Ученые Самарского университета предложили качественно новый композитный сорбент для хроматографического анализа, который ускорит процесс разделения и определения состава смесей в нефтехимии и экологических исследованиях. Результаты работы опубликованы в журнале «Journal of Chromatography A».

Хроматография – один из важнейших методов химического анализа и разделения смесей веществ. Попадая в хроматографическую колонку с сорбентом, смесь веществ движется в потоке газовой или жидкой фазы. Отдельные компоненты смеси по-разному удерживаются на поверхности сорбента, что позволяет их разделять на выходе из колонки. Это дает ученым возможность идентифицировать компоненты и определять их количественное содержание.

Метод газовой хроматографии широко применяется в нефтехимии при контроле качества нефти и нефтепродуктов, а также в экологических исследованиях.

Металл-органические каркасные полимеры (МОКП) – новый класс кристаллических пористых материалов, которые обладают большим разнообразием химического состава, структур, геометрии каналов и пор. Благодаря этим свойствам, МОКП можно широко применять в сорбционных технологиях, катализе, мембранных технологиях и адресной доставке лекарств. Эти материалы также обладают большим потенциалом для сорбционного поглощения и хранения различных газов и углеводородов (водород, углекислый газ, метан и др.).

Тем не менее, практическое использование синтезированных кристаллов МОКП в качестве сорбентов для высокоэффективных разделительных колонок затруднено за счет неоднородности размера частиц, небольшой механической прочности, малой доступности внутренних пор частиц. Поэтому ученые Самарского университета исследовали свойства иммобилизованных и привитых МОКП на различных твердых подложках и частицах, а также композитов на основе этого интересного класса пористых кристаллов.

«Мы предложили применить новый композиционный сорбент, в котором мелкодисперсный (0,5–1,0 мкм) порошок МОКП терефталата хрома (MIL-101(Cr)) нанесен и закреплен на поверхности пор широкопористого кремнеземного носителя. Этим сорбентом мы заполнили металлическую хроматографическую колонку (1 м × 3 мм) и успешно и быстро разделили в условиях газовой хроматографии ряд смесей летучих органических соединений, в том числе изомеры»

рассказала аспирант кафедры физической химии и хроматографии Самарского университета Юлия Мартина.

Она объяснила, что наличие мелких частиц, а не исходных кристаллов, облегчало диффузию анализируемых соединений в поры МОКП и их транспорт в потоке газовой фазы. Это позволило получить высокоэффективную наполненную разделительную колонку для газовой хроматографии. К примеру, полное разделение смеси н-гексана, бензола и циклогексана произошло менее, чем за две минуты, а определение метана и трех его хлорпроизводных (дихлорметан, трихлорметан, тетрахлорметан) заняло около 3,5 минут.

По словам ученых, результаты исследования могут использоваться в химии, нефтехимии, химической технологии и в экологических исследованиях для быстрого анализа смесей легкокипящих органических соединений. Разработанный подход к получению композиционных материалов на основе МОКП может быть в дальнейшем применен и в других технологиях с целью улучшения эксплуатационных свойств этих новых материалов.

Авторы отмечают, что работа посвящена 150-летию со дня рождения Михаила Семеновича Цвета, первооткрывателя хроматографии. Самарский университет — участник программы Минобрнауки «Приоритет-2030».

Проект «Россия-Китай: Главное». Китайские исследователи разработали систему искусственного интеллекта AI-Chemist для облегчения химических исследований и проведения экспериментов, сообщила газета «Чжунго кэсюэбао».

Система AI-Chemist способна выполнять все основные действия, необходимые для химических исследований, заявили исследователи Китайского научно-технического университета.

AI-Chemist может осуществлять автоматический сбор, обработку, анализ и визуализацию данных. Система предназначена для автоматического поиска и чтения литературы из облачных баз данных и способна разработать соответствующий план экспериментов. AI-Chemist также может управлять двумя роботами и 15 интеллектуальными химическими рабочими станциями.

