а что нет. Ты просто сознательно загаживаешь раздел. А Григорий еще спрашивает что не так в твоих сообщениях. Да вот это и не так. Не делай из раздела учебник, раздел не для поступающих в вузы, а в какой-то мере просто популяризация науки среди народных масс. А им такие доклады совсем не нужны. В конце концов имей совесть, иначе действительно придется все это стирать.

[Henri Poincaré]

Химические процессы мозга

 

Даже в глубокой коме нейроны гиппокампа посылают сигналы, которые распространяются по коре мозга.

 

Исследователи из Монреальского университета (Канада) обнаружили в мозге электроволновую активность, которой до сих пор никто не замечал.

Активность, названная ню-комплексом, была зарегистрирована при изоэлектрической (плоской) ЭЭГ, когда мозг находится в коме и никаких признаков жизни не проявляет.

Активность нейронов гиппокампа во время комы (внизу), которая распространяется на нейроны коры (вверху). (Рисунок авторов работы.)

Необъяснимые волны сначала были замечены у пациентов в состоянии медицинской комы, вызванной медикаментами, а затем то же учёные попытались воспроизвести в экспериментах на животных. Для этого кошек погружали в глубокий наркоз: при наркозе тоже может возникать изоэлектрическая ЭЭГ, однако этим состоянием можно управлять, и отсутствие биоэлектрической активности мозга в данном случае явление временное. Линии ЭЭГ у кошек, соответствовавшие работе коры, выравнивались, однако в 100% случаев наблюдалась активность гиппокампа, центра обучения и памяти.

Эти волны, как пишут исследователи в PLoS ONE, распространялись от гиппокампа по коре и были в точности похожи на те, которые до этого видели у людей в коме.

При этом ню-комплекс не был схож ни с какими другими активностями, которые можно зарегистрировать у мозга, будь то время сна, бодрствования или кома. Вообще, плоская ЭЭГ — это признак глубочайшей комы, и то, что какая-то мозговая активность возможна даже в этом состоянии, оказалось для учёных большим сюрпризом. Выглядело это так, как если бы гиппокамп посылал запросы в управляющий центр или, к примеру, помогал нейронам коры оставаться в рабочем виде.

Тут стоит уточнить, что ню-комплекс появлялся лишь на определённой стадии погружения в кому и при определённой концентрации изофлурана, который использовался для наркоза. Кома не была связана с какими-то органическими поражениями мозга, и в других её вариантах, возможно, никакого ню-комплекса нет и в помине.

Так или иначе, то, что мозг способен даже в глубокой коме проявлять невиданную доселе активность, должно заставить учёных пересмотреть представления о том, когда наступает смерть мозга: видимо, её критерии придётся сделать более гибкими. Кроме того, часто бывает так, что пациента нужно погрузить в искусственную кому, чтобы дать возможность организму восстановиться. Возможно, теперь врачи смогут отправлять больных в более глубокую кому, не боясь, что она повредит мозгу.

Подготовлено по материалам Medical Xpress. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.

[Гpифон]

АТОМНЫЕ МАССЫ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТАБЛИЦЫ МЕНДЕЛЕЕВА БУДУТ ПЕРЕПИСАНЫ

 

Наследие русской химической науки XIX века только что получило небольшой апдейт: пять элементов в сердце периодической таблицы Менделеева оказались не совсем такими, какими мы их представляли.

Наедине с этим милым существом в вашей персональной таблице Менделеева бром-81 будет преобладать над бромом-79... (Здесь и ниже фото Алексея Трофимова / Wikimedia Commons.)

«Ваш учитель химии, возможно, говорил вам, что "атомные массы — природные константы", но ничто не может быть дальше от истины, чем это утверждение», — развенчивает наши школьные иллюзии Тайлер Коплен (Tyler Coplen), директорРестоновской лаборатории стабильных изотопов (США). И правда, атомный вес некоторых элементов варьируется в зависимости от того, в какой именно точке Земли вы находитесь.

 

Подавляющая часть атомной массы покоится в ядре атома в виде протонов и нейтронов (исключение — водород, в ядре которого один протон). Количество протонов в ядре действительно константно для данного изотопа; скажем, у ядра углерода их всегда шесть, у кислорода — восемь, и так далее. А вот число нейтронов может меняться от атома к атому, причём у одного и того же химического элемента. Собственно, отсюда и изотопы, так что, как видим, в целом учебник за седьмой класс прошёл проверку фактами.

