Техника - молодёжи 1983-09, страница 45

Так, разработанная академиком В. А. Коптюгом система информационного поиска позволяет решать задачи определения структуры молекул, исходя из спектральных данных. Квантовохимические расчеты играют большую роль в материаловедении, изучении поверхностных явлений, катализа, а также в электрохимии, биологии, фармакологии, в решении задач целенаправленного, «компьютерного» синтеза химических соединений.

Фундаментальные проблемы химии решаются в наше время на основе широкого применения современных физических методов исследования и новейшей расчетно-вы-числительной техники. Сегодня облик химических лабораторий кардинально изменился, здесь появились физические приборы, позволяющие определять строение молекул и проникать во внутренний мир химических превращений, улавливать малоустойчивые промежуточные продукты и выяснять их роль в сложном механизме процесса.

Одним из основных экспериментальных методов исследования структуры кристаллов, жидкостей, газов, а также отдельных молекул стал рентгеноструктурный анализ. Недавно с его помощью академиками Ю. А. Овчинниковым и Б. К. Вайнштейном были расшифрованы структуры таких белков, как леггемоглобин — кислородосвязую-щий белок, играющий важную роль при фиксации азота в растениях.

Не обойтись в современной химической лаборатории и без методов масс-спектрометрии, оптической спектроскопии, магнитного резонанса. Применение электронного парамагнитного резонанса, открытого академиком Е. К. Завойским и широко внедренного в химические исследования академиком В. В. Воеводским, позволило обнаруживать в различных реакциях весьма активные в химическом отношении промежуточные продукты — «ос

колки» молекул (свободные радикалы и атомы).

Важнейшей частью химии является химическая кинетика, наука о механизме и законах развития химических реакций во времени. Многое сделано в этой области академиком Н. Н. Семеновым. Им и его школой создана теория разветвленных цепных реакций, имеющих важное значение для получения целого ряда ценных химических веществ. В качестве иллюстрации можно привести схему разветвленной цепной реакции окисления водорода. Активными центрами здесь являются атомы водорода (Н), кислорода (О), а также свободный радикал (ОН ). «Размножение» активных центров приводит к лавинообразному возрастанию скорости реакции. В таком процессе образуются большие количества свободных радикалов, 20% исходного водорода переходит в атомарное состояние. Обнаружение радикалов и атомов осуществляется сейчас с помощью нового высокочувствительного метода лазерного магнитного резонанса.

В открытых академиком Н. Н. Семеновым и членом-корреспондентом АН СССР А. Е. Шиловым цепных реакциях с энергетическими разветвлениями цепи активными центрами являются не только свободные атомы и радикалы, но и молекулы продуктов, несущие на себе избыточную энергию. Используя реакцию фтора с водородом, протекающую по такому принципу, член-корреспондент АН СССР В. Л. Таль-розе впервые создал химический лазер (лазер, в котором источником излучения служит химическая реакция).

Большое практическое значение имеют сегодня газовые цепные реакции. Среди них — процессы крекинга, галогенирования и окисления углеводородов. Среди углеводородных газов в нефтехимической промышленности немаловажное место занимает бутан, использование которого является одной из задач химической технологии. В частности, предложено проводить цепную реакцию окисления бутана не в газовом, а в сжиженном состоянии под давлением (при температурах и давлениях, близких к критическим). При этом образуются в больших количествах такие нужные вещества, как уксусная кислота и органические растворители.

Цепное окисление природного газа метана является одним из возможных способов производства формальдегида. Методом цепного окисления органических веществ в жидком состоянии в настоящее время в промышленности получают фенол, ацетон, органические кислоты и спирты. Окисление циклогек-

сана является основой современной отечественной технологии получения капролактама.

Знание механизма жидкофазного окисления углеводородов позволило предложить оригинальные способы увеличения полноты извлечения нефти из недр. Внутрипластовое жидкофазное окисление изучается сейчас как один из способов вытеснения нефти из пласта.

Новая глава химической науки — химия высоких энергий. К ней относятся: радиационная химия, плазмохимия, фотохимия, лазерохимия, а также исследования химических и физико-химических превращений в твердых и жидких средах под действием ударных волн.

Радиационные химические методы позволяют значительно улучшить качество материалов, в том числе полимеров, осуществить радиационную водоподготовку и очистку сточных вод и газовых выбросов.

Плазмохимические процессы нашли применение в электронной, радиотехнической, электротехнической, инструментальной, автомобилестроительной, стекольной промышленности, а также в черной и цветной металлургии.

Фотохимические реакции имеют большое значение для решения проблем фотосинтеза, фотографии, защиты полимерных материалов от действия света.

Широко используются в повседневной жизни и в технике процессы горения. Кроме некоторых специальных случаев, технику интересуют не слабые вспышки горючих смесей, а взрывы, горение газов и взрывчатых веществ, порохов, бензина в двигателях внутреннего сгорания,* то есть процессы, связанные со значительным выделением энергии, используемой для совершения необходи-

НА ПЕРЕДНЕМ КРАЕ НАУНИ