Данные экспериментов могут быть одновременно проанализированы системой AI-Chemist, что позволяет ей предложить новую гипотезу для следующей итерации.

Работоспособность системы AI-Chemist была проверена путем постановки перед ней трех различных химических задач, говорится в статье, недавно опубликованной в журнале National Science Review.

Почему один из лауреатов этого года ждал награды 60 лет? Что связывает птиц и острый перец, и почему это открытие достойно Нобелевской премии? Как лауреаты поделят между собой призовой фонд?

В эксперименте Национальной ускорительной лаборатории SLAC в США ученые впервые напрямую наблюдали, как возбужденные атомы водорода в молекуле воды взаимодействуют с соседними молекулами. Эти квантово-механические взаимодействия лежат в основе водородных связей, с которыми связаны многие уникальные физико-химические свойства жидкой воды. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Вода — одна из самых важных, но, при этом, наименее изученных жидкостей в природе. В частности, ученые не до конца понимают механизм возникновения водородных связей, во многом определяющих поведение жидкой воды в химических реакциях.

До сих пор колебания атомов в молекулах воды физики изучали в экспериментах по сверхбыстрой спектроскопии. Однако эти эксперименты не давали непосредственного представления о движении атомов — смещение атомных позиций в них ученые оценивали путем сложного перевода спектральной динамики в динамику водородных связей.

Физики-экспериментаторы, работающие в Национальной ускорительной лаборатории SLAC Стэнфордского университета, вместе с коллегами из других университетов США и Швеции использовали для наблюдения колебаний атомов высокоскоростную электронную камеру MeV-UED SLAC, которая обнаруживает малозаметные движения молекул путем рассеивания мощного пучка электронов от образцов.

Авторы создали струи жидкой воды толщиной 100 нанометров и заставили молекулы воды вибрировать с помощью инфракрасного лазерного света. Затем они взорвали молекулы короткими импульсами высокоэнергетических электронов, испускаемых камерой. В результате ученые получили снимки с высоким разрешением изменяющейся атомной структуры молекул, которые они объединили в покадровый фильм, показывающий, как сеть молекул воды реагирует на свет.

Снимки, которые были сфокусированы на группе из трех молекул, показали, что, когда возбужденная молекула воды начинает вибрировать, ее атом водорода на короткое время порядка 80 фемтосекунд притягивает атомы кислорода к соседним молекулам, прежде чем оттолкнуть их с новой силой, расширяя пространство между молекулами. При этом во время сближения происходит сжатие водородной связи примерно на 0,04 ангстрема и нагрев, сохраняющийся в течение одной пикосекунды.

Другими словами, атомы водорода в молекулах воды непрерывно то притягивают, то отталкивают соседние молекулы. 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 все вместе.

«Малая масса атомов водорода усиливает их квантово-волновое поведение, — приводятся в пресс-релизе Национальной ускорительной лаборатории SLAC слова одного из авторов исследования доктора Келли Гаффни (Kelly Gaffney), физика из Стэнфордского института. — Это первое исследование, которое напрямую демонстрирует, что реакция сети водородных связей на импульс энергии зависит от квантово-механической природы того, как атомы водорода разнесены и взаимосвязаны».

Запутанная квантово-механическая сеть атомов водорода, по мнению авторов, лежит в основе многих свойств воды, которые физики не могли объяснить, пока не увидели, как молекулы воды взаимодействуют между собой.

День химика в России отмечают в последнее воскресенье мая. В 2022 году праздник выпал на 29 число. Какой подарок оценят виновники торжества?

Когда отмечается День химика

Свой профессиональный праздник 29 мая отмечают работники химической и нефтехимической промышленности, а также все причастные к этим наукам — от студентов до маститых исследователей.

