Нестандартные вопросы химии и их решения

1. «Поющая колба». Выделение энергии в ходе химических реакций происходит обычно в виде теплоты, света или других электромагнитных излучений. Обсудите возможность выделения энергии химической реакции в виде звуковых колебаний. Предположите возможность применения такого эффекта.

2. «Сам себе радар». Предложите состав для покрытия автомобилей, который способен изменять цвет в зависимости от скорости автомобиля. Предположите возможность регулирования скорости, при которой будет происходить цветовой переход.

3. «Молекулярные машины». Предложите и обоснуйте принцип, который позволяет создавать механические устройства молекулярных размеров, способных к осуществлению заранее запланированных механических движений. На основании каких процессов и взаимодействий основана работа таких машин? Предложите способ управления и контроля такими машинами.

4. «Генная инженерия». Молекула ДНК отрицательно заряжена при рН=7, что не позволяет ей проникнуть через клеточную мембрану, которая тоже имеет отрицательный заряд. Предложите метод упаковки-введения-распаковки молекулы ДНК, который позволил бы внедрять в живую клетку молекулы ДНК без повреждения клеточной мембраны.

Нами были предложены решения этих задач и составлены следующие доклады:

1. «Поющая колба». Согласно представлениям классической химии, изменение свойств системы при протекании химических процессов происходит непрерывно и сопровождается выделением или поглощением энергии, количество которой определяется природой реагирующих веществ и их физическим состоянием. Реакции осуществляются только при столкновении молекул реагентов и, согласно классическим представлениям, имеет место непрерывное изменение концентрации реагирующих веществ и, следовательно, происходит монотонное изменение физических параметров системы.

Обычно при изучении химических и физико-химических процессов исследуются тепловые эффекты. Однако принципиальных запретов на то, чтобы энергия в ходе химических реакций и физико-химических процессов выделялась в виде механического движения, электромагнитного излучения и других формах, не существует. Поскольку химические реакции связаны с изменением геометрии молекул, изменением степени упорядоченности вещества, а иногда сопровождаются и фазовыми переходами, то в реакционной среде неизбежно должны генерироваться акустические (звуковые) сигналы.

Так как любые реальные реагирующие системы (жидкости, стекла, кристаллы) имеют определенную внутреннюю структуру, то при протекании химических реакций и физико-химических процессов последняя неизбежно должна меняться. Причем этот переход происходит в небольших объемах вещества и должен сопровождаться скачками в изменении физических параметров. Таким образом любой химический и физико-химический процесс должен характеризоваться ступенчатым изменением температуры, концентрации и других параметров. Величина этих ступенек (скачков) чрезвычайно мала и она определяется надмолекулярной структурой вещества.

Изменение состояния системы на одну ступеньку обязательно должно сопровождаться акустическими колебаниями и другими эффектами. Это должно происходить при протекании процессов и в гомогенных системах, в частности, в жидких растворах, поскольку жидкости имеют ближний порядок в расположении структурных элементов.

Это явление позволяет по-новому взглянуть на известные факты и дать логическое объяснение некоторым ранее непонятным экспериментальным данным. ............