 

Так-так, а как же обещанные колебания веса в «зависимости от географии»? Их, увы, не избежать. Несмотря на то что многие изотопы нестабильны, ряд элементов имеет больше одного стабильного изотопа. Скажем, у брома таких два, причём их распространённость на планете Земля примерно одинакова: ⁷⁹Br — 50,56 %, ⁸¹Br — 49,44 %. И тут появляется проблема: какую именно атомную массу указывать в таблице Менделеева? Конечно, можно обойтись «средним арифметическим», но тогда отличникам будет казаться, что в природе доминирует искусственно получаемый нестабильный бром-80...

 

А в тех районах Земли, где солей мало, а морской воды попросту нет, всё обстоит наоборот.

Чтобы жизнь химика не казалась вам чёрной икрой, добавим, что в морской воде и в солях ⁸¹Br несколько более распространён, чем в живых организмах. То есть в вас или в омулёвой бочке по имени Байкал доминирует бром ⁷⁹Br, а в Красном и тем паче Мёртвом море — ⁸¹Br. У магния стабильных изотопов три, и их распространённость также варьируется в разных окружающих средах. Но какой бы из изотопов вы ни выбрали за «основной», действие это будет очень условным — уже сейчас известно, что на других планетах Солнечной системы, а также на самом Солнце распределение стабильных изотопов может отличаться от земного. Тем более оно может быть другим в иных звёздных системах. Словом, пока просто нельзя понять, какой изотоп того же брома чаще встречается на миллиардах планет нашей Галактики, не говоря уже обо всей Вселенной.

 

Всё это заставило Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) заявить, что в случае атомных масс брома и магния лучше использовать интервалы, нежели просто цифры. Оттого атомная масса брома теперь не 79,904, а 79,901–79,907 ([79,901, 79,907]), а магния — не 24,3050, а 24,304–24,307 ([24,304, 24,307]).

 

И тут, как вы уже догадались, только начни, а остановиться будет архитрудно. Тут же — то есть пару лет назад — ИЮПАК заменил «чёткие» атомные массыдесяти других элементов интервалами, причём сделал это для сверхраспространённых водорода и углерода. А не так давно та же операция была проделана с ещё тремя элементами — германием, индием и ртутью.

 

Тайлер Коплен, автор последнего доклада ИЮПАК, уверен, что в будущем, по мере роста чувствительности приборов, которые позволяют оценить доли различных изотопов в тех или иных районах Земли, та же история повторится с другими элементами, имеющими более одного стабильного изотопа. «Комитет ИЮПАК вновь соберётся в августе, — сообщает учёный. — Думаю, ещё нескольким элементам придётся измениться».

 

Подробнее о поднятой теме можно почитать в журнале Pure and Applied Chemistry.

 

Подготовлено по материалам NewScientist.

[Гpифон]

НОБЕЛЕВСКУЮ ПРЕМИЮ ПО ХИМИИ ДАЛИ ЗА СОЕДИНЕНИЕ КВАНТОВОГО И КЛАССИЧЕСКОГО ПОДХОДОВ В ИЗУЧЕНИИ СТРУКТУРЫ МОЛЕКУЛ

 

Награду разделили между тремя героями, которые в 1970-е показали, что при расшифровке структуры молекулы можно использовать одновременно как квантово-механический подход, так и методы классической физики.

 

Нобелевская премия по химии в этом году досталась Мартину Карплюсу (Martin Karplus), Майклу Левитту (Michael Levitt) и Ари Уоршелу (Arieh Warshel) за метод, позволяющий описать химическую молекулу одновременно с классических и с квантово-механических позиций.

Кто, или Конь и Лань

 

Мартин Карплюс родился в Австрии в 1930 году, учёную степень получил вКалифорнийском технологическом институте (США), сейчас работает одновременно в Страсбургском университете (Франция) и в Гарварде (США). Майкл Левитт родом из Южной Африки, где родился в 1947 году, учился вКембридже (Великобритания), нынче трудится в Стэнфордском университете(США). Ну а Ари Уоршел, 1940 года рождения, получивший учёную степень вИнституте Вейцмана (Израиль), работает в Южно-Калифорнийском университете(США). Прежде чем рассказать, чем отличился каждый из лауреатов, следует пояснить, почему их работа столь важна для науки. 

