Példák a modern kémiai technológiák alkalmazására. Vegyipar és vegyipar. A kémiai technológia elméleti alapjai

, petrolkémiai ipar, energia, közlekedés, katonai felszerelésés sokan mások.

Vegyi technológiák a történeti fejlődésben

A kémiai technológia 20. századi, különösen az első világháború utáni fejlődését tekintve feltárható néhány jellegzetes, sajátos vonás. Ismeretes, hogy a földkéreg 99,5%-a 14 kémiai elemből áll: oxigén, szilícium, szén, alumínium, vas, kalcium, nátrium, magnézium, kálium, hidrogén, titán, foszfor, klór és kén. Sok ilyen elem tömeges elterjedése ellenére azonban a 19. században nem húzták őket a vegyipar pályájára. Ez ugyanúgy vonatkozik a fluorra, titánra, klórra, magnéziumra, alumíniumra és hidrogénre.

A XX. századi kémiai technológiához. jellemző, hogy pontosan ezekre a leggyakoribb elemekre hivatkozunk. A hidrogén jelenleg a modern kémia kenyere. Az ammónia szintéziséhez, az alkoholok szintéziséhez, a folyékony üzemanyagok szintéziséhez stb. évente több milliárd köbméter hidrogén előállítására van szükség. A hidrogén vegyszergyártásban való széles körű bevonása a 20. századi kémiára jellemző.

A modern technológiában nagy jelentősége van a szilícium kémiájának, és különösen a szerves szilíciumvegyületek kémiájának. A titán, a klór, a magnézium, a kálium és az alumínium kémiája is kivételes jelentőséggel bír. Ugyanakkor a kémiai technológia, különösen az atom- és sugártechnika fejlődésével összefüggésben, hajlamos a földkéreg legritkább és legszélesebb körben elszórt elemeit felhasználni, amelyek a 20. századi technológia legfontosabb alapját képezik.

A XIX. századi szerves szintézis alapja. szén kokszosításával nyert kőszénkátrány volt. A 20. században ez a nyersanyag átadja helyét az egyszerű és könnyen hozzáférhető gázoknak, amelyeket szilárd tüzelőanyagok széles skálájából nyernek, tőzegből, gyenge minőségű. barnaszénés antracittal és koksszal végződve. Az olajtermelésből és -finomításból származó gázokat nagy mennyiségben használják fel. Az egész XX. a természetes fosszilis gázokat egyre inkább használják (1. ábra).

1. ábra. Ebből származó termékek földgáz(metán).

Így ha a XIX. a vegyipar alapja a kőszénkátrány volt, majd a XX. század első felében. A szerves szintézisipar fő alapanyaga a szén és az olaj, valamint a belőlük nyert gázok: hidrogén, szén-monoxid, szénhidrogének gazdag választéka és számos egyéb anyag. A nitrogén, hidrogén, oxigén, klór, fluor, szén-monoxid, metán, acetilén, etilén és néhány más gáz a modern kémia fő nyersanyaga. Ebből adódóan a legújabb kémiai technológia jellemzője a korábban elenyésző mértékben használt, elterjedt elemek felhasználása, a korszerű kémiai technológia alapjává alakítása, valamint a vegyi alapanyagként való széleskörű felhasználás. szilárd tüzelőanyag, folyékony és gáz halmazállapotú szénhidrogének.

A kémiai technológia jellegzetessége a ritka elemek alkalmazása is, amelyek különösen a nukleáris technológia követelményeihez kapcsolódnak. A kémia jelentősen hozzájárul a nukleáris technológia fejlődéséhez, különféle anyagokat - fémeket (urán, lítium stb.), nehézvizet, hidrogént, műanyagokat stb.

Kezdetben az ammónia szintéziséhez szükséges alapvető berendezések gyártását sajátították el. Szintézis oszlopok, szeparátorok, víz- és ammónia mosók a gázok szén-dioxidtól és szén-monoxidtól való tisztítására, valamint centrifugák, vákuumszűrők, gumi vulkanizálására szolgáló autoklávok, műanyag prések, mélyhűtő berendezések stb. elválasztó üzemek az 1920-as évek óta kőolajgázok, nagy hatékonyságú rektifikáló és adszorpciós berendezések, nagynyomású kompresszorok és reaktorok, hűtőegységek stb. A modern kémia fő irányzata az anyag molekulaszerkezetének előre történő megtervezése az oxigén, klór, fluor, szén-monoxid szerint. , a metán, az acetilén, az etilén és néhány más gáz a modern kémia fő nyersanyagbázisa.

Ebből adódóan a legújabb kémiai technológia jellemzője a korábban elenyésző mértékben használt, elterjedt elemek felhasználása, a modern kémiai technológia alapjává alakítása, valamint a szilárd tüzelőanyagok, folyékony és gáznemű szénhidrogének elterjedése. vegyi alapanyagként.

Megjegyzendő, hogy a modern kémia egyik jellemzője az előállított termékek tisztaságának követelménye. A kiindulási anyagokban lévő szennyeződések gyakran negatívan befolyásolják a kapott termék tulajdonságait. Ezért az utóbbi években a vegyiparban egyre nagyobb arányban alkalmazzák a nagyon tiszta, legalább 99,8-99,9%-ban az alapanyagot tartalmazó kiindulási anyagokat (monomereket). A modern vegyi technológia jellegzetes vonása, hogy fegyverzetében új befolyásolási módszereket vezetnek be; különösen fontosak a több száz atmoszféra és 1500-2000 atmoszféra feletti magas nyomások alkalmazása, a mélyvákuum (akár ezred atmoszféra), a több ezer fokos magas hőmérséklet, a mély hideg (az abszolút nullához közeli hőmérséklet) alkalmazása. ), valamint az elektromos kisülések, az ultrahang, a radioaktív sugárzás stb. alkalmazása. Természetes, hogy a vegyipari gyártás technikai színvonalának növekedése általában, és ennek következtében különösen a szerves szintézis ipar rohamos fejlődése a vegyipar korszerű, nagy teljesítményű berendezésekkel, megfelelő berendezésekkel és gépekkel való ellátása biztosítja. Kezdetben az ammónia szintéziséhez szükséges alapvető berendezések gyártását sajátították el. Szintézis oszlopok, szeparátorok, víz- és ammónia mosók a gázok szén-dioxidtól és szén-monoxidtól való tisztítására, valamint centrifugák, vákuumszűrők, gumi vulkanizálására szolgáló autoklávok, műanyag prések, mélyhűtő berendezések stb. az 1920-as években nagy teljesítményű olajgáz-leválasztó egységeket, nagy hatékonyságú rektifikáló és adszorpciós berendezéseket, nagynyomású kompresszorokat és reaktorokat, hűtőegységeket, stb. szereztek be. A modern kémia fő irányzata egy anyag molekulaszerkezetének előre történő megtervezése. előre meghatározott tulajdonságoknak megfelelően. Az előre meghatározott tulajdonságokkal rendelkező anyagok szintézise a modern kémiában nem vakon, hanem a molekulák képződésének törvényeinek mélyreható tanulmányozása alapján történik. Ezért a kémiai tudomány számos új ága nagy fejlődésen megy keresztül.

