Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию__________________
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
В. А. Яблоков
Х И М И Я
Получение и превращение вещества и энергии
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Нижний Новгород
ННГАСУ
2010
ББК 24.1
Я 71
Рецензенты:
Гришин Д.Ф. – доктор хим. наук, чл.-корр. РАН, (Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского);
Карташов В.Р. – доктор хим. наук, (Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева).
Яблоков В. А.
Я 71 Химия. Получение и превращение вещества и энергии [Текст]: учебное пособие /В. А. Яблоков, Нижегород. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2010 . – 192 с. ISBN 978-5-8114-0829-0
В учебном пособии изложены химические аспекты получения и превращения вещества и энергии в различных сферах деятельности человека. Книга рассчитана на студентов технических специальностей.
ББК 24.1
Охраняется законом об авторском праве. Воспроизведение всей книги или любой её части запрещается без письменного разрешения издателя.
ISBN 978-5-8114-0829-0
ННГАСУ, 2010
В.А. Яблоков, 2010
Введение
Описание химических процессов опирается на фундаментальные законы термодинамики, кинетики, квантовой механики. Знание законов позволяет управлять физико-химическими процессами, решать многие прикладные задачи. Известно, например, что глубина траншеи для прокладки водопроводных труб под землей должна превышать глубину промерзания грунта в холодное время года. Объемное расширение льда при замерзании воды способно разорвать трубопровод. Это обусловлено особенностями фазового изменения состояния системы жидкая вода – лед.
Перекачка природного газа по газопроводам высокого давления предполагает соблюдение определенного режима эксплуатации газовых систем и знания физико-химических условий образования кристаллических газовых гидратов (клатратов). Попадание паров воды в природный газ (метан с примесями других углеводородов) приводит к закупорке трубопроводов в результате образования из газов кристаллических гидратов (рис. 1).
Рис. 1. Модели кристаллического каркаса газового гидрата, построенного из шести молекул воды и одной молекулы метана
Извлечение полезных минералов основывается на различии адгезионных свойств минералов и пустой горной породы, а применение металлов как конструкционных материалов предполагает знание их свойств и обеспечение их химической и электрохимической защиты от воздействий внешней среды.
Материалы, используемые в оптоэлектронике и полупроводниковой технике, до неузнаваемости изменили размеры и конструкцию используемых приборов. Однако успехи в миниатюризации транзисторов (электрических переключателей) сопряжены с нежелательными электронными эффектами – проскоком электронов через изолирующий слой (туннельный эффект), в результате которого микросхемы перестают работать. Для решения возникшей проблемы планируется создание нанотрубок и на их основе проводников и полупроводников. Тончайшие полые нити из углерода с внутренним диаметром трубки в несколько нанометров (1 нм = 109 м) позволят уже в ближайшие годы создавать микросхемы, которые найдут применение в медицине, автомобилестроении, авиастроении, энергетике и других сферах деятельности человека.
Получение энергии такая же актуальная проблема, как и проблема получения и превращения вещества. В настоящее время основными источниками энергии на планете являются реакции горения природного газа, каменного угля и продуктов переработки нефти (бензин, керосин, дизельное топливо, мазут). К сожалению, это невозобновляемые источники энергии, поэтому продолжаются поиски альтернативных энергетических источников. Необходимы не только новые способы получения энергии, но и совершенствование ресурсо- и энергосберегающих технологий, а также защита окружающей среды от загрязнения промышленными и бытовыми отходами.
В любой сфере деятельности человека естественные науки (физика, химия, биология и др.) призваны открывать новое и служить теоретической основой для технических наук, проектирующих будущее.