Site Loader

Содержание

Свойства легкой воды и ее польза

Всю питьевую воду можно разделить на легкую и тяжелую. Легкая вода – вода, состоящая из молекул, которые были образованы двумя атомами водорода и одним атомом кислорода – h3O. В отличие от легкой, у тяжелой воды, вместо атомов водорода, в состав входят его изотопы, то есть атомы с лишним нейтроном. Внешне это вода ничем не отличается от обычной воды, но по факту – это смертельный яд для любого живого организма. К счастью, такая вода в природе встречается достаточно редко. Если взять всю воду Земли, то 0,3% ее будет составлять тяжелая вода. Несмотря на такой небольшой процент, этого вполне достаточно, чтобы нанести серьезный урон всему живому.

Итак, что же такое питьевая легкая вода? Легкой водой считается вода, полностью или максимально очищенная от дейтерия (тяжелого водорода). Регулярное употребление легкой воды оказывает положительное воздействие на организм. Это происходит из-за реакции изотопного обмена, что и позволяет выводить из организма ранее накопленный дейтерий, а, следовательно, обеспечить улучшение работы всех органов.

Впервые исследования о воздействии воды на организм провели Бердышев Г.Д. и Варнавский И.Н. В течение длительного времени они исследовали свойства легкой воды и ее воздействие на организм. Для этого они давали животным воду, в которой содержание дейтерия было снижено на 25%, а также поливали этой водой растения. В результате исследований было установлено, что подопытные животные дают более крупное, здоровое и многочисленное потомство, а растения, в частности пшеница, достигали зрелости раньше и давали больший урожай.

Венгерским микробиологом Шомлаи в 1993 году были проведены исследования. В результате этих исследований было установлено, что формула легкой воды замедляет рост опухолевых клеток, а в некоторых случаях полностью уничтожает их. Последующие исследования, в которых онкобольным давали пить легкую воду после терапии, показали, что у них уменьшаются приступы тошноты, улучшается состав крови и перестают выпадать волосы.

Сравнение свойств легкой воды и простой питьевой воды дает основание считать, что она оказывает благоприятное воздействие на организм. Подтверждение тому – большое количество долгожителей среди жителей Кавказских гор, где в воде низкий процент содержания дейтерия.

Легкая вода достаточно быстро проникает сквозь мембраны клеток, что позволяет значительно улучшить водообмен всего организма на клеточном уровне. Нормализуется обмен веществ, снижается уровень сахара в крови, происходит быстрое восстановление мышечных тканей, срастание костей после травм, нормализуется давление, из организма выводятся шлаки и токсины, улучшается работа ЖКТ, возрастает уровень противодействия клеток воздействию различных ядов.

Регулярное применение легкой воды в косметических целях, как наружное, так и внутреннее, помогает избавиться от угревой сыпи, тонизирует кожу, придает ей здоровый вид, сужает поры, разглаживает морщины.

Производство легкой воды – процесс достаточно трудоемкий, так как вода обладает хорошей генетической памятью. Говоря иначе, на молекулярном уровне в ее структуре остаются следы воздействия изотопов и других веществ.

Выпивая 1,5-2 литра легкой воды в день, можно заметить благоприятные изменения в организме через достаточно короткий промежуток времени. Если у вас нет возможности купить легкую воду, то вы можете приобрести талую воду, либо сделать ее в домашних условиях. Талая вода сходна по структуре с легкой водой.


Химические свойства солей — реакции, определение и примеры

Соли — это сложные вещества, в состав которых входят катионы металла и анионы кислотного остатка. Иногда в состав солей входят водород или гидроксид-ион.

Классификация и номенклатура солей

Так как соли — это продукт полного или частичного замещения металлом атома водорода в кислоте, по составу их можно классифицировать следующим образом.

Кислые соли

Образованы неполным замещением атомов водорода на металл в кислоте.

В наименованиях кислых солей указывают количество водорода приставками «гидро-» или «дигидро-», название кислотного остатка и название металла. Если металл имеет переменную валентность, то в скобках указывают валентность.

Примеры кислых солей и их наименования:

  • LiHCO3 — гидрокарбонат лития,

  • NaHSO4 — гидросульфат натрия,

  • NaH2PO4 — дигидрофосфат натрия.

Средние соли

Образованы полным замещением атомов водорода в кислоте на металл.

Наименования средних солей складываются из названий кислотного остатка и металла. При необходимости указывают валентность.

Примеры средних солей с названиями:

  • CuSO4 — сульфат меди (II),

  • CaCl2 — хлорид кальция.

Основные соли

Продукт неполного замещения гидроксогрупп на кислотный остаток.

В наименованиях основных солей указывают количество гидроксид-ионов приставкой «гидроксо-» или «дигидроксо-», название кислотного остатка и название металла с указанием валентности.

Пример: Mg(OH)Cl — гидроксохлорид магния.

Двойные соли

В состав входят два разных металла и один кислотный остаток.

Наименование складывается из названия аниона кислотного остатка и названий металлов с указанием валентности (если металл имеет переменную валентность).

Примеры двойных солей и их наименования:

  • KNaSO4 — сульфат калия-натрия,

  • KAl(SO4)2 — сульфат калия-алюминия.

Смешанные соли

Содержат один металл и два разных кислотных остатка.

Наименования смешанных солей складываются из названия кислотных остатков (по усложнению) и названия металла с указанием валентности (при необходимости).

Примеры смешанных солей с наименованиями:

  • CaClOCl — хлорид-гиполхорит кальция,

  • PbFCl — фторид-хлорид свинца (II).

Комплексные соли

Образованы комплексным катионом или анионом, связанным с несколькими лигандами.

Называют комплексные соли по схеме: координационное число + лиганд с окончанием «-о» + комплексообразователь с окончанием «-ат» и указанием валентности + внешняя сфера, простой ион в родительном падеже.

Пример: K[Al(OH)4] — тетрагидроксоалюминат калия.

Гидратные соли

В состав входит молекула кристаллизационной воды.

Число молекул воды указывают численной приставкой к слову «гидрат» и добавляют название соли.

Пример: СuSO4∙5H2O — пентагидрат сульфата меди (II).

Получение солей

Получение средних солей

Средние соли можно образовать в ходе следующих реакций:

  1. Металл + неметалл:

    2Na + Cl2 = 2NaCl

    Fe + S =FeS

    Так получают только соли бескислородных кислот.

  2. Металл, стоящий левее h3 в ряду активности, с раствором кислоты:

    Mg + 2HCl = MgCl2 + h3

  3. Металл с раствором соли менее активного металла:

    Fe + CuCl2 = FeCl2 + Cu

  4. Основный оксид + кислотный оксид:

    Na2O + CO2 = Na2CO3

  5. Основный оксид и кислота:

    CuO + H2SO4= CuSO4 + H2O

  6. Основание с кислотным оксидом:

    2NaOH + SO3 = Na2SO4 + H2O

  7. Основание с кислотой (реакция нейтрализации):

    Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O

  8. Взаимодействие соли с кислотой:

    MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + H2O + CO2

    BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2HCl

    Взаимодействие возможно, если одним из продуктов реакции будет нерастворимая соль, вода или газ.

  9. Реакция раствора основания с раствором соли:

    2NaOH + CuSO4 = Na2SO4 + Ba(OH)2

  10. Взаимодействие растворов двух солей с образованием новых солей:

    NaCl + AgNO3 = AgCl + NaNO3

Получение кислых солей

Кислые соли образуются при взаимодействии:

  1. Кислот с металлами:

    Zn + 2H2SO4 = H2 + Zn(HSO4)2

  2. Кислот с оксидами металлов:

    CaO + H3PO4 = CaHPO4 + H2O

  3. Гидроксидов металлов с кислотами:

    Ba(OH)2 + H3PO4 = BaHPO4 + 2H2O

  4. Кислот с солями:

    Ca3PO4 + 4H3PO4 = 3Ca(H2PO4)2

  5. Аммиака с кислотами:

    NH

    3 + H3PO4 = NH4H2PO4

Получение кислых солей возможно, если кислота в избытке.