Lényegében a véletlenszerű keresésekből és leletekből a kémia az 1920-as évektől elmozdult a természetes szűkös anyagok szisztematikus helyettesítésére és kiszorítására olyan anyagokkal, amelyek nemcsak minőségileg nem rosszabbak, hanem éppen ellenkezőleg, felülmúlják ezeket a természetes anyagokat. . Például a chilei természetes nitrátot szintetikus nitrogénvegyületek helyettesítették. A szintetikus gumi minőségében nem rosszabb, mint a természetes gumi. V utóbbi évek egyes kutatók azon dolgoznak, hogy javítsák a nem szintetikus, hanem természetes gumi minőségét, hogy felvegyék a versenyt némelyikkel speciális típusok szintetikus gumik. Nagy előrelépések történtek a szintetikus szálszintézis területén, amelynek gyártása néhány évtizedes múltra tekint vissza.

Az 1920-as évek óta a természetes termékeket félreszorították, és helyettük azonos minőségű szintetikus termékek léptek. Ez egy teljesen természetes folyamat. Az a tény, hogy az anyagok feldolgozásának kémiai módszerei, a kémiai folyamatok bevezetése a gyártásba a gyártási idő jelentős csökkenéséhez és a munkaerőköltségek jelentős csökkenéséhez vezet, és ezzel egyidejűleg a természetes termékeknél jobb minőségű termékek előállításához. Tehát ha 1 tonna mesterséges viszkóz vágott szál előállítása 70 munkanapot igényel, akkor 1 tonna pamutszál előállítása 238 munkanapot vesz igénybe. A műselyem gyártása során a munkaerőköltség körülbelül 10-szer alacsonyabb, mint a természetes selyem gyártásánál. Ha 1 tonna (számos szintetikus termék előállításához szükséges) etil-alkoholt nyernek kőolaj-alapanyagból, a munkaerőköltségek 20-22-szeresére csökkennek, összehasonlítva ennek az alkoholnak az élelmiszer-alapanyagokból történő előállításával. ... Jelenleg 100 ezer szervetlen kémiai vegyületet ismernek a természetben, míg az ismert természetes és mesterséges szerves anyagok száma meghaladta a hárommilliót, és folyamatosan növekszik. Csak az olajból nyert iparilag kifejlesztett vegyületeknek van 10 ezer neve. Az új szintetikus anyagok létrehozásával párhuzamosan folyamatosan javul a már meglévő, az ipar által előállított anyagok minősége. Végezetül, jelenleg bebizonyosodott annak alapvető lehetősége, hogy bármilyen bonyolultságú természetes vegyületet mesterségesen állítsanak elő. Nincs messze az az idő, amikor a szerves vegyészek laboratóriumaiban szintetizálódnak az élet alapját képező különféle összetett fehérjeanyagok.

A modern technológia jellegzetessége, hogy a villamos energia legszélesebb körű felhasználása alapján fejlődik. És ha korábban a gőzgép csak bizonyos mértékig biztosította a vegyipar technológiai "alapanyagát" gőz és hő formájában, akkor az elektromosság válik egyfajta technológiai "alapanyag" legfontosabb elemévé pl. , folyamatok, mint például az elektrolízis.

A víz elektrolízisével nyert hidrogénből és levegő nitrogénjéből szintetizált ammónia előállításához körülbelül 12 ezer kWh villamos energia fogyasztása szükséges. Az etilén alapú szintetikus gumi gyártásához körülbelül 15 ezer kW-h-t fogyasztanak, és néhány más típusú gumi esetében - 17 ezer kW-h-t és még többet. Egy tonna selyemacetát előállításához 20 ezer kW-h, tonna foszforhoz - 14-20 ezer kW-h-ig és egy tonna mesterséges csiszolóanyaghoz - körülbelül 6-9 ezer kW-h-igénye van - ez kb. gyártású erős traktor.

A vegyipar fejlődését a legszélesebb körű automatizálás jellemzi technológiai folyamatok... Átfogó automatizálásra elsősorban éppen a vegyiparban van szükség, amelyet a nagyüzemi termelés jellemez. A vegyipar automatizálását elősegíti, hogy túlsúlyban vannak benne a folyamatos gyártási folyamatok, illetve a káros, sőt veszélyes munkavégzés. A vegyiparban mindenekelőtt a hőmérséklet, nyomás, összetétel, reakciósebesség stb. szabályozási folyamatai teljesen automatizáltak, mivel a folyamatos (közvetlen megfigyelésre nem hozzáférhető) kémiai folyamatoknál különösen fontos a technológiai rezsimek stabilitásának megőrzése. . A vegyszergyártásban teljes gépesítés, automatizálás megtörtént, csak a felügyeleti és ellenőrzési, valamint a megelőző javítások elvégzése marad az emberre.

A vegyipari gyártás automatizálásának legfontosabb területei az elektronikus matematikai gépek alkalmazásán alapuló új automata berendezések bevezetése, a komplex gépesítésre való átállás és a teljes vegyi üzemek automatizálása. AZ USA-BAN legnagyobb fejlesztés A termelés automatizálása pontosan az olaj- és vegyiparban részesült. Az egyes üzemek vezérlésének automatizálása mellett az egyes technológiai folyamatok teljes körű üzembe helyezése történik meg automatizált vállalkozások ilyen például az 1949-ben üzembe helyezett olajfinomító, amely a gyártási folyamatok elektronikus vezérlőrendszerével volt felszerelve, majd a Spencer Chemical Company ammóniaüzeme, amely a gyártás magas fokú automatizálásával jellemezhető. folyamatokat. A kémia rohamos fejlődése oda vezetett, hogy csak a második világháború befejezése után 10-15 éven belül több száz új anyagot hoztak létre, amelyek a fém, a fa, a gyapjú, a selyem, az üveg és még sok más helyébe léptek.

A biztosításához szükséges szintetikus anyagok előállításának fejlesztése technikai haladás különböző iparágakban nemzetgazdaság... Ezzel párhuzamosan az ásványi műtrágyák, valamint a növényvédő szerek és az ammónia gyártása, az olaj és földgázok, a kokszolókemence-gáz és a szénkokszos termékek felhasználásának növekedése a műgyanták, gumi, alkohol előállításához, tisztítószerek, jó minőségű lakkok és festékek, műanyagok, műszálak jellemzőek, elektromos szigetelő anyagok, speciális anyagok gépészethez, rádiótechnikához stb.

Különösen az újak bevezetése hatékony módszerek szintézis annak érdekében, hogy elkerüljük a hatalmas mennyiségi élelmiszerek fogyasztását a műszaki termékek gyártása során. Például a fogyasztás Hatalmas mennyiségű gabona etil-alkohol előállítására szintetikus gumi előállításához azt a feladatot terjesztette elő, hogy az élelmiszereket szintetikus alkohollal helyettesítsék. Ahhoz, hogy 4 tonna gabona vagy 10 tonna burgonya helyett 1 tonna etil-alkoholt kapjunk, elegendő 2 tonna cseppfolyósított földgáz fogyasztása. 1 tonna szintetikus gumi előállításához csaknem 9 tonna gabona vagy 22 tonna burgonya helyett elég csak körülbelül 5 tonna finomítói cseppfolyósított gázt elkölteni.

Sok közgazdász úgy véli, hogy a következő évtizedben a világ vegyipari termékeinek több mint 50%-a kőolaj-alapanyagból származik majd. Mindez a szerves szintézis terén elért nagyszerű eredményekről beszél.