 

За последний полвека химия сделала впечатляющий рывок вперёд, и, как многие полагают (и небезосновательно), львиная доля достижений приходится на биохимию (включая сюда и молекулярную биологию). Подавляющее большинство биохимических реакций выполняются белками, а без представления об их структуре часто просто невозможно понять, что и как они в той или иной реакции делают. Множество лабораторий по сей день занимаются расшифровкой белковых структур, используя стандартные методы рентгеноструктурного анализакристаллов и ядерно-магнитного резонанса, позволяющего рассмотреть атом или группу атомов, которые не удаётся «поймать» в кристалле. Однако такие технологии далеко не всегда опираются только на экспериментальные данные, и, чтобы рассчитать параметры структуры, соответствующим программам приходится обращаться к теоретическим соотношениям, описывающим силы и взаимодействия между атомами и группами атомов в пределах молекулы. 

 

Мартин Карплюс (фото Michigan State University).

С другой стороны, внимание химиков и биологов постепенно стало смещаться от вопроса «На что это похоже?» к вопросу «Как это работает?». Настала пора посмотреть на расшифрованные структуры в действии; однако эта задача часто оказывается не по плечу экспериментальным методам исследования. Можно, например, введя в реакцию в качестве метки изотоп, проследить за его судьбой и тем самым сделать какие-то выводы о работе реагирующих молекул. Однако в той же биохимии приходится иметь дело сразу с несколькими взаимосвязанными реакциями, и такую сложную конструкцию чисто экспериментальный «глаз» охватить уже не в состоянии. Тут на помощь экспериментатору приходит как раз теория, которая позволяет, например, охарактеризовать такие состояния фермента и субстрата, которые в эксперименте увидеть невозможно — настолько они нестабильны. 

 

Майкл Левитт (фото Stanford University).

В общем, понятно, что чем дальше, тем больше исследователи нуждались в теоретических методах, которые помогали бы понять, как ведут себя молекулы в химических реакциях. Однако в химических (и особенно в биохимических) реакциях всё происходящее можно разделить как бы на две сферы. С одной стороны, происходит перегруппировка электронов, которые отрываются от одних атомов и переходят к другим (разумеется, мы вовсе не сводим к этой грубой формулировке всю ту невероятную чехарду, которую в химических реакциях демонстрируют электроны и ядра атомов). С другой стороны, если говорить, например, о ферментах, то это массивные молекулы, части которых движутся относительно друг друга, захватывая в каталитический центр одни вещества, выпуская из себя другие и т. д. Часто, чтобы описать работу фермента или огромного надмолекулярного комплекса вроде рибосомы, используют механико-машинные эпитеты. Если же забыть на время про белки и взять молекулы попроще, то в этом случае мы представляем себе реакцию между ними так: летели две молекулы навстречу друг другу, летели — и столкнулись, а столкнувшись, прореагировали. 

 

Ари Уоршел (фото Wikimedia Commons).

То есть, если вспомнить про физику, тут у нас сталкиваются классическая физика частиц и квантовые представления о материи. Классические, не квантовые взаимодействия научились моделировать давно, благо эти модели гораздо проще, чем квантовые, и в химии классические модели нашли широкое применение. Однако со временем стало понятно, что при описании химических систем нужно учитывать ещё и квантовые принципы. 

 

Здесь можно было бы воскликнуть вслед за классиком, что «В одну телегу впрячь не можно / Коня и трепетную лань», если под «трепетной ланью» понимать квантовые выверты электронов, а под «конём» — классическую физику, однако лауреатское трио 2013-го как раз и занималось тем, что запрягало в одну телегу, то бишь в одну модель, классические и квантовые представления. И сделало оно это весьма успешно, коль скоро Нобелевский комитет счёл нужным...

 

В своих трудах Карплюс, Левитт и Уоршел показали, как в рамках одной модели совместить классические и квантовые физические принципы: часть химической системы (например, каталитический центр белка с субстратом) описывается с помощью квантового моделирования, другая же часть (молекулярная машина, поддерживающая каталитический центр) представляется на физическом языке, который рассматривает атомы и группы атомов как классические частицы. Кроме того, тут учитывалось окружение, среда, в которой находится химическая система (работающий фермент). Главной особенностью такого моделирования стало именно то, что удалось состыковать квантовую и классическую части, причём стыковка не была сугубо математическим упражнением, а имела конкретный физический смысл. 

 

Молекула фермента, в которой работу каталитического центра следует оценивать квантово-механическими методами, остальную часть молекулы можно рассматривать как набор классических заряженных частиц, и всё это нужно соотносить с диэлектрической средой (вода)

Немного истории

 

История квантово-химических представлений о веществе начинается со славных имён Планка, Бора, де Бройля, Гейзенберга, Шрёдингера и Дирака, каждый из которых, кстати говоря, в своё время получил Нобелевскую премию. После них квантовый подход попытались применить к расшифровке структуры молекулы. Однако квантовым попыткам предшествовали классические, рассматривавшие молекулы как набор простых заряженных частиц. В 1946 году сразу несколько групп разработали метод моделирования, учитывавший кулоновские и ван-дер-ваальсовы силы для оценки внутримолекулярных взаимодействий. Этот подход позволял представить такую структуру, которая обладала минимальной энергией и, следовательно, была наиболее стабильной. 