Также кислые соли образуются в ходе реакции основания с избытком кислотного оксида:

KOH + CO2 = KHCO3

2SO2 + Ca(OH)2 = Ca(HSO3)2

Получение основных солей

  1. Взаимодействие кислоты с избытком основания:

    Fe(OH)3 + HCl = Fe(OH)2Cl + H2O

  2. Добавление (по каплям) небольших количеств щелочей к растворам средних солей металлов:

    Cu(NO3)2 + NaOH = CuOHNO3 + NaNO3

  3. Взаимодействие солей слабых кислот со средними солями:

    2MgCl2 + 2Na2CO3 + H2O = [Mg(OH)]2CO3 + CO2 + 4NaCl

  4. Получение комплексных солей

    Реакции солей с лигандами:

    AgCl + 2Nh4 = [Ag(NH3)2]Cl

    FeCl3 + 6KCN = K3[Fe(CN)6] + 3KCl

    Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]

    Al2O3 + 2NaOH +3H2O = 2Na[Al(OH)4]

    Получение двойных солей

    Двойные соли получают совместной кристаллизацией двух солей:

    Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 24H2O = 2[KCr(SO4) 2 • 12H2O]

    Химические свойства солей

    Химические свойства средних солей

    1. Растворимые соли являются электролитами, следовательно, могут распадаться на ионы. Средние соли диссоциируют сразу:

      NaCl → Na+ + Cl

    2. Термическое разложение:

      CaCO3 = CaO + CO2

      Нитраты разлагаются в зависимости от активности металла соли:

Водород

Водород
Атомный номер 1
Внешний вид простого вещества газ без цвета, вкуса и запаха
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
1,00794 а.е.м. (г/моль)
Радиус атома 79 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
1311,3 кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация 1s1
Химические свойства
Ковалентный радиус 32 пм
Радиус иона 54 (−1 e) пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
2,20
Электродный потенциал  
Степени окисления 1, −1
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность
вещества
0,0000899 (при 273K (0 °C)) г/см³
Молярная теплоёмкость 14,235 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 0,1815 Вт/(м·K)
Температура плавления 14,01K
Теплота плавления 0,117 кДж/моль
Температура кипения 20,28K
Теплота испарения 0,904 кДж/моль
Молярный объём 14,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки гексагональная
Параметры решётки a=3,780 c=6,167 Å
Отношение c/a 1,631
Температура Дебая 110 K
H 1
1,00794
1s1
Водород

Водород является первым элементом периодической системы элементов. Широко распространён в природе. Катион (и ядро) самого распространённого изотопа водорода 1H— протон. Свойства ядра 1H позволяют широко использовать ЯМР-спектроскопию в анализе органических веществ.

Трое из пяти изотопов водорода имеют собственные названия: 1H— протий (Н), 2H— дейтерий (D) и 3H— тритий (радиоактивен) (T).

Простое вещество водород— H2— лёгкий бесцветный газ. В смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен. Нетоксичен. Растворим в этаноле и ряде металлов: железе, никеле, палладии, платине.

История водорода

Выделение горючего газа при взаимодействии кислот и металлов наблюдали в XVI и XVII веках на заре становления химии как науки. Прямо указывал на выделение его и М. В. Ломоносов, но уже определённо сознавая, что это не флогистон. Английский физик и химик Г. Кавендиш в 1766 году исследовал этот газ и назвал его «горючим воздухом». При сжигании «горючий воздух» давал воду, но приверженность Кавендиша теории флогистона помешала ему сделать правильные выводы. Французский химик А. Лавуазье совместно с инженером Ж. Менье, используя специальные газометры, в 1783г. осуществил синтез воды, а затем и её анализ, разложив водяной пар раскалённым железом. Таким образом он установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из неё получен.

Происхождение названия водород

Лавуазье дал водороду название hydrogène (отὕδωρ— «вода» и γενναω— «рождаю»)— «рождающий воду». Русское наименование «водород» предложил химик М.Ф.Соловьев в 1824 году— по аналогии с ломоносовским «кислородом».

Распространённость водорода

Во Вселенной

Водород — самый распространённый элемент во Вселенной. На его долю приходится около 92% всех атомов (8% составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов — менее 0,1%). Таким образом, водород — основная составная часть звёзд и межзвёздного газа. В условиях звёздных температур (например, температура поверхности Солнца ~6000 °C) водород существует в виде плазмы, в межзвёздном пространстве этот элемент существует в виде отдельных молекул, атомов и ионов и может образовывать молекулярные облака, значительно различающиеся по размерам, плотности и температуре.

Земная кора и живые организмы

Массовая доля водорода в земной коре составляет 1%— это десятый по распространённости элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет 17% (второе место после кислорода, доля атомов которого равна ~52%). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода. В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состояниях, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества содержится в атмосфере (0,00005% по объёму).

Водород входит в состав практически всех органических веществ и присутствует во всех живых клетках. В живых клетках по числу атомов на водород приходится почти 50%.

Получение Водорода

Промышленные способы получения простых веществ зависят от того, в каком виде соответствующий элемент находится в природе, то есть что может быть сырьём для его получения. Так, кислород, имеющийся в свободном состоянии, получают физическим способом— выделением из жидкого воздуха. Водород же практически весь находится в виде соединений, поэтому для его получения применяют химические методы. В частности, могут быть использованы реакции разложения. Одним из способов получения водорода служит реакция разложения воды электрическим током.

Основной промышленный способ получения водорода— реакция с водой метана, который входит в состав природного газа. Она проводится при высокой температуре (легко убедиться, что при пропускании метана даже через кипящую воду никакой реакции не происходит):

СН4 +2Н2O =CO2↑ +4Н2 −165 кДж

В лаборатории для получения простых веществ используют не обязательно природное сырьё, а выбирают те исходные вещества, из которых легче выделить необходимое вещество. Например, в лаборатории кислород не получают из воздуха. Это же относится и к получению водорода. Один из лабораторных способов получения водорода, который иногда применяется и в промышленности,— разложение воды электротоком.

Обычно в лаборатории водород получают взаимодействием цинка с соляной кислотой.

Получение водорода в промышленности

1.Электролиз водных растворов солей:
2NaCl +2H2O → H2↑ +2NaOH +Cl2

2.Пропускание паров воды над раскаленным коксом при температуре около 1000°C:
H2O +C ⇄ H2↑ +CO↑

3.Из природного газа.

Конверсия с водяным паром:
CH4 +H2O ⇄ CO↑ +3H2↑ (1000°C)
Каталитическое окисление кислородом:
2CH4 +O2 ⇄ 2CO↑ +4H2

4. Крекинг и риформинг углеводородов в процессе переработки нефти.

Получение водорода в лаборатории

1.Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и разбавленную соляную кислоту:
Zn +2HCl → ZnCl2 +H2

2.Взаимодействие кальция с водой:|
Ca +2H2O → Ca(OH)2 +H2

3.Гидролиз гидридов:
NaH +H2O → NaOH +H2

4.Действие щелочей на цинк или алюминий:
2Al +2NaOH +6H2O → 2Na[Al(OH)4] +3H2
Zn +2KOH +2H2O → K2[Zn(OH)4] +H2

5.С помощью электролиза. При электролизе водных растворов щелочей или кислот на катоде происходит выделение водорода, например:
2H3O+ +2e → H2↑ +2H2O

Дополнительная информация про Водород

Биореактор для производства водорода

Физические свойства Водорода


Спектр излучения водорода


Эмиссионный спектр водорода


Равновесная мольная концентрация пара-водорода

Разделить модификации водорода можно адсорбцией на активном угле при температуре жидкого азота. При очень низких температурах равновесие между ортоводородом и параводородом почти нацело сдвинуто в сторону последнего. При 80 К соотношение форм приблизительно 1:1. Десорбированный параводород при нагревании превращается в ортоводород вплоть до образования равновесной при комнатной температуре смеси (орто-пара: 75:25). Без катализатора превращение происходит медленно (в условиях межзвездной среды— с характерными временами вплоть до космологических), что даёт возможность изучить свойства отдельных модификаций.

Водород — самый лёгкий газ, он легче воздуха в 14,5 раз. Очевидно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре. Как самые лёгкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа и тем самым быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому. Отсюда следует, что водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. Его теплопроводность примерно в семь раз выше теплопроводности воздуха.

Молекула водорода двухатомна — Н2. При нормальных условиях — это газ без цвета, запаха и вкуса. Плотность 0,08987 г/л (н.у.), температура кипения −252,76 °C, удельная теплота сгорания 120.9·106 Дж/кг, малорастворим в воде — 18,8 мл/л. Водород хорошо растворим во многих металлах (Ni, Pt, Pd и др.), особенно в палладии (850 объёмов на 1объём Pd). С растворимостью водорода в металлах связана его способность диффундировать через них; диффузия через углеродистый сплав (например, сталь) иногда сопровождается разрушением сплава вследствие взаимодействия водорода с углеродом (так называемая декарбонизация). Практически не растворим в серебре.


Фазовая диаграмма водорода

Жидкий водород существует в очень узком интервале температур от −252,76 до −259,2 °C. Это бесцветная жидкость, очень лёгкая (плотность при −253 °C 0,0708 г/см3) и текучая (вязкость при −253 °C 13,8 спуаз). Критические параметры водорода очень низкие: температура −240,2 °C и давление 12,8 атм. Этим объясняются трудности при ожижении водорода. В жидком состоянии равновесный водород состоит из 99,79% пара-Н2, 0,21% орто-Н2.


