Значение химии в создании новых материалов, решении сырьевой и энергетической проблем

Реферат
на тему:
Значение химии в создании новых материалов, решении сырьевой и энергетической проблем
?
Человеку нужны одежда, жилье, общественные и промышленные здания, орудия труда, машины, аппараты, технические и бытовые приборы, оборудование для транспорта и связи и т. Из какого материала вы все это производить? Этот вопрос сложный и заслуживает большое внимание.
Историки обозначают эпохи развития человечества на Земле за их главным материалом: возраст каменный, возраст бронзовый, век железный. С этой точки зрения наш век — век синтетических и химически переработанных материалов. Однако металл не исчезнет из нашей жизни, но изменит свои свойства. Теоретически уже доказано, что современные металлические изделия могли быть значительно крепче. Уменьшают их прочность над микроскопические неоднородности — достаточно малые трещинки, оползни, неточности в структуре, пустоты, которые не заняты атомами и тому подобное. В лабораториях удалось добыть тонкие нити («усы») однородного металла, значительно крепче стали. Но от этих «усов» в монолитных брусков и массового производства еще весьма далек путь.
В керамики и стекла прочность еще меньше теоретической, чем у металла. Но недавно удалось повысить прочность стекла во много раз специальной химической обработкой его поверхности. Предоставляя стеклу мелкокристаллический, как у металлов, строения, гораздо повысили и его жаростойкость.
рунетки
Изобретены новые огнеупорные материалы, очень нужны для высокотемпературных печей, электротехники: оксид магния, оксид тория, нитриты, бориды, карбиды с температурой плавления от 2500 до 3500 градусов по Цельсию. Большое значение приобретают полупроводники, которые способны обеспечить безотказную работу машин и в космосе, и в глубинах Земли, и в огненных пещерах, и при абсолютном нуле.
Новые материалы нужны для квантовых генераторов, лазеров, которые порождают мощные лучи, способные резать, плавить, испарять, сверлить и посылать сигналы далеко за пределы нашей планеты. В нынешних лазерах луч генерируется в кристалле искусственного рубина. Уже найдено немало и других веществ для генераторов.
Итак, развитие техники невозможно без изобретения новых материалов, имеющих комплекс специальных свойств, особенно высокую механическую прочность и значительную устойчивость к высоким температурам при возможно небольшой плотности. Потребность в таких материалах не ограничивается авиа- и ракетостроение; все шире их применяют в самых различных областях народного хозяйства.
Как же человек сумел проникнуть в секреты состава и строения самых разнообразных материалов, создать искусственные материалы? Рассмотрим это на примере алмаза. Первым человеком, давшим правильное (хотя не полное) толкование о химическом составе алмаза, был Исаак Ньютон. Как бы мы сейчас не оценивали предсказания Ньютона и чем бы мы его не считали — обоснованным утверждением или необоснованной догадкой, факт остается фактом: Ньютон считал алмаз горючим веществом.
В 1772 А. Лавуазье доказал, что алмаз горит так же, как сера, фосфор, уголь.
В 1797 г... был проведен такой опыт. Сожгли одинаковые по массе количества угля, графита и алмаза. Во всех трех случаях образовались одинаковые количества одного и того же соединения — углекислого газа. Это позволило утверждать, что алмаз состоит из углерода.
В 1860 г... немецкий ученый Г. Розе исследовал явление обугливание алмаза и его преобразования в графит.
Еще в начале 90-х годов XIX века было известно, что алмаз, уголь, графит — это одно и то же вещество — углерод. Алмаз не поддается никаким изменениям при относительно малых температурах, а при сильном нагрева превращается в графит. Плотность алмаза — 3,5; графита — 2,2; угля в среднем 1,3 г / куб. см, то есть, когда добывают алмаз, графит необходимо подвергать высоком давлении; в природе алмаз рождается в глубинах Земли, где очень высокие температуры и давления.
То, что алмаз можно найти также в железных метеоритах, привело российского ученого К Д. Хрущева к выводу, что железо было благоприятной веществом для образования алмаза. Из практики известно, что при охлаждении расплавленного железа, пресыщенного в печи углеродом, выделяется графит. В отличие от других металлов железо при остывании не уменьшается в объеме, а увеличивается. Поэтому, если его быстро охлаждать, то твердая оболочка, образуется (корка), сожмет внутреннюю массу, которая пытается расшириться. Итак, в середине нее давление резко возрастает.
Таким образом, природа не только подтвердила необходимость высокого давления при добыче искусственного алмаза, но и подсказала принципиальный проект алмазообрабатывающего установки.
На первый взгляд, казалось бы, что проблема решена и можно приступать к промышленному выпуску бриллиантов. Во многих лабораториях разных стран начались опыты по добыче искусственного алмаза, одно за другим появлялись сообщения все новых и новых ученых о удачный синтез алмаза, однако алмазов не было.
С открытием рентгеновских лучей начались интенсивные исследования строения алмаза, графита.
В 30-х годах советский ученый А. И. Лейпунский вычислил структуру алмаза и нашел температуру, при которой атомы углерода должны перестраиваться с графитовой структуры в алмазную. Он задал вопрос: не превращаться графит в алмаз при той же температуре, при которой алмаз полно превращается в графит? Расчет подтвердил это предположение. Так был создан график — диаграмму состояния углерода при разных давлениях и температурах. Кривые показали для преобразования графита в алмаз, кроме температуры 200 градусов по Цельсию, необходимо давление не меньше (60-70) * 100000 Н / кв.м есть в сотни раз больше, чем мог быть в распоряжении тех, кто пытался добыть искусственный алмаз.
А. И. Лейпунский писал, что графит представляет собой кинетически более выгодный путь кристаллизации углерода, чем алмаз, и вследствие этого единственно надежный способ его изготовления — кристаллизация или рост кристаллов, имеющихся в пределах термодинамической устойчивости (при высоких давлениях) при температуре, когда возможна рекристаллизация графита. Для этого необходимо совершенствование техники получения высоких давлений и подбор среды для кристаллизации. В области, где алмаз менее устойчив, чем графит, возможными путями являются: выращивание алмаза из раствора, содержащего углерод, закаливание расплавленного угля (также при высоком давлении), спиткання алмазной пудры. Итак, рецепт алмаза в общем, был выписан, осталась техника: давление, температура ...
В 1942 расчетами было доказано, что для роста алмаза необходимо, чтобы количество атом азу необходимо, чтобы количество атомов углерода, которые касаются его поверхности или между собой, была не очень большой, иначе углеродные атомы НЕ надбудовуватимуть «ложные» графитовые ячейки. Из этого следует, что при синтезе алмаза надо управлять не только температурой и давлением, но и количеством самого углерода. Однако после публикаций в 1955 о синтезе алмазов в США и Швеции стало ясно, что научную часть задачи решена, а сообщение через два года о выпуске 100 000 каратов синтетического алмазупидтвердило, что создано и заводскую технологию его получения.
Настойчиво работали над проблемой синтеза алмазов и в СССР, поскольку советская индустрия требовала алмазных инструментов. Однако попытки превратить в алмаз один