 

В конце концов исследователи научились рассчитывать силы окружения, влияющие на молекулу, но вот насчёт того, к чему эти силы приводят, мнения разделились. Окружение должно благоприятствовать определённой структуре молекулы, и одни, к примеру, Норман Аллингер (Norman Allinger), говорили, что нужно просто рассчитать минимум энергии в таком окружении, чтобы получить единственно возможную структуру молекулы, другие же, скажем, Немети (G. Némety) и Шерага (H. Scheraga), использовали статистический метод, чтобы иметь набор молекулярных конформаций, кои с точки зрения статистики обладали одинаковой вероятностью. Кроме того, методы, рассматривавшие атомы как простые заряженные частицы и описывавшие их взаимодействия силами Кулона и Ван-дер-Ваальса, позволяли легко оценить энергию большой и относительно стабильной молекулы; однако такие методы оказывались непригодны для представления химической реакции, в ходе которой из реагентов появлялась новая молекула. Чтобы описать, как молекулы появляются и разрушаются, нужен был именно квантово-механический подход. 

 

Нынешние лауреаты создали методику, с которой стратегия выбора молекулярной конформации не имела значения. Их подход оценивал как изменения в энергии, которые случались как большие пространственные перестройки, затрагивающие целые части молекулы, так и изменения в электронной конфигурации. И те и другие оценивались относительно окружения молекулы, которое полагалось стабильным. Рассчитывать, исходя из уравнения Шрёдингера, все энергетические изменения, происходящие в какой-нибудь биомолекуле, нельзя, потому что квантовые расчёты молекулы такой величины съедят любой компьютер. Так что оставалось лишь соединить классические представления о заряженных частицах и их взаимодействиях с квантовыми — и понять, как соединить одно с другим. 

 

Как ковалась победа

 

Первый шаг в этом направлении был сделан, когда в начале 1970-х Ари Уоршел навестил в Гарварде Мартина Карплюса: первый к этому времени приобрёл опыт в оценке классических внутри- и межмолекулярных потенциалов; второй занимался квантово-химическими расчётами. Вместе они написали программу, которая довольно точно представляла поведение пи-электронов в ряде плоских молекул. Программа оценивала влияние ядер атомов и других электронов в молекуле (сигма-электронов) как классических частиц, а на пи-электроны смотрела уже с квантово-механических высот.

 

Именно эта работа и стала первым доказательством того, что успешная комбинация двух подходов, классического и квантового, вполне возможна. Но было одно ограничение: программа хорошо работала только с плоскими молекулами, в которых пи- и сигма-связи отделены друг от друга (благодаря чему электроны сигма-связи и можно рассматривать как классические заряженные частицы). Но тонкость эта не была принципиальной, что и продемонстрировано вработе 1976 года, где Ари Уоршел и Майкл Левитт показали в общем виде, как можно отделить «классические» электроны от «квантовых». 

 

Между этими двумя трудами вышла ещё одна важная статья, в которой Уоршел и Левитт рассмотрели, как их комбинированный метод работает на особо больших молекулах. Исследователи попытались «свернуть» молекулу белка, приняв боковые цепи аминокислот за большие псевдоатомы, единые крупные частицы, квантовыми процессами внутри которых можно пренебречь. Такое упрощение позволяло ускорить структурирование (то есть моделирование) макромолекулы. 

 

Полипептид, в котором боковые цепи аминокислот представлены «псевдоатомами».

Итак, нынешние нобелевские лауреаты не просто показали, что в любой молекуле можно определить, какую её часть допустимо рассматривать с точки зрения классических взаимодействий между заряженными частицами, а какую — с точки зрения квантово-механических процессов; они также сумели согласовать обе части и привязать их к среде, в которой молекула существует. Слово multiscale («многошкальный»), которое встречается в формулировке Нобелевского комитета, как раз и отражает способность метода работать сразу в нескольких координатах.

 

Напомним, что Ари Уоршел, Майкл Левит и Мартин Карплюс создавали свой гибридный метод в конце 60-х — начале 70-х годов прошлого века, так что их находки уже давно используются в науке. Комитет отмечает работу лауреатов в том числе и как выдающийся пример соединения теории и практики. Однако, учитывая методологическую смелость исследований, можно сказать, что этот тот самый случай, когда премия достаётся открытию, имеющему, кроме чисто научного, ещё и философское значение. 