История и традиции праздника

Традицию отмечать День химика заложил еще в далеком 1980 году Президиум Верховного Совета СССР. Сейчас она продолжается также на Украине и в Белоруссии. Интересно, что свой собственный праздник (еще до общесоюзного) начали отмечать на химическом факультете МГУ – тоже в мае, но во второй выходной этого месяца.

Вообще, химики народ дружный и профессиональный праздник отмечают с размахом. Традиционно в этот день проводятся самые разные мероприятия – от спартакиад и концертов до награждений и открытия новых производств.

О профессии

Перефразируя название популярного научного журнала, можно смело утверждать: «Химия – жизнь»! Ведь, во-первых, в самом человеческом организме можно найти десятки химических элементов. А во-вторых, куда ни посмотри – везде нас окружают достижения химии. Это и одежда, и еда, и лекарства, и современные гаджеты, да вообще буквально все.

Химия – если не самая древняя, то во всяком случае одна из древнейших наук. Ведь еще первые люди дубили шкуры, изготовляли примитивные лекарства и краски.

По одной из версий, название науки произошло от арабского наименования Египта – Хэм, ведь еще древние египтяне умели делать косметику, бальзамирующие вещества, моющие средства и так далее. По другой версии, от греческого hyma – литье.

Много для развития современной науки сделали и средневековые алхимики, искавшие секрет вечной жизни, но открывшие, например, серную и соляные кислоты, сурьму и раствор нашатыря.

Сейчас существуют десятки разновидностей химии как науки – от всем известной пищевой до, например, астрохимии, занимающейся исследованием образования звезд и планет. А среди самых перспективных и востребованных направлений: биохимия, нанохимия и «зеленая химия».

Готовят химиков в вузах и учреждениях среднего профессионального образования (химиков-технологов или специалистов по переработке нефти и газа), работают химики в лабораториях или на производствах. В ближайшие годы интерес к профессии и ее востребованность будут только возрастать – в результате санкций и ухода зарубежных компаний России предстоит в этой сфере большая работа над импортозамещением, новыми материалами и лекарствами. А миру в целом – переход на чистые безотходные технологии.

Что подарить

Химик всегда может угостить собрата после рабочей смены или в перерыве. Тем, кто хочет порадовать представителя этой профессии, можно посоветовать сделать что-нибудь для ее популяризации, например, среди подрастающего поколения. В конце концов, главное – это внимание. Так что можно сводить ребенка в музей и показать, как развивалась химия. Например, в коллекции московского Политехнического музея есть макет первой в России научно-исследовательской химической лаборатории, созданной еще Михаилом Ломоносовым в середине XVIII века.

А еще можно похимичить самим. Для этого даже необязательно покупать специальные наборы, можно обойтись и подручными материалами. Например, поместите ракушку в уксус и через некоторое время покажите ребенку, что получится. Заодно будет проще заставить чадо чистить зубы. В интернете есть множество описаний подобных безобидных (!) химических опытов, доступных каждому. Главное – помнить о безопасности при проведении экспериментов.

Интересные факты

Последний раз Нобелевскую премию по химии российский (советский) ученый получил в 1956 году. Это был один из основоположников химической физики Николай Семенов.

Иррациональная боязнь химических соединений называется хемофобией.

Название города Химки с химией никак не связано, оно произошло от имени реки. Почему она называется Химкой – до сих пор неизвестно.

В Объединенном институте ядерных исследований построили «Фабрику сверхтяжелых элементов». Здесь атомы разгоняются до гигантской скорости, а затем врезаются в друг друга и сливаются. Так получается новый элемент периодической таблицы. Таким образом в Дубне уже синтезировали пять новых элементов и завершили седьмой ряд таблицы Менделеева. Есть ли вообще у нее конец? А зачем получать то, что не существует в природе? Узнаем в подкасте Кот ученый.

Гость:

Александр Карпов, д.ф.-м.н., ученый секретарь лаборатории ядерных реакций ОИЯИ

В выпуске:

00:00 – новые химические элементы;

01:50 – какой самый последний элемент в будущей таблице Менделеева – 174?

