National Chemistry номер 2

National Chemistry №2 Январь/Февраль, 2013

1


2


3

Содержание

Новости стр. 4

Гелий стр. 8

Неорганика стр. 15

Органика стр. 20

Физхимия стр. 28

Люди и Истории стр. 33

Биохимия стр. 38

Юмор стр. 43


4

Новости


5

Физики опустили температуру калия

ниже абсолютного нуля

Немецкие физики создали квантовое облако

атомов калия, распределение энергии в котором

таково, что его температура имеет отрицательное

абсолютное значение. Работа опубликована в

журнале Science, а ее краткое содержание

приводит ScienceNow.

Температура тела отражает среднюю энергию его

отдельных атомов или молекул. Обычно

большинство частиц имеет низкую энергию, а

высокоэнергетичными является меньшинство. При

повышении температуры количество более

энергетичных молекул повышается, и в пределе

(при бесконечной температуре) становится

равномерным.

Классическое распределение энергий частиц в

газе известно как распределение Больцмана.

Ранее, в работах по квантовой физике было

показано, что оно не всегда обязано выполняться.

Теоретически, можно представить тело, в котором

распределение энергий будет обратно

распределению Больцмана, то есть большинство

частиц будут находиться в высокоэнергетичном

состоянии, а нижние уровни распределения

энергии будут "пустовать". Такое тело будет

обладать отрицательной абсолютной

температурой, что и удалось продемонстрировать

авторам.

Ученые при помощи лазерных лучей распределили

атомы калия в узлах правильной решетки на

специальной подложке. Частицы находились в

вакууме и были охлаждены до температуры,

близкой к абсолютному нулю (- 273 градуса

Цельсия). Таким образом, энергия частиц

"калиевого облака" также была близка к

минимуму.

После того, как атомы были стабилизированы в

низком энергетическом состоянии, исследователи

резко поменяли локальное магнитное поле. В

результате изменения, атомы вместо небольшого

отталкивания стали сильно притягиваться друг к

другу. Фактически, они единовременно оказались

на вершине потенциальной энергии. Однако,

благодаря действию лазеров, частицы не стали

двигаться и терять энергию, а так и остались в

этом состоянии.

Исследование тел с отрицательной температурой

интересно не только с точки зрения

термодинамики. Такие тела, по словам ученых,

могут выступать в качестве модели темной

энергии, которая "отвечает" за ускоренное

расширение Вселенной.

Лично я отношусь к этому скептически

Ученые рассказали о метановых

"льдинах" на Титане

Ученые из Корнельского университета

обнаружили, что на поверхности углеводородных

озер на спутнике Сатурна Титане возможно

существование "льдин" из твердого метана.

Содержание работы исследователей

пересказывает сайт NASA.

Ранее считалось, что существование плавучих

"льдин" на поверхности метановых озер

невозможно, так как плотность этого вещества в

твердом состоянии выше, чем в жидком. В новой

работе ученые обратили внимание на то, что

образующийся в природе лед не обязан быть

чистым веществом, а может (как это происходит с

водой) содержать включения газа.

Исследователи рассчитали, что при наличии в

составе метанового "льда" сходного с морским

льдом количества газа (около 5 процентов), он

потенциально может подниматься на поверхность

титановых озер.

Как именно будет себя вести такой лед, зависит от

температуры на поверхности спутника. Дело в том,

что колебания температуры приводят к изменению

состава воздушной оболочки Титана и

соответственному изменению соотношения

плотности твердых и жидких углеводородов. Так,

при температуре в -183 градуса Цельсия (90,4 К)

твердый метан должен подниматься на

поверхность озер. Однако, если станет на

несколько градусов холоднее, то образующийся

"лед" будет тонуть под собственным весом.


6

В результате, озера Титана могут оказаться

окружены "ледовой" оболочкой как сверху, так и

снизу от основной толщи жидкого метана.

Подтвердить или опровергнуть выводы ученых

помогут новые результаты радиозондирования,

осуществляемые аппаратом "Кассини".

Исследователи из Австрии

продемонстрировали, что безопасный

для природных систем фермент,

лакказа, может использоваться для

замены токсических осушителей в

красках.

В настоящее время водоэмульсионные краски

содержат ионы тяжелых металлов, которые

используются для ускорения высыхания

пленок алкидных смол. Этот процесс основан

на том, что переходные металлы

катализируют кросс-сочетание остатков

ненасыщенных жирных кислот в пленке. Эти

ионы тяжелых металлов отличаются

токсичностью, и, как было показано недавно,

наиболее часто применяющиеся

катализаторы на основе кобальта проявляют

канцерогенные свойства. Поэтому многие

исследователи пытаются подобрать новые

агенты, позволяющие обеспечивать

эффективную сушку красок и не обладающие

при этом нежелательными свойствами.

Энрике Херреро Асеро (Enrique Herrero Acero)

решил заменить катализаторы на основе

тяжелых металлов ферментом лакказой –

нетоксичным биологическим катализатором.

Лакказы, которые можно обнаружить в

грибках, бактериях и растениях,

катализируют окисление фенольных

соединений, и это свойство ферментов уже

применяется во многих практических

областях, включая пищевую, целлюлозно-

бумажную и текстильную промышленность.

Медиаторы представляют собой

низкомолекулярные соединения,

позволяющие увеличить круг субстратов

фермента, действуя как «электронные

челноки», перемещающиеся от фермента к

субстрату. Херреро Асеро столкнулся с

проблемой выбора наиболее эффективного

медиатора, для чего он воспользовался

помощью новой методики скрининга,

разработанной исследователями. Для

измерения концентрации кислорода,

расходующегося по мере протекания

окислительно-восстановительной реакции

кросс-сочетания, в пленке исследователи

использовали флуоресцентную сенсорную

систему. Сенсор представляет собой

иммобилизованный в полистирольной

матрице краситель-индикатор,

люминесценция которого гасится

кислородом, что позволяет следить

протеканием реакции, как в эмульсии, так и в

сохнущей пленке.

Было обнаружено, что самым эффективным

медиатором для лакказы в процессе

окисления алкидной смолы является 1-

гидроксибензотриазол, а измерение расхода

кислорода в процессе реакции показало, что

она протекает как двухфазный радикальный

процесс. Херреро Асеро надеется, что новая

методика позволит подобрать новые

медиаторы этого процесса, использовав в

качестве сырья вещества природного

происхождения, отличающиеся большей, чем

у 1-гидроксибензотриазола,

производительностью.

Эндрю Лос (Andrew Laws), специалист по

механизмам ферментативных и

биоорганических реакций из Университета

Хаддерсфилда отмечает, что фермент

проявляет исключительную активность,

особенно если принимать во внимание

условия, в которых ему приходится работать.

Он приветствует планы австрийских

исследователей на дальнейшее изучение

механизма отверждения алкидных смол,

который пока еще уступает по скорости с


7

отверждением красок с помощью ионов

кобальта. И Лос и Херреро Асеро ожидают

дальнейших исследований, которые позволят

увеличить стабильность и активность лакказы

в процессе сушки красок.

Ферментативная система может стать

экологически безопасной заменой

токсическим осушителям алкидных красок на

основе ионов тяжелых металлов.


8

Гелий!


9

Гелий!

Гелий — второй элемент периодической

системы химических

элементов Д. И. Менделеева с атомным

номером 2. Расположен в главной подгруппе

восьмой группы, первом периоде

периодической системы. Возглавляет группу

инертных газов в периодической системе

Менделеева. Обозначается

символом He (лат. Helium). Простое

вещество гелий (CAS-номер: 7440-59-7) —

инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и

запаха.

Гелий — один из наиболее распространённых

элементов во Вселенной, он занимает второе

место послеводорода. Также гелий является

вторым по лёгкости (после водорода)

химическим веществом.

Гелий добывается из природного

газа процессом низкотемпературного

разделения — так называемой фракционной

перегонкой.

Гелий занимает второе место по

распространённости во Вселенной

после водорода — около 23 % по массе.

Однако на Земле гелий редок. Практически

весь гелий Вселенной образовался в первые

несколько минут после Большого Взрыва, во

время первичного нуклеосинтеза. В

современной Вселенной почти весь новый

гелий образуется в результате термоядерного

синтеза из водорода в недрах звёзд

(см. протон-протонный цикл, углеродно-

азотный цикл). На Земле он образуется в

результатеальфа-распада тяжёлых элементов

(альфа-частицы, излучаемые при альфа-

распаде — это ядра гелия-4). Часть гелия,

возникшего при альфа-распаде и

просачивающегося сквозь породы земной

коры, захватывается природным газом,

концентрация гелия в котором может

достигать 7 % от объёма и выше.

В рамках восьмой группы гелий по

содержанию в земной коре занимает второе

место (после аргона).

Содержание гелия в атмосфере (образуется в

результате распада Ac, Th, U) — 5,27·10−4 %

по объёму, 7,24·10−5 % по массе. Запасы

гелия

в атмосфере,литосфере и гидросфере оценив

аются в 5·1014 м³. Гелионосные природные

газы содержат как правило до 2 % гелия по

объёму. Исключительно редко встречаются

скопления газов, гелиеносность которых

достигает 8 — 16 %.

Среднее содержание гелия в земном

веществе — 0,003 мг/кг или 0,003 г/т.

Наибольшая концентрация гелия

наблюдается в минералах, содержащих уран,

торий и

самарий: клевеите, фергюсоните, самарските,

гадолините, монаците (монацитовые пески в

Индии и Бразилии), торианите. Содержание

гелия в этих минералах составляет 0,8 — 3,5

л/кг, а в торианите оно достигает 10,5 л/кг.

Этот гелий является радиогенным и содержит

лишь изотоп 4He, он образуется из альфа-

частиц, излучаемых при альфа-распаде

урана, тория и их дочерних радионуклидов.

Химические свойства

Гелий — наименее химически активный

элемент восьмой группы таблицы

Менделеева (инертные газы). Многие

соединения гелия существуют только в

газовой фазе в виде так

называемых эксимерных молекул, у которых

устойчивы возбуждённые электронные

состояния и неустойчиво основное состояние.

Гелий образует двухатомные молекулы He2+,

фторид HeF, хлорид HeCl

(эксимерные молекулы образуются при

действии электрического разряда

или ультрафиолетового излучения на смесь

гелия с фтором или хлором).


10

Энергия связи молекулярного иона гелия

He2+ составляет 58 ккал/моль,

равновесное межъядерное расстояние 1,09 Å.

Известно химическое соединение гелия LiHe

(возможно, имелось в виду соединение LiHe7).

При нормальных условиях гелий ведёт себя

практически как идеальный газ. При всех

условиях гелий является моноатомным

веществом. При нормальных условиях,

плотность составляет 0,17847 кг/м³,

обладает теплопроводностью 0,1437 Вт⁄(м·К) —

, чем у всех других газов за

исключением водорода, а его

удельнаятеплоёмкость чрезвычайно высока

(ср = 5,23 кДж⁄(кг·К), для сравнения —

14,23 кДж⁄(кг·К) для Н2).

