Основные направления химии на современном этапе её развития.

Полимеры

            На современном этапе синтетическая химия – это химия полимеров. Они бывают природные, синтетические и искусственные. Природные: белки, нуклеиновые кислоты, клетчатка, кожа, каучук, шёлк – продукты жизнедеятельности организмов; многие минералы. В 1974 году Вакрамасиндхе обнаружил полимер формальдегида в облаках межзвездной пыли. H-COH. Полимерное состояние вещества – одна из форм существования материи во вселенной. Искусственные полимеры – из природных материалов – ацетатное волокно, искусственный шёлк, искусственный каучук. Синтетические – из неорганических или простых органических веществ. Аналога в природе не имеют. Используют реакции полимеризации и поликонденсации для получения всех типов полимеров. Полимеризация – много мономеров соединяются в цепочку. Очень чувствительны к примесям, выделить вещество на определенной промежуточной стадии реакции невозможно. Поликонденсация – постепенное присоединение мономеров. Значит, реакцию можно остановить на каком-либо этапе, получив промежуточные вещества. Реакции поликонденсации не слишком чувствительны к примесям. Все природные полимеры получаются реакцией поликонденсации. Реакция поликонденсации сыграла большую роль в эволюции живых организмов (белки, нуклеиновые кислоты). Реакция полимеризации в природе не существует. К настоящему времени получено около пятисот тысяч различных полимеров. Самые важные из них, «три кита» - полиэтилен, полистирол и поливинилхлорид.

 - реакция полимеризации этилена.

 - структурная формула полистирола.

 - структурная формула поливинилхлорида.

            Полистирол – основа получения всех искусственных каучуков. Более пятисот модификаций этого полимера . Более 10 видов каучуков.

            Термопласты делают на основе этих же трех веществ (выдерживают высокую температуру). Эластомеры (искусственная кожа) делают из полистирола. В год производится более 40 миллионов тонн этих трех полимеров.

            Синтетические ткани (более 50% тканей – синтезированных). Первая ткань - ацетатный шёлк. Очень прочный, но прилипает к телу, закупоривая поры (используется при изготовлении парашютов). Современные – интеллигентные волокна – акрил или полиэстер. Их не надо гладить. 10000 м волокна Ø=0,006 мм весят менее 1 грамма. Кевлар также получен из акрила. Он прочнее стали на разрыв. Используется в бронежилетах и салонах автомобилей. Недостаток всех синтетических волокон – ксенобиотизм: они не расщепляются бактериями. Разрушаются только под воздействием озона и ультрафиолетового излучения. Наиболее активное направление – в поиске ферментов. В частности, разрушающих синтетические полимеры. Возможная замена металлов полимерами. Протезирование, в эти случаях нужны полимеры, которые не разлагаются. Композиционные материалы – это сплавление разных материалов, например, металлокерамика (BNSiO2) – по твердости не уступает алмазу, CuSi – карборунд, BN – нитрид бора. Si-Al-O-N – твердые, термостойкие, легко окрашиваемые, часто используются в качестве металлов.

            Жидкие кристаллы – это жидкости, которые обладают, как и кристаллы, оптическими свойствами. Это органические полимеры. Известны уже 100 лет. Используются в жидкокристаллических индикаторах, калькуляторах, мониторах. По энергосбережению не имеют себе равных. Под действием очень слабого электрического поля нарушается ориентация этих молекул, в результате чего сразу изменяются оптические свойства полимерных молекул.

            Оптические кристаллы – это тончайшие кварцевые нити для передачи информации на большие расстояния. Получена высокопрочная нить из SiO2Чистый SiO2®охлаждение на кварцевые трубочки®вытягивание в нити. Ø=0,1 толщины волоса.

Это называется волоконной оптикой.

            Радиационная химия – исследование влияния жёстких лучей (гамма-лучей, ультрафиолетовых, рентгеновских) на протекание химических реакций. Полиэтилен теперь получают под воздействием гамма-лучей. Эти излучения ускоряют реакции. В 1961-м году Поляни создал первый химический лазер. Использовал тепло цепных реакций.

            Плазмохимия – проведение химических реакций в струе плазмы. Реагенты смешиваются с плазмой, а потом уже происходит реакция.

            CH4®C2H2

            l=65 см, Ø=15 см – размеры плазмотрона для этой реакции.

            T=3000°C (плазма), за 10-4 с 80% CH4 превращается в C2H2. За сутки в таком плазмотроне можно получить 75 тонн ацетилена. Плазмохимия используется для получения качественных порошков для порошковой металлургии.

            Получение ферментов (энзимов). В современной энзимологии существует три направления получения ферментов:

1. Выделение и очистка природных ферментов.
2. Разработка и синтез искусственных ферментов (искусственных гормонов, витаминов и т.п.).
3. Моделирование работы живой клетки.

Исследование автоколебательных реакций – это химические процессы, являющиеся самоорганизующимися. Белоусов и Жаботинский в 1953 году.

            Реакция работает как часы. Закручивается против часовой стрелки, попеременно меняя цвет.

            Окисление пропана и бутана – причина стука в моторе, так как окисление происходит в «режиме» автоколебаний. В целом в природе очень много ритмичных процессов.