Твердый водород, температура плавления −259,2 °C, плотность 0,0807 г/см3 (при −262 °C) — снегоподобная масса, кристаллы гексогональной сингонии, пространственная группа P6/mmc, параметры ячейки a=3,75 c=6,12. При высоком давлении водород переходит в металлическое состояние.

Изотопы


Давление пара для различных изотопов водорода

Водород встречается в виде трёх изотопов, которые имеют индивидуальные названия: 1H— протий (Н), 2Н— дейтерий (D), 3Н— тритий (радиоактивный) (T).

Протий и дейтерий являются стабильными изотопами с массовыми числами 1и 2. Содержание их в природе соответственно составляет 99,9885±0,0070% и 0,0115 ± 0,0070%. Это соотношение может незначительно меняться в зависимости от источника и способа получения водорода.

Изотоп водорода 3Н (тритий) нестабилен. Его период полураспада составляет 12,32 лет. Тритий содержится в природе в очень малых количествах.

В литературе также приводятся данные об изотопах водорода с массовыми числами 4— 7и периодами полураспада 10−22— 10−23 с.

Природный водород состоит из молекул H2 и HD (дейтероводород) в соотношении 3200:1. Содержание чистого дейтерийного водорода D2 ещё меньше. Отношение концентраций HD и D2, примерно, 6400:1.

Из всех изотопов химических элементов физические и химические свойства изотопов водорода отличаются друг от друга наиболее сильно. Это связано с наибольшим относительным изменением масс атомов.

  Температура
плавления,
K
Температура
кипения,
K
Тройная
точка,
K /kPa
Критическая
точка,
K /kPa
Плотность
жидкий /газ,
кг/м³
H2 13.95 20,39 13,96 /7,3 32,98 /1,31 70,811 /1,316
HD 16,60 22,13 16,60 /12,8 35,91 /1,48 114,80 /1,802
HT   22,92 17,63 /17,7 37,13 /1,57 158,62 /2,310
D2 18,62 23,67 18,73 /17,1 38,35 /1,67 162,50 /2,230
DT   24.38 19,71 /19,4 39,42 /1,77 211,54 /2,694
T2   25,04 20,62 /21,6 40,44 /1,85 260,17 /3,136

Дейтерий и тритий также имеют орто- и пара- модификации: p-D2, o-D2, p-T2, o-T2. Гетероизотопный водород (HD, HT, DT) не имеют орто- и пара- модификаций.

Химические свойства


Доля диссоциировавших молекул водорода

Молекулы водорода Н2 довольно прочны, и для того, чтобы водород мог вступить в реакцию, должна быть затрачена большая энергия:

Н2 =2Н − 432 кДж

Поэтому при обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами, например с кальцием, образуя гидрид кальция:

Ca +Н2 =СаН2

и с единственным неметаллом— фтором, образуя фтороводород:

F2 +H2 =2HF

С большинством же металлов и неметаллов водород реагирует при повышенной температуре или при другом воздействии, например при освещении:

О2 +2Н2 =2Н2О

Он может «отнимать» кислород от некоторых оксидов, например:

CuO +Н2 =Cu +Н2O

Записанное уравнение отражает восстановительные свойства водорода.

N2 +3H2 → 2NH3

С галогенами образует галогеноводороды:

F2 +H2 → 2HF, реакция протекает со взрывом в темноте и при любой температуре,
Cl2 +H2 → 2HCl, реакция протекает со взрывом, только на свету.

С сажей взаимодействует при сильном нагревании:

C +2H2 → CH4

Взаимодействие со щелочными и щёлочноземельными металлами

При взаимодействии с активными металлами водород образует гидриды:

2Na +H2 → 2NaH
Ca +H2 → CaH2
Mg +H2 → MgH2

Гидриды— солеобразные, твёрдые вещества, легко гидролизуются:

CaH2 +2H2O → Ca(OH)2 +2H2

Взаимодействие с оксидами металлов (как правило, d-элементов)

Оксиды восстанавливаются до металлов:

CuO +H2 → Cu +H2O
Fe2O3 +3H2 → 2Fe +3H2O
WO3 +3H2 → W+3H2O

Гидрирование органических соединений

Молекулярный водород широко применяется в органическом синтезе для восстановления органических соединений. Эти процессы навзывают реакциями гидрирования. Эти реакции проводят в присутствии катализатора при повышенных давлении и температуре. Катализатор может быть как гомогенным (напр. Катализатор Уилкинсона), так и гетерогенным (напр. никель Ренея, палладий на угле).

Так, в частности, при каталитическом гидрировании ненасыщенных соединений, таких как алкены и алкины, образуются насыщенные соединения — алканы.

Геохимия водорода

На Земле содержание водорода понижено по сравнению с Солнцем, гигантскими планетами и первичными метеоритами, из чего следует, что во время образования Земля была значительно дегазирована и водород вместе с другими летучими элементами покинул планету во время аккреции или вскоре после неё.

Свободный водород H2 относительно редко встречается в земных газах, но в виде воды он принимает исключительно важное участие в геохимических процессах.

В состав минералов водород может входить в виде иона аммония, гидроксил-иона и кристаллической воды.

В атмосфере водород непрерывно образуется в результате разложения воды солнечным излучением. Имея малую массу, молекулы водорода обладают высокой скоростью диффузионного движения (она близка ко второй космической скорости) и, попадая в верхние слои атмосферы, могут улететь в космическое пространство.

Особенности обращения

Водород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь— так называемый гремучий газ. Наибольшую взрывоопасность этот газ имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха приближённо 2:5, так как в воздухе кислорода содержится примерно 21%. Также водород пожароопасен. Жидкий водород при попадании на кожу может вызвать сильное обморожение.

Взрывоопасные концентрации водорода с кислородом возникают от 4% до 96% объёмных. При смеси с воздухом от 4% до 75(74)% объёмных.

Применение водорода

Атомарный водород используется для атомно-водородной сварки.

Химическая промышленность

При производстве аммиака, метанола, мыла и пластмасс

Пищевая промышленность

При производстве маргарина из жидких растительных масел.
Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E949 (упаковочный газ)

Авиационная промышленность

Водород очень лёгок и в воздухе всегда поднимается вверх. Когда-то дирижабли и воздушные шары наполняли водородом. Но в 30-х гг. XXв. произошло несколько катастроф, когда дирижабли взрывались и сгорали. В наше время дирижабли наполняют гелием.

Топливо

Водород используют в качестве ракетного топлива. Ведутся исследования по применению водорода как топлива для легковых и грузовых автомобилей. Водородные двигатели не загрязняют окружающей среды и выделяют только водяной пар.

В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую.

Водород, Hydrogenium, Н (1)
Как горючий (воспламеняемый) воздух водород известен довольно давно. Его получали действием кислот на металлы, наблюдали горение и взрывы гремучего газа Парацельс, Бойль, Лемери и другие ученые XVI— XVIII вв. С распространением теории флогистона некоторые химики пытались получить водород в качестве «свободного флогистона». В диссертации Ломоносова «О металлическом блеске» описано получение водорода действием «кислотных спиртов» (например, «соляного спирта», т. е. соляной кислоты) на железо и другие металлы; русский ученый первым (1745) выдвинул гипотезу, о том что водород («горючий пар»— vapor inflammabilis) представляет собой флогистон. Кавендиш, подробно исследовавший свойства водорода, выдвинул подобную же гипотезу в 1766 г. Он называл водород «воспламеняемым воздухом», полученным из «металлов» (Inflammable air from metals), и полагал, как и все флогистики, что при растворении в кислотах металл теряет свой флогистон. Лавуазье, занимавшийся в 1779 г. исследованием состава воды путем ее синтеза и разложения, назвал водород Hydrogine (гидроген), или Hydrogene (гидрожен), от греч. гидор— вода и гайноме— произвожу, рождаю.

Номенклатурная комиссия 1787 г. приняла словопроизводство Hydrogene от геннао, рождаю. В «Таблице простых тел» Лавуазье водород (Hydrogene) упомянут в числе пяти (свет, теплота, кислород, азот, водород) «простых тел, относящихся ко всем трем царствам природы и которые следует рассматривать как элементы тел»; в качестве старых синонимов названия Hydrogene Лавуазье называет горючий газ (Gaz inflammable), основание горючего газа. В русской химической литературе конца XVIII и начала XIX в. встречаются два рода названий водорода: флогистические (горючий газ, горючий воздух, воспламенительный воздух, загораемый воздух) и антифлогистические (водотвор, водотворное существо, водотворный гас, водородный гас, водород). Обе группы слов представляют собой переводы французских названий водорода.