Az 1917-es októberi forradalom után a szocialista termelés fejlődése megkövetelte a kémia gyakorlati alkalmazási körének bővítését, a speciális kémiai és vegyipari-technológiai oktatás szerepének növelését, a kutatók és tanárok, valamint a vegyészmérnökök képzési szintjének emelését. Az 1920-as évek elején. önálló kémiai tanszékek szerveződnek az egyetemek fizika és matematika tanszékeinek részeként. Ezek a tanszékek szervetlen, fizikai, szerves, analitikai kémia, biokémia és agrokémia szakirányokat vezettek be. 1920-ban megalakult a Moszkvai Kémiai Technológiai Intézet. D. I. Mengyelejev. 1929-től az egyetemi kémiai tanszékek alapján önálló kémiai tanszékek nyíltak tudományos kutatóintézetek és vegyipari laboratóriumok szakembereinek képzésére, új vegyipari-technológiai intézetek jöttek létre.

Az 1950-es évek közepe óta. a kémiában és a kémiai technológiában a legfinomabb anyagok kutatásának legkiválóbb módszerei születnek, új anyagok - vegyi szálak, műanyagok, szitallok, félvezetők, új élettanilag aktív anyagok és gyógyszerek, műtrágyák és rovargombaölő szerek - készülnek. A kémia a tudomány és a nemzetgazdaság minden ágába behatolt. Ezért a vegyészképzés szerves részévé vált a politechnikai, ipari, kohászati, energetikai, villamos, gépészeti és műszergyártási, geológiai, bányászati, olajipari, mezőgazdasági, erdészeti, orvosi, állatorvosi, élelmiszeripari, könnyűipari, ill. egyéb felső- és középfokú szakirányú oktatási intézmények.

A tudományos és pedagógiai tevékenységre szakosodott szakembereket elsősorban az egyetemek és pedagógiai intézetek kémiai tanszékei, valamint a kémiai-biológiai, biológiai-kémiai, természettudományi stb.

A kémikusok képzése a szovjet egyetemeken 5 évig tart (esti és levelező tagozaton - legfeljebb 6 évig). Szervetlen, szerves, analitikai, fizikai, kolloidkémia, kristálykémia, általános kémiai technológia, makromolekuláris vegyületek kémiája speciális kurzusokat tanulnak itt. A speciális tudományterületeken a tanulmányi idő több mint felét a hallgatók laboratóriumi munkája tölti le. A hallgatók gyakorlati képzésen vesznek részt (28 hét) vállalkozásoknál, kutatóintézetekben és laboratóriumokban.

Folytatódik a kémia és vegyésztechnológiai szakemberek, valamint a felsőoktatási intézmények oktatói képzése a posztgraduális iskolában A legnagyobb vegyészképző központok az egyetemeken kívül a következő intézetek: DI Mengyelejev, Leningrád Technológiai névadója Lensovet, Moszkvai Finomkémiai Technológiai Intézet. MV Lomonoszov, a fehérorosz technológiai névadó S. M. Kirov, Voronezh Technological, Dnepropetrovsk Chemical Technological névadó F.E.Dzerzhinsky, Ivanovo Chemical-Technological, Kazan Chemical-Technological névadó S. M. Kirov, kazah vegyipari-technológiai stb.

A szakemberek-kémikusokat (technikusokat-technológusokat) középfokú szakoktatási intézményekben is képezik - a vegyipari és vegyipari-technológiai műszaki iskolákban, amelyek általában a vegyipar központjaiban, nagy vegyi üzemekben találhatók. 1977-ben több mint 120 ilyen oktatási intézmény képezett technikust több mint 30 vegyipari és vegyipari-technológiai szakterületen (olaj, gáz, szén, üveg és üvegtermékek vegyi technológiája, vegyi rostok technológiája stb.). Az ezekben az oktatási intézményekben végzetteket a vegyiparban alkalmazzák művezetőként, művezetőként, laboránsként, készülékkezelőként stb. A vegyipari-technológiai szakiskolák a vegyipar különböző ágaihoz elégítik ki a szakképzett munkaerő igényét.

A kémiai és kémiai-technológiai oktatás szerkezetének és tartalmának javítása számos szovjet tudós tudományos és pedagógiai tevékenységéhez kapcsolódik - A. E. Arbuzov, B. A. Arbuzov, A. N. Bakh, S. I. Volfkovich, N. D. Zelinszkij, IA Kablukova, VA Kargina, IL Knunyants , DP Konovalova, SV Lebedeva, SS Nametkina, BV Nekrasova, AN Nesmeyanova, A. E. Porai-Koshytsa, A. N. Reformatsky, S. N. Reformatsky, N. N. Semenov, Y. K. Syrkin, V. E. Tishchenko, A. E. Favorsky és mások, amelyek segítenek. a felsőoktatási kémia és kémiai technológia szakok tudományos színvonalának javítása.

A fejlett országokban a vegyi és kémiai-technológiai oktatás szerkezetének és tartalmának főbb központjai: Nagy-Britannia - Cambridge, Oxford, Bath, Birmingham egyetemek, Manchester Polytechnic Institute; Olaszországban - Bologna, Milánó egyetemek; az USA-ban - California, Columbia, Michigan Technological Universities, Toledo University, California, Massachusetts Institute of Technology; Franciaországban - 1. Grenoble, 1. Marseille, Clermont-Ferrand, Compiegne technológiai, Lyons 1., Montpellier 2., Párizs 6. és 7. egyetem, Laurent, Toulouse politechnikai intézetek; Hepmaniában - Dortmund, Hannover, Stuttgart egyetemek, Darmstadt és Karlsruhe felsőfokú műszaki iskolái; Japánban - Kyoto, Okayam, Osaka, Tokió egyetemek stb.

, M., 1971;

A technológia és a petrolkémiai szintézis alapjai, szerk. A.I.Dinces és L.A. Potolovsky, M., 1960.

A tudomány és az ipar folyamatos fejlődésével a kémia és a kémiai technológia folyamatos innovációt kínál a világnak. Általában lényegük a nyersanyagok fogyasztási cikkekké és / vagy termelési eszközökké történő feldolgozásának módszereinek javítása. Ez számos folyamat miatt következik be.

Az új kémiai technológiák lehetővé teszik:

belépni gazdasági aktivitásúj típusú nyersanyagok és anyagok;
teljesen minden típusú nyersanyagot feldolgozni;
cserélje ki a drága alkatrészeket olcsóbb alkatrészekre;
az anyagokat komplex módon felhasználni: egyfajta alapanyagból különböző termékeket előállítani és fordítva;
racionális költség, újrahasznosítás.

Azt mondhatjuk, hogy az általános kémiai technológia nagyrészt újraeloszt és szabályoz termelési folyamatok, ami ma nagyon fontos az iparághoz kötődő emberek számára fontos számos pozitív tényező miatt.

Az alágazatok osztályozása és leírása

A kémiai technológiákat aszerint osztályozhatjuk, hogy milyen anyagokkal dolgoznak: szerves és szervetlen. A munka sajátosságai a kitűzött feladatoktól és annak a szférának a jellemzőitől függenek, amelyre a végtermék irányul.