 

Подготовлено по материалам Нобелевского комитета. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.

[Гpифон]

ХИМИЯ: КАК ПОЛУЧИТЬ ВОДОРОД ИЗ СТОЧНЫХ ВОД И СВЕТА

 

Хотя производительность нового гибридного устройства — всего десятки литров в сутки, новинка, сочетающая в себе фотоэлектрическую ячейку и бактериальную топливную батарею, выглядит многообещающей.

 

Ят Ли (Yat Li) и Ко из Калифорнийского университета в Санта-Крусе (США) объединили в одном устройстве сразу два: типичная бактериальная топливная батарея получает электрическую энергию от разложения сточных вод; генерируемое ею электричество подаётся в фотоэлектрохимическую ячейку, где под действием солнечного света вода разлагается на кислорода и водород.

Экспериментальная установка (слева) и один из её авторов — Хан Ю Вон (здесь и ниже иллюстрации Song Yang).

В чём суть идеи? И бактериальный топливный элемент, и фотоэлектрохимические ячейки пока не в состоянии без посторонней помощи разлагать молекулы воды: в любом названном устройстве не хватает напряжения на выходе. Подключение к общей электросети усложняет конструкцию и создаёт хотя и небольшое, но постоянное потребление электроэнергии.

 

Ну а гибрид, объединяя напряжение обеих подсистем, получает его достаточно, чтобы абсолютно автономно «добывать» водород до тех пор, пока сточные воды и солнечный свет поступают туда, где он работает.

 

В лабораторных условиях при подаче сточных вод и имитации солнечного излучения устройство доказало, что способно непрерывно вырабатывать в среднем 50 литров водорода в день. В то же время сточные воды на выходе из установки оказывались значительно чище: биологическое потребление кислорода, один из главных критериев загрязнённости воды легкоокисляющимися веществами, падает на 67% за 48 часов. В нормальных условиях без активного участия бактерий в соответствующих очистных сооружениях такой результат достижим лишь за пять дней.

 

Принципиальная схема бактериальной топливной батареи, использованной в установке.

Сейчас авторы разработки нацелились на изготовление более крупного лабораторного прототипа (ёмкостью 40 литров), предназначенного для непрерывной генерации водорода. Если его испытания будут успешными, систему предполагается опробовать на действующих городских очистных сооружениях.

 

Отчёт об исследовании опубликован в журнале ACS Nano.

 

Подготовлено по материалам Калифорнийского университета в Санта-Крусе.

[Гpифон]

МОЛЕКУЛЫ ОДИНАКОВОГО СОСТАВА, НО РАЗНОЙ ФОРМЫ ПОКАЗАЛИ РЕЗКО РАЗЛИЧАЮЩУЮСЯ ХИМИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ

 

Большинство химсоединений имеет многочисленные конформационные изомеры — разные виды молекул одного и того же формального состава, части которых ориентированы слегка иначе. Похоже, их свойства впервые удалось сравнить вполне достоверно, и, как оказалось, несмотря на одинаковый состав, химическая активность конформеров сильно разнится.

 

Профессор Йохен Кюппер (Jochen Küpper) из Гамбургского центра исследования лазеров на свободных электронах (Германия) вместе с коллегами из Базельского университета (Швейцария) с помощью устройства, способного различать молекулы разных конформационных изомеров (КИ), проанализировал различия в химическом поведении последних.

Процесс отделения разных конформеров друг от друга под действием электрического поля в представлении художника (здесь и ниже иллюстрации Yuan-Pin Chang / DESY).

Дипольный момент молекул разных КИ неодинаков, а именно он отвечает за взаимодействие молекулы с неоднородным электрическим полем. Основываясь на этом вроде бы очевидном факте, учёные задумались: можно ли использовать это для сортировки конформеров? Пропуская молекулы через электрическое поле, они выяснили, что вероятность отражения разных конформеров не совпадает, и на этой основе создали эффективно сортирующую КИ машину.

 

Отобранные таким образом КИ-вещества из группы аминофенолов направлялись в иную ловушку, где их охлаждали почти до абсолютного нуля, а затем замеряли скорость их реакции с находящимся в той же ловушке кальцием. 

 

Оказалось, что скорость реакции двух разных конформеров различалась вдвое. Иными словами, крохотное изменение в структуре молекулы, касающееся ориентации одного атома водорода, приводит к новым химическим свойствам вещества.

