Нестандартні питання хімії і їх вирішення
1. В«Співоча колбаВ». Виділення енергії в ході хімічних реакцій відбувається зазвичай у вигляді теплоти, світла або інших електромагнітних випромінювань. Обговоріть можливість виділення енергії хімічної реакції у вигляді звукових коливань. Припустімо можливість застосування такого ефекту.
2. В«Сам собі радарВ». Запропонуйте склад для покриття автомобілів, який здатний змінювати колір в Залежно від швидкості автомобіля. Припустімо можливість регулювання швидкості, при якій буде відбуватися колірний перехід.
3. В«Молекулярні машини В». Запропонуйте і обгрунтуйте принцип, який дозволяє створювати механічні пристрої молекулярних розмірів, здатних до здійснення заздалегідь запланованих механічних рухів. На підставі яких процесів і взаємодій заснована робота таких машин? Запропонуйте спосіб управління та контролю такими машинами.
4. В«Генна інженеріяВ». Молекула ДНК негативно заряджена при рН = 7, що не дозволяє їй проникнути через клітинну мембрану, яка теж має негативний заряд. Запропонуйте метод упаковки-введення-розпакування молекули ДНК, який дозволив би впроваджувати в живу клітину молекули ДНК без пошкодження клітинної мембрани.
Нами були запропоновано вирішення цих завдань і складені наступні доповіді:
1. В«Співоча колбаВ». Згідно з уявленнями класичної хімії, зміна властивостей системи при протіканні хімічних процесів відбувається безперервно і супроводжується виділенням або поглинанням енергії, кількість якої визначається природою реагуючих речовин і їх фізичним станом. Реакції здійснюються тільки при зіткненні молекул реагентів і, згідно класичним уявленням, має місце безперервна зміна концентрації реагуючих речовин і, отже, відбувається монотонне зміна фізичних параметрів системи.
Зазвичай при вивченні хімічних і фізико-хімічних процесів досліджуються теплові ефекти. Однак принципових заборон на те, щоб енергія в ході хімічних реакцій і фізико-хімічних процесів виділялася у вигляді механічного руху, електромагнітного випромінювання та інших формах, не існує. Оскільки хімічні реакції пов'язані із зміною геометрії молекул, зміною ступеня впорядкованості речовини, а іноді супроводжуються і фазовими переходами, то в реакційної середовищі неминуче повинні генеруватися акустичні (звукові) сигнали.
Так як будь-які реальні реагують системи (рідини, скла, кристали) мають певну внутрішню структуру, то при протіканні хімічних реакцій та фізико-хімічних процесів остання неминуче повинна змінюватися. Причому цей перехід відбувається в невеликих обсягах речовини і повинен супроводжуватися стрибками у зміні фізичних параметрів. Таким чином будь-який хімічний і фізико-хімічний процес повинен характеризуватися ступінчастим зміною температури, концентрації та інших параметрів. Величина цих сходинок (стрибків) надзвичайно мала і вона визначається надмолекулярної структурою речовини.
Зміна стану системи на одну сходинку обов'язково має супроводжуватися акустичними коливаннями і іншими ефектами. Це має відбуватися при протіканні процесів і в гомогенних системах, зокрема, в рідких розчинах, оскільки рідини мають ближній порядок в розташуванні структурних елементів.
Це явище дозволяє по-новому поглянути на відомі факти і дати логічне пояснення деяким раніше незрозумілим експериментальними даними. Наприклад, Н. А. Козирєв спостерігав зміна ходу часу поблизу посудини Дьюара, в якому знаходилася гаряча вода, або коли у воді розчинявся цукор або інша речовина. Оскільки такі процеси супроводжуються акустичними імпульсами, а вони тягнуть за собою виникнення електромагнітних випромінювань, то разом узяті (акустичні та електромагнітні коливання) будуть впливати на кварцові годинники, встановлені поблизу реакційного судини, що призведе до зміни їх ходу, тобто час як таке не змінюється, а змінюються показання приладу (годин) у межах того проміжку часу, коли реакційна система знаходиться в метастабільному стані.
Явище генерації акустичних коливань в хімічних реакціях і фізико-хімічних процесах може знайти широке застосування, як прикладне, так і для проведення наукових досліджень. Наприклад, при вдалому виборі системи можна створити пристрій, аналогічне лазеру, але випромінює акустичні коливання. Явище генерації акустичних коливань при протіканні хімічних реакцій і фізико-хімічних процесів може успішно використовуватися для дослідження кінетики процесів, оскільки кількість акустичних імпульсів в одиницю часу характеризує швидкість реакції. Дане явище може знайти застосування для створення приладів контролю за ходом реакції, при цьому відпадає необхідність відбирати проби реакційного середовища для аналізу.
Перспективно використання виявленого явища для контролю за розвитком різних мікробіологічних процесів.
Найбільш широкою і важливою областю вик...
