ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Гетероциклы играют важнейшую роль в дыхательном процессе и консервации энергии, фотосинтезе, производстве пестицидов

Гетероциклы играют важнейшую роль в дыхательном процессе и консервации энергии, фотосинтезе, производстве пестицидов. Красителей, термостойких полимеров, аналитических реагентов и многих других практически важных материалов.

20. Роль научной школы кафедры ХТОСА в создании опытно-промышленной технологии биологически активных соединений:

В настоящее время во всех областях народного хозяйства и в быту широко применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ) и композиции на их основе. По объему производства и ассортименту на мировом рынке ПАВ находятся на одном уровне с каучуками, красителями, взрывчатыми веществами и др. Важное место, занимаемое производством ПАВ, обусловлено тем, что в отличие от многих других целевых продуктов органического синтеза ПАВ используют в самых разных отраслях: для добычи и обогащения полезных ископаемых, выращивания сельскохозяйственных продуктов, в строительстве, транспорте, производстве ВВ, космической технике, текстильной и пищевой промышленности, для интенсификации ряда технологических процессов, в том числе самого органического и неорганического синтеза. В бытовой химии ПАВ используются как компоненты стиральных порошков, шампуней, мыл, других моющих и чистящих средств, косметических и лекарственных препаратов.

На нашей кафедре организатором специализации ”25.11.01-Азотсодержащие поверхностно-активные вещества” и руководителем соответствующего научного направления был выпускник кафедры 1955 года, ученик Л.И.Багала, выдающийся ученый физико-химик и незаурядный человек, д.т.н., профессор Ариэль Абрамович Абрамзон.

В настоящее время это направление развивает творческий коллектив, возглавляемый д.т.н., профессором Александром Алексеевичем Котоминым, выпускником кафедры 1964 года. В этом коллективе научно-исследовательские работы и практические разработки выполняют к.х.н. Михаил Борисович Петельский (выпускник 1996г), научные сотрудники Ирина Павловна Подрешетникова (выпускница 1972г), Нина Петровна Широкова (выпускница 1971г), Владимир Владимирович Толстяков (выпускник 1995г), аспирантка Оксана Дмитриевна Якимчук (выпускница 2000г), а также студенты, специализирующиеся в данной области химии. Выполняются диссертационные и дипломные работы, регулярно публикуются статьи в академических изданиях.

Сырьем для производства синтетических моющих средств (СМС) являются продукты переработки нефти, газа и каменного угля. Из них получают основной компонент моющих средств – ПАВ. Позднее было установлено, что полезные свойства последних могут быть усилены за счет добавления к ним ряда органических и неорганических соединений. Оптимальный их выбор и соотношение с поверхностно-активными веществами обусловил создание современных СМС. Проблема оптимизации состава моющих композиций - одно из приоритетных направлений исследований на кафедре.

Главным показателем эффективности СМС является способность удалять загрязнения с отмываемой поверхности, называемая моющим действием. Отмывание поверхности – это сложный многостадийный процесс, для которого до сих пор не разработана единая теория моющего действия. Для решения задач оптимизации СМС коллективом успешно используются экспериментально-статистические методы, позволяющие получить математическую модель процесса моющего действия.

Вторым важным направлением деятельности ученых кафедры является синтез и исследование свойств азотосодержащих ПАВ. Катионоактивные азотосодержащие ПАВ – эффективные катализаторы гетерогенных процессов, комплексообразователи, антистатики. К главным их преимуществам следует отнести также способность работать как в кислой, так и в щелочной среде и высокую антимикробную активность. Амфолитные и неионогенные ПАВ с амидными и аминными группировками в молекуле благодаря их мягкому воздействию на кожу широко применяются в производстве шампуней, пеномоющих и косметических средств. В рамках раздела “Азотсодержащие ПАВ” межвузовской научно-технической программы “Химия” на кафедре ХТОСА синтезированы новые поверхностно-активные вещества, включающие гетероциклические фрагменты (замещенные пиразолы, имидазолы, пиридины, триазолы, тетразолы), проявившие широкий спектр полезных свойств.