При пропускании тока через заполненную

гелием трубку наблюдаются разряды

различных цветов, зависящих главным

образом от давления газа в трубке. Обычно

видимый свет спектра гелия имеет жёлтую

окраску. По мере уменьшения давления

происходит смена цветов — розового,

оранжевого, жёлтого, ярко-жёлтого, жёлто-

зелёного и зелёного. Это связано с

присутствием в спектре гелия нескольких

серий линий, расположенных в диапазоне

между

инфракрасной и ультрафиолетовой частями

спектра, важнейшие линии гелия в видимой

части спектра лежат между 706,52 нм и

447,14 нм. Уменьшение давления приводит к

увеличению длины свободного

пробега электрона, то есть к возрастанию его

энергии при столкновении с атомами гелия.

Это приводит к переводу атомов в

возбуждённое состояние с большей энергией,

в результате чего и происходит смещение

спектральных линий от инфракрасного к

ультрафиолетовому краю.

Хорошо изученный спектр гелия имеет два

резко различных набора серий линий —

единичных (1S0) и триплетных (3S1), поэтому в

конце 19 века Локьер, Рунге и Пашен

предположили, что гелий состоит из смеси

двух газов; один из них имел в спектре

жёлтую линию 587,56 нм, другой —

зелёную 501,6 нм. Этот второй газ они

предложили назвать астерием (Asterium) от

греч.звёздный. Однако Рамзай и Траверс

показали, что спектр гелия зависит от

условий: при давлении газа 7—8 мм

рт.ст. наиболее ярка жёлтая линия; при

уменьшении давления увеличивается

интенсивность зелёной линии. Спектры атома

гелия были объяснены Гейзенбергом в

1926 г. Спектр зависит от взаимного

направления спинов электронов в атоме —

атом с противоположно направленными

спинами (дающий зелёную линию в

оптических спектрах) получил название

парагелия, с сонаправленными спинами (с

жёлтой линией в спектре) назван ортогелием.

Линия парагелия — одиночки, линии

ортогелия — весьма узкие триплеты. Атом

гелия в нормальных условиях находится в

одиночном (синглетном) состоянии. Чтобы

атом гелия перевести в триплетное

состояние, нужно затратить работу

в 19,77 эВ. Переход атома гелия из

триплетного состояния в синглетное сам по

себе осуществляется чрезвычайно редко.

Такое состояние, из которого переход в

более глубокое сам по себе маловероятен,

носит название метастабильного. Вывести

атом из метастабильного состояния в

стабильное можно, подвергая атом внешнему

воздействию, например, электронным ударом

или при столкновении с другим атомом с

передачей последнему непосредственно

энергии возбуждения. В атоме парагелия

(синглетного состояния

гелия) спины электронов направлены

противоположно, и суммарный спиновый

момент равен нулю. В триплетном состоянии

(ортогелий) спины электронов сонаправлены,

суммарный спиновый момент равен

единице. Принцип Паули запрещает двум

электронам находиться в состоянии с

одинаковыми квантовыми числами, поэтому

электроны в низшем энергетическом

состоянии ортогелия, имея одинаковые

спины, вынуждены иметь различные главные

квантовые числа: один электрон находится

на 1s-орбитали, а второй — на более

удалённой от ядра 2s-орбитали (состояние


11

оболочки 1s2s). У парагелия оба электрона

находятся в 1s-состоянии (состояние

оболочки 1s2).

Спонтанный интеркомбинационный (то есть

сопровождающийся изменением суммарного

спина) переход с излучением фотона между

орто- и парагелием чрезвычайно сильно

подавлен, однако возможны

безызлучательные переходы при

взаимодействии с налетающим электроном

или другим атомом.

В бесстолкновительной среде (например,

в межзвёздном газе) спонтанный переход из

нижнего состояния ортогелия 23S1 в основное

состояние парагелия 10S1 возможен путём

излучения одновременно двух фотонов или в

результате однофотонного магнитно-

дипольного перехода (M1). В этих условиях

расчётное время жизни атома ортогелия за

счёт двухфотонного распада 23S1 → 10S1 +

2γ составляет 2,49·108 с, или 7,9 года.

Первые теоретические оценки показывали,

что время жизни за счёт магнитно-

дипольного перехода на порядки больше, то

есть что доминирует двухфотонный распад.

Лишь через три десятилетия, после

неожиданного открытия запрещённых

триплетно-синглетных переходов некоторых

гелиеподобных ионов в спектрах солнечной

короны было обнаружено, что однофотонный

магнитно-дипольный распад 23S1-состояния

значительно более вероятен; время жизни

при распаде по этому каналу составляет

«всего» 8·103 с.

Следует отметить, что время жизни первого

возбуждённого состояния атома парагелия

20S1 также крайне велико по атомным

масштабам. Правила отбора для этого

состояния запрещают однофотонный

переход 20S1 → 10S1 + γ, а для двухфотонного

распада время жизни составляет 19,5 мс.

Гелий менее растворим в воде, чем любой

другой известный газ. В 1 л воды

при 20 °C растворяется около 8,8 мл (9,78

при 0 °C, 10,10 при 80 °C), в этаноле — 2,8

мл/л(15 °C), 3,2 мл/л (25 °C). Скорость его

диффузии сквозь твёрдые материалы в три

раза выше, чем у воздуха, и приблизительно

на 65 % выше, чем у водорода.

Коэффициент преломления гелия ближе к

единице, чем у любого другого газа. Этот газ

имеет отрицательный коэффициент

Джоуля — Томсона при нормальной

температуре среды, то есть он нагревается,

когда ему дают возможность свободно

увеличиваться в объёме. Только ниже

температуры инверсии Джоуля — Томсона

(приблизительно 40 К при нормальном

давлении) он остывает во время свободного

расширения. После охлаждения ниже этой

температуры гелий может быть превращён в

жидкость при расширительном охлаждении.

Такое охлаждение производится при

помощи детандера.

В 1908 году Х.Камерлинг-Оннес впервые смог

получить жидкий гелий. Твёрдый

гелий удалось получить лишь под давлением

25 атмосфер при температуре около 1 К (В.

Кеезом, 1926). Кеезом также открыл наличие

фазового перехода гелия-4 (4He) при

температуре 2,17K; назвал фазы гелий-I и

гелий-II (ниже 2,17 K). В 1938

годуП. Л. Капица обнаружил, что у гелия-II

отсутствует вязкость (явление сверхтекучести

). В гелии-3 сверхтекучесть возникает лишь

при температурах ниже 0,0026 К.

Сверхтекучий гелий относится к классу так

называемых квантовых жидкостей,

макроскопическое поведение которых может

быть описано только с помощью квантовой

механики. В 2004 году появилось сообщение

об открытии сверхтекучести твёрдого

гелия (т. н. эффект суперсолид) при

исследовании его в торсионном осцилляторе.

Однако многие исследователи сходятся во

мнении, что обнаруженный в 2004 году

эффект не имеет ничего общего со

сверхтекучестью кристалла. В настоящее

время продолжаются многочисленные

экспериментальные и теоретические

исследования, целью которых является

понимание истинной природы данного

явления.


12

В промышленности гелий получают из

гелийсодержащих природных газов

(в настоящее время эксплуатируются

главным образом месторождения,

содержащие > 0,1 % гелия). От других газов

гелий отделяют методом глубокого

охлаждения, используя то, что он сжижается

труднее всех остальных газов. Охлаждение

производят дросселированием в несколько

стадий очищая его от CO2 и углеводородов. В

результате получается смесь гелия, неона и

водорода. Эту смесь, т. н. сырой гелий, (He —

70-90 % об.) очищают от водорода (4-5 %) с

помощью CuO при 650—800 К. Окончательная

очистка достигается охлаждением

оставшейся смеси кипящим под вакуумом

N2 и адсорбцией примесей на активном

угле в адсорберах, также охлаждаемых

жидким N2. Производят гелий технической

чистоты (99,80 % по объёму гелий) и высокой

чистоты (99,985 %).

В России газообразный гелий получают из

природного и нефтяного газов. В настоящее

время гелий извлекается на гелиевом заводе

ООО «Газпром добыча Оренбург»

в Оренбурге из газа с низким содержанием

гелия (до 0,055 % об.), поэтому российский

гелий имеет высокую себестоимость.

Актуальной проблемой является освоение и

комплексная переработка природных газов

крупных месторождений Восточной Сибири с

высоким содержанием гелия (0,15-1 % об.),

что позволит намного снизить его

себестоимость.

По производству гелия

лидируют США (140 млн м³ в год), затем —

Алжир (16 млн м³). Россия занимает третье

место в мире — 6 млн м³ в год. Мировые

запасы гелия составляют 45,6 млрд м³.

В 2003 г. производство гелия в мире

составило 110 млн м³, в том числе в США —

87 млн м³, Алжире — 16 млн м³, России —

более 6 млн м³, Польше — около 1 млн м³.

Жидкий гелий

Жидкий гелий представляет собой

бесцветную прозрачную жидкость, кипящую

при атмосферном давлении при температуре

4,2 К (жидкий 4He). Плотность

жидкогогелия при температуре 4,2 К

составляет 0,13 г/см³. Обладает малым

коэффициентом преломления, из-за чего его

трудно увидеть. При нормальном давлении

гелий не затвердевает даже при сколь угодно

низкой температуре. Твёрдый гелий в α-фазе

удаётся получить лишь при давлении выше

25 атм.

Жидкий гелий — квантовая жидкость (бозе-

жидкость), то есть жидкость, в

макроскопическом объёме которой

проявляются квантовые свойства

составляющих её атомов. Квантовые

эффекты существенны при очень низких

температурах.

Выше температуры 2,17 К 4Не ведет себя как

обычная криожидкость, то есть кипит,

выделяя пузырьки газа. При достижении

температуры 2,17 К (при давлении паров

0,005 МПа — так называемая λ-точка)

жидкий 4Не претерпевает фазовый

переходвторого рода, сопровождающийся

резким изменением ряда

свойств: теплоемкости, вязкости, плотности и

др. В жидком гелии при температуре ниже

температуры перехода одновременно

сосуществуют 2 фазы, Не I и Не II с сильно

различающимися свойствами.


13

Сверхтекучесть и

сверхтеплопроводность

Фазовый переход в гелии хорошо заметен, он

проявляется в том, что кипение

прекращается, жидкость становится

совершено прозрачной. Испарение гелия,

конечно, продолжается, но оно идет

исключительно с поверхности. Различие в

поведении объясняется необычайно высокой

теплопроводностью сверхтекучей фазы (во

много миллионов раз выше, чем у Не I). При

этом вязкость нормальной фазы остается

практически неизменной, что следует из

измерений вязкости методом колеблющегося

диска. С увеличением давления температура

перехода смещается в область более низких

температур. Линия разграничения этих фаз

называется λ-линией. На рисунке приведена

фазовая диаграмма 4Не.