03:20 – а что дальше? Спонтанный распад вакуума.

03:45 – что такое Фабрика сверхтяжелых элементов?

05:00 – практически алхимия: из двух элементов делают новый;

06:30 – атом внутри практически пустой, ядро в 10 тысяч раз меньше всего атома;

07:30 – масштабы производства – один атом в месяц;

08:30 – и этот атом живет всего лишь пол минуты;

08:50 – «остров стабильности» – практически как «остров везения»;

09:45 — почему они распадаются? И до каких пор они распадаются?

10:30 – как можно зафиксировать такие капризные и непослушные атомы?

12:20 – для чего это нужно? Какой прок от новых элементов?

13:40 – главное не результат, а сам процесс, технологии, которые создают новое;

14:40 – больше всего технологий из ускорителя и атомной физики сейчас используется в медицине;

15:30 – самые используемые и самые дорогие искусственно созданные элементы;

17:15 – черные дыры, взрывы звезд – тоже могут быть источником новых элементов;

18:00 – загадка урана, до сих пор не могут выяснить, как он появился на Земле;

20:00 — остров стабильности — пока существует только в теории;

22:00 – все дело в радиоактивном кальции;

24:43 – можно ли заранее просчитать свойства тех элементов, которых еще нет в природе?

25:40 – а справедлив ли до сих пор периодический закон Менделеева учитывая сколько новых элементов открыто?

27:00 – ядерные силы и законы пока неизвестны, существую только модели;

28:00 – ближайшие планы – создать 119 и 120 элементы.

А вы знали, что одни леса поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а другие – наоборот? И даже земля «дышит» – поглощает и выбрасывает углекислоту. Химические загрязнения человеком природы – безусловный вред. Но и показатель развития человечества, и он неизбежно сопровождает все технологические достижения.

«Химофобия распространена повсеместно, диву даешься, чего только не услышишь. На самом деле, химия – это комфорт, лекарства, новые материалы, энергетика, транспорт, новые источники тока, машиностроение, строительство и дизайн. Что касается выбросов парниковых газов, не все химическое – вредно, не все природное – приносит пользу. Подсчитали, что есть 120 типов лесов, которые активны в зависимости не только от видов деревьев, но и от возраста растений. Лес может не только поглощать, но и, наоборот, выделять избыточное количество углекислого газа. Также и водоросли в океане. И даже земля «дышит». Новые горные породы, тектонические процессы – поглощают углекислоты, а вулканическая деятельность приводит к выбросам», — рассказал он в эфире радио Sputnik.

Еще Михаил Ломоносов и Дмитрий Менделеев говорили о том, что наибольшее количество открытий будет совершено именно в этой науке. С тех пор прошло много лет, но по-прежнему химия – это передовая отрасль, без открытий и новых исследований в которой не могут развиваться остальные. Взаимодействие химической науки с бизнесом и с ведущими областями производства – металлургией, нефтехимией, машиностроением, медициной, биологией, транспортом, сельским хозяйством, здравоохранением – имеет непосредственное отношение к экономике государства. И в ежедневной жизни каждого человека химии гораздо больше, чем он думает.

«Когда говорят, что продукт «без химии», меня всегда это смешит – понятно, что это маркетинговый ход. Когда ты знаешь суть вопроса – это абсолютная глупость. На мой взгляд, не достает научно обоснованных данных по токсикологии, что действительно вредно и отравляет организм. Это касается всего – начиная от вкусовых добавок, запахов до проверки реально длительного воздействия примесей. Кроме веществ на организм могут негативно действовать некачественный воздух, образ жизни и множество других факторов. Разделить эти данные невозможно, тем более на большом промежутке времени. Поэтому все нормы и показатели того, что вредно, а что нет, основаны не на экологических и медицинских расчетах, а на экономических. Что неправильно», – уверен декан химического факультета МГУ Степан Калмыков.