| |||
| ХИМИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Научные открытия в области органической, неорганической химии и катализа. Научное открытие "Явление полимеризации в ударной волне". Формула открытия: "Экспериментально установлено ранее неизвестное явление, заключающееся в том, что в результате прохождения ударной волны через мономеры, находящиеся в конденсированной фазе, происходит образование полимеров, характеристики которых зависят от амплитуды ударной волны". Авторы: В. И. Гольданский, В. Л. Тальрозе, А. Н. Дремин, П. А. Ямпольский, Г. А. Ададуров, А. Н. Михайлов, И. М. Баркалов, Т. Н. Игнатович. Номер и дата приоритета: № 125 от 23 июня 1964 г. Описание открытия. Группа ученых Института химической физики: члены-корреспонденты АН СССР В. И. Гольданский, В. Л. Тальрозе, доктора физико-математических наук А. Н. Дремин, П. А. Ямпольский, кандидаты физико-математических наук Г. А. Ададуров, А. Н. Михайлов, кандидаты химических наук И. М. Баркалов, Т. Н. Игнатович открыла явление образования полимеров в ударной волне. В последние годы стали интенсивно развиваться работы по исследованию влияния воздействия ударных волн на свойства неорганических веществ и металлов. Толчком к этому послужило обнаружение мельчайших кристаллов алмаза в графите, подвергнутом ударному сжатию до давления около 300 кбар (300 тыс. ат). Этот факт свидетельствовал о сверхбыстрых превращениях вещества, происходящих за миллионные доли секунды. В дальнейшем была доказана возможность структурных превращений ряда веществ при ударном сжатии. В частности, в древних метеоритных кратерах, где когда-то при ударе метеорита о поверхность Земли возникали ударные волны, были обнаружены фазы высокого давления кремнезема - коэсит и стиповерит, ранее неизвестные и впервые полученные при высоких статических давлениях. Состояние конденсированных веществ (жидкостей и твердых тел) при сжатии ударной волной существенно отличается от состояния сжатых ударной волной газов. При прохождении ударной волны по газу сравнительно небольшие давления вызывают сильное сжатие и огромное повышение температуры. Давление в газах имеет сугубо тепловое происхождение и всегда пропорционально температуре, поэтому химические реакции, протекающие в газах за фронтом ударной волны, представляют собой термические процессы. Конденсированные вещества характеризуются сильным взаимодействием атомов и молекул. При сжатии твердых тел возникает внутреннее упругое давление нетеплового характера. Для ударной волны с интенсивностью, например, до 500 000 атм. упругое давление превышает тепловое. Состояние твердого вещества при этом характеризуется значительной деформацией кристаллической решетки и небольшим скачком температуры. Существенно также то, что во фронте ударной волны происходят сильные микросдвиговые деформации вещества, а за фронтом оно получает интенсивное смещение. Образование новой кристаллической структуры при ударном сжатии происходит лишь за счет изменения взаимного расположения одних и тех же атомов, как в случае перехода графита в алмаз. Авторы открытия предположили, что наряду с упомянутыми полиморфными превращениями многие физико-химические процессы, осуществление которых невозможно или затруднено при обычном состоянии вещества, могут с большей легкостью происходить при том необычном состоянии вещества, в котором оно находится в ударной волне. Они проверили предположение о действии ударных волн на физико-химические процессы на примере твердофазной полимеризации, зная, что в ряде случаев полимеризация твердых мономеров протекает с громадными скоростями в окрестности точек фазовых переходов. В ходе начатых в 1964 году экспериментов исследователи обнаружили и проверили на многих мономерах, что под влиянием ударной волны происходит быстрый процесс полимеризации, т. е. соединения простых молекул в длинные, состоящие из тысяч звеньев макромолекулы, отличающиеся регулярностью структуры. Образцы исследуемых мономеров помещались в специальные металлические ампулы, позволяющие сохранять исследуемые вещества после воздействия на них ударной волны. Ударные волны создавались за счет плоской детонации зарядов различных взрывчатых веществ, находящихся в контакте с ампулой, или путем удара о нее металлических пластин, разогнанных продуктами взрыва с интенсивностью от 15 до 500 кбар. После вскрытия ампулы проводился физико-химический анализ ее содержимого, определялись выход полимера, молекулярная структура, молекулярно-весовое распределение и т. д. Явление полимеризации наблюдалось для разных классов мономеров. Исследования показали, что образование полимерных цепей происходит, когда интенсивность ударной волны достигает определенной величины, разной для разных мономеров. Выход образовавшегося полимера и средний молекулярный вес растут с увеличением интенсивности ударной волны, а затем уменьшаются. С ростом давления в ударной волне происходит не только изменение длины макромолекулы, может измениться и строение полимерной цепи. Обнаруженные закономерности полимеризации под действием ударной волны оказались общими для разных мономеров. Специальными исследованиями было доказано, что процесс полимеризации при ударном сжатии не сводится к совместному действию сжатия мономера и его нагрева. При изучении поведения ряда мономеров в момент прохождения ударной волны были получены доказательства о чрезвычайно быстром протекании процесса полимеризации. Таким образом, сущность открытия сводится к тому, что под действием ударной волны происходит объединение простых молекул с образованием длинных полимерных цепей, состоящих из тысяч и десятков тысяч звеньев. До последнего времени единственной известной реакцией органических веществ под действием ударных волн была термическая деструкция молекул взрывчатого вещества, при которой происходит разложение сложных органических молекул на простые соединения и атомы. В данном случае возникает процесс диаметрально противоположный. Под действием ударной волны происходит не разложение, а синтез, в процессе которого из относительно простых органических молекул образуются сложные органические соединения, отличающиеся регулярностью структуры. В настоящее время ударные волны все шире используются в технологических процессах. Примерами могут служить сварка взрывом, упрочнение металлов, использование ударной волны в порошковой металлургии и т. д. Новое явление расширяет круг технологического применения ударной волны. Доказано, что в некоторых мономерах образуется около 50% полимера. В перспективе – получение полимеров с желательным молекулярным весом. Открытое явление проливает свет на возможные химические реакции синтеза в недрах Земли при распространении ударных волн, вызванных тектонической деятельностью. Недавно обнаружено превращение аминокислот в простейшие белковые звенья - полипептиды - в результате ударного сжатия, которое свидетельствует о том, что ударные волны, возникающие при ударе крупных метеоритов о земную поверхность, могли быть одной из причин возникновения первых простейших белковых звеньев на Земле. Это очень важно для понимания биологической эволюции. Главная КОСМОС ЗЕМЛЯ ЧЕЛОВЕК, БИОЛОГИЯ ФИЗИКА, РАДИОАКТИВНОСТЬ ХИМИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ МЕХАНИКА, АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА МАТЕМАТИКА |