Химия

Вероятно, нет другого химического элемента, который доставил бы человечеству столько хлопот. Запасы молекулярного азота N₂ огромны — это основной компонент воздуха, его содержание в земной атмосфере превышает 78%. Над каждым квадратным километром земной поверхности находится столько азота, что из него можно получить до 10 млн тонн аммиака. Но людям нужен не молекулярный азот, а химически связанный, в составе различных соединений. Над этой задачей химики бьются вот уже второй век.

Химики из Гейдельберга создали систему химических сенсоров — искусственный язык, способный различить даже очень похожие образцы виски. Он определяет возраст напитка, солодовость и страну происхождения.

Начало ядерно-космической эры стало своеобразным триумфом материаловедения: обуздание стихии ядерного ядра и проникновение за пределы Земли были задачами, которые прежде человечество никогда не решало. Поэтому для создания соответствующих устройств понадобились невиданные ранее материалы, в том числе и полученные из таких веществ, которые были известны считаному числу химиков и казались никому не нужными. Но чтобы их можно было использовать, потребовалось выяснить свойства новых веществ, найти средства воздействия на них. История циркония служит прекрасной иллюстрацией того, как исследователи сумели решить подобного рода задачи.

Кому нужен цирконий? В чем главная проблема циркония? Из чего получают цирконий? В чем разница между цирконом и фианитом? Что, кроме драгоценностей, делают из оксида циркония? Как используют цирконий в медицине? Зачем нужен радиоактивный цирконий? Что такое ZC9? Чем интересны каркасные соединения циркония? Чем интересен борид циркония? Послужит ли цирконий освоению Марса?

Сейчас все мы привыкли к химическим базам данных, и новое поколение молодых исследователей уже не представляет, как можно было без Интернета находить информацию о физических и химических свойствах веществ, ЯМР- и ИК-спектры, планировать синтез и даже узнавать, где можно дешевле купить исходные вещества. У моих ровесников и учителей были свои базы данных — иногда они пахли пылью и продуктами разложения лигнина, часто их нельзя было открывать на рабочем месте, а только в читальном зале библиотеки — бумажные справочники, энциклопедии и знакомые практически любому органику десятки и сотни томов Бейльштейна. Но и бумажными базами данных химики пользовались отнюдь не всегда.

Если первой химической реакцией, которую начал использовать человек, было горение, то второй такой реакцией стало брожение. С тех пор люди изобрели множество самых разнообразных спиртосодержащих напитков. В наши дни в винном отделе крупного магазина в глазах пестрит от множества бутылок, начиная дешевыми ординарными винами и заканчивая коллекционными марочными. Чем же различаются эти вина? Для поэта вино — дар богов, а для химика — водный раствор этилового спирта, сахар и немного примесей, содержание которых составляет порой сотые доли процента. Но именно эти примеси и придают винам особо тонкий вкус и аромат.

Химики из Китая разработали композитный материал, состоящий из перовскитных квантовых точек и оксида графена, который способен ускорять процесс, давно уже получивший название «искусственный фотосинтез.» Это первый пример искусственного фотосинтеза, в котором задействованы перовскитные квантовые точки. По словам руководителя исследования, использованные в ходе работы галогенидные перовскиты показали рекордную эффективность в фотовосстановлении — 22,1%, и можно надеяться, что вскоре эти материалы бросят вызов уже существующим фотокатализаторам.

«Святой Грааль» химиков и биологов — тайна появления жизни на Земле. По этому поводу существует много гипотез, но наиболее стройной все же считается гипотеза абиогенеза. Весомым аргументом в ее пользу стал знаменитый эксперимент Миллера — Юри, в котором аминокислоты, входящие в состав белков, были получены из предполагаемых компонентов атмосферы добиотической Земли. Спустя 65 лет исследователи из Чехии показали, что в аналогичных условиях могли образоваться и азотистые основания РНК.

Разработан биохимический процесс, который может сделать кости прозрачными. На прозрачном костном материале легче изучать действие нового лекарства от остеопороза, ускоряющего рост клеток костной ткани. Прозрачные кости могут оказаться интересными биологам и анатомам: им будет удобнее наблюдать рост и гибель клеток, образующих костную ткань.

Про черные графитовые нанотрубки знают многие. Однако подобные структуры можно делать также из других материалов. Перспективен в этом плане предок сверхтвердого абразива — гексагональный нитрид бора со структурой как у графита. Это вещество дает белые нанотрубки — легкие, прочные, жесткие и с высокой теплопроводностью, только объемы производства пока что малы и могут обеспечить только нужды исследователей. Тем не менее уже наметились некоторые интересные области применения.

Откуда произошло слово «бор» и что такое бура? Кто открыл бор? В каком виде бор встречается в природе? Как получают бор? Сколько бора содержится в живых организмах и какова его роль? С какими продуктами человек потребляет бор? Какие последствия будут при недостатке или переизбытке бора? Как бор действует на насекомых? Как бор используют в металлургии? Что такое эльбор? Что такое карбид бора и где его используют? Чем интересны бороводороды? Боразан — топливо будущего? Что такое борное регулирование? Как бором лечат рак? Есть ли бор на Марсе и что это может значить?

Компьютер манипулирует потоками электронов с помощью так называемых логических побитовых операций. Фактически это правила, по которым изменяется информация, записанная электрическими полями. А можно ли аналогичным образом манипулировать не информацией, но непосредственно преобразовывать вещество – перемещать его объемные частицы с места на место, проводить с ними химические реакции?

Порой у поверхности воды в чашке горячего чая можно наблюдать белесое облачко. Оказывается, оно может превращаться в удивительное образование — кластер из микроскопических капель, формирующих упорядоченную структуру, подобную кристаллической решетке. Не исключено, что, научившись управлять поведением капельного кластера, исследователи смогут создавать системы микрореакторов для химических превращений, а также выполнять кибернетические манипуляции с веществом.

Исследователи из Лундского университета (Швеция), Вильнюсского университета и Нанкинского технологического университета использовали молекулярное самораспознавание для получения нанотрубок из строительных блоков одного типа. Интересен не только процесс самосборки, но и то, что форма нанотрубок зависит от среды, в которой она происходит. Подобные нанотрубки могут пригодиться для создания искусственных транспортных каналов в клеточной мембране, сквозь которые можно будет доставлять лекарственные препараты.

Химики из группы Фила Барана, работающие в Исследовательском институте Элен Скриппс (Калифорния, США), придумали удобный для лабораторной практики метод превращения карбоновых кислот в эфиры бороновых кислот и сами кислоты.

Возможно, в скором времени для идентификации различных растворителей и измерения их концентрации нужны будут только ультрафиолетовый фонарик и полоска фильтровальной бумаги, пропитанная раствором нового полимера с фотолюминесцентными свойствами. Новая тест-система позволяет в том числе обнаружить следы обычной воды в дейтериевой D₂O.