Область применения конкретного ПАВ определяется проявляемыми им свойствами. Поэтому важно иметь информацию о свойствах нового соединения ещё на стадии планирования синтеза. Возможность прогнозирования свойств веществ позволяет рационально осуществлять процессы, целенаправленно ставить эксперименты, синтезировать соединения с заранее рассчитанными необходимыми свойствами. Прогноз подразумевает нахождение корреляций между структурой и химической природой функциональных групп вещества и проявляемыми им свойствами. Особенности структуры молекул поверхностно-активных соединений дают возможность априорной оценки их характеристик, в том числе с использованием современной компьютерной техники. Научный коллектив активно работает в этом направлении, что позволило достичь успехов в прогнозировании ключевых свойств ПАВ: поверхностного натяжения, адсорбции, эмульгирующей способности, вязкости, диффузии, моющего действия.

21. Применение высокоэнергетических материалов в технике и народном хозяйстве:

ˆ Использование достижений химии и техноло­гии высокоэнергетических материалов в различных областях техники и народном хозяйстве позволяет не только резко повысить эффективность и эко­номичность многих технологий, но и создавать принципиально новые материалы, изделия и тех­нологические процессы. Особенно широко такие исследования и разработки развернулись в послед­ние годы в связи с конверсией оборонных предприя­тий и военной техники.

Поскольку пороха и взрывчатые вещества (ВВ) являются чрезвычайно компактными носителями энергии, не требующими для ее реализации слож­ных устройств, они давно используются для произ­водства трудоемких работ, таких, как строительство дорог, дамб, плотин, прокладка туннелей, каналов, добыча полезных ископаемых. В самом деле, 200 г аммонита (ВВ на основе нитрата аммония), взрыва­ясь со скоростью 5 км/с, развивают мощность, рав­ную 21,5 млн л.с., в мгновенный отрезок времени, равный 5 • 10"5 с; 400 г тротила при взрыве в течение 9 • 10"5 с производят работу, эквивалентную одно­временному усилию более миллиарда человек. Если не считать атомную энергию, то ни одна машина не в состоянии при равных массе и размерах развивать такую титаническую мощность. Недаром изобрете­ние пороха, а затем и взрывчатых веществ считается одним из величайших достижений человечества.

В горном деле пороха стали применять еще в XVII веке, однако широкое использование высоко­энергетических материалов для добычи полезных ископаемых началось только с появлением динами­та (ВВ на основе тринитрата глицерина, смешанно­го с твердым наполнителем, таким, как карбонат магния или инфузорная земля), около 130 лет тому назад. В течение длительного времени горнодобы­вающая промышленность была практически един­ственным объектом мирного использования ВВ, и даже сейчас она является потребителем 80—90% всех промышленных ВВ. Без применения ВВ гор­ные разработки практически невозможны. В част­ности, 3/4 всего угля добывается с помощью взрыва.

Техника взрывных работ при добыче полезных ископаемых относительно проста. В залежи руды или пласте угля пробуривают узкие наклонные, го­ризонтальные или вертикальные скважины (шпу­ры) длиной до 5 м. Заряд ВВ закладывают или зали­вают внутрь шпура, вставляют детонирующее устройство и производят взрыв. Так как условия взрыва могут быть весьма различными из-за вариа­ции плотности залежей, степени насыщения их во­дой, необходимости получения кусков или блоков породы определенных размеров, то удовлетворить все эти требования с помощью лишь одного типа ВВ невозможно.

Например, при добыче декоративного камня, используемого при изготовлении памятников, ху­дожественных изделий, в облицовочных работах, обычные ВВ неприменимы из-за высокого бри­зантного (дробящего) действия. Поэтому до по­следнего времени в этих целях использовали дым­ный (черный) порох, при сгорании которого в замкнутом объеме давление нарастает значительно медленнее, чем при взрыве ВВ. При этом в откалы­ваемой породе не образуются трещины. Однако из- за большой опасности в обращении с черным поро­хом в настоящее время для этих целей используют специальные эластичные ВВ с низкими скоростями детонации 2—3 км/с.