Изотопы водорода были открыты в 30-x годах текущего столетия и быстро приобрели большое значение в науке и технике. В конце 1931 г. Юри, Брекуэдд и Мэрфи исследовали остаток после длительного выпаривания жидкого водорода и обнаружили в нем тяжелый водород с атомным весом 2. Этот изотоп назвали дейтерием (Deuterium, D) от греч.— другой, второй. Спустя четыре года в воде, подвергнутой длительному электролизу, был обнаружен еще более тяжелый изотоп водорода 3Н, который назвали тритием (Tritium, Т), от греч.— третий.

Снюс — состав, действие, последствия употребления

Родиной снюса является Швеция. Первые упоминания о нем в этой европейской стране появились еще в 16-м веке. Снюс считается одним из самых спорных никотиносодержащих удовольствий. Одни говорят о том, что это наиболее безопасная альтернатива сигаретам. Отрицательно относящиеся к снюсу указывают на риск развития заболеваний десен, а для подростков большая доза может стать смертельной.

Что входит в состав снюса?


Снюс состоит из: табака; воды (нужна для увлажнения и более комфортного рассасывания), соли (играет роль природного консерванта и усилителя вкуса), консервантов (многие компании используют консерванты для разбавления табака и снижения стоимости смеси, а также для более долгого хранения), ароматизаторов и пищевых добавок усиливают вкус и придают приятный запах.
Внешне снюс выглядит как кашеобразная растительная смесь белого или коричневого оттенков.


Какие бывают разновидности снюса?


По типу упаковки и наличию добавок различают такие виды снюса:
• Порционный. Для удобства приема производители фасуют табачную смесь в небольшие полупрозрачные пакетики;
• Рассыпной. Недозированную табачную смесь фасуют в плотные коробочки из вощеного картона;
• С добавками. Многие производители добавляют в табачную смесь ароматизаторы и усилители вкуса.


Сколько никотина содержится в снюсе?


Основной состав снюса – сортовой мелкорубленый табак, поэтому чистое содержание никотина в порции наркотика в 5 раз выше, чем в обычной сигарете.
Среди курильщиков широко распространен миф о том, что замена сигарет на жевательный снюс помогает справиться с никотиновой зависимостью. Это не так. Зависимость лишь усиливается из-за более высокого содержания никотина в снюсе и более продолжительного времени употребления.
Так, снюс держат в ротовой полости от 30 минут до часа, и все это время организм впитывает никотин. А сигарету курят за несколько минут, и при этом часть никотина в виде дыма растворяется в воздухе.


Снюс – механизм действия


По своему действию снюс – наркотик-психостимулятор. При рассасывании или жевании никотин впитывается через слизистые ротовой полости в кровь и попадает вместе со слюной в желудок, где через стенки желудка тоже попадает в кровоток. Кровь быстро разносит «наркотик» по всему организму, и никотин попадает в головной мозг. Там он блокирует m-холиновые рецепторы мозга, что приводит к выбросу адреналина и глюкозы в кровь. Именно они формируют наркотическое действие снюса:
Адреналин сужает сосуды и ускоряет сердцебиение, повышает мышечный тонус, снижает аппетит, стимулирует работу центральной нервной системы: вызывает чувство бодрости, но при этом приводит к нервному перевозбуждению с чувством тревожности и смутного беспокойства.
Глюкоза провоцирует повышение уровня «гормона удовольствия» дофамина – поэтому при употреблении снюса человек ощущает наслаждение. Но при резком выбросе глюкозы активно вырабатывается инсулин – гормон, который регулирует ее уровень в крови. Он связывает сахар – и его уровень становится еще ниже, чем был до приема никотина. Такие резкие перепады уровня глюкозы провоцируют стресс, раздражительность и тревожность, а также усталость после окончания действия никотина.


Зависимость от снюса


Психотропное действие снюса на головной мозг быстро вызывает развитие физической и психической никотиновой зависимости:
• Недостаток энергии. Адреналин – «гормон бодрости», он вырабатывается для быстрой мобилизации организма в стрессовых условиях. И при слишком частом выбросе этого нейромедиатора организм быстро теряет внутренние энергетические запасы, что вызывает чувство усталости, физическое и нервное истощение. Потребность в чувстве бодрости возрастает, и человек снова принимает снюс, чтобы этого добиться;

• Потеря чувства удовольствия. Из-за частого выброса «гормона удовольствия» дофамина при приеме жевательного снюса головной мозг вынужден увеличивать количество дофаминовых рецепторов – чтобы принять весь повышенный объем дофамина, и при этом снижать естественный уровень выработки дофамина – чтобы не допускать гормонального дисбаланса. Поэтому без никотина человеку всё сложнее ощутить удовольствие на физическом и психологическом уровне – естественного количества дофамина слишком мало, чтобы охватить все принимающие рецепторы.
Все эти изменения в работе организма вызывают специфический синдром отмены – «ломку» от снюса:
 Резкие перепады настроения;
 Тревожность и раздражительность;
 Усталость и сложности с концентрацией внимания;
 Бессонница или чрезмерная сонливость;
 Резкий подъем аппетита, быстрый набор веса;
 Головные боли, частое головокружение;
 Частые скачки давления;
 Частые сбои сердечного ритма;
 Нервное дрожание конечностей
Проявления «ломки» сопровождает болезненное желание принять снюс, чтобы улучшить физическое и психологическое самочувствие. Интенсивность и продолжительность симптомов зависит от стажа употребления снюса. Так, на начальной стадии никотиновой зависимости пик приходится на 3-5 день отказа, и сама ломка проходит за 1-1,5 недели. А при длительной зависимости синдром отмены может продолжаться до 1-2 месяцев.


Как понять, что человек принимает снюс?


Прямой признак употребления снюса – наличие коробочки с табаком или порционными пакетиками. Но выявить зависимого от снюса можно и по косвенным признакам:
 Поведение. Частые движения лицевых мышц, характерные для жевания или рассасывания, легкое нервное возбуждение, перепады настроения, нетипичная раздражительность и тревожность, рассеянность и снижение трудовых/учебных показателей.
 Физические изменения. Резкая потеря веса, землистый и сероватый цвет лица, темные круги под глазами, частые жалобы на головную и сердечную боль, частые проблемы с зубами.


Снюс – последствия для здоровья


Никотин – это вещество-инсектицид. Табачное растение вырабатывает его как яд для защиты от насекомых.
Представители компаний-производителей снюса активно продвигают идею о «бездымном», а значит «безопасном» табаке, ведь, в отличие от сигарет, влияние снюса на легкие минимально. Но табак остается табаком вне зависимости от способа употребления. Поэтому список того, чем опасен снюс, пугает даже без поражения легких:
 Сахарный диабет. Прием снюса вызывает перепады уровня сахара в крови, нарушает углеводный обмен и провоцирует сахарный диабет;
 Тяжелые патологии сердца и сосудов. Никотин в составе снюса разрушает стенки сосудов и провоцирует образование атеросклеротических бляшек, ведет к развитию гипертонии, многократно повышает риск инсульта и инфаркта;
 Язвенные поражения десен. Болезненно влияние снюса и на ткани ротовой полости – снюс обжигает и разрушает нежные слизистые оболочки, вызывает развитие язвы;
 Поражение органов ЖКТ и рак. Если сигареты главным образом разрушают легкие, то основные последствия снюса ощущают на себе органы пищеварения. Глотание табачной слюны или случайное проглатывание пакетика с табаком вызывает серьезные пищевые отравления и расстройства кишечника, провоцирует язву желудка. Но главное – снюс вызывает онкологические заболевания.
Так, по последним исследованиям национального института рака NCI в США, в снюсе содержится как минимум 28 канцерогенных веществ, которые вызывают мутацию клеток и провоцируют рак.

Выбирая между сигаретами и снюсом, вы выбираете между раком легких и раком желудка. Бездымный ≠ Безопасный.

К чему приводит употребление снюса школьниками 

Феномен базальта

На основе базальтового микропластинчатого наполнителя и эпоксидной смолы создана серия инновационных защитных покрытий барьерного типа БАЗАЛИТ™, обладающих высокими уровнями химической стойкости и механической прочности.

Феномен химической стойкости базальтовых микропластин обусловлен химическим составом самого базальта, который чрезвычайно устойчив к воздействию любых агрессивных сред. По своей природе базальт является смешанным алюмосиликатом. В его химический состав входит до 50% оксида кремния, около 15% оксида алюминия, примерно по 10% оксидов железа и щелочных металлов. Кроме того, в состав базальта входят оксиды магния и титана, а также примеси марганца и воды. Именно такой сбалансированный состав определяет высокую химическую стойкость базальта. А связь Si-O-Si является одной из прочнейших химических связей (энтальпия разрыва ~ 0,5 МДж/моль).