Для Не II характерна сверхтекучесть —

способность протекать без трения через

узкие (диаметром менее 100 нм) капилляры и

щели. Относительное содержание Не II

растет с понижением температуры и

достигает 100 % при абсолютном нуле

температуры — с этим были связаны попытки

получения сверхнизких температур

пропусканием жидкого гелия через очень

тонкий капилляр, через который пройдет

только сверхтекучая компонента. Однако, за

счет того что при температурах, близких к

абсолютному нулю, теплоемкость также

стремится к нулю, добиться существенных

результатов не удалось — за счет

неизбежного нагрева от стенок капилляра и

излучения. За счет сверхтекучести и

достигается аномально высокая

теплопроводность гелия — теплообмен идет

не за счет теплопередачи, а за счет

конвекции сверхтекучей компоненты в

противоток нормальной, которая переносит

тепло (сверхтекучая компонента не может

переносить тепло). Это свойство открыто

в 1938 году П. Л. Капицей.

Гелия в промежуточном

состоянии между этими двумя в

природе не существует: либо он

при абсолютном нуле, либо он в

другом состоянии, нормальном.

Гелий в сверхтекучем состоянии

не может давить на заслонку, и

вообще сверхтекучая жидкость

не может производить никакого

давления, так как это жидкость,

вязкость которой равняется

нулю, — мы ее динамическими

методами обнаружить не можем.

П. Л. Капица

Второй звук

За счет одновременного наличия двух фаз в

жидком гелии, имеется две скорости звука и

специфическое явление — так называемый

«второй звук». Второй звук —

слабозатухающие

колебания температуры и энтропии в

сверхтекучем гелии. Скорость

распространения второго звука определяется

из уравнений гидродинамики сверхтекучей

жидкости в двухкомпонентной модели. Если

пренебречь аномально малым для гелия

коэффициентом теплового расширения, то в

волне второго звука осциллируют

только температура и энтропия,

а плотность и давление остаются

постоянными. Распространение второго звука

не сопровождается переносом вещества.

Второй звук можно также интерпретировать

как колебания концентрации квазичастиц в

сверхтекучем гелии. В чистом 4He это

колебания в системе ротонов и фононов.

Существование второго звука было

предсказано теоретически Ландау, расчетное

значение равнялось 25 м/с. Фактически

измеренное — 19,6 м/с

Жидкий гелий-3 это квантовая ферми-

жидкость, то есть она состоит из

частиц фермионов со спином ½. В таких

системах сверхтекучесть может


14

осуществляться при определённых условиях,

когда между фермионами имеются силы

притяжения, которые приводят к

образованию связанных состояний пар

фермионов, т. н. куперовских пар (эффект

Купера).

Куперовские пары обладают целым спином,

поэтому могут образовывать Бозе-конденсат.

Сверхтекучесть такого рода осуществляется

для электронов в некоторых металлах и носит

название сверхпроводимости. Аналогичная

ситуация имеет место в жидком 3He, атомы

которого имеют спин ½ и образуют типичную

квантовую ферми-жидкость. Свойства ферми-

жидкости можно описать как свойства газа

квазичастиц-фермионов с эффективной

массой примерно в 3 раза большей, чем

масса атома 3He. Силы притяжения между

квазичастицами в 3He очень малы, лишь при

температурах порядка нескольких мК в 3He

создаются условия для образования

куперовских пар квазичастиц и

возникновения сверхтекучести. Открытию

сверхтекучести у 3He способствовало

освоение эффективных методов

получения низких температур — эффекта

Померанчука и магнитного охлаждения. С их

помощью удалось выяснить характерные

особенности диаграммы состояния 3He при

сверхнизких температурах. Переход

нормальной ферми-жидкости в фазу А

представляет собой фазовый переход II

рода (теплота фазового перехода равна

нулю). В фазе A образовавшиеся куперовские

пары обладают спином 1 и отличным от нуля

моментом импульса. В ней могут возникать

области с общими для всех пар

направлениями спинов и моментов импульса.

Поэтому фаза А является анизотропной

жидкостью. В магнитном поле фаза А

расщепляется на две фазы (A1 и A2), каждая

из которых также является анизотропной.

Переход из сверхтекучей фазы А в

сверхтекучую фазу В является фазовым

переходом I рода с теплотой перехода

~1,5·10−6 дж/моль.Магнитная

восприимчивость 3He при переходе А→В

скачком уменьшается и продолжает затем

уменьшаться с понижением температуры.

Фаза В является, по-видимому, изотропной.


15

Неорганика


16

Осторожно монооксид дигидрогена!

Дигидрогена монооксид — научная шутка, мистификация, которая использует незнакомое широкой публике название воды и описание её негативных для человека свойств в попытке убедить общественность в необходимости тщательной регуляции или даже полного запрета на использование этого вещества. Шутка предназначена для иллюстрации того, каким образом отсутствие научных знаний и предвзятый анализ может привести к панике

Популярный вариант шутки придумали студенты Калифорнийского университета в Санта-Крусе Эрик Лехнер, Ларс Норпчен и Мэтью Кауфман в 1990 году, распространив в кампусе листовки, предупреждавшие о загрязнении воды опасным веществом — монооксидом дигидрогена. Мысль возникла у Мэтью по аналогии с предупреждением о «гидроксиде водорода», опубликованном в мичиганской газете «Дюранд Экспресс», после чего трое приятелей решили придумать термин, который «звучал бы ещё опаснее». Эрик напечатал предупреждение на компьютере, после чего листовка была размножена на копировальном аппарате.

Крейг Джексон создал веб-страницу «Объединения за запрещение DHMO». В 1997 году Натан Зонер, 14-летний ученик школы Игл-Рок в городе Айдахо-Фолс, штат Айдахо, собрал 43 голоса за запрещение химиката, опросив 50 одноклассников. За своё исследование, озаглавленное «Насколько мы легковерны?», Зонер получил первую премию на научной ярмарке Айдахо-Фолс. В знак признания его эксперимента журналист Джеймс К. Глассман придумал термин «зонеризм» (англ. Zohnerism), что означает «использование факта, которое приводит к ложным выводам публику, не сведущую в науке и математике». 1 апреля 1998 года член австралийского парламента объявил о начале кампании по запрещению дигидрогена монооксида на международном уровне. Предупреждение на веб-сайте Первое упоминание на веб-страницах было приписано «Pittsburgh Post-Gazette» «Объединению по запрещению дигидрогена монооксида» — вымышленной организации, придуманной Крэйгом Джексоном. Предупреждение (в котором все утверждения соответствуют действительности) выглядело так: "Недавно исследователи открыли факт загрязнения наших водопроводных систем опасным химикатом. Этот химикат бесцветный, безвкусный и не имеет запаха. Он убивает бесчисленное множество людей каждый год. Правительство не предприняло никаких попыток регулирования этого опасного заражения. Данный химикат называется «дигидрогена монооксид». Химикат используется для следующих целей:

-В производстве как растворитель и охладитель

-В ядерных реакторах

-В производстве пенопласта

-В огнетушителях

-В химических и биологических лабораториях

-В производстве пестицидов

-В искусственных пищевых добавках

-Химикат является основной составляющей кислотных дождей

-Способствует эрозии почвы

-Ускоряет коррозию и вредит большинству электроприборов

-Длительный контакт с химикатом в его твёрдой форме приводит к серьёзным повреждениям кожи человека

-Контакт с газообразной формой химиката приводит к сильным ожогам

-Вдыхание даже небольшого количества химиката грозит смертельным исходом

-Химикат обнаружен в злокачественных опухолях, нарывах, язвах и прочих болезненных изменениях тела

-Химикат развивает наркозависимость; жертвам при воздержании от потребления химиката грозит смерть в течение 168 часов

-Ни один известный очиститель не способен полностью очистить воду от этого химиката.

Несмотря на эти опасности, химикат активно и безнаказанно используется в индустрии. Многие корпорации ежедневно получают тонны химиката через специально проложенные подземные трубопроводы. Люди, работающие с химикатом, как правило, не получают спецодежды и инструктажа. Отработанный химикат тоннами выливается в реки и моря.

Мы призываем население проявить сознательность и протестовать против дальнейшего использования этого опасного химиката."


17

Роданистоводородная кислота

Роданистоводородная кислота —

желтоватая, маслянистая, резко пахнущая жидкость. Химическая формула

HNCS.

Роданистоводородная кислота устойчива

только при низких температурах (около

−90 °C) или в разбавленных водных

растворах (менее чем в 5%-ных). Является

сильной кислотой — её растворы почти

полностью диссоциированы. Хорошо

растворяется в воде и ряде органических

растворителей (этанол, диэтиловый

эфир, бензол)

В интервале от −90 °C до −85 °C

полимеризуется в бесцветную

кристаллическую массу. При слабом

нагревании в вакуумеобразуется родануровая

кислота (HNCS)3, которая переходит обратно

в HNCS при 3-5 °C. Водные растворы

устойчивы до 5 % концентрации, в более

концентрированных растворах разлагается,

переходя в т. н. ксантогеновый водород и ряд

других продуктов.

Реагирует с щелочными металлами.

Восстанавливается цинком в соляной

кислоте до метиламина и 1,3,5-тритиана

(тримертиоформальдегида).

Окисляется перманганатом калия до серной

кислоты, пероксидом водорода —

до синильной кислоты, бромом — до цианида

брома. Медленное окисление приводит к

родану (SCN)2. Сероводородом разлагается

до сероуглерода и аммиака. Присоединяется

к ненасыщенным соединениям. Соли этой

кислоты называются тиоцианатами.

Практическое применение находят только

её соли, а также сложные эфиры, используемые

как инсектициды и фунгициды.