A szervetlen anyagok kémiai technológiája például savak, szóda, lúgok, szilikátok, ásványi műtrágyák és sók előállítása. Mindezeket a termékeket széles körben használják a különböző iparágakban, különösen a kohászatban, valamint a kohászatban mezőgazdaság satöbbi.

A gyógyszeriparban és a gépgyártásban gyakran használnak gumit, alkoholt, műanyagot, különféle színezékeket stb. Előállításukat a szerves anyagok előállítására szolgáló technológiát alkalmazó vállalkozások végzik. E vállalkozások közül sok jelentős pozíciót tölt be az iparban, és munkájukkal jelentős hatással van az állam gazdaságára.

Abszolút minden kémiai technológiai folyamat és eszköz öt fő csoportra osztható:

hidromechanikus;
termikus;
diffúzió;
kémiai;
mechanikai.

A kémiai technológia folyamatai a szervezet sajátosságaitól függően folyamatosak és periodikusak.

A kémiai technológia korszerű feladatai

A világ környezeti helyzete iránti megnövekedett érdeklődéssel összefüggésben megnőtt az igény olyan innovációk iránt, amelyek optimalizálhatják a termelési folyamatokat, csökkenthetik a felhasznált nyersanyagok mennyiségét. Ez vonatkozik az energiaköltségekre is. Ez a fajta erőforrás nagyon értékes a termelés keretein belül, ezért fogyasztását figyelemmel kell kísérni, és lehetőség szerint minimalizálni kell. Ennek érdekében napjainkban aktívan fejlesztik és vezetik be a vegyi technológia energia- és erőforrás-takarékos eljárásait. Segítségükkel racionalizálják a termelést, elkerülve a túlzott költségeket. Kellékek különböző kategóriák. Így csökken a kémiai termelési technológiák és az antropogén tényezők természetre gyakorolt káros hatása.

A vegyi technológia ma az iparban a végtermék gyártási folyamatainak szerves részévé vált. Nehéz elvitatni azt a tényt, hogy az emberi tevékenységnek ez a területe van a legkárosabb hatással a bolygó egészének állapotára. Ezért a tudósok mindent megtesznek a megelőzés érdekében ökológiai katasztrófa, bár az ilyen fejlesztések népszerűsítésének és megvalósításának üteme még mindig nem megfelelő.

A korszerű vegyipari technológiák alkalmazása hozzájárul a természeti állapot javításához, a gyártás során felhasznált anyagok minimalizálásához, a mérgező anyagok biztonságosabbakkal való cseréjéhez és új vegyületek termelésbe való bevezetéséhez stb. A feladat a környezeti károk helyreállítása: a bolygó erőforrásainak kimerülése, a légkör szennyezése. Az elmúlt években különösen aktívan végeztek különféle tanulmányokat az ökológia és a termelés környezetre gyakorolt hatásának racionalizálása terén. A kombináció a hatékony teljesítmény biztonságos és nem mérgező végtermékekkel rendelkező vállalkozások.

A kémiai technológia elméleti alapjai

Ahogy a kapcsolódó iparágak fejlődnek, ki vannak téve annak folyamatos modernizációés a kémiai technológia alapfolyamatainak és apparátusának korszerűsítését, a gyártás főbb szempontjait, azok működési elveit és a műveletek végzésére szolgáló gépek működését tanulmányozzák mélyebben. Az ilyen tudományágak alapja a kémiai technológia elméleti alapjai.

A világ vezetői által elismert országokban a műszaki szakterületeken tanuló hallgatók ilyen irányú képzését tartják a legfontosabbnak. Ennek oka egyrészt a folyamatmérnökség meghatározó szerepe a vegyipar tevékenységében. Másodszor pedig ennek a diszciplínának az ágazatközi szinten növekvő jelentősége.

Az egyes iparágak közötti jelentős különbségek ellenére ugyanazokon az elveken alapulnak, különböző fizikai törvények és kémiai folyamatok illeszkednek a modern mérnöki iparhoz, így az anyagtudományhoz is. Az elmúlt években a vegyi technológia mélyen behatolt olyan területekre is, ahol senkinek sem jut eszébe bevallani jelenlétét. Így a mai piacokon a folyamattervezés szerepéről egyre inkább globális értelemben esik szó, mint egyetlen iparág működésén belül.

A kémiai technológia alapjai a hazai oktatásban

Egy adott iparág sikeres fejlesztése lehetetlen magas színvonalú oktatási intézmények hiányában, amelyek képzett szakembereket állítanak elő. Mivel a vegyipar az ország gazdaságának fontos eleme, minden szükséges feltételt meg kell teremteni az értékes munkaerő képzéséhez ezen a területen. Manapság a vegyészmérnöki alapismeretek a világ számos felsőoktatási intézményében a kapcsolódó szakok kötelező tantervének részét képezik.

Sajnos a tanítási elvek műszaki területeken Oroszországban és néhány FÁK-országban gyökeresen eltérnek az európai országokban és Amerikában elfogadott módszerektől. Ez általában negatív hatással van a minőségre. felsőoktatás... Például továbbra is a szűk vegyészmérnöki szakterületeken van a fő hangsúly, valamint nagy figyelmet fordítanak a mechanika tervezési és karbantartási ágaira. A felsőoktatás ilyen szűk profilja lett a fő oka annak, hogy a hazai iparágak lemaradnak a külföldiektől a termékminőség, az erőforrás-intenzitás, a környezetbarátság stb.

A fő hiba a folyamatmérnökség, mint gerinc és átfogóan alkalmazható tudományág lebecsülése volt, amelynek fejlesztésére, fejlesztésére jelenleg a hazai ipar fő feladata, hogy sokkal nagyobb figyelmet fordítson. Napjainkban a FÁK-ban és különösen az Orosz Föderációban a legégetőbb probléma a szakképzett személyzet képzése, valamint a termelés felállítása és optimalizálása.

Hosszú idő Az ember számára mindennapi kereslethez szükséges javakat (élelmiszer, ruha, festékek) főként természetes növényi eredetű alapanyagok feldolgozásával állították elő. A modern kémiai technológiák lehetővé teszik, hogy nemcsak természetes, hanem mesterséges eredetű nyersanyagokból is szintetizáljanak számos és változatos terméket, amelyek tulajdonságai nem alacsonyabbak a természetes analógoknál. A természetes anyagok kémiai átalakulásának lehetősége valóban végtelen. A természetes nyersanyagok növekvő áramlása: olaj, gáz, szén, ásványi sók, szilikátok, érc stb. - festékek, lakkok, szappanok, ásványi műtrágyák, motorüzemanyagok, műanyagok, műszálak, növényvédő szerek, biológiailag aktív anyagok, gyógyszerek és különféle alapanyagokká alakíthatók át egyéb szükséges és értékes anyagok előállításához.

A kémiai technológiák tudományos és műszaki fejlődésének üteme rohamosan növekszik. Ha a XIX. század közepén. 35 évbe telt az alumíniumgyártás elektrokémiai folyamatának ipari fejlődése, majd a XX. század 50-es éveiben. a nagyüzemi kisnyomású polietiléngyártás kevesebb mint 4 év alatt megindult. Tovább nagyvállalatok fejlett országok körülbelül 25%-a működő tőke kutatásra és fejlesztésre, új technológiák és anyagok fejlesztésére fordítottak, ami körülbelül 10 év alatt lehetővé teszi a termékpaletta jelentős frissítését. Sok országban ipari vállalkozások olyan termékek mintegy 50%-át állítják elő, amelyeket 20 évvel ezelőtt egyáltalán nem gyártottak. Egyes fejlett vállalkozásoknál aránya eléri a 75-80%-ot.