 

Открытие имеет совершенно очевидное применение: аминофенолы активно применяются для производства лекарств и красителей. Понятно, что отбор лишь самых активных конформационных изомеров приведёт к резкому изменению процесса их получения и, возможно, другой активности конечных продуктов.

 

Аппарат, с помощью которого отделение осуществлялось в лаборатории.

Что более важно, подобный подход может работать в огромном количестве практических приложений, где отбор «правильных» конформеров способен заметно повлиять на химическую активность нужных компонентов, принципиально меняя практику их получения.

 

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.

 

Подготовлено по материалам Исследовательского центра Немецкого электронного синхротрона.

[Гpифон]

НУЛЬМЕРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ МОГУТ ПОДНЯТЬ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОЛИЗА

 

Конечно, закона сохранения энергии это не отменяет, но энергоэффективность получения водорода таким методом вполне может заметно вырасти.

 

Николя Клеман (Nicolas Clément) из Национального центра научных исследований(Франция) вместе с коллегами провёл чрезвычайно интересный опыт по использованию нульмерных транзисторов. 

Когда для получения водорода из воды её разлагают электролизом, значительная часть энергии уходит буквально «в пузырьки», «промахиваясь» мимо собственно процесса разделения молекул воды на кислород и водород.

 

Схема экспериментальной установки (иллюстрация N. Clément et al.).

«Все механизмы потери энергии при электролизе пока до конца неясны, — подчёркивает Николя Клеман. — Она может теряться на диффузию водорода в воде или же на движение противоионов вокруг электродов при образовании пузырьков». 

 

Эксперимент заключался в следующем. Исследователи поместили 0,2-микрометровую каплю солёной воды в микрованну. Под ней они разместили транзистор и два электрода. При приложении напряжения небольшие пузырьки водорода появлялись на катоде, в то время как на аноде образовывались пузырьки хлора побольше. 

 

Предельно малый транзистор, который авторы за близость к точке называют нульмерным, регистрировал появление пузырька и преобразовывал его в электрический импульс. По расчётам, которые основывались на токе, полученном в опыте от единичного транзистора, помещение 2 млн нульмерных транзисторов под микрованну должно увеличить КПД электролиза до 99%. 

 

«Здесь три новшества, — рассказывает г-н Клеман. — Во-первых, мы используем нульмерный транзистор в жидкости, а другие исследовательские группы фокусировались либо на двухмерных плоских транзисторах, либо на одномерных, таких как нановолокна. Во-вторых, мы наконец-то показали, что вполне возможно точно фиксировать момент образования одиночного пузырька при помощи транзистора, что очень важно для электрохимиков, желающих понять и оптимизировать множество электрохимических процессов в жидкостях. В-третьих, мы собираем потерянную энергию и "создаём" из неё импульсы, чтобы достичь эффективного уровня отдачи в электролизе».

 

Ранее некоторые исследователи пробовали повысить КПД электролиза, собирая энергию, теряемую при получении водорода, с помощью различных вращающихся устройств; на это даже было получено несколько патентов. Однако технология оказалась недостаточно практичной. А вот массовое производство нульмерных транзисторов, полагают французы, технически вполне возможно. 

 

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nano Letters.

 

Подготовлено по материалам Phys.Org.

[Гpифон]

Как не дать миру умереть от голода с помощью химии

 

 

Ученый из Томска, кандидат химических наук, обладатель Гран-при-2013 конкурса компании Innocentive Олег Андриенко накануне Всемирного дня науки рассказал о рецептах решения глобальных проблем человечества.

 

Компания Innocentive, интернет-проект американского фармпредприятия Eli Lilly, выплачивает гонорар ученым, предложившим лучшее научное решение той или иной проблемы. Андриенко нашел способ прокормить 9 миллиардов жителей планеты в 2050 году, увеличив сельскохозяйственные урожаи за счет биотехнологий и эффективного использования природных ресурсов.

 

Среди разработок томского исследователя - селективно отражающие инфракрасное излучение материалы, вакуумное пеностекло, люминесцентные материалы. «В экспериментах со стеклами выяснилось, что под отражающим инфракрасное излучение покрытием растения днем не перегреваются, а ночью — не переохлаждаются, и поэтому лучше растут и плодоносят», — пояснил ученый агентству РИА Новости.

 

«Если в качестве укрывного материала для теплиц использовать материалы с аномально низкой теплопроводностью, обладающие свойством блокировать инфракрасное излучение и за счет коррекции светового потока стимулировать функцию роста растения, мы получим инновационную теплицу. Урожайность при этом вырастет в два-четыре раза, а энергозатраты на тепло зимой в условиях Сибири снизятся», — уточнил Андриенко.