Сероуглерод

Сероуглерод CS2 — соединение серы с углеродом, бесцветная жидкость с неприятным запахом. Молекула CS2 линейна, длина связи С—S = 0,15529 нм; энергия диссоциации 1149 кДж/моль. Сероуглерод токсичен, огнеопасен, имеет самый широкий диапазон концентрационных пределов взрываемости. Подобно диоксиду углерода, CS2 является кислотным ангидридом и при взаимодействии с некоторыми сульфидами может образовывать соли тиоугольной кислоты (Н2СS3). При реакции с щелочами образуются соли дитиоугольной кислоты и продукты их диспропорционирования. Однако, сероуглерод, в отличие от диоксида углерода, проявляет большую реакционную способность по отношению к нуклеофилам и легче восстанавливается. Такими сильными окислителями, как, например, перманганат калия, сероуглерод разлагается с выделением серы. С оксидом серы (VI) сероуглерод взаимодействует с образованием серооксида углерода. С оксидом хлора(I) образует фосген. При взаимодействии с первичными или вторичными аминами в щелочной среде, образуются соли дитиокарбаматы. Для растворимых дитиокарбаматов характерно образование комплексов с металлами, что используется в аналитической химии. Они также имеют большое промышленное значение в качестве катализаторов вулканизации каучука. Со спиртовыми растворами щелочей образует ксантогенаты. Серуглерод хлорируется в присутствии катализаторов до перхлорметилмеркаптана CCl3SCl, использующегося в синтезе тиофосгена CSCl2. Избытком хлора сероуглерод хлорируется до четыреххлористого углерода. При температурах выше 150 °C протекает гидролиз сероуглерода по реакции. В промышленности получают по реакции метана с парами серы в присутствии силикагеля при 500—700 °C в камере из хромоникелевой стали. Также сероуглерод можно получить взаимодействием древесного угля и паров S при 750—1000 °C. Хорошо растворяет жиры, масла, смолы, каучук, используют как экстрагент; растворяет серу, фосфор, иод, нитрат серебра. Большая часть (80 %) производимого сероуглерода идет в производство вискозы - сырья в производстве вискозного волокна («искусственного шелка»). Его применяют для получения различных химических веществ (ксантогенатов, четыреххлористого углерода, роданидов).


18

Нитрид титана

Нитрид титана — бинарное химическое соединение

титана с азотом. Представляет собой фазу внедрения с широкой областью гомогенности, которая составляет от

14,8 до 22,6 % азота (по массе), что можно обозначить

брутто-формулами от TiN0,60 до TiN1,0 соответственно.

Нитрид титана представляет собой порошок желто-коричневого цвета, а в компактном состоянии

приобретает золотистую окраску. Имеет кубическую гранецентрированную решётку типа NaCl,

пространственная группа Fm3m, с периодом а = 0,4235

нм. Удельное электрическое сопротивление 40 мкОм∙см

Коэффициент линейного теплового расширения 9,35∙10−6 1/K (25-1100 °C) Микротвердость 2050 кг/мм2

Модуль упругости 25600 кг/мм2

Нитрид титана можно получить одним из следующих

способов. Непосредственным насыщением титана азотом:

Процесс азотирования проводят обычно при температуре выше 1100 °C в среде азота или

диссоциированного аммиака. Для этой цели используют

титан в виде порошка или стружки. Чистый порошок титана может быть заменен гидридом титана;

Взаимодействием тетрахлорида титана со смесью азота и водорода:

В основе этого способа лежит реакция:

2TiCl4 + 2NH3 = 2TiN + 6HCl + Cl2 которую проводят при температуре выше 1000 °C. Так же нитрид титана можно осадить на вольфрамовую нить

нагретую до температуры 1400—2000 °C; Разложением аминохлоридов титана:

TiCl4•4NH3 → TiN + HCl + NH3

Аминохлорид титана разлагается с образованием промежуточного продукта TiNCl, нагрев которого до

температуры 1000 °C приводит к образованию чистого от хлора нитрида титана; Восстановлением оксида титана углеродом в среде азота:

В основе процесса лежит реакция: 2TiO2 + 4C + N2 = 2TiN + 4CO

С увеличение температуры процесса восстановления с 1000 °C до 1700 °C выход нитрида титана увеличивается, но при этом в продуктах реакции наблюдается появление карбида титана. Этот способ весьма пригоден для

получения технически чистого нитрида титана в больших количествах, используемого для изготовления

огнеупоров; Синтезом в плазме:

Как исходный продукт для получения нитрида титана может быть использован TiCl4 или порошок титана, который подаю в струю плазмы генерируемую СВЧ-плазмотроном. Плазмообразующим газом является азот.

Порошки полученные этим способом могут иметь размеры от 10 нм до 100 нм;

Самораспространяющимся высокотемпературным синтезом: Суть способа заключается в химической реакции титана с азотом, которая происходит с выделением тепла.

Процесс ведут в герметическом реакторе, в котором процесс самопроизвольного горения инициируют нагревом контейнера заполненного азотом и порошком титана.

Нитрид титана устойчив к окислению на воздухе до 700—800 °C, при этих же температурах сгорает в токе

кислорода:

2TiN + 2O2 = 2TiO2 + N2


19

При нагреве до 1200 °C в среде водорода или в смеси азота и водорода нитрид титана является инертным

веществом. Нитрид титана стехиометрического состава проявляет стойкость к CO, но медленно реагирует с CO2 по реакции:

2TiN + 4CO2 → 2TiO2 + 4CO + N2

Реагирует на холоде с фтором:

2TiN + 4F2 = 2TiF4 + N2 Хлор не взаимодействует с нитридом титана до 270 °C, но реагирует с ним при температурах от 300 °C до 400

°C: 2TiN + 4Cl2 = 2TiCl4 + N2

При температуре 1300 °C хлороводород взаимодействует с TiN с образованием газообразных хлоридов титана и азота с водородом.

Взаимодействует с дицианом образуя карбонитрид титана:

10TiN + (CN)2 = 2Ti5N4C + 2N2 При комнатной температуре, по отношению к серной, соляной, фосфорной, хлорной кислотам, а также к смесям

хлорной и соляной, щавелевой и серной кислот, нитрид титана является стойким соединением. Кипящие кислоты (соляная, серная и хлорная) слабо взаимодействуют с TiN. На холоде малоустойчив против растворов

гидроксида натрия. Взаимодействует с азотной кислотой, а в присутствии сильных окислителей растворяется

плавиковой кислотой. Нитрид титана является стойким к действию расплавов олова, висмута, свинца, кадмия и цинка. При высокой

температуре сильно разъедается окислами железа (Fe2O3), марганца (MnO), кремния (SiO2) и стеклом.

Применяется как жаропрочный материал, в частности из него делают тигли для бескислородной плавки

металлов. В металлургии это соединение встречается в виде относительно крупных (единицы и десятки микрон) неметаллических включений в сталях, легированных титаном. Такие включения имеют, как правило, форму

квадратов и прямоугольников, их легко идентифицировать методом металлографического анализа. Такие крупные частицы нитрида титана, образующиеся из расплава, приводят к ухудшению качества литого металла.

Нитрид титана используется для создания износостойких покрытий (в частности, для зубных протезов жёлтого «под золото» цвета), используется в микроэлектронике в качестве диффузионного барьера совместно с медной

металлизацией и др.

Нитрид титана применяется ещё и как износостойкое и декоративное покрытие. Изделия, покрытые им, по внешнему виду не отличаются от золота и могут иметь различные оттенки, в зависимости от соотношения

металла и азота в соединении. Нанесение нитрида титана производится в специальных камерах термодиффузионным методом. При высокой температуре титан и азот реагируют вблизи поверхности

покрываемого изделия и диффундируют в саму структуру металла.


20

Органика


21

"Олимпицен" - молекула в форме олимпийских колец (C19H12)

Впервые молекулу синтезировали ученые из британского Уорикского университета. Их команда работала с

исследователями компании IBM, которые получили первую фотографию отдельной молекулы с использованием бесконтактной атомно-силовой микроскопии в 2009 году.

Тогда экспертам IBM из Цюриха удалось сфотографировать молекулу пентацена - состоящую из пяти

шестигранных колец углерода, соединенных между собой. Автором идеи "олимпицена" был профессор Грэм Ричардс, бывший руководитель кафедры химии Оксфордского

университета. Он предложил создать молекулу, как и его предшественники три года назад, на олимпийскую тематику.

"Я присутствовал на заседании комитета Королевского химического общества, обсуждал, что мы можем сделать

по случаю Олимпиады. Я подумал, что молекула, которую я нарисовал, похожа на олимпийские кольца, и такого никто пока не создал", - рассказал Би -Би-Си профессор Ричардс.

В свою очередь, исследователи Уорикского университета Аниш Мистри и Дэвид Фокс разработали химический рецепт для синтеза олимпийской молекулы и сфотографировали ее при помощи специального сканирующего

туннельного микроскопа. Однако ни один метод не дал такого детального изображения молекулы, как бесконтактная атомно-силовая

микроскопия, с помощью которой даже малейшую молекулу моноокись углерода можно увидеть с

беспрецедентным разрешением. Проект реализовали ученые из университета Уорикшира, которые таким образом захотели отметить проведение

летних Олимпийских игр в Лондоне в июле 2012 года и одновременно заинтересовать химией новое поколение студентов.

Изображение показывает структуру молекулы - соединенные между собой кольца,напоминающие как

олимпийскую символику, так и множество атомов углерода, соединенных в кольцо. Профессор Ричардс надеется, что синтез олимпийской молекулы сделает химию популярной среди студентов.

"Молекулы такого типа могут иметь коммерческое применение, но мы хотели в первую очередь заинтересовать людей химией как наукой через связь с Олимпийскими играми", - пояснил ученый.

Порошок олимпицена. Сразу после приготовления он имеет белый цвет, но со временем желтеет под действием

света.


22

Бензойная кислота

Бензойная кислота C6H5СООН — простейшая

одноосновная карбоновая кислота ароматического

ряда.

Впервые выделена возгонкой в 16 веке

из бензойной смолы (росного ладана), отсюда

и получила своё название. Этот процесс был

описан у Нострадамуса (1556), а затем

у Жироламо Рушелли (1560, под псевдонимом

Alexius Pedemontanus) и у Blaise de Vigenère

(1596).

В 1832 году немецкий химик Юстус фон

Либих определил структуру бензойной

кислоты. Он также исследовал, как она

связана сгиппуровой кислотой.

В 1875 немецкий физиолог Эрнст Леопольд

Зальковский исследовал противогрибковые

свойства бензойной кислоты, которая долгое

время использовалась в консервировании

фруктов.

Бензойная кислота — белые кристаллы,

плохо растворимые в воде, хорошо —

в этаноле, хлороформе и диэтиловом эфире.

Бензойная кислота является, подобно

большинству других органических кислот,

слабой кислотой (pKa 4.21).

Чистая кислота имеет температуру плавления

122.4 °C, температуру кипения 249 °C.

Легко возгоняется; перегоняется с водяным

паром, поэтому не следует концентрировать

водные растворы бензойной кислоты

упариванием.

Получение

Получают бензойную кислоту

окислением толуола перманганатом

калия, оксидом хрома

(VI), азотной или хромовой кислотой, а также

декарбоксилированием фталевой кислоты.

В промышленных масштабах бензойную

кислоту получают

окислением толуола кислородом при

участии катализатора (нафтената

марганца или кобальта).

Лабораторный синтез

Безойная кислота дешева и легкодоступна.

Поэтому лабораторный синтез используется в

педагогических целях. Очистку бензойной

кислоты удобно проводить

перекристаллизацией из воды. Другие

растворители для

перекристаллизации: уксусная

кислота (ледяная и

водная), бензол, ацетон, петролейный эфир и

водный этанол.