Az új vegyszerek kifejlesztése fáradságos és költséges folyamat. Például ahhoz, hogy csak néhány ipari termelésre alkalmas gyógyászati készítményt találjunk és állítsunk elő, legalább 4000 féle anyag előállítására van szükség. A növényvédő szerek esetében ez a szám elérheti a 10 000-et. Az elmúlt időszakban az Egyesült Államokban minden tömeggyártásba bevezetett vegyi termékre mintegy 450 kutatás-fejlesztési projekt jutott, amelyek közül csak 98-at választottak ki kísérleti gyártásra. A kísérleti tesztek után a kiválasztott termékeknek csak legfeljebb 50%-a talált széles körű gyakorlati alkalmazást. Az ilyen komplex módon előállított termékek gyakorlati jelentősége azonban akkora, hogy a kutatás-fejlesztés költségei nagyon gyorsan megtérülnek.

A vegyészek, fizikusok, matematikusok, biológusok, mérnökök és más szakemberek sikeres együttműködésének köszönhetően olyan új fejlemények jelennek meg, amelyek az elmúlt évtizedben lenyűgöző növekedést eredményeztek a vegyi termékek előállításában, amint azt az alábbi ábrák is bizonyítják. Ha a világ össztermelése 10 éven át (1950-1960) körülbelül 3-szorosára nőtt, akkor a vegyipari termelés volumene ugyanebben az időszakban 20-szorosára nőtt. Tíz év alatt (1961-1970) az ipari termelés átlagos éves növekedése a világon 6,7%, a vegyianyag-termelés pedig 9,7% volt. A 70-es években a vegyipari termelés mintegy 7%-os növekedése mintegy kétszeresére növekedett. Feltételezhető, hogy az évszázad végére ilyen növekedési ütem mellett a vegyipar fogja megszerezni az első helyet a termelés tekintetében.

A vegyipari technológiák és a hozzájuk kapcsolódó ipari termelés a nemzetgazdaság valamennyi legfontosabb szféráját lefedik, beleértve a gazdaság különböző ágazatait is. A kémiai technológiák és az emberi tevékenység különböző szféráinak kölcsönhatását hagyományosan az ábra mutatja. 6.1, ahol a jelölés kerül bevezetésre: A- vegyipar és textilipar, cellulóz és papír ill könnyűipar, üveg- és kerámiagyártás, különféle anyagok gyártása, építőipar, bányászat, kohászat; B- gépészet és műszergyártás, elektronika és elektrotechnika, hírközlés, katonai ügyek, mezőgazdaság és erdőgazdálkodás, élelmiszeripar, környezetvédelem, egészségügy, háztartás, média; V- munkatermelékenység növelése, anyagtakarékosság, siker az egészségügyben; G- a munka- és életkörülmények javítása, a szellemi munka ésszerűsítése; D- egészség, élelem, ruházat, pihenés; E- lakhatás, kultúra, nevelés, oktatás, környezetvédelem, védelem.

Íme néhány példa a kémiai technológiák alkalmazására. A modern számítógépek gyártásához integrált áramkörökre van szükség, amelyek gyártási technológiája szilícium felhasználáson alapul. A természetben azonban kémiailag nincs szilícium tiszta forma... De nagy mennyiségben van szilícium-dioxid homok formájában. A kémiai technológia lehetővé teszi a közönséges homok elemi szilíciummá alakítását. Egy másik tipikus példa. Gépjármű szállítás hatalmas mennyiségű üzemanyagot éget el. Mit kell tenni a kipufogógáz-szennyezés minimalizálása érdekében? Ennek a problémának egy részét egy gépjármű kipufogógáz-katalizátor segítségével oldják meg. Radikális megoldását a kémiai technológiák alkalmazása biztosítja, nevezetesen a nyersanyag - nyersolaj - kémiai manipulációja, amelyet finomított termékekké dolgoznak fel, amelyeket hatékonyan égetnek el az autómotorokban.

A világ lakosságának jelentős része közvetve vagy közvetlenül kapcsolódik a vegyi technológiákhoz. Tehát a XX. század 80-as éveinek végére. csak egyetlen országban, az Egyesült Államokban több mint 1 millió embert foglalkoztattak a vegyiparban és a kapcsolódó iparágakban, köztük több mint 150 000 tudóst és folyamatmérnököt. Ezekben az években az Egyesült Államok körülbelül 175-180 milliárd dollár értékben adott el vegyi termékeket évente.

A vegyipar és a hozzá kapcsolódó ipar kénytelen válaszolni a társadalom környezetvédelem iránti vágyára. A politikai légkörtől függően ez a késztetés az ésszerű óvatosságtól a pánikig terjedhet. Mindenesetre a gazdasági következmény a termékárak emelkedése, ami a környezet megóvása, a dolgozók biztonságának szavatolása, az új termékek ártalmatlanságának és hatékonyságának bizonyítása, stb. eléréséhez szükséges költségek miatt következik be. Természetesen mindezen költségek a fogyasztó fizeti, és ezek jelentősen tükröződnek a termékek versenyképességében.

Érdekesek a gyártott és fogyasztott termékekre vonatkozó adatok. A XX. század 70-es éveinek elején. egy átlagos városlakó 300-500 különböző vegyipari terméket használt el a mindennapi életében, ebből mintegy 60-at - textil formájában, kb. 200-at - a mindennapi életben, munkahelyen és szabadidőben, mintegy 50 gyógyszert és ugyanennyi élelmiszert, ill. étel előkészítés. Egyes élelmiszerek gyártási technológiája akár 200 különböző kémiai folyamatot is magában foglal.

Körülbelül tíz évvel ezelőtt több mint 1 millió fajta terméket gyártott a vegyipar. Ekkorra az összes ismert kémiai vegyület száma meghaladta a 8 milliót, ebből mintegy 60 ezer szervetlen vegyület. Ma több mint 18 millió kémiai vegyületet ismerünk. Bolygónk összes laboratóriumában naponta 200–250 új kémiai vegyületet szintetizálnak. Az új anyagok szintézise a kémiai technológiák tökéletességétől és nagymértékben a kémiai átalakulások kezelésének hatékonyságától függ.

Óra-szeminárium 11. évfolyam

Ez a szeminárium, amely 2 órás nem kémia órákon, 3 órára általános nevelési órákon és 4-5 órára természettudományos órákon zajlik, általánosításként zajlik az iskolai kurzus zárásaként, és célja, hogy bemutassa a tanulóknak a a kémia, mint a társadalom termelőereje.

PLANSEMINARA

1. Kémiai technológia (definíció, keletkezés és fejlődés története, szerepe a korszerű termelésben, vegyipari gyártási folyamatok osztályozása, feladatok).