В структуре базальта осуществляется плотнейшая упаковка атомов кислорода, в пустотах которого располагаются ионы электроположительных элементов – тетраэдры силикатов имеют общие атомы кислорода в вершинах и образуют двух- и трехмерные цепи. В связях алюмосиликата важным является периодическое замещение атомов кремния атомами алюминия. Наличие большого количества щелочноземельных металлов и железа приводит к образованию их очень прочных ковалентных связей с полианионами (кремниекислородными). Таким образом «сшивается» многомерная молекулярная неорганическая структура базальта. Ни пресная, ни морская вода не оказывают на базальт никакого воздействия, так как не содержат молекул и ионов, способных разрушить эти связи.

Под действием кислот (за исключением плавиковой) на поверхности базальта образуется пленка поликремниевых кислот (h3SiO3, h5SiO4, h3Si2O5), защищающих его. Под действием фосфорной кислоты образуется еще и пассивирующая пленка фосфатов железа. Устойчивость к щелочам обусловлена содержанием щелочноземельных металлов и железа. При контакте с ней образуются нерастворимые гидроокиси железа, кальция и магния, препятствующие разрушению силикатной структуры.

Таким образом, секрет стойкости базальта – в гармоничном сочетании элементов, делающем его неуязвимым для химического разрушения. Именно из-за своих уникальных характеристик природный материал базальт был выбран для производства микропластинчатого наполнителя композиционных защитных материалов БАЗАЛИТ™.

В качестве наиболее оптимального связующего для базальтовых микропластинок при создании защитного покрытия барьерного типа была выбрана эпоксидная смола. Важнейшим свойством эпоксидной смолы является способность легко превращаться из жидкости в твердое, эластичное и одновременно прочное покрытие. Благодаря совокупности основных эксплуатационных характеристик: адгезии, прочности, химической стойкости, технологичности применения эпоксидные смолы востребованы во многих отраслях промышленности.

Еще один феномен, который обуславливает уникальность защитного покрытия БАЗАЛИТ™ — химические связи базальтового микропластинчатого наполнителя и эпоксидной смолы (Патент РФ № 2306325, PCT/RU 2006/000134).

Вследствие термических нагрузок при плавлении на поверхности базальтовых микропластин накапливается большое количество пиков статического напряжения. При смачивании их эпоксидной смолой за счет поверхностного натяжения смолы и химической связи ее с базальтом (за счет полярных связей) это напряжение снимается, что приводит к сильной адгезии смолы к микропластинам. Наличие же двух поверхностей в сочетании с силами адгезии приводит к слипанию этих слоев с образованием между ними пленки смолы, близкой к мономолекулярной (слой Блоджетт – Ленгмюра). Дополнительно работает эффект коагуляции в коллоидной химии, при котором в стоянии в жидкости плоскости микропластинок располагаются друг к другу так, чтобы площадь взаимодействия между ними была максимальной, а расстояние между слоями – минимальным.

Таким образом, при введении базальтовых микропластин в связующую систему образуется покрытие барьерного типа, в котором пластины расположены параллельно друг другу послойно (в 1 мм покрытия содержит более 200 слоев базальтовых микропластин).

Как следствие, создается мощный барьерный эффект: перекрываясь «внахлест», пластины значительно увеличивают путь агрессивной среды к защищаемой поверхности. Преимущество этой системы — резкое увеличение диффузионной непроницаемости ввиду химической инертности базальта, а также возрастание механической прочности за счет равномерного распределения нагрузок.

В результате лабораторных исследований установлено, что защитные покрытия БАЗАЛИТ™ устойчивы к воздействию агрессивных сред – кислот и щелочей, а также различных видов топлива, (от сырой нефти до нефтепродуктов).

Применение базальтового микропластинчатого наполнителя в эпоксидных защитных покрытиях снижает скорость коррозии в несколько раз по сравнению с аналогичными пластинчатыми наполнителями, такими как стеклянная и керамическая чешуя, рубленое стекловолокно или железистая слюда. Базальтовые микропластины обладают более высокими показателями химической стойкости и механической прочности, а также отличаются более низкой себестоимостью ввиду использования доступного и экономичного сырья. Все это делает их перспективным наполнителем для защитных покрытий барьерного типа.

По сравнению с аналогами защитные покрытия БАЗАЛИТ™ обладают более мощным барьерным эффектом, высокой химической и коррозийной стойкостью, механической прочностью, абразивной и ударной стойкостью, более высокой степенью адгезии к защищаемым поверхностям, значительной устойчивостью к термоударам, а также универсальностью и экологичностью.

Экологичность защитных покрытий БАЗАЛИТ™ обусловлена применением эпоксидных смол, не содержащих органических растворителей, что позволяет производить работы в закрытых помещениях. Данная норма соответствует Директиве ЕЭС № 2004/42/ЕЕС от 21.04.04. «Об ограничении выделения летучих органических соединений в результате применения органических растворителей в лаках и красках».

Непроницаемость базальтовой чешуи для УФ-лучей обеспечивает защиту органической основы от разрушения и значительно увеличивает срок службы покрытия.

Обладая вышеперечисленными характеристиками, инновационные покрытия БАЗАЛИТ™ обеспечивают надежность и долговечность защиты металлических и бетонных поверхностей конструкций и объектов в различных отраслях промышленности.

Серия защитных покрытий под торговой маркой БАЗАЛИТ™ подразделяется на две продуктовые группы – антикоррозионные покрытия и наливные полы.

Сохранение материи при физических и химических изменениях


От кастрюль до сверхновых, материя составляет все видимое в известной Вселенной. Поскольку материя никогда не создается и не уничтожается, она вращается в нашем мире.

Атомы, которые были в динозавре миллионы лет назад — и в звезде миллиарды лет до этого — могут быть внутри вас сегодня.

Крошечные частицы, называемые атомами, являются основными строительными блоками всей материи.Атомы могут объединяться с другими атомами, образуя молекулы.

Закон сохранения массы

Материя — это все, что имеет массу и занимает пространство. Он включает в себя молекулы, атомы, элементарные частицы и любое вещество, из которого состоят эти частицы. Материя может изменять форму посредством физических и химических изменений, но при любом из этих изменений материя сохраняется. До и после изменения существует одно и то же количество материи — ничто не создается и не уничтожается. Эта концепция называется законом сохранения массы.

При физическом изменении физические свойства вещества могут измениться, но его химический состав не изменится. Вода, например, состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Вода — единственное известное вещество на Земле, которое существует в природе в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Чтобы перейти из одного состояния в другое, вода должна претерпевать физические изменения. Когда вода замерзает, она становится твердой и менее плотной, но химически остается прежней. До и после изменения присутствует одинаковое количество молекул воды.Химические свойства воды остаются постоянными.

Как делается вода

Однако для образования воды атомы водорода и кислорода должны подвергнуться химическим изменениям. Чтобы произошло химическое изменение, связи между атомами должны разорваться или сформироваться. Это изменяет химические свойства веществ. И водород, и кислород двухатомны — в природе они существуют в виде связанных пар (H 2 и O 2 соответственно). В правильных условиях и при достаточной энергии эти двухатомные связи разорвутся, и атомы соединятся, образуя H 2 O (вода).Химики записывают эту химическую реакцию как:

.

2H 2 + O 2 -> 2H 2 O

Это уравнение говорит о том, что для образования двух молекул воды требуется две молекулы водорода и одна молекула кислорода. Обратите внимание, что с обеих сторон уравнения одинаковое количество атомов водорода и атомов кислорода. В химических изменениях, как и в физических, материя сохраняется. Отличие в данном случае состоит в том, что вещества до и после изменения имеют разные физические и химические свойства.Водород и кислород представляют собой газы при стандартной температуре и давлении, тогда как вода представляет собой бесцветную жидкость без запаха.

В природе происходит множество химических и физических изменений

В экосистемах одновременно происходит множество химических и физических изменений, и материя сохраняется в каждой из них — без исключений. Рассмотрим поток, текущий через каньон — сколько химических и физических изменений происходит в любой данный момент?

Сначала рассмотрим воду.Во многих ручьях каньонов вода поступает с возвышенностей и образуется в виде снега. Конечно, вода зародилась не там — она вращалась по всему миру с тех пор, как на Земле впервые появилась вода. В контексте каньонного ручья он начинался в горах как снег. Снег должен подвергнуться физическому изменению — растаять — чтобы присоединиться к потоку. Когда жидкая вода течет через каньон, она может испаряться (еще одно физическое изменение) в водяной пар. Вода дает очень яркий пример того, как материя движется по кругу в нашем мире, часто меняя форму, но никогда не исчезая.

