Содержание

Главная >> Химия 11 класс. Габриелян

Химия 11 класс

Заключение (продолжение)

Говоря о проблеме фиксации азота, мы коснулись одной из самых животрепещущих проблем современной химии — проблемы катализа и подбора катализаторов. К сожалению, до сих пор в определённой степени успех в этом деле определяет случайный подбор катализаторов. Чего греха таить, слаба ещё теория катализа, разрознена на отдельные фрагменты, мала предсказательная сила такой теории. Вот вам и необъятное поле для будущей учёбы и деятельности. Ведь катализ — самый мощный инструмент воздействия на химическую реакцию, позволяющий значительно ускорить её и существенно уменьшить затраты на её проведение.

Начавшийся XXI век уже нарекают веком газа. Дело в том, что в ближайшие 30—50 лет сравнительно легкодоступная нефть закончится и человечество вынуждено будет всё больше и больше переходить на другой источник энергии — природный газ. Альтернативой природному газу может служить атомная энергетика. Ряд стран даже ставят своей задачей выйти на уровень получения не менее половины электроэнергии за счёт такой энергетики. Есть ещё и более заманчивая перспектива — ведь близка к решению проблема создания термоядерной электростанции.

Вы знаете, что ядерная (атомная) электростанция вырабатывает электроэнергию за счёт ядерной энергии, выделяющейся при распаде атомных ядер изотопов ²³⁵U и ²³⁹Рu. В реакторе термоядерной электростанции используется энергия, выделяющаяся при слиянии ядер изотопов ⁶Li и ²Н (дейтерия D) или ³Н (трития Т), что возможно при очень высоких температурах и плотностях вещества. При этом образуется два ядра атома гелия и выделяется энергия, значительно превышающая ту, которая выделяется при распаде ядер изотопов урана и плутония. Чтобы понять, о чём идёт речь, вспомним, что в природной воде соотношение молекул лёгкой (Н₂0) и тяжёлой (D₂0) воды составляет 6800 : 1, т. е. содержание тяжёлой воды в природной составляет около 0,015%. Так вот, если из одного литра воды выделить это ничтожное количество дейтерия и использовать его в термоядерном синтезе, то можно получить энергию, эквивалентную той, которая выделяется при сгорании 300 л бензина (1л воды эквивалентен 300 л бензина!). Поистине неисчерпаемый источник энергии. И во всех этих делах и начинаниях — нефтяной и газовой промышленности, ядерной и термоядерной энергетике — необходимы специалисты с химическим образованием.

Допустим, что уже создана мощная энергетика и работает термоядерная электростанция (кстати, одна такая электростанция могла бы покрыть энергетические потребности одного континента). Но возникает другая, не менее серьёзная проблема, особенно актуальная для таких протяжённых стран, как наша, — это передача выработанной электроэнергии. К сожалению, электрические провода имеют сопротивление и при передаче электроэнергии на большие расстояния неизбежны серьёзные потери. Для того чтобы их уменьшить, человечество строит линии электропередачи (ЛЭП) с напряжением в сотни тысяч и даже миллионы вольт. Вам неоднократно приходилось видеть гигантские опоры линий электропередачи, обезображивающие ландшафт, загромождающие пахотные земли... Где решение проблемы? Ответ очевиден — создание сверхпроводящих материалов.

Хорошо известно, что металлы и некоторые другие вещества при температурах, ниже определённой (она называется точкой Кюри), теряют сопротивление и переходят в сверхпроводящее состояние. Одна беда, температура такого перехода уж очень низка и близка к абсолютному нулю. А человечество умеет в промышленных масштабах создавать низкие температуры лишь до -196 °С (77 К). Это температура кипения азота.

Физики и химики давно ведут работы по поиску материалов, обладающих сверхпроводимостью при сравнительно высоких температурах (так называемая высокотемпературная сверхпроводимость). Около двух десятков лет назад появилось сообщение о первой группе подобных соединений — барийиттриевой керамике — YBa₂Cu₃O_x (х > 6,5) с температурами перехода в сверхпроводящее состояние около 77 К. Теоретики предсказывают молекулярные системы на основе органических соединений со сверхпроводимостью уже при комнатной температуре. Вот где есть развернуться химикам.

В конце XX в. химия преподнесла ещё один сюрприз, на этот раз связанный с аллотропией углерода. Некоторые его аллотропные модификации вы уже хорошо знаете: это и графит с бесконечными плоскостями из правильных шестиугольников, и алмаз с тетраэдрическим строением, и карбины, образованные бесконечными цепями углеродных атомов. Так было до конца 80-х гг. XX в., когда были получены фуллерены.

<<< К началу                Окончание >>>