2. Biotechnológia (definíció, kialakulásának szakaszai, a biotechnológia irányai, alkalmazási területei).

3. Nanotechnológia (definíció, nanotechnológiai megközelítések és jellemzőik, nanoanyagok, alkalmazások).

Tanár (megnyitó beszéd). A modern világot a tudományos és technológiai fejlődés gyors fejlődése jellemzi. A javuló hagyományos kémiai technológia mellett rohamosan fejlődnek a tudomány és az ipar olyan területei, amelyek egészen a közelmúltig egzotikusnak számítottak: a biotechnológia és a nanotechnológia. Egyre nagyobb szerephez jutnak minden egyes ember és a társadalom egészének életének különböző területein: a mindennapi életben (alig van olyan ember, aki ne hallott volna a GMO-król - genetikailag módosított szervezetekről), a gazdaságban, az iparban és a mezőgazdaságban. (becslések szerint 2015-ben a nanotechnológia alapján előállított áruk és szolgáltatások több mint ezermilliárd dollárba fognak kerülni), a nemzetközi kapcsolatokban (megindult a nanotechnológia vezető szerepéért folytatott világverseny, amelyben az Egyesült Államok, Japán és Kína most sikerült). Oroszország csak a közelmúltban csatlakozott ehhez a versenyhez - elfogadták a nanotechnológia fejlesztésének kiemelt nemzeti programot, amelyre a kormány jelentős forrásokat különít el. Nyilvánvaló, hogy a tudomány és a termelés ezen területe magas színvonalú szakemberek képzését kívánja meg. Nyilvánvaló, hogy képzésüket a vezető orosz egyetemek speciálisan létrehozott tanszékein és karain végzik. Az is nyilvánvaló, hogy a kémia kell, hogy legyen az első ismerkedés a bio- és nanotechnológiával.

Kezdjük azonban a kémiai technológiával..

Kémiai technológia

1. tanuló. Technológia A termelés tudománya. Kémiai technológia- a technológia egyik legfontosabb szakasza, amely a természetes nyersanyagok fogyasztási cikkekké és köztes termékekké történő feldolgozásának leggazdaságosabb módszereinek és eszközeinek tudománya az anyagtermelés más ágai számára.

Tekintsük röviden a kémiai technológia kialakulásának és fejlődésének történetét. Eleinte az alkalmazott kémia leíró része volt. Majd a 19. század első felében a vegyi technológia lett külön iparág tudás. 1803-ban az Orosz Tudományos Akadémián létrehozták a Kémiai Technológiai Tanszéket. Végül a kémiai technológia a huszadik század elején vált önálló tudományággá, amikor kidolgozták a kémiai gyártás alapvető folyamatainak és berendezéseinek tanát, valamint a kémiai technológiai folyamatok általános törvényszerűségeit.

A kémiai technológia fejlődésének új állomása a 60-as évek végi felhasználás volt. XX század ötletek, módszerek és technikai eszközökkel kibernetika a vegyipari termelésben, ami a matematikai modellezés és a kémiai folyamatok optimalizálására és automatizálására szolgáló számítógépes technológiák megjelenését eredményezte.

A második hallgató, aki a kémiai technológia tudományos és ipari bázis szerepéről készített előadást a legfontosabb iparágak az 1. séma segítségével feltárja.

1. séma

A másik két hallgató a vegyipari gyártási folyamatok osztályozásáról beszél. Kommunikációjukat e folyamatok kémia tanulmányozásában használt modelljeinek bemutatása kíséri.

3. tanuló. A kémiai gyártási eljárások teljes választéka 5 csoportra redukálódik.

1. Mechanikus- zúzás, rostálás *, granulálás, tablettázás, szilárd anyagok szállítása, csomagolás.(Videóklipek és minták bemutatása a kémiai eljárások ezen csoportjába tartozó termékekből (granulátum, tabletta, csomagolási minta stb.)

2. Hidrodinamikai- folyadékok és gázok mozgása csővezetékeken és berendezéseken, pneumatikus szállítás, flotáció, centrifugálás, ülepítés, dekantálás, keverés.(Videoklipek bemutatása konkrét vegyiparról, centrifuga működéséről (a tanár felhívja a tanulók figyelmét, hogy ezt a folyamatot széles körben alkalmazzák Háztartási gépek- mosógépek, szeparátorok, stb.), kénpor flotálása, vízben lévő szennyeződések kicsapása koagulánsokkal, az oldat dekantálása leülepedett mésztejből, oldatok keverése gumihegyes üvegrudakkal (a tanár kér példákat). a tanulók számára a mindennapi gyakorlatból ismert keverés).

4. tanuló (folytatja a vegyipari gyártási folyamatok osztályozását).

3. Termikus- párolgás, kondenzáció, fűtés, hűtés, párologtatás... (Videoklipek bemutatása meghatározott vegyipari és laboratóriumi berendezésekről, valamint: víz lepárlása desztillálóban vagy házilag készített berendezésben, nátrium-klorid oldat bepárlása.)

4. Diffúzió- abszorpció, adszorpció, desztilláció, rektifikálás, szárítás, kristályosítás, szublimáció, extrakció, szűrés, ioncsere.(Különleges vegyipari és laboratóriumi berendezések, berendezések, berendezések (szűrőberendezések, tokos kemence, kristályosító, ioncserélők, beleértve a háztartási víz ioncserélő szűrőit is), valamint: abszorpció hidrogén-klorid oldás példáján, ill. ammónia vízben (" szökőkút lombikban"), adszorpció aktív szén festék oldatból, klorofill extrakciója etil-alkohollal.)

5. Vegyi, amelyek az alapanyag kémiai átalakulásán alapulnak.

A vegyipari gyártás technológiai folyamatainak ezt a csoportját két hallgató is feltárja.

5. tanuló. A kémiai folyamatok különböző kritériumok szerint osztályozhatók.

Nyersanyagokhoz: ásványi, állati, valamint szén, olaj, gáz feldolgozása.(Célszerű, ha a tanár felkéri a tanulókat, hogy idézzék fel a kokszgyártás melléktermékét, valamint az olaj, a földgáz és a kapcsolódó gázok feldolgozásának fő irányait.)

Fogyasztói vagy termékjellemzők szerint: színezékek, műtrágyák, gyógyszerek stb.(A tanár arra kéri a tanulókat, hogy idézzék fel a legfontosabb ásványi műtrágyák osztályozását és előállítását.)

A periódusos rendszer csoportjai szerint : alkáli- és alkáliföldfémek, alumínium stb.(A tanár arra kéri a tanulókat, hogy idézzék fel az alkáli- és alkáliföldfémek, valamint az alumínium elektrolitikus előállítását.)

6. tanuló. A kémiai folyamatokat a következő kritériumok szerint is osztályozzák.

Típusok szerint kémiai reakciók: oxidáció, redukció, hidrogénezés, klórozás, polimerizáció stb.(A tanár arra kéri a tanulókat, hogy idézzenek fel releváns reakciókat, és adjanak példákat azokra.)

Fázis szerint: homogén (folyadék- és gázfázisú), heterogén.(A tanár arra kéri a tanulókat, hogy idézzenek fel releváns folyamatokat, és mutassanak rá példákat.)

Tanár (összefoglalva). A modern vegyi technológia teszi feladatokat a nyersanyag és energia integrált felhasználása, a különböző iparágak összekapcsolása és együttműködése, a technológiai folyamatok folyamatossága a termelésben, a környezetbiztonság és a gazdaságosság.