Гидролиз

Бензамид и бензонитрил гидролизуются в

воде в присутствии кислоты или основания до

бензойной кислоты.

Реакция Канниццаро

Бензальдегид в основной среде претерпевает

преобразование по реакции Канниццаро. В

итоге получается бензойная кислота

и бензиловый спирт.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Benzoic_acid-chemical-synthesis-1.png?uselang=ru


23

Реакция Гриньяра

Из бромбензола по реакции

карбоксилирования фенилмагний бромида.

C6H5MgBr + CO2 → C6H5CO2MgBr

C6H5CO2MgBr + HCl → C6H5CO2H + MgBrCl

Окисление

Бензоилхлорид, Толуол или бензиловый

спирт могут быть окислены перманганатом

калия до бензойной кислоты

C6H5CH2Cl + 2 KOH + 2 [O] → C6H5COOH + KCl

+ H2O

Первый производственный процесс включал в себя гидролиз бензотрихлорида под

действием гидроксида кальция в воде в

присутствии железа или его солей в качестве катализатора. Образующийся бензоат кальция

переводили в бензойную кислоту обработкой соляной кислотой. Продукт содержал

значительный количества хлорпроизводных

бензойной кислоты. Поэтому не использовался в качестве пищевой добавки. В настоящее время в

пищу используется бензойная кислота, получаемая синтетически.

Бензойная кислота в свободном виде и виде

сложных эфиров встречается в составе

многих растений и животных. Значительное

количество бензойной кислоты находится в

ягодах (около 0,05 %). Зрелые плоды

некоторых видов вакциниума содержат

большое количество свободной бензойной

кислоты. Например, в бруснике - до 0,20 % в

спелых ягодах, и в клюкве - до 0,063 %.

Бензойная кислота также образуется в

яблоках после заражения грибком Nectria

galligena. Среди животных, бензойная кислота

обнаружена в основном во всеядных или

фитофагных видах, например, во внутренных

органах и мускулах тундряной

куропатки (Lagopus muta), также как и в

выделениях самцов овцебыка или азиатского

слона.

Безойная смола содержит до 20 % бензойной

кислоты и 40 % бензойных эфиров.

Бензойная кислота присутствует, как

часть гиппуровой кислоты (N-бензоилглицин)

в моче млекопитающих,

особенно травоядных животных. Бензойная

кислота хорошо всасывается, через коэнзим

А связывается с аминокислотой глицином в

гиппуровую кислоту и в таком виде

выводится через почки. Человек выделяет

около 0,44 г/л гиппуровой кислоты в день в

моче и больше, если находится в контакте

с толуолом или бензойной кислотой. Для

человека считается безопасным потребление

5 мг/кг массы тела в день. Коты имеют

гораздо более низкую толерантность к

бензойной кислоте, чем мыши и крысы.

Летальная доза для котов 300 мг/кг массы

тела. ОральнаяЛД50 для крыс 3040 мг/кг, для

мышей 1940—2260 мг/кг.

Реакции бензойной кислоты обусловлены

наличием бензольного кольца

и карбоксильной группы, а также их

взаимным влиянием.

Бензольное кольцо

Электрофильное ароматическое

присоединение происходит по 3-му

положению из-за электроноакцепторных

свойств карбоксильной группы. Второе

замещение происходит сложнее (правая

часть) благодаря деактивации нитрогруппой.

Наоборот, при введении электронодонорного

заместителя (например, алкила), второе

замещение происходит легче.

Карбоксильная группа

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Benzaldehyde_Cannizzaro_reaction.png?uselang=ru

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Benzoic_acid-reaction-1.gif


24

Все реакции характерные для карбоксильной

группы возможны с бензойной кислотой:

Эфиры бензойной кислоты — продукты

кислотнокатализируемой реакции со

спиртами

Амиды бензойной кислоты легко

доступны, используя для их синтеза

активированные производные(такие как

бензоилхлорид), или сочетающие

реагенты используемые в пептидном

синтезе такие как ДЦГК и ДМАП.

Более активный бензойный

ангидрид образуется при

дегидратации уксусным

ангидридом или оксидом фосфора

Высокоактивные галогенангидриды легко

получаются действием хлоридом

фосфора(V) или тионилхлорида

Ортоэфиры могут быть получены в сухих

условиях реакцией бензонитрила в

кислой среде со спиртами

Восстановление до бензальдегида или

бензилового спирта возможно при

использовании LiAlH4 или борогидрида

натрия

Декарбоксилирование серебряной соли

может быть проведено при нагревании,

бензойная кислота может быть

декарбоксилирована при нагревании с

сухими щелочами или гидроксидом

кальция.

Бензойная кислота образует соли

Глицин

Глицин (аминоуксусная кислота, аминоэтановая

кислота) —

простейшая алифатическая аминокислота, единственная аминокислота, не

имеющая оптических изомеров. Название глицина происходит от др.-греч. γλυκύς, glycys — сладкий,

из-за сладковатого вкуса аминокислоты. Применяется в медицине в

качестве ноотропного лекарственного средства.

Глицином («глицин-фото», параоксифенилглицин) также иногда называют п-гидроксифениламиноуксусную кислоту, проявляющее вещество в фотографии.

Глицин можно получить в ходе гидролиза

белков или путем химического синтеза:

CH3COOH + Cl2 +

(катализатор) → CH2ClCOOH + HCl; CH2ClC

OOH + 2NH3 → NH2 —CH2COOH + NH4Cl

Глицин входит в состав многих белков и

биологически активных соединений. Из

глицина в живых клетках

синтезируются порфириныи пуриновые

основания.

Глицин также

является нейромедиаторной аминокислотой,

проявляющей двоякое действие. Рецепторы к

глицину имеются во многих

участках головного мозга и спинного мозга.

Связываясь с рецепторами (кодируемые

генами GLRA1, GLRA2, GLRA3 и GLRB), глицин

вызывает «тормозящее» воздействие

на нейроны, уменьшают выделение из

нейронов «возбуждающих» аминокислот,

таких, как глутаминовая кислота, и повышают

выделение ГАМК. Также глицин связывается

со специфическими сайтами NMDA-

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Benzoic_acid-reaction-2.gif


25

рецепторов и, таким образом, способствует

передаче сигнала от возбуждающих

нейротрансмиттеров глутамата и аспартата. В

спинном мозге глицин приводит к

торможению мотонейронов, что позволяет

использовать глицин в неврологической

практике для устранения повышенного

мышечного тонуса.

Фармакологический препарат глицина

оказывает седативное (успокаивающее),

мягкое транквилизирующее

(противотревожное) и слабое

антидепрессивное действие, уменьшает

чувство тревоги, страха,

психоэмоционального напряжения, усиливает

действие противосудорожных

препаратов, антидепрессантов, антипсихотик

ов, включен в ряд терапевтических практик

по снижению алкогольной, опиатной и других

видов абстиненции, как вспомогательный

препарат оказывающий слабовыраженное

седативное и транквилизирующее действие.

Обладает

некоторыми ноотропными свойствами,

улучшает память и ассоциативные процессы.

Глицин является регулятором обмена

веществ, нормализует и активирует процессы

защитного торможения в центральной

нервной системе, уменьшает

психоэмоциональное напряжение, повышает

умственную работоспособность.

Глицин обладает глицин- и ГАМК-ергическим,

альфа1-

адреноблокирующим, антиоксидантным,

антитоксическим действием; регулирует

деятельность глутаматных (NMDA)

рецепторов, за счет чего препарат способен:

уменьшать психоэмоциональное

напряжение, агрессивность,

конфликтность, повышать социальную

адаптацию;

улучшать настроение;

облегчать засыпание и нормализовать

сон;

повышать умственную

работоспособность;

уменьшать вегето-сосудистые

расстройства (в том числе и в

климактерическом периоде);

уменьшать выраженность общемозговых

расстройств при ишемическом инсульте и

черепно-мозговой травме;

уменьшать токсическое действие

алкоголя и лекарственных средств,

угнетающих функции ЦНС;

снижать влечение к сладостям.

Легко проникает в большинство

биологических жидкостей и тканей

организма, в том числе в головной мозг;

метаболизируется до воды и углекислого

газа, накопление его в тканях не происходит.

Глицин содержится в значительных

количествах в церебролизине (1,65–1,80

мг/мл).

Глицин был обнаружен на

комете 81P/Вильда (Wild 2) в рамках

распределённого проекта

Stardust@Home. Проект направлен на анализ

данных от научного

корабляСтардаст («Звёздная пыль»). Одной

из его задач было проникнуть в хвост

кометы 81P/Вильда (Wild 2) и собрать

образцы вещества — так называемой

межзвёздной пыли, которая представляет

собой древнейший материал, оставшийся

неизменным со времен образования

Солнечной системы 4,5 млрд лет назад.

15 января 2006 года после семи лет

путешествия космический корабль вернулся

назад и сбросил на Землю капсулу с

образцами звездной пыли. В этих образцах

были найдены следы глицина. Вещество явно

имеет неземное происхождение, потому что в

нём гораздо больше изотопов C¹³, чем в

земном глицине.


26

Реакция Белоусова—Жаботинского

Реакция Белоусова—Жаботинского — класс химических реакций, протекающих в колебательном режиме,

при котором некоторые параметры реакции (цвет, концентрация компонентов, температура и др.) изменяются

периодически, образуя сложную пространственно-временную структуру реакционной среды.

В настоящее время под этим названием объединяется целый класс родственных химических систем, близких по

механизму, но различающихся используемыми катализаторами (Ce3+, Mn2+ и комплексы Fe2+, Ru2+),

органическими восстановителями (малоновая кислота, броммалоновая кислота, лимонная кислота, яблочная

кислота и др.) и окислителями (броматы, иодаты и др.).

При определенных условиях эти системы могут демонстрировать очень сложные формы поведения от

регулярных периодических до хаотических колебаний и являются важным объектом исследования

универсальных закономерностей нелинейных систем. В частности, именно в реакции Белоусова — Жаботинского

наблюдался первый экспериментальный странный аттрактор в химических системах и была осуществлена

экспериментальная проверка его теоретически предсказанных свойств.

История открытия колебательной реакции Белоусовым Б.П, экспериментальное исследование её и

многочисленных аналогов, изучение механизма, математическое моделирование, историческое значение

приведены в коллективной монографии[.