Материя не теряется при фотосинтезе

Далее рассмотрим растения и водоросли, живущие в ручье и вдоль него. В процессе, называемом фотосинтезом, эти организмы преобразуют световую энергию солнца в химическую энергию, хранящуюся в сахарах. Однако световая энергия не производит атомы, из которых состоят эти сахара — это нарушило бы закон сохранения массы. Она просто обеспечивает энергию для химических изменений. Атомы образуются из углекислого газа в воздухе и воды в почве.Энергия света позволяет этим связям разорваться и восстановиться для производства сахара и кислорода. Это показано в химическом уравнении фотосинтеза:

6CO 2 + 6H 2 O + светлый -> C 6 H 12 O 6 (сахар) + 6O 2

Это уравнение говорит о том, что шесть молекул углекислого газа соединяются с шестью молекулами воды, образуя одну молекулу сахара и шесть молекул кислорода. Если сложить все атомы углерода, водорода и кислорода по обе стороны уравнения, суммы будут равны.Материя сохраняется в этом химическом изменении.

Животные в ручье и вокруг него едят эти растения. Их тела используют накопленную химическую энергию для питания своих клеток и передвижения. Они используют питательные вещества в своей пище для роста и восстановления своих тел — атомы для новых клеток должны откуда-то браться. Любая пища, попадающая в организм животного, должна либо покинуть его тело, либо стать его частью. Никакие атомы не разрушаются и не создаются.

Атомы, созданные давным-давно, составляют вас

Суть в том, что материя циркулирует во Вселенной в различных формах.При любом физическом или химическом изменении материя не появляется и не исчезает. Атомы, созданные звездами (очень, очень давно), составляют все живое и неживое на Земле — даже вас. Невозможно узнать, как далеко и через какие формы прошли ваши атомы, чтобы создать вас. И невозможно знать, где они окажутся в следующий раз.

Химический символ — обзор

3.3.1 Хирургическая нержавеющая сталь

Слово «железо», по-видимому, эволюционировало от «кровавого» до «кроваво-красного» до «красно-красного металла», вероятно, из-за цвета его оксида.Химический символ железа — Fe (от латинского ferrum ), его стандартный атомный вес ( A r, стандартный ) 55,845(2) и атомный номер 26. Кованое железо (<0,15% углерода по весу), литой железо (сплав железа с углеродом, содержащий 2,1–4% углерода по массе, иногда называемый чугуном в чушках) и чистое железо (содержащее максимум 0,006% по массе углерода при комнатной температуре) имеют при комнатной температуре ОЦК-кристалл феррита α-железа. структуру, и они (ферро)магнитны. Критическая точка Кюри ( T c ), при которой чистое железо теряет свои магнитные свойства, составляет 770°С.В магнитном железе электронные спины всех доменов вещества выровнены, усиливая друг друга, тогда как при более высоких температурах электронные спины одинаковы только в одиночных, но случайно ориентированных доменах, так что разные домены компенсируют магнитные эффекты друг друга. Вышеупомянутые сплавы железа имеют худшие механические и коррозионные свойства по сравнению с более современными. Чистое железо слишком мягкое (Mohs 4,0, HV 608 МПа), а чугун (HV около 1500–8500 МПа) слишком хрупок для большинства механических применений.Обычная углеродистая сталь (от греческого stēlē, столб) представляет собой сплав железа и углерода, содержащий максимально 1,7 мас.% углерода, в основном в междоузлиях. Эта промежуточная (между низкоуглеродистым кованым чугуном и высокоуглеродистым чугуном) концентрация углерода увеличивает прочность без ущерба для пластичности или прокаливаемости.

Углеродистая сталь может быть дополнительно переработана в нержавеющую сталь для уменьшения коррозии. Нержавеющая сталь представляет собой сплав углеродистой стали и хрома и обычно никеля в качестве основных легирующих элементов; нержавеющая сталь обычно содержит ≥ 10.5 % масс. хрома, 8–10 % масс. Ni и не менее 50 % масс. железа. В результате добавления хрома на поверхности стали образуется тонкий и чрезвычайно прочный пассивирующий слой, защищающий нержавеющую сталь от коррозии, то есть ржавчины. Пассивный слой имеет толщину 3–5 нм и в основном состоит из гидратированного оксида хрома (III) (Cr 2 O 3 ), который имеет низкую ионную проводимость. Этот тонкий слой содержит больше хрома по сравнению с составом основного сплава.

Пассивный слой также содержит α-Fe 2 O 3 оксид железа в самой внешней части.Коррозионные свойства могут быть дополнительно улучшены добавлением молибдена. Добавление 2–6 мас. % Мо эффективно повышает стойкость к точечной коррозии в растворах, содержащих NaCl. Коррозия и биологические жидкости организма влияют на состав пассивирующего слоя. Защитный эффект пассивирующего слоя снижается из-за неоднородностей микроструктуры, например, на месте включений карбидов хрома и неметаллического сульфида марганца (MnS). Дефекты пассивирующего слоя могут привести к локальной коррозии.Никель в нержавеющей стали стабилизирует ГЦК-микроструктуру аустенитной стали с γ-железом (стали Fe-Cr представляют собой ферритные или α-железные стали с ОЦК-микроструктурой).

Аустенитная сталь немагнитна, что исключает перемещение, например, сосудистых стентов и нагрев во время МРТ, хотя артефакты, вызванные металлом, остаются. Кроме легирования, свойства сталей могут модифицироваться также различными видами термической обработки, приводящими к микроструктурным изменениям. Твердая мартенситная сталь, например, рояльная проволока, образуется путем быстрого охлаждения (закалки) аустенитной стали, поэтому она имеет тот же химический состав, но объемно-центрированную тетрагональную кристаллическую структуру вместо ГЦК, как у аустенитных сталей.

Из-за множества фазовых структур, микроструктур, термической обработки, легирующих элементов и т. д. существуют тысячи различных марок стали. По крайней мере, 50 различных типов стали коммерчески доступны, и примерно 20 из них используются в качестве биоматериалов. Однако лишь некоторые марки, например, аустенитная нержавеющая сталь Американского института железа и стали (AISI) (AISI 316, 0,08% углерода по массе) и ее низкоуглеродистая производная AISI 316L (<0,03% по массе углерода), широко используются в качестве биоматериалов. .Используемая в медицине нержавеющая сталь, легированная железом и низкоуглеродистым хромом (17–20 мас. %), также обычно содержит 2–4 мас. % молибдена и 12–14 мас. % никеля, а также небольшое количество других элементов. Коррозия была снижена, чтобы свести к минимуму высвобождение этих компонентов, поскольку они могут привести к токсическим, аллергическим и другим различным симптомам. Например, никель может вызывать токсические и аллергические реакции. Высвобождение железа из нержавеющей стали может способствовать бактериальным инфекциям, выступая в качестве источника железа для бактерий (Carver, 2018).Железо является реакционноспособным переходным металлом, который может приводить к образованию гидроксильных радикалов в реакции Габера-Вейсса. Износ, в частности образование металлических наночастиц, увеличивает эффективную поверхность биоматериала, что увеличивает коррозию. Это может увеличить содержание железа в организме при использовании имплантатов из нержавеющей стали. В норме в организме содержится примерно 3–4 г железа. Клинический опыт и накопленные знания позволяют предположить, что организм человека относительно хорошо переносит вымываемые вещества из имплантатов из хирургической стали.При использовании в качестве временных имплантатов эти имплантаты удаляются после заживления кости, чтобы избежать стрессовой защиты. Типичными применениями являются пластины, медуллярные стержни, винты, штифты, шовные материалы, стальные нити и сети, используемые для фиксации переломов. Использование нержавеющей стали для замены суставов уменьшилось, когда стали использовать новые материалы на основе кобальта и титана.

Способ производства и микроструктура металла влияют на его механические свойства. Обычный AISI 316L имеет относительно хороший предел текучести при растяжении, примерно 200–250 МПа.Если требуется более высокий предел текучести, применяют холодную обработку (ковку). Производственные дефекты и неправильная конструкция увеличивают риск усталостного разрушения. Усталость относится к разрушению имплантата при повторяющихся циклических нагрузках ниже уровня предельного напряжения. Металлические имплантаты обычно ломаются из-за усталости, а не из-за механической перегрузки. При замене крупнонесущих соединений сопротивление усталости в течение 10 7 циклов испытаний должно быть не менее 400 МПа. Хирургическая нержавеющая сталь имеет относительно хорошую усталостную прочность, примерно 350–400 МПа.Ходьба подвергает тазобедренный имплантат примерно 10 6 циклам ходьбы в год. Металлический стержень всего бедра легко выдержал бы такую ​​нагрузку. В действительности полные суставы не подвергаются такой высокой нагрузке. 400 МПа соответствует 4000 кг/см 2 . Таким образом, на практике металлические ножки из хирургической нержавеющей стали должны служить бесконечно долго. Однако неправильная конструкция, дефекты материалов, износ и коррозия могут снизить сопротивление усталости.