Hangsúlyozni kell azonban, hogy a korszerű anyagok és anyagok előállítása gyakran az élő szervezetek és a biológiai folyamatok segítségét veszi igénybe, pl. a biotechnológiához.

Biotechnológia

7. tanuló (meghatározza és beszél a biotechnológia kialakulásának és fejlődésének történetéről). Biotechnológia - a technológia egyik legfontosabb szakasza, amely az élő szervezetek és a biológiai folyamatok termelésben való felhasználásának tudományaként értendő.

E tudomány és ipar kialakulásának három szakasza van: a korai vagy spontán biotechnológia, az új biotechnológia és a legújabb biotechnológia.

Korai vagy spontán biotechnológia az ember számára ősidőktől ismert mikrobiológiai fermentációs folyamatokhoz kapcsolódik, amelyek mögött: sütés, borkészítés, sörfőzés, sajtkészítés, savanyú tejtermékek, erjesztés, lenrost stb.

A spontán biotechnológia folyamatai olyan mikroorganizmusok és enzimek aktivitásán alapulnak, amelyek bizonyos körülmények között és élő sejten kívül is megőrzik biológiai aktivitásukat.(A hallgató üzenetének ezt a részét egy ilyen módon készült élelmiszer-gyűjtemény (egy üveg bor, egy darab kenyér és sajt stb.) bemutatásával kíséri.

Új biotechnológiaösszefüggésbe hozható a "biotechnológia" kifejezés tudományba való bevezetésével a 70-es évek közepétől. XX század valamint biológiai módszerek alkalmazása a környezetszennyezés leküzdésére (biológiai kezelés), értékes biológiailag aktív anyagok (antibiotikumok, enzimek, hormonkészítmények, vitaminok stb.) előállítása, a növények kártevők és betegségek elleni védelme.(Biotechnológiai termékek mintáinak bemutatása.) Mikrobiológiai szintézis alapján ipari módszereket dolgoztak ki a takarmány-adalékanyagként használt fehérjék és aminosavak előállítására.

A legújabb biotechnológia nemcsak a változatos mikrobiológiai szintézis kifejlesztésével, hanem mindenekelőtt a géntechnológia, a sejt- és biológiai technikák megjelenésével és fejlődésével függ össze. A legújabb biotechnológia vívmányai olyan biológiai tudományágak integrációján alapulnak, mint a mikrobiológia, biokémia, biofizika, molekuláris genetika és immunológia.

8. tanuló (a géntechnológiáról beszél). Génmanipuláció- Ez a biotechnológia egy olyan része, amely új, a természetben nem létező, élő sejtekbe bevitt génkombinációk céltudatos tervezésével kapcsolatos, és amelyek képesek egy bizonyos terméket szintetizálni.

A génmérnökök által tervezett gének kombinációi a befogadó sejtben működnek, és szintetizálják a szükséges fehérjét. Különös gyakorlati érdeklődésre tart számot különféle génkonstrukciók bejuttatása az állatok és növények genomjába: mind szintetizáltak, mind más állatok, növények és emberek génjei. Az ilyen növényeket és állatokat nevezik génmódosítottés feldolgozásuk termékei - transzgénikus termékek... Transzgénikus kukoricát adnak az édességekhez és péksütemények, alkoholmentes italok; A módosított szója finomított olajokban, margarinokban, sütőzsírokban, salátaöntetekben, majonézben, tésztákban, főtt kolbászokban, édességekben, fehérje-kiegészítőkben, takarmányokban és még bébiételekben is megtalálható.(Genetikailag módosított szervezeteket (GMO-kat) tartalmazó élelmiszer-gyűjtemény bemutatása és címkézésük címkézésével.)

A növények genetikai módosítása lehetővé teszi olyan növényfajták létrehozását, amelyek magas szintű ellenálló képességgel rendelkeznek a gyomokkal és a kártevőkkel szemben. Ez többszörösére csökkenti a gyomirtó szerek fogyasztását, ezáltal csökkenti a környezet vegyszerterhelését. Napjainkban a gyomirtó szerekkel szemben ellenálló, transzgénikus gyapot-, repce-, szója-, kukorica- és cukorrépafajtákat vetik külföldre.

A mezőgazdasági gyakorlat magában foglalja a fokozott fogyasztói tulajdonságokkal rendelkező transzgénikus fajtákat, például borsó, szójabab, javított fehérje-összetételű gabonafélék. Transzgénikus mag nélküli paradicsomokat hoztak létre, és úton vannak a mag nélküli cseresznye, görögdinnye, citrusfélék.

Kanadában géntechnológiával olyan szőlőt állítottak elő, amelybe a vadkáposzta fagyállósági génjét ültettek át, és itt jelentek meg először a szőlőültetvények.

Az állattenyésztésben géntechnológiával nagy termelékenységű állatfajtákat (birka, sertés, csirke stb.) hoztak létre.

A farmakológiában a génsebészeti módszerek lehetővé tették a herpesz, tuberkulózis, kolera elleni rendkívül hatékony vakcinák létrehozását; a vegyiparban az élesztőgombák és baktériumok új formái, amelyek elpusztíthatják az olajszennyezést.

9. tanuló (a sejtmérnökségről beszél). Sejtmérnökség- eljárás új típusú cellák létrehozására.

A sejttenyésztés lehetővé teszi számukra, hogy életképességüket a testen kívül, mesterségesen létrehozott körülmények között, folyékony vagy sűrű tápközegben tartsák fenn. Az ilyen sejtklónokat egyfajta gyárként használják biológiailag aktív anyagok, például az eritropoetin hormon előállítására, amely serkenti a vörösvértestek képződését. A véralvadási faktorokat (III-as és VIII-as) sejtmanipulációval nyerték ki hemofília kezelésére, inzulint a cukorbetegség kezelésére, és a hepatitis B vírus felszíni fehérjéjét, hogy megkapják a megfelelő vakcinát.

A laikusok által ismert leghíresebb sejttechnológiai jelenség az élő szervezetek klónozása (emlékezzünk a híres Dolly bárányra). Az V.?A.? Strunnikov akadémikus által tenyésztett selyemhernyó-klónok az egész világon ismertek.

A kísérleti embriológia területén ma a legígéretesebb irány a klónozás, melynek sikere elsősorban az úgynevezett embrionális őssejtekhez köthető. Az ilyen sejtek legfontosabb tulajdonsága, hogy a sejtmagjukban található genetikai információ mintegy nyugalmi állapotban van, azaz. az embrionális őssejtekben még nem indult el az ilyen vagy olyan szövetekké történő differenciálódás programja. Bármilyen programot alkalmazhatnak, és a 150 lehetséges csírasejt-típus egyikévé fejlődhetnek. Az embrionális sejtek csak egy különleges jelre várnak, hogy elindítsák valamelyik átalakulásukat. Ezt a csodálatos képességet az embriófejlődés korai szakaszában az embrió növekedéséért felelős összes gén RNS feleslege diktálja a sejtben. Azok a tényezők, amelyek egyedivé teszik az embrionális sejteket, lehetővé teszik, hogy szövetek és bármely emberi szerv hatalmas skálájának növekedését használják fel. Meg kell jegyezni, hogy az embrionális őssejtek szigetei különböző szervekben és szövetekben találhatók. Ezek a sejtek teszik lehetővé a sérült szervek és szövetek helyreállítását és számos súlyos betegség kezelését. Meg kell azonban jegyezni, hogy az emberi klónozással és emberi embrionális őssejtek termesztésével kapcsolatos kísérletek sok országban tilosak.