 

Ученый также рассказал о перспективе глобальной засухи, которую предложил решить получением воды из воздуха, опираясь на опыт древних людей. «В мире идет обезвоживание земель. В Африке, например, скорость продвижения границы пустыни Сахары на юг — шесть-десять километров в год. Интенсивно идет опустынивание земель в Казахстане и Узбекистане, других областях земного шара. Остановка этого процесса возможна с помощью создания в зонах обезвоживания орошаемых зон с лесными массивами. Для этого необходима вода. В условиях пустыни воду можно получить, обратившись к опыту предков. В некоторых древних колодцах вода извлекается из атмосферных воздушных потоков. Конструкция самого колодца позволяет преобразовывать ламинарные воздушные потоки в вихревые и осуществлять их последующее разделение на горячие и холодные компоненты с конденсацией воды».

 

Андриенко предлагает усовершенствовать известный с давних времен способ современными технологиями, используя для разделения потоков уникальные полимеры, которые меняют структуры в зависимости от температуры: « При температуре ниже 18 градусов полимеры интенсивно поглощают воду, а при температуре выше 30 градусов — отдают, это можно использовать для получения питьевой воды и капельного полива».

 

Андриенко 61 год, интерес к науке он проявил еще со школьной скамьи. Ученый рад, что не влился в поток «утекающих мозгов» и остался в России. По его словам, в Сибирском институте оптики атмосферы создана среда, которая помогает поддерживать интерес и не разочаровываться в науке. «Я до сих пор хочу все знать», - признался он.

 

Аргументы.ру

[Гpифон]

НАБУХАНИЕ ЭЛЕКТРОДА В АККУМУЛЯТОРЕ УВИДЕЛИ В МИКРОСКОП

 

Электронный микроскоп позволил наблюдать за тем, как при зарядке аккумулятора электрод в нём набухает из-за входящих в него ионов электролита.

 

Коротко напомним азы: заряжая электрический аккумулятор, с помощью разряда тока мы запускаем химическую реакцию, благодаря которой отрицательный электрод насыщается электронами; одновременно в электрод входят положительно заряженные ионы лития или, скажем, натрия; когда аккумулятор подсоединяют к какому-либо устройству, то есть когда образуется возможность для появления электрического тока, электроны покидают электрод — и положительно заряженные ионы тут уже ничто не держит: они отходят к положительно заряженному электроду. 

Схема аккумулятора, через который проходит просвечивающий пучок электронов от микроскопа (слева), и постепенное, сверху вниз, набухание электрода при зарядке аккумулятора (справа) (иллюстрация авторов работы).

Через какое-то время аккумулятор начинает работать всё хуже и хуже, и обычно это объясняют тем, что циклы перезарядки плохо влияют на электроды. Но о том, что именно там происходит, учёные могли только догадываться, полагаясь на физические и химические модели процессов.

 

Увидеть повреждение электродов можно было с помощью просвечивающего электронного микроскопа, однако он, извините за откровенность, работает только с высушенными объектами. Поэтому подобные исследования проводились с открытыми аккумуляторами без электролита, и в выводах приходилось делать поправку на не слишком «естественное» положение аккумулятора. 

 

К счастью, учёным из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории(США) удалось, если можно так сказать, приблизить эти эксперименты к природе: они изготовили крохотный закрытый аккумулятор, в котором один кремниевый электрод со всех сторон был окружён литиевым электролитом. Аккумулятор можно было заряжать и наблюдать за его поведением в электронный микроскоп, не вскрывая его. 

 

В итоге, как пишут авторы работы в журнале Nano Letters, они увидели набухание электрода, которое происходило в реальном времени при перемещении ионов лития внутрь и наружу электрода, происходившем при разрядке и перезарядке аккумулятора. Электрод в заряженном аккумуляторе как будто становился всё толще и толще: его буквально распирало от поступающих в него ионов. 

 

Вот так благодаря электронному микроскопу удалось воочию отследить связь между перезарядкой аккумулятора и деформацией электрода. О том, что такая деформация может возникать из-за движений ионов электролита, конечно, догадывались, но с подобной достоверностью ещё не наблюдали.

 

Исследователи надеются, что созданная ими модель аккумулятора, которую можно «живьём» наблюдать в микроскоп, поможет в кратчайшие сроки найти способ защиты электродов от деформации и тем самым продлить время жизни аккумуляторов. 

 

Подготовлено по материалам Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.