Незаменимы ВВ и при разведке земных недр. Разработка и использование быстрых, дешевых и надежных способов обнаружения полезных иско­паемых в земной коре являются весьма актуальны­ми задачами. Одним из самых эффективных геофи­зических методов разведки полезных ископаемых является сейсмический, основанный на закономер­ностях распространения в толще земной коры воз­бужденных взрывом упругих волн. С помощью сейсморазведки ведут работы по поиску месторож­дений нефти и газа, угля, металлических руд, изуча­ют обширные геологические массивы, составляют прогноз землетрясений и т.д. Принцип сейсмораз­ведки основан на различии в упругих свойствах гор­ных пород, что приводит к изменению скорости

распространения сейсмических волн. Например, в граните она составляет около 6 км/с, в каменной соли — 4 км/с, в воде и песке — всего 1,5 км/с. Встре­чая на своем пути поверхности, разделяющие поро­ды, упругие волны отражаются от них, преломляют­ся и частично возвращаются на поверхность Земли. Если на исследуемом участке расположить сейсмо­графы (специальные приборы, фиксирующие коле­бания почвы), то по времени прихода отраженных волн можно определить глубину и форму залегания различных горных пород.

С помощью сейсморазведки во всем мире от­крыто и разведано множество месторождений, в ча­стности нефтяных и газовых. Этот метод применя­ют также для изучения глубинного строения (мантии) Земли. Используя заряды ВВ массой в не­сколько сот килограммов и высокочувствительные датчики, можно получить сведения о свойствах гор­ных пород, залегающих на глубине 150 км и более.

Для возбуждения сейсмических волн использу­ют заряды ВВ массой от 0,2 до 100 кг, размещенные в скважинах глубиной от 1 до 100 м, а иногда и пря­мо на поверхности Земли. Этот же метод примени­ли американские исследователи для зондирования глубинных слоев Луны во время одной из экспеди­ций на космическом корабле "Аполлон".

Сравнительно новым и эффективным способом геофизической разведки является зондирование глубинных слоев Земли с помощью мощного элект­рического разряда, создаваемого магнитогазодина- мическими (МГД) генераторами, работающими на твердых плазменных топливах. Принцип действия таких установок основан на образовании высокоио- низированной плазмы при горении порохового заря­да, который изготавливается на основе баллиститно- го пороха с легкоионизирующимися добавками — солями калия или цезия (обычно нитратами). Такие плазменные топлива имеют высокую электропро­водность продуктов горения, на три порядка и более превосходящую таковую у обычных порохов. При движении плазмы с высокой скоростью в магнитном поле в соответствии с законами электромагнитной индукции можно осуществлять прямое преобразова­ние химической энергии пороха в электрическую. Разработанные в России передвижные МГД-уста- новки имеют мощность 20—100 МВт, заряд твердого топлива массой 60—700 кг, время работы 2,5—10 с, сила тока нагрузки 5 кА и выше (рис. 2).

Пороха и ВВ широко используются при бурении и эксплуатации скважин. Прострелочные работы в скважинах включают в себя отбор образцов горных пород, пластовых жидкостей и газов, а также пер­форацию (прободение) обсадных колонн для вскры­тия продуктивных пластов.

Взятие образцов породы с нужных глубин, осу­ществляемое с помощью специального взрывного устройства — бокового стреляющего грунтоноса, — самый надежный способ изучения горных пород наинтенсификации добычи нефти и газа является повышение проницаемости прискважинной зоны за счет применения специальных пороховых сква- жинных генераторов давления, создающих искусст­венные трещины в пласте.

При горении порохового заряда, опущенного в скважину, образующиеся газообразные продукты сгорания создают давление, равное или превышаю­щее пластовое. Это давление вызывает разрыв пла­ста и образование остаточных трещин, а также ока­зывает термическое и химическое воздействие на пласт, приводящее к растворению твердых парафи­новых, асфальтосмолистых и других конденсиро­ванных отложений, забивающих каналы в пластах. К газогенератору обычно присоединяют кумуля­тивный перфоратор для образования в стенке сква­жины каналов, через которые в пласт закачивают газожидкостную смесь.