10. tanuló (biológiai mérnökségről beszél). Biológiai mérnöki munka- a mikroorganizmusok bioreaktorként való felhasználásának módszerei ipari termékek előállításához.

A biotechnológia ezen része különösen fontos Oroszország számára, amely sajnos elsősorban az erőforrások értékesítéséből él. Az olajmezők termésátlaga hazánkban nem haladja meg az 50%-ot. A TATNEFT cég egy új, egyedülálló mikrobiológiai technológiát alkalmazva az olajtározók mikroflórájának szabályozására további félmillió tonna olajat kapott Baskíria mezőin.

A mikrobiológiai technológiák hatékonyak a színes- és vasfémek előállítására. A pörkölésen alapuló hagyományos technológia azt eredményezi, hogy nagy mennyiségű kén és nitrogén-oxid kerül a légkörbe, ami a "savas eső" alapjául szolgál. A biológiai tervezésen alapuló technológia mentes ezektől a hátrányoktól. A Krasznojarszki Területen például nyolc mikrobiológiai fermentor működik, amelyek lehetővé teszik az arany kinyerését alacsony fémtartalmú kőzetekből. Modern világ, akut réz-, molibdén- és egyéb színesfémhiányt tapasztalva, mikrobiológiai módszerek segítségével várja annak megoldását.

Érdemes megemlíteni az Orosz Tudományos Akadémia Mikrobiológiai Intézetében végzett munkát egy új módszerrel a bányák metánkoncentrációjának csökkentésére, metanotróf baktériumok felhasználásával. Mondanunk sem kell, hogy ennek a munkának a jelentősége a szénbányákban történt tragédiákról szóló gyakori médiajelentések hátterében.

A biológiai tervezés legígéretesebb területe az immobilizált enzimek létrehozása.

Az immobilizált enzimek olyan enzimkészítmények, amelyek molekulái kovalensen kötődnek egy vízben oldhatatlan polimer hordozóhoz. Az ilyen enzimek hatékonyan alkalmazhatók a nemzetgazdaság különböző területein. Így az élesztőből nyert invertáz felhasználható műméz előállítására; laktáz - alacsony laktóz- és glükóz-galaktóz-alkoholtartalmú diétás tej előállítására savóból; ureáz - a vér tisztítására a "mesterséges vese" készülékben.

Kifejlesztették a bakteriális proteázok immobilizált formáit, amelyeket az orvosi gyakorlatban fehérje-hidrolizátumok és aminosav-keverékek előállítására használnak szonda- és intravénás táplálásra. A szív- és érrendszeri betegségek kezelésére immobilizált sztreptokináz készítményt fejlesztettek ki, amelyet az erekbe fecskendezve feloldják a bennük képződött vérrögöket. Az immobilizált enzimek analitikai felhasználása (enzimelektródák formájában) ígéretes.

Nanotechnológia

11. tanuló (definíciót ad a nanotechnológiára és beszél a benne létező két megközelítésről, a beszédet számítógépes előadás kíséri). A nanotechnológia a molekulaszerkezetek ellenőrzött szintézise, amelynek során nem közönséges nyersanyagokból, hanem közvetlenül atomokból és molekulákból nyernek anyagokat és anyagokat. speciális eszközök mesterséges intelligencia alapján.

Az új tudomány neve a "technológia" szóhoz a "nano" előtag hozzáadásával alakult ki, ami a mérési skála egymilliárdos csökkenését jelenti: 1 nanométer (1 nm) egy milliomod milliméter, azaz 1 nm = 10 –9 m. Ennek az értéknek a képletes ábrázolásához a következő összehasonlítást használjuk: 1 nm körülbelül egymilliószor kisebb, mint egy iskolai tankönyv oldalának vastagsága. Tíz, egy sorban elhelyezett hidrogénatom 1 nm hosszú, és meglepő módon egy emberi DNS-molekula átmérője pontosan 1 nm.

A nanotechnológia az 1 és 100 nm közötti méretű tárgyak manipulálásának folyamatait jelenti.

Általánosságban elmondható, hogy a nanotechnológiának csak két megközelítése létezik. Ezeket hagyományosan „felülről lefelé” és „lentről felfelé” nevezik.

Az első megközelítés a "felülről lefelé" a feldolgozott nyersanyagok vagy anyagok méretének mikroszkopikus paraméterekre való csökkentésén alapul. Így például a félvezető eszközöket a munkadarabok lézerrel vagy röntgensugárzással történő feldolgozásával állítják elő. Ezek a sugarak a sablonon áthaladva létrehozzák a szükséges forgácsszerkezetet a kiindulási anyagon. A nanotechnológia ezen módját az ún fotolitográfia(a litográfia egy kőre faragott kép lenyomatát kapja egy anyagon). Hasonló lehet ahhoz, hogy képeket vagy feliratokat rajzoljunk a pólókra. Ennek a módszernek egy változata a nanovilágban az impresszum litográfia... Ebben az esetben a gumiszerű szilikagél polimerre szondaműszerekkel mintát visznek fel, amelyet aztán egyfajta molekuláris tintával vonnak be. Ennek a "gumitömítésnek" bármilyen felületre lenyomata készíthető (például nanoszkopikus méretű számítógépes chipek előállításához).

Az eredmény a tervezett sémakonfiguráció. Az ilyen chipek felbontását (elemeinek minimális méretét) a lézer hullámhossza határozza meg. Ily módon 100 nm-es elemméretig terjedő áramköröket kapunk. Következésképpen ez a megközelítés lehetővé teszi a nanovilág legnagyobb anyagainak és eszközeinek beszerzését.

A második nanotechnológiai megközelítés – „alulról felfelé” abban áll, hogy a szükséges tervezést a legalacsonyabb rendű elemekből (atomok, molekulák, klaszterek stb.) történő összeállítással hajtják végre. Az ilyen típusú nanotechnológiához szondaszkennelő eszközöket használnak. Az atomokat vagy molekulákat a szubsztrát felületén mozgathatják úgy, hogy tolják vagy emelik őket. Ebben az esetben a leolvasó eszköz szondája egyfajta kotróként vagy buldózerként működik a nanovilágban.

Ennek a megközelítésnek a fő módszerei a nanotechnológiában a következők: molekuláris szintézis, önszerveződés, nanoszkopikus kristálynövekedés és polimerizáció.

Molekuláris szintézis előre meghatározott tulajdonságokkal rendelkező molekulák létrehozásából áll, molekulatöredékekből vagy atomokból összeállítva. Ily módon gyógyszereket állítanak elő. Számos modern gyógyszer, köztük az új generációs antibiotikumok vagy a híres Viagra, a molekuláris szintézis terméke. A molekuláris nanoszkopikus szintézis megoldja az ilyen gyógyszerek speciális molekuláris membránokba való csomagolásának problémáit is, amelyek lehetővé teszik ezeknek a gyógyszereknek a közvetlen eljuttatását a test érintett területeire.

Önszerelő- Ez egy nanotechnológiai módszer, amely az atomok vagy molekulák azon képességén alapul, hogy egymástól függetlenül összetettebb molekuláris szerkezetekké álljanak össze.