[Лунарий]

Чегой-то торкнуло вспомнить химию и славные бурные молодые годы, когда взрывалось то, что могло взрываться - карбид, селитра, уголь, сера. Сейчас конечно эксперименты поскромнее - окрасить картошку в синее крахмалом, запузырить соду уксусом, замутить химию для торчков, получить кровь в колбе, поэкспериментровать с селитрой. Но вспоминаются старые школьные годы, кабинет химички, школьные кружки, бабушкины пузырьки с лекарствами и все такое. Обновил свою лабораторию в медтехнике и с удовольствием выслушаю наблюдательных команчей где в нашем городе продаются колбы кроме как на улице Победы. Таки да, за неимением лучшего за утро создал аналог штатива ШФР-ММ. Вспомнил пионерское детство. Неплохо вышло, уже сделал опыт. На заднем плане - всякая химфигня, что наскреб по дому. Едкое кали, едкий натр, сера с завода, хлорное железо, роданистый аммоний, фолиева кислота, сода, уксус, йод, бисульфат натрия, перекись водорода, глицерин и хромпик. Надо еще достать медный купорос и квасцы хромокаливевые и алюмокалиевые. Тогда как апофеоз - скомплектованное химическое счастье и удовлетворение ностальгических позывов. В фильме "Через тернии к звездам" Торки витийствует "Я учился и даже работал около года на химическом заводе. Но сбежал. Это верная смерть". А нам хоть старуха в косухе, все нипочем.

 

 

 

 

[AMA3OH]

 

 

На заднем плане - всякая химфигня, что наскреб по дому.

возоюновляешь производство табулетти?

 

 

Едкое кали,

Едкий калий.

[Лунарий]

Едкий калий.

Не, распространенное название именно едкое кали, химсленг.

 

 

https://ru.wikipedia.org/wiki/Гидроксид_калия

Гидрокси́д ка́лия (лат. Kalium hydroxidum, англ. Potassium hydroxide, «калиевый щёлок») — KOH.

Тривиальные названия: едкое кали, каустический поташ.

"Едкое кали" также название вещества в БСЭ. Едкий калий - такого выражения не существовало.

[AMA3OH]

"Едкое кали"

это сейчас кофе стало чернОЕ. Раньше был черный кофе.

мы всегда называли мужского рода калий. 

 

 

Едкий калий - такого выражения не существовало.

 

 

[Лунарий]

мы всегда называли мужского рода калий.

Да, конечно, был ГОСТ. Но если правильно - то гидроксид калия, а в разговоре слышал чаще именно "едкое кали". Кстати гидроксид натрия назывался "едкий натр". Не натрий, а именно натр.

[Лунаpий]

И опыт - сын ошибок трудных!!!

 

https://www.youtube.com/watch?v=4De8jKelJrk&feature=youtu.be

[AMA3OH]

Химию учил хорошо. Не просто по учебникам, хотя и в школьной программе было то, что мало кто доходил умом, что это формула вв. Раньше петарды свободно так не продавались, а хлопушки были с конфетти.

[Max_Repost]

Британская компания Surray NanoSystems разработала вторую версию своей самой темной в мире субстанции — Vantablack 2.0.

Первая версия материала была представлена еще в 2014 году, она отражала всего 0,04% видимого света, микроволн и радиоволн — если нанести этот материал на смятую фольгу, то место покрытия материалом будет абсолютно черным и скроет все мятые участки, загибы и переломы.

Вторая версия материала настолько хорошо справляется с этой задачей, что даже самые точные спектрографы и калибровочное оборудование не смогло определить степень его отражения, что приводит исследователей к выводу, что их материал способен отражать <0.02% света. Эксперимент с лазером и фольгой, покрытой новым материалом можно видеть на прикрепленной анимации.

Ученые разрабатывают этот материал не просто для установки рекордов, они планируют продавать его NASA и использовать его в космической сфере, например, для высокоточной калибровки космических телескопов и камер, например, Hubble.

Благодаря почти полному отсутствию отражённого света, человек воспринимает это не как некий очень чёрный предмет, а как ничто, как провал в бездну, в чёрную дыру, как двумерную черноту. Свой интерес к Vantablack высказал известный скульптор Аниш Капур, который заявил, что это вещество будет очень эффектно в роли краски, например, для изображения космоса.

#science@thebatya

 

 

 

Блин, реально темная. Вглядитесь : )

[Аллегоп и 8 туфель]

Британская компания Surray NanoSystems разработала вторую версию своей самой темной в мире субстанции — Vantablack 2.0.

А сам-то ты в этом что-нибудь понял, вьюноша? Ну ка своими словами объясни нам!