Борис Павлович Белоусов проводил исследования цикла Кребса, пытаясь найти его неорганический аналог. В

результате одного из экспериментов в 1951 году, а именно окисления лимонной кислоты броматом калия в

кислотной среде в присутствии катализатора — ионов церия Ce+3, он обнаружил автоколебания. Течение

реакции менялось со временем, что проявлялось периодическим изменением цвета раствора от бесцветного

(Ce+3) к жёлтому (Ce+4) и обратно. Эффект ещё более заметен в присутствии индикатора ферроина. Сообщение

Белоусова об открытии было встречено в советских научных кругах скептически, поскольку считалось, что

автоколебания в химических системах невозможны. Статью Белоусова дважды отклоняли в редакциях советских


27

журналов, поэтому опубликовать результаты исследований колебательной реакции он смог только в

сокращённом виде спустя 8 лет в ведомственном сборнике, выходившим небольшим тиражом. Впоследствии эта

статья стала одной из самых цитируемых в данной области, а реакция получила название реакции Белоусова.

Дальнейшее развитие исследований этой реакции произошло, когда профессор Симон Эльевич

Шноль предложил своему аспиранту Анатолию Жаботинскому исследовать механизм реакции. От приглашения

проводить совместные исследования Белоусов отказался, хотя выражал удовлетворение тем, что его работа

продолжена. Группа Жаботинского провела подробные исследования реакции, включая её различные варианты,

а также составила первую математическую модель. Основные результаты были изложены в книге Жаботинского

«Концентрационные колебания».

В 1969 году Жаботинский с коллегами обнаружили, что если реагирующую смесь разместить тонким плоским

слоем, в нём возникают волны изменения концентрации, которые видны невооружённым глазом в присутствии

индикаторов.

Сейчас известно довольно много реакций типа Белоусова — Жаботинского, например, реакция Бриггса —

Раушера.

Жаботинский предложил первое объяснение механизма реакции и простую математическую модель, которая была способна демонстрировать колебательное поведение. В дальнейшем описание механизма было расширено

и уточнено, экспериментально наблюдаемые динамические режимы, включая хаотические, были теоретически рассчитаны и показано их соответствие эксперименту. Полный список элементарных стадий реакции очень

сложен и составляет почти сотню реакций с десятками веществ и интермедиатов. До сих пор подробный

механизм неизвестен, особенно константы скоростей реакций.

Реакция Белоусова — Жаботинского стала одной из самых известных в науке химических реакций, её

исследованиями занимаются множество учёных и групп различных научных дисциплин и направлений во всём

мире: математике, химии, физике, биологии. Обнаружены её многочисленные аналоги в разных химических

системах (см., например, твердофазный аналог — органический самораспространяющийся высокотемпературный

синтез). Опубликованы тысячи статей и книг, защищено множество кандидатских и докторских диссертаций.

Открытие реакции фактически дало толчок к развитию таких разделов современной науки, как синергетика,

теория динамических систем и детерминированного хаоса.

Учитывая значимость выявленных реакций для науки, эта работа была признана как научное открытие и

занесена в Государственный реестр открытий СССР под № 174.


28

Физхимия


29

Ионизация

Ионизация — эндотермический процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул.

Положительно заряженный ион образуется, если электрон в атоме или молекуле получает достаточную энергию

для преодоленияпотенциального барьера, равную ионизационному потенциалу. Отрицательно заряженный ион,

наоборот, образуется при захвате дополнительного электрона атомом с высвобождением энергии.

Принято различать ионизацию двух типов — последовательную (классическую) и квантовую, не подчиняющуюся

некоторым законам классической физики.

Аэроионы, кроме того, что они бывают положительными и отрицательными, разделяются на лёгкие, средние и

тяжёлые ионы. В свободном виде (при атмосферном давлении) электрон существует не более, чем 10−7 —

10−8 секунды.

Электролиты — вещества, растворённые в воде. К электролитам относятся

растворимые соли, кислоты, гидроксиды металлов. В процессе растворения молекулы электролитов распадаются

на катионы и анионы. Фарадей, полагаясь на данные, полученные из экспериментов с электролизом, вывел

формулу о пропорциональности массы m к заряду Δq, который прошёл через электролит, или о

пропорциональности массы m к силе тока I и времени Δt: .

Газы по большей мере состоят из нейтральных молекул. Однако если часть молекул газов ионизируется, газ

проводит электрический ток. Есть два основных способа ионизации в газах:

Термическая ионизация — ионизация, при которой необходимую энергию для отрыва электрона от атома дают

столкновения между атомами вследствие повышения температуры;

Ионизация электрическим полем — ионизация вследствие повышения значения напряжения внутреннего

электрического поля выше предельного значения. Из этого следует отрыв электронов от атомов газа.

Квантовая ионизация

В 1887 году Генрих Герц установил, что под действием света из тела могут вырываться электроны — было

открыто явление фотоэффекта. Это не согласовывалось сволновой теорией света — она не смогла объяснить

законы фотоэффекта и наблюдаемое разделение энергии в спектре электромагнитного излучения. В 1900

году Макс Планк установил, что тело может поглощать или испускать электромагнитную энергию только

специальными порциями, квантами. Это дало теоретическую основу для объяснения явлений фотоэффекта.

Чтобы объяснить явления фотоэффекта, в 1905 году Альберт Эйнштейн выдвинул гипотезу про

существование фотонов как частичек света, что позволяет объяснить квантовую теорию — фотоны, которые

способные поглощаться или излучаться как целое одним электроном, придают ему достаточную кинетическую

энергию для преодоления силы тяготения электрона к ядру — возникает квантовая ионизация.

Методы ионизации

Искровая ионизация: за счёт разницы потенциалов между кусочком исследуемого материала и

другим электродом возникает искра, вырывающая с поверхности мишени ионы.

Ионизация в тлеющем разряде происходит в разрежённой атмосфере инертного газа (например, в аргоне)

между электродом и проводящим кусочком образца.


30

Ударная ионизация. Если какая-либо частица с массой m (электрон, ион или нейтральная молекула), летящая

со скоростью V, столкнётся с нейтральным атомом или молекулой, то кинетическая энергия летящей частицы

может быть затрачена на совершение акта ионизации, если эта кинетическая энергия не меньше энергии

ионизации.


31

Приближение Борна — Оппенгеймера

Приближение Борна — Оппенгеймера — вариация адиабатического приближения уравнения

Шрёдингера в квантовой механике, метод анализа молекулярных систем, заключающийся в том, что в системе

выделяют и раздельно описывают ядра атомов иэлектроны, для которых характерные времена изменения

состояния сильно различаются.

Масса ядра значительно превышает массу электрона, вследствие чего скорость движения ядер мала по

отношению к скорости движения электронов. В результате медленно движущиеся ядра

образуют электростатическое поле, в котором с намного большей скоростью движутся электроны, успевающие

мгновенно подстроиться к любому изменению координат ядер. Поэтому в приближении считают ядра

фиксированными и рассматривают только движение электронов. На языке квантовой механики это эквивалентно

допущению, что полная волновая функция молекулы может быть выражена в виде произведения электронной и

ядерной функций:

(1)

Приближение Борна-Оппенгеймера является существенным для квантовой химии. В этом приближении полная

энергия молекулы представляет собой сумму электронной энергии, вычисленной при фиксированной

конфигурации ядер, и колебательно-вращательной энергии ядер:

(2)

Обоснование применимости

Уравнение Шрёдингера для молекулы с N ядрами и n электронами и волновой функцией приближения имеет вид

(3)

— постоянная Дирака ( ); — энергия отталкивания ядер; — энергия притяжения

электронов к ядрам; — энергия отталкивания электронов.

Электронная функция определяется как собственная функция оператора :

, (4)


32

где — электронная энергия, обусловленная движением n электронов в поле N ядер молекулы, плюс энергия

взаимодействия между ядрами . Величину называют адиабатическим электронным

термом молекулы или адиабатическим потенциалом.

Учитывая что

;

,

уравнение 3 приобретает вид:

(5)

Пренебрегая выражением в первых круглых скобках получаем уравнение:

Разделив все члены этого уравнения на и принимая во внимание 4 получается уравнение для

определения :

.

Пренебрежение скобками в уравнении 5 означает, что электронная волновая функция должна быть

настолько медленно меняющейся функцией ядерных координат R, что можно пренебречь ее первой и второй

производными по этим координатам. М. Борн и Р. Оппенгеймер в 1927 году впервые показали, что электронные

волновые функции обычно подчиняются этому условию с требуемой степенью точности.

Для случая устойчивых многоатомных молекул существует простой критерий применимости приближения Б.-О.

,

(6)

где — наибольшая из частот малых колебаний ядер вблизи точки равновесия, и — энергии двух

соседних электронных состояний. Критерий 6 обычно выполняется для многих молекул, вследствие этого

расчеты физических характеристик молекул, основанные на приближении Б.-О., позволяют получить

данные, хорошо согласующиеся с экспериментальными результатами. Ошибка, вносимая при использовании

такого приближения, намного меньше ошибок, вносимых другими приближениями. Это позволяет

ограничиваться решением только одного электронного уравнения 4. Поправки для возбужденных

электронных состояний значительнее, но обычно ими также можно пренебречь по сравнению с

неточностями, обусловленными приближенным решением электронного уравнения Шрёдингера 4.


33

Люди и Истории


34

Нобелевская эпопея Д.И.Менделеева

Гриф секретности, который позволяет

предавать гласности обстоятельства выдвижения и рассмотрения кандидатур,

подразумевает полувековой срок, то есть о том, что происходило в первом десятилетии

XX века в Нобелевском комитете было известно уже в 1960-е годы.

Иностранные учёные выдвигали Дмитрия

Ивановича Менделеева на Нобелевскую премию в 1905, 1906 и 1907 годах

(соотечественники — никогда). Статус премии подразумевал ценз: давность открытия — не

более 30 лет. Но фундаментальное значение

периодического закона получило подтверждение именно в начале XX века, с

открытием инертных газов. В 1905 году кандидатура Д. И. Менделеева оказалась в

«малом списке» — с немецким химиком-

органиком Адольфом Байером, который и стал лауреатом. В 1906 году его выдвинуло ещё

большее число иностранных учёных. Нобелевский комитет присудил Д. И.

Менделееву премию, но Шведская королевская академия наук отказалась

утвердить это решение, в чём сыграло

решающую роль влияние С. Аррениуса, лауреата 1903 года за теорию

электролитической диссоциации — как

указано выше, существовало заблуждение о неприятии этой теории Д. И. Менделеевым;

лауреатом стал французский учёный А. Муассан — за открытие фтора. В 1907 году

было предложено «поделить» премию между итальянцем С. Канниццаро и Д. И.

Менделеевым (русские учёные опять в его

выдвижении не участвовали). Однако 2 февраля учёный ушёл из жизни.