Нержавеющая сталь AISI 316L обладает относительно хорошей коррозионной стойкостью, но по сравнению со сплавами на основе кобальта и титана чувствительна к щелевой и точечной коррозии.Поэтому стальные имплантаты должны иметь гладкую или даже полированную поверхность, пористые поверхности особенно вредны. Большая площадь поверхности, то есть пористая поверхность или мусор, увеличивает коррозию и выщелачивание металлических составляющих сплава.

Сталь AISI 316L относительно тяжелая, ее плотность составляет приблизительно 8,4 г/см 3 . Коэффициент трения нержавеющей стали по полиэтилену составляет примерно 0,10, а в условиях in vivo всего 0,02. В естественном смешанном соединении со смазкой коэффициент трения оценивается примерно равным 0.0,01–0,025 (0,001–0,01 для смазки пленкой под давлением и примерно 0,1 для смазки точек контакта). Высокий коэффициент трения увеличивает образование мусора. В скользящей паре, состоящей из металла и полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы (СВМПЭ), полимер, естественно, изнашивается легче, чем твердый металл. Сэр Джон Чарнли начал использовать стержни из нержавеющей стали, закрепленные полиметилметакрилатом (ПММА), и чашки из полиэтилена. Эта конфигурация до сих пор используется в качестве золотого стандарта при полной замене суставов.Сплавы на основе титана и кобальта обладают лучшей коррозионной стойкостью. Поэтому сплавы на основе титана и кобальта для штифтовых имплантатов в значительной степени заменили штифты из AISI 316L.

Нержавеющая сталь примерно в 10 раз жестче, чем кортикальная кость, с модулем упругости примерно 200 ГПа. При использовании такого жесткого материала нагрузка, которую несет имплантат и кость, больше не подвергается нормальной нагрузке. Использование костного цемента в качестве интерфейса уменьшает этот эффект экранирования напряжения, потому что модуль упругости костного цемента намного ниже, чем у нержавеющей стали, а цементная оболочка образует интерфейс.Поэтому имплантаты из нержавеющей стали всегда используются с цементной фиксацией.

Впервые ученые захватили «квантовый буксир

».

image: Исследователи сделали первое прямое наблюдение за движением атомов в жидких молекулах воды, возбужденных лазерным светом.Их результаты показывают эффекты, которые могут лежать в основе микроскопического происхождения странных свойств воды. посмотреть больше 

Авторы и права: Грег Стюарт/Национальная ускорительная лаборатория SLAC

Вода – самая распространенная, но наименее изученная жидкость в природе. Он демонстрирует много странного поведения, которое ученые до сих пор пытаются объяснить. В то время как большинство жидкостей становятся более плотными по мере того, как они становятся холоднее, вода становится наиболее плотной при температуре 39 градусов по Фаренгейту, чуть выше точки замерзания.Вот почему лед всплывает на поверхность стакана для питья, а озера замерзают с поверхности вниз, что позволяет морским обитателям пережить холодные зимы. Вода также имеет необычно высокое поверхностное натяжение, позволяющее насекомым ходить по ее поверхности, и большую способность сохранять тепло, поддерживая стабильную температуру океана.

Теперь команда, в которую входят исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики, Стэнфордского университета и Стокгольмского университета в Швеции, провела первое прямое наблюдение того, как атомы водорода в молекулах воды тянут и толкают соседние молекулы воды, когда они возбуждаются лазером. свет.Их результаты, опубликованные сегодня в Nature , раскрывают эффекты, которые могут лежать в основе ключевых аспектов микроскопического происхождения странных свойств воды и могут привести к лучшему пониманию того, как вода помогает белкам функционировать в живых организмах.

«Хотя было высказано предположение, что этот так называемый ядерный квантовый эффект лежит в основе многих странных свойств воды, этот эксперимент знаменует собой первый случай, когда он наблюдался напрямую», — сказал соавтор исследования Андерс Нильссон, профессор химической физики в Стокгольмский университет.«Вопрос в том, может ли этот квантовый эффект быть недостающим звеном в теоретических моделях, описывающих аномальные свойства воды».

Каждая молекула воды содержит один атом кислорода и два атома водорода, а сеть водородных связей между положительно заряженными атомами водорода в одной молекуле и отрицательно заряженными атомами кислорода в соседних молекулах удерживает их вместе. Эта сложная сеть является движущей силой многих необъяснимых свойств воды, но до недавнего времени исследователи не могли напрямую наблюдать, как молекула воды взаимодействует со своими соседями.

«Небольшая масса атомов водорода подчеркивает их квантово-волновое поведение», — сказала соавтор Келли Гаффни, ученый из Стэнфордского института пульса в SLAC. «Это исследование является первым, которое прямо демонстрирует, что реакция сети водородных связей на импульс энергии критически зависит от квантово-механической природы того, как атомы водорода разнесены, что, как уже давно предполагалось, отвечает за уникальные атрибуты. воды и сети ее водородных связей.

Возлюби ближнего своего

До сих пор сделать это наблюдение было сложно, потому что движения водородных связей очень малы и быстры. В этом эксперименте эта проблема была решена благодаря использованию MeV-UED от SLAC, высокоскоростной «электронной камеры», которая обнаруживает тонкие молекулярные движения, рассеивая мощный пучок электронов на образцах.

Исследовательская группа создала струи жидкой воды толщиной 100 нанометров — примерно в 1000 раз тоньше, чем толщина человеческого волоса — и заставила молекулы воды вибрировать с помощью инфракрасного лазерного излучения.Затем они взорвали молекулы короткими импульсами высокоэнергетических электронов из МэВ-УЭД.

В результате были созданы снимки с высоким разрешением меняющейся атомной структуры молекул, которые они объединили в покадровую анимацию того, как сеть молекул воды реагирует на свет.

Снимки, сделанные на группы из трех молекул воды, показали, что когда возбужденная молекула воды начинает вибрировать, ее атом водорода притягивает атомы кислорода соседних молекул воды ближе, прежде чем оттолкнуть их с вновь обретенной силой, расширяя пространство между молекулами. .

«В течение долгого времени исследователи пытались понять сеть водородных связей, используя методы спектроскопии», — сказал Цзе Ян, бывший научный сотрудник SLAC, а ныне профессор Университета Цинхуа в Китае, который руководил исследованием. «Прелесть этого эксперимента в том, что мы впервые смогли напрямую наблюдать, как движутся эти молекулы».

Окно на воду

Исследователи надеются использовать этот метод, чтобы лучше понять квантовую природу водородных связей и роль, которую они играют в странных свойствах воды, а также ключевую роль, которую эти свойства играют во многих химических и биологических процессах.

«Это действительно открыло новое окно для изучения воды», — сказал Сицзе Ван, выдающийся научный сотрудник SLAC и соавтор исследования. «Теперь, когда мы, наконец, можем увидеть движение водородных связей, мы хотели бы связать эти движения с более широкой картиной, которая могла бы пролить свет на то, как вода привела к возникновению и выживанию жизни на Земле, и дать информацию о развитии методов возобновляемой энергии. ».

МэВ-УЭД — это прибор пользовательского центра LCLS, которым управляет SLAC от имени Управления науки Министерства энергетики США, которое финансировало это исследование.

Ссылка: Yang et al., Nature , 25 августа 2021 г. (10.1038/s41586-021-03793-9)

SLAC — это яркая многопрограммная лаборатория, которая исследует, как работает Вселенная в самых больших, малых и быстрых масштабах, и изобретает мощные инструменты, используемые учеными по всему миру. Благодаря исследованиям, охватывающим физику элементарных частиц, астрофизику и космологию, материалы, химию, био- и энергетические науки и научные вычисления, мы помогаем решать реальные проблемы и продвигать интересы нации.

SLAC управляется Стэнфордским университетом по номеру Управления науки Министерства энергетики США . Управление науки является крупнейшим сторонником фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и ​​работает над решением некоторых из самых насущных проблем нашего времени.



Отказ от ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за достоверность новостных сообщений, размещенных на EurekAlert! содействующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.

Почему мы не можем просто сделать воду?

Ну, если говорить простыми словами, которые я могу понять, это значит, что ты должна опуститься до моего уровня, Солнышко, вот что;

‘Вода состоит из двух атомов водорода, присоединенных к атому кислорода. Это кажется довольно простой химией, так почему бы нам просто не разбить их вместе и не решить проблемы с водой в мире? Теоретически это возможно, но это был бы также крайне опасный процесс.