Между тем, не следует забывать и о конфликте Д. И. Менделеева с братьями

Нобелями (на протяжении 1880-х годов),

которые, пользуясь кризисом нефтяной промышленности и стремясь к монополии на

бакинскую нефть, на её добычу и перегонку, с этой целью спекулировали «дышащими

интригою слухами» о её истощении. Д. И. Менделеев тогда же, проводя исследования

состава нефти разных месторождений,

разработал новый способ дробной её перегонки, позволявший добиться разделения

смесей летучих веществ. Он вел продолжительную полемику с Л. Э. Нобелем и

его сподвижниками, борясь с хищническим

потреблением углеводородов, с идеями и методами, способствовавшими тому; в числе

прочего, к превеликому неудовольствию своего оппонента, использовавшего для

утверждения своих интересов не вполне

благовидные приёмы, доказал необоснованность мнения об оскудении

каспийских источников. Между прочим, именно Д. И. Менделеев предложил ещё в

1860-е годы строительство нефтепроводов, с успехом внедрённых с 1880-х Нобелями,

которые, тем не менее, крайне отрицательно

отнеслись к его же предложению доставки таким и другими способами сырой нефти в

Центральную Россию, поскольку, хорошо сознавая выгоду в этом для государства в

целом, видели в том и ущерб собственному

монополизму. Нефти (изучению состава и свойств, перегонке и другим вопросам, к этой

теме относящимся) Д. И. Менделеев посвятил около 150 работ.


35

ан Шехтман и Квазикристаллы


36

Дан Шехтман и Квазикристаллы

Дан Шехтман родился в Тель-Авиве в 1941 году. Его отец, недавний репатриант Ицхак Шехтман, работал

печатником в типографии. Мать, Натания Ашур, происходила из семьи первопоселенцев, покинувших Украину в

1906 году. Дед по материнской линии, Зеэв Ашур (Вольф Зейликович Побережкин; 1882, Белая Церковь — 1956,

Тель-Авив), из семьи садгорских хасидов, был активистом еврейской социал-демократической рабочей партии

Поалей Цион, редактором партийной газеты на идише «Дер онфанг» (с 1908), основателем первого

социалистического журнала на иврите «Ахдут» (Единство, с Ицхаком Бен-Цви и его женой Рахелью Янаит, 1910).

В академии искусств Бецалель он познакомился со своей будущей женой, ученицей Бориса Шаца, художницей

Шошаной Котляр. Родители Шехтмана развелись, когда он был подростком.

Рос в Бат-Яме и Петах-Тикве. В 1966 году в Технионе получил степень бакалавра, в 1968 году — магистра, а в

1972 году — PhD. После получения степени PhD Шехтман три года изучал свойства алюминидов титана в

лаборатории AFRL при авиабазе Райта-Паттерсона в штате Огайо, США. В 1975 году он устроился на факультет

материаловедения в Технионе. В 1981—1983 годы Шехтман находился в творческом отпуске (англ. Sabbatical) в

Университете Джонса Хопкинса, где он совместно с институтом НИСТ занимался изучением быстроохлаждённых

сплавов алюминия с переходными металлами. Результатом этих исследований стало открытие икосаэдрической

фазы и последующее открытие квазипериодических кристаллов. В 1992—1994 годы Шехтман находился в

творческом отпуске в НИСТе, где занимался изучением влияния дефектных структур кристаллов, выращенных

методом химического осаждения из газовой фазы, на их рост и свойства. В 2004 году Шехтман устроился в

Лабораторию Эймса Университета штата Айова, где ныне проводит от четырёх до пяти месяцев в году.

В 1996 году Шехтман был избран членом Израильской академии наук, в 2000 году — членом Национальной

технической академии США, в 2004 году — членом Европейской академии наук.

Профессор Шехтман на досуге занимается изготовлением ювелирных украшений. В декабре 2011 года он

получил заказ от короля Швеции Карла XVI Густава на украшения для королевы Сильвии

Квазикристалл — твёрдое тело, характеризующееся симметрией, запрещённой в классической кристаллографии

и наличием дальнего порядка. Обладает наряду с кристаллами дискретной картиной дифракции.

Квазикристаллы наблюдались впервые Данoм Шехтманом в экспериментах по дифракции электронов на

быстроохлаждённом сплаве Al6Mn, проведенных 8 апреля 1982 года, за что ему в 2011 году была присвоена

Нобелевская премия по химии. Первый открытый им квазикристаллический сплав получил название

«шехтманит» (англ. Shechtmanite).Статья Шехтмана не была принята к печати дважды и в сокращённом виде

была в конце концов опубликована в соавторстве с привлечёнными им известными специалистами И. Блехом, Д.

Гратиасом и Дж. Каном.Полученная картина дифракции содержала типичные для кристаллов резкие

(Брэгговские) пики, но при этом в целом имела точечную симметрию икосаэдра, то есть, в частности, обладала

осью симметрии пятого порядка, невозможной в трёхмерной периодической решётке. Эксперимент с

дифракцией изначально допускал объяснение необычного явления дифракцией на множественных

кристаллических двойниках, сросшихся в зёрна с икосаэдрической симметрией. Однако вскоре более тонкие

эксперименты доказали, что симметрия квазикристаллов присутствует на всех масштабах, вплоть до атомного, и

необычные вещества действительно являются новой структурой организации материи.

Позднее выяснилось, что с квазикристаллами физики сталкивались задолго до их официального открытия, в

частности, при изучении дебаеграмм, полученных по методу Дебая-Шерера от зёрен интерметаллидов в

алюминиевых сплавах в 1940-х годах. Однако в то время икосаэдрические квазикристаллы были ошибочно

идентифицированы как кубические кристаллы с большой постоянной решетки. Предсказания о существовании

икосаэдрической структуры в квазикристаллах были сделаны в 1981 году Кляйнертом и Маки.

В настоящее время известны сотни видов квазикристаллов, имеющих точечную симметрию икосаэдра, а также

десяти-, восьми- и двенадцатиугольника.

-Детерминистические и энтропийно-стабилизированные квазикристаллы

Существует две гипотезы о том, почему квазикристаллы являются (мета-)стабильными фазами. Согласно одной


37

гипотезе, стабильность вызвана тем, что внутренняя энергия квазикристаллов минимальна по сравнению с

другими фазами, как следствие, квазикристаллы должны быть стабильны и при температуре абсолютного нуля.

При этом подходе имеет смысл говорить об определённых положениях атомов в идеальной

квазикристаллической структуре, то есть мы имеем дело с детерминистическим квазикристаллом. Другая

гипотеза предполагает определяющим вклад энтропии в стабильность. Энтропийно стабилизированные

квазикристаллы при низких температурах принципиально нестабильны. Сейчас нет оснований считать, что

реальные квазикристаллы стабилизируются исключительно за счёт энтропии.

Многомерное описание

Детерминистическое описание структуры квазикристаллов требует указать положение каждого атома, при этом

соответствующая модель структуры должна воспроизводить экспериментально наблюдаемую картину

дифракции. Общепринятый способ описания таких структур использует тот факт, что точечная симметрия,

запрещённая для кристаллической решетки в трёхмерном пространстве, может быть разрешена в пространстве

большей размерности D. Согласно таким моделям структуры, атомы в квазикристалле находятся в местах

пересечения некоторого (симметричного) трёхмерного подпространства RD (называемого физическим

подпространством) с периодически расположенными многообразиями с краем размерности D-3,

трансверсальными физическому подпространству.

«Правила сборки»

Многомерное описание не даёт ответа на вопрос о том, как локальные межатомные взаимодействия могут

стабилизировать квазикристалл. Квазикристаллы обладают парадоксальной с точки зрения классической

кристаллографии структурой, предсказанной из теоретических соображений (мозаики Пенроуза). Теория мозаик

Пенроуза позволила отойти от привычных представлений о федоровских кристаллографических группах

(основанных на периодических заполнениях пространства).

Породы с природными Fe-Cu-Al-квазикристаллами найдены на Корякском нагорье в 1979 году. Однако только в

2009 году учёные из Принстона установили этот факт. В 2011 году они выпустили статью, в которой рассказали,

что данный квазикристалл имеет внеземное происхождение. Летом того же 2011 года в ходе экспедиции в

Россию минералоги нашли новые образцы природных квазикристаллов.


38

Биохимия


39

Холестерин

Холестерин (др.-греч. χολή —

желчь и στερεός — твёрдый;

синоним: холестерол) — органическое соединение, природный жирный

(липофильный) спирт, содержащийся в клеточных мембранах всех живых

организмов за исключением безъядерных

(прокариоты). Нерастворим в воде, растворим в жирах и органических

растворителях. Около 80 % холестерина вырабатывается самим организмом

(печенью,кишечником, почками, надпочечниками, половыми железами), остальные 20 %

поступают с пищей. В организме находится

80 % свободного и 20 % связанного холестерина. Холестерин обеспечивает

стабильность клеточных мембран в широком интервале температур. Он необходим для

выработки витамина D, выработки

надпочечниками различных стероидных гормонов, включая кортизол,альдостерон,

женских половых гормонов эстрогенов и прогестерона,

мужского полового гормонатестостерона, а по последним данным — играет важную роль

в деятельности синапсов головного мозга и

иммунной системы, включая защиту от рака

В 1769 году Пулетье де ла Саль получил из желчных камней плотное белое вещество

(«жировоск»), обладавшее свойствами жиров. В чистом виде холестерин

был выделен химиком, членом национального Конвента и министром

просвещения Антуаном Фуркруа в 1789 году.

В 1815 году Мишель Шеврёль, также выделивший это соединение, назвал его

холестерином («холе» — желчь, «стерин» — жирный). В1859 году Марселен

Бертло доказал, что холестерин принадлежит

к классу спиртов, после чего французы переименовали холестерин в «холестерол». В

ряде языков (русском, немецком, венгерском

и др.) сохранилось старое название —

холестерин.

Холестерин может образовываться в

животном организме и поступать в него с

пищей.

В настоящее время установлена следующая

цепь биосинтеза холестерина (основа

биосинтеза и другихстероидов), включающая

в себя несколько ступеней.

Превращение трёх молекул активного

ацетата в пятиуглеродный мевалонат.

Происходит в ГЭПР.

Превращение мевалоната в активный

изопреноид — изопентенилпирофосфат.

Образование

тридцатиуглеродного изопреноида сквале

на из шести молекул

изопентенилдифосфата.

Циклизация сквалена в ланостерин.

Последующее превращение ланостерина

в холестерин.

У некоторых организмов при синтезе

стероидов могут встречаться другие

варианты реакций (например,

немевалонатный путь образования

пятиуглеродных молекул).

Биологическая роль

Холестерин в составе

клеточной плазматической мембраны играет

роль модификатора бислоя, придавая ему

определённую жёсткость за счёт увеличения

плотности «упаковки»

молекул фосфолипидов. Таким образом,

холестерин —

стабилизатор текучести плазматической

мембраны.

Холестерин открывает цепь биосинтеза

стероидных половых гормонов и

кортикостероидов, служит основой для

образования жёлчных кислот и витаминов

группы D, участвует в регулировании

проницаемости клеток и предохраняет

эритроциты крови от действия

гемолитических ядов.


40

Холестерин нерастворим в воде и в чистом

виде не может доставляться к тканям

организма при помощи основанной на воде

крови. Вместо этого холестерин в крови

находится в виде хорошо

растворимых комплексных соединений с

особыми белками-транспортерами, так

называемыми аполипопротеинами. Такие

комплексные соединения

называются липопротеинами.

Существует несколько видов

аполипопротеинов, различающихся

молекулярной массой, степенью сродства к

холестерину и

степенью растворимости комплексного

соединения с холестерином (склонностью к

выпадению кристаллов холестерина в осадок

и к

формированию атеросклеротических бляшек)

. Различают следующие группы:

высокомолекулярные (HDL,

ЛПВП, липопротеины высокой плотности) и

низкомолекулярные (LDL, ЛПНП,

липопротеины низкой плотности), а также

очень низкомолекулярные (VLDL,

ЛПОНП, липопротеины очень низкой

плотности) и хиломикрон.

К периферийным тканям холестерин

транспортируется хиломикроном, ЛПОНП и

ЛПНП. К печени, откуда затем холестерин

удаляется из организма, его транспортируют

аполипротеины группы ЛПВП.

Уровень холестерина

Исследования установили зависимость между

содержанием различных групп

липопротеинов и здоровьем человека.

Большое количество ЛПНП сильно

коррелирует с атеросклеротическими

нарушениями в организме. По этой причине

такие липопротеины часто называют

«плохими». Низкомолекулярные

липопротеиды малорастворимы и склонны к

выделению в осадок кристаллов холестерина

и к формированию атеросклеротических

бляшек в сосудах, тем самым повышая

риск инфаркта или ишемического инсульта, а

также других сердечно-сосудистых

осложнений.

С другой стороны, большое содержание

ЛПВП в крови характерно для здорового

организма, поэтому часто эти липопротеины

называют «хорошими». Высокомолекулярные

липопротеины хорошо растворимы и не

склонны к выделению холестерина в осадок,

и тем самым защищают сосуды от

атеросклеротических изменений (то есть не

являются атерогенными).

Уровень холестерина в крови измеряется

либо в ммоль/л (миллимоль на литр, стандарт

действующий в РФ) либо в мг/дл

(миллиграмм на децилитр, 1 ммоль/л равен

38.665 мг/дл). Идеально, когда уровень

«плохих» низкомолекулярных липопротеинов

ниже 100 мг/дл (для лиц с высоким риском

сердечно-сосудистых заболеваний — ниже 70

мг/дл). Такой уровень, однако, у взрослых

достигается редко. Если уровень

низкомолекулярных липопротеинов выше 160

мг/дл, рекомендуется использовать диету для

снижения его ниже 130 мг/дл. Если этот

уровень выше 190 мг/дл или упорно

держится выше 160 мг/дл, рекомендуется

взвесить возможность лекарственной

терапии. Для лиц с высоким риском

сердечно-сосудистых заболеваний эти цифры

могут снижаться. Процент «хороших»

высокомолекулярных липопротеинов в общем

уровне холестерин-связывающих

липопротеинов чем выше, тем лучше.

Хорошим показателем считается, если он

гораздо выше 1/5 от общего уровня

холестерин-связывающих липопротеинов.

К факторам, повышающим уровень «плохого»

холестерина, относятся:

курение;

избыточный вес или ожирение,

переедание;

гиподинамия или недостаточная

физическая активность;

неправильное питание с высоким

содержанием холестерина, транс-

жиров (содержащихся в частично


41

гидрогенизированных жирах),

насыщенных животных жиров в пище (в

частности, жирное мясо, сало), высоким

содержанием в

пище углеводов (особенно

легкоусваиваемых, типа сладостей и

кондитерских изделий), недостаточным

содержанием клетчатки и пектинов,

липотропных факторов,

полиненасыщенных жирных кислот,

микроэлементов и витаминов;

застой желчи в печени при различных

нарушениях работы этого органа (также

ведёт к желчнокаменному холециститу).

Возникает при злоупотреблении

алкоголем, некоторых вирусных

заболеваниях, приёме некоторых

лекарств;

также некоторые эндокринные

нарушения — сахарный диабет,

гиперсекреция инсулина,

гиперсекреция гормонов коры надпочечн

иков, недостаточность гормонов

щитовидной железы, половых гормонов.

Повышенный уровень «плохого» холестерина

также может наблюдаться при некоторых

заболеваниях печени и почек,

сопровождающихся нарушением биосинтеза

«правильных» липопротеидов в этих органах.

Он может также быть наследственным,

генетически обусловленным при некоторых

формах так называемых «семейных

дислипопротеинемий». В этих случаях

больным, как правило, нужна специальная

лекарственная терапия.

К факторам, снижающим уровень «плохого»

холестерина, относятся физкультура, спорт и

вообще регулярная физическая активность,

отказ от курения и употребления алкоголя,

еда, содержащая мало насыщенных

животных жиров и легкоусваиваемых

углеводов и богатая клетчаткой,

полиненасыщенными жирными кислотами,

липотропными факторами

(метионином, холином, лецитином),

витаминами и микроэлементами.

Холестерин также является основным

компонентом большинства камней в желчном

пузыре

В растительном (например, подсолнечном)

масле в силу некоторых закономерностей накопления липидов в

растительных органах холестерина не бывает.

Нарушения липидного обмена считаются

одним из наиболее важных факторов

развития атеросклероза. Ведущую роль

холестерина в развитии атеросклероза

открыл крупный отечественный патолог,

академик АН и АМН СССРАничков, Николай

Николаевич (1885—1964). К атерогенным

нарушениям липидного обмена относятся:

Повышение уровня общего холестерина

крови

Повышение уровня триглицеридов и

липопротеинов низкой плотности (ЛНП)

Снижение уровня липопротеинов высокой

плотности (ЛВП).

Связь повышенного уровня холестерина и

атеросклероза неоднозначна: с одной

стороны увеличение содержания холестерина

в плазме крови считается бесспорным

фактором риска атеросклероза, с другой

стороны атеросклероз часто развивается у

людей с нормальным уровнем холестерина. В

действительности высокий уровень

холестерина является лишь одним из

многочисленных факторов риска

атеросклероза

(ожирение,курение, диабет, гипертония).

Наличие этих факторов у людей с

нормальным уровнем холестерина

потенцирует негативное влияние свободного

холестерина на стенки сосудов и тем самым

приводит к образованию атеросклероза при

более низких концентрациях холестерина в

крови.

Существует также иной взгляд на

проблематику холестерина. Холестерин как


42

«ремонтный» материал скапливается в

местах микроповреждений сосудов и

блокирует эти повреждения, выполняя

гомогенную лекарственную роль. Именно

поэтому атеросклероз наблюдается у людей с

нормальным уровнем холестерина. У людей с

повышенным уровнем проблема появляется

быстрее, плюс, наличие повышенного уровня

холестерина проще статистически связать с

атеросклерозом, что и было сделано в начале

исследований, из-за чего холестерин был

объявлен виновником всех бед. Поэтому же,

просто снижение уровня холестерина само по

себе не решает всех проблем с сосудами.

Недостаток холестерина в таком случае

может явиться причиной кровоизлияний.

Требуется дальнейшее изучение причин,

вызывающих повреждения сосудов и

разработка методов их лечения.

30 марта 2010 г. ведущие специалисты,

академики РАМН представили первое

фундаментальное исследование в России,

результатом которого стал Национальный

научный доклад «Все о холестерине».

Здоровый образ жизни: снижение

избыточного веса, регулярные упражнения

и диета с низким содержанием насыщенных

жиров и низким уровнем холестерина.

Лекарственные препараты, которые

уменьшают уровни «плохого» холестерина,

назначаются, когда положительные

изменения образа жизни не оказывают

существенного влияния на уровни «плохого»

холестерина. Наиболее эффективные и

широко используемые препараты для

уменьшения уровня «плохого»

холестерина — это статины. Исследования

показали, что статины могут снизить уровни

«плохого» холестерина и тем самым

предотвратить инфаркт и инсульт. Другие

препараты, которые используются для

снижения уровня «плохого» холестерина,

включают: поликозанол, никотиновую

кислоту (ниацин, ниацин+ларопипрант),

ингибитор абсорбции холестерина в

кишечнике — эзетимиб (зетия, эзетрол),

комбинации (инеджи, виторин), фибраты,

как, например, гемфиброзил (лопид) и смолы,

как, например, холестирамин (квистран).

Юмор


44

Химия в словах и людях: Путин

Путин относится к алкинам. При гидрировании превращается сначала в путен, затем в путан. При гидратации

образует путаль. Может выступать как диенофил в реакции Дильса-Альдера. При озонолизе расщепляется на

две карбоновые кислоты. Путен при реакции с марганцовкой образует путиленгликоль. При галогенировании даёт тетрагалогениды.

Путин может присоединять воду, так и по электрофильному мех-му, так и нуклеофильному ( в присутствии

Hg2+) Путин, как не странно было бы это для алкинов, очень хорошо растворяет золото и прочие благородные металлы…

Как уже отмечалось, путин гидрируется водородом на платине до путана, и производные путана родственны

производным путина. С 2000 по 2004 годы представлялась возможность подробно изучать свойства путина-1, который при действии

натрия, амида натрия, аммиачного раствора оксида серебра превращается в соответствующие путиниды. Именно по причине аномально высокой С-Н кислотности путин-1 без труда растворяет и связывает многие

металлы.

При гидратации путина-1 получается путанон-2, если прогидрировать путин-1 до путена-1, а затем присоединенить воду в присутствии перекисей, получится путанол-1. Окисление реактивом Джонса даст

путаналь, дальнейшее окисление - путановую кислоту. Путановая кислота довольно слабая, поэтому путаноаты - сильные основания. При совместном действии депутатов - сильных окислителей - и путаноатов окисляются и

благородные металлы.

Водка "Путинка", выпускающаяся в промышленных масштабах с 2003, является по химическим свойствам аналогом царской и тоже очень легко разлагает золото и прочие металлы.

Соединения, попутные путину, легко связывают бумагу, в т. ч. купюры, образуя прочные комплексы с донорно-акцепторными связями. Эти вещества также связывают углеводородные смеси, разные дорогостоящие

минералы, например, производные оксидов алюминия с примесями оксидами других металлов.


45


46


47


48


49

АВТОРЫ: Ильдарханов Ильдар и Михаил Ягофаров

Официальный паблик ВК: http://vk.com/national_chemistry

Благодарим за поддержку группу «Естественные Науки» : http://vk.com/escience

ДАННЫЙ ЖУРНАЛ ЯВЛЯЕТСЯ СБОРНИКОМ СТАТЕЙ из источников:

http://ru.wikipedia.org

http://www.lenta.ru/

http://vk.com/national_chemistry

http://vk.com/escience

http://ru.wikipedia.org/

http://www.lenta.ru/


50

National Chemistry номер 2

Documents

Transcript of National Chemistry номер 2