Для создания воды должны присутствовать атомы кислорода и водорода.Смешивание их вместе не помогает; у вас все еще остаются только отдельные атомы водорода и кислорода. Орбиты электронов каждого атома должны стать связанными, а для этого у нас должен быть внезапный всплеск энергии, чтобы заставить эти робкие штуки соединиться.

Поскольку водород легко воспламеняется, а кислород поддерживает горение, для создания этой силы не потребуется много времени. Практически все, что нам нужно, это искра — даже не пламя — и бум! у нас есть вода. Электронные орбиты атомов водорода и кислорода совмещены.

Но у нас также есть взрыв и — если наш эксперимент был достаточно большим, смертельный.

Злополучный дирижабль «Гинденбург» был наполнен водородом, чтобы держать его на плаву. Когда 6 мая 1937 года он приблизился к Нью-Джерси, чтобы приземлиться после трансатлантического путешествия, статическое электричество (или, по некоторым данным, акт саботажа) вызвало искру водорода. При смешивании с окружающим кислородом воздуха водород взорвался, окутав «Гинденбург» огненным шаром, полностью уничтожившим корабль за полминуты.

Однако в результате этого взрыва образовалось много воды».

Я думаю, этого примера было бы достаточно, чтобы заставить любого задуматься о попытках получить кислород и водород, чтобы сделать гадость для производства воды. Но не бойтесь, гомо сапиенс, есть несколько чудотворцев, которые придумали несколько интересных и осуществимых идей о том, как создать воду — подробнее об этом чуть позже.

На данный момент и в обозримом будущем, если вам нужна питьевая вода, которая не взрывается, когда вы ее пьете, взгляните на наш довольно изящный ассортимент кулеров для воды; водогрейные котлы; фонтаны… (список можно продолжить).Вы можете написать нам по электронной почте, и мы будем рады предложить вам лучший кулер для воды, соответствующий вашим требованиям.

К сожалению, наши кулеры для воды не предназначены для научных экспериментов с водой. На всякий случай, если вам интересно.

Расположение атомов водорода и наличие разветвленной водородной связи в K2SnCl4•h3O

Интеграция исключительной видимой модуляции, экранирования в ближнем инфракрасном диапазоне и накопления энергии в полностью твердотельном электрохромном двухслойном устройстве ·8h3O

5. Колебательные спектры Cs2CaCl4·2h3O

6. Скрытая пористость в додекафтор- калии близко -додекаборат(2-).Структуры и быстрые взаимные превращения кристаллического калия при комнатной температуре. 2 Б 12 Ф 12 , К 2 (ЧАС 2 О) 2 Б 12 Ф 12 и К 2 (ЧАС 2 О) 4 Б 12 Ф 12 в присутствии водяного пара

7. Гидраты и дейтераты сульфата железа (FeSO4): рамановское спектроскопическое исследование

8. Инфракрасные и рамановские исследования твердых тел в системе Mg(Ch4COO)2–Zn(Ch4COO)2–h3O

9. Кристаллическая структура и поляризованные колебательные спектры монокристалла N-оксида 2-бром-4-нитропиридина тригидрат гидрофосфата магния.I. Область растяжения O-H∗

12. Инфракрасные спектры дицезия транс -Thetraaquadichlorochromium (III) Chloride

13. Координационные эффекты на валентные колебания иона OH-

14. 2-Этиниладамантан-2-ол: модельное соединение с различными OH ··· π и CH · ·· О водородные связи

15. Уточнение структуры BaCl 2 · Д 2 О и SrCl 2 · Д 2 O методом нейтронной порошковой дифракции

16. Поляризованные инфракрасные и рамановские спектры монокристалла моногидрата гидросукцината цезия

17. Водородные связи O-D(H)…S в кристаллогидратах: обзор и сопоставление колебательно-спектроскопических и структурных данных

18. Характеристика кристаллизационная вода в CsMnCl3 ⋅ 2ч3 О ( 2D2 О) комбинационным рассеянием света

19. Строение и поляризованные ИК-спектры кристалла K2HPO4·3h3O

20. Связывание и строение молекул воды в твердых гидратах. Корреляция спектроскопических и структурных данных

21. Инфракрасные и рамановские спектры дигидрата пентацианонитрозилманганата(I) калия: K3[Mn(CN)5NO]� 2h3O

22. Термическое поведение и колебательные спектры моногидрата нитропруссида цезия Cs2[Fe(CN)5NO].h3O

23. Корреляция частоты растяжения и расстояния связи водородных связей OD(H)⋯Y (Y  N, O, S, Se, Cl, Br, I) в твердых гидратах

24. Обзор термоаналитических, ИК, КР и рентгеноструктурных исследований твердых сульфитов металлов

25. Раздвоенная водородная связь в гексахлорстаннате(IV) 4-хлорпиридиния. Подтверждение порошковой нейтронной дифракцией

26. ТГА-ДТА и инфракрасные спектры дигидрата нитропруссида калия: K2[Fe(CN)5NO] · 2h3O

27. Исследования комбинационного рассеяния света на монокристалле тригидрата сульфита магния, MgSO3·3h3O и MgSO3·3(H, D)2O

28. Кристаллические структуры и спектры комбинационного рассеяния α — а также β -NaSCN · 2H 2 O

29. Частота основного изгиба HOH в твердых телах и жидкостях

30. Na2Mg(SO3) � 2h3O. Ein neues ternères Magnesiumsulfit Kristallstruktur, schwingungsspektroskopische und thermoanalytische Untersuchungen

31. Структурные исследования Sr(NO2)2 · X2O (X = H, D): колебательный анализ

32. NaM2OH(SO3)2 · 1 ч3O с M = Mg, Mn, Fe, Co, Ni и Zn Ein neuer Typ Basischer Sulfite

33. Zur Kenntnis der Hydrate des Typs MX 2 · 1 час 2 O mit M = Sr, Ba и X = Cl, Br, I. Кристаллическая структура моногидратов хлорида стронция, SrCl 2 · 1 час 2 O и стронцийбромид-моногидраты, SrBr 2 · 1 час 2 О

34. Инфракрасные и рамановские спектры моногидрата нитрита бария

35. Водородные связи в α-Na3PS4·8h3O: рентгеноструктурное и колебательно-спектроскопическое исследование

36. Кристаллическая и молекулярная структура дихлор(тиомочевины) II)

37. Рамановские и инфракрасные спектры моногидратов галогенидов бария и стронция, MX2 · 1h3O (M = Ba, Sr; X = Cl, Br, I). Новая интерпретация частотных сдвигов валентных мод ОН в твердых гидратах

38. Кристаллическая и молекулярная структура моногидрата хлорида трихлорстанната (II) диаммония. Структурные корреляции для производных хлоролова(II)

39. Спектры комбинационного рассеяния Na 3 Жопа 4 ·8(Д, Н) 2 О и На 3 СбС 4 ·9(Д, Н) 2 Связи O и OD(H)…S в гидратах солей

40. Рамановские и инфракрасные спектры гидроксидов и гидратов бария и стронция

41. Либрационные моды кристаллической воды в гидратированных твердых телах

42. Спектры колебаний решетки. XXII-ИК и КР-спектры дигидрата хлорида стронция, SrCl2·2h3O и SrCl2·2(H, D)2O

43. Спектры колебаний решетки. ХХ. Инфракрасные и рамановские спектры BaCl 2 ?2H 2 О и BaCl 2 ?2D 2 О

44. Gitterschwingungsспектр. XIX-инфракрасный и рамановский спектры BaBr2·2h3O и BaBr2·2D2O

Капли на монете — Мир науки

В этой демонстрации предположения учащихся подвергаются сомнению, поскольку они наблюдают силу поверхностного натяжения в каплях воды.

Хотя молекула воды имеет общий нейтральный заряд, реальная структура молекулы воды делает ее полярной молекулой (у нее есть положительный конец и отрицательный конец).Два атома водорода слегка положительные, а атом кислорода слегка отрицательный. Слабая связь возникает между отрицательно заряженным атомом кислорода одной молекулы воды и положительно заряженным атомом водорода соседней молекулы воды. Это слабое звено называется водородной связью . Полярность молекулы воды также может вызывать ее притяжение к молекулам других полярных веществ.

В этой демонстрации есть два типа «липкости»: когезия и адгезия.

Притяжение между молекулами воды называется сцеплением . Сила сцепления, возникающая между молекулами воды, настолько сильна, что на поверхности воды она создает «кожу», известную как поверхностное натяжение . Поверхностное натяжение достаточно велико, чтобы поддерживать насекомых, ползающих по поверхности воды, таких как водомерки (Gerridae).

Притяжение молекул воды к другим веществам, таким как почва или стекло, называется адгезией .Когда на монетку добавляют капли воды, сила сцепления между водой и монетой не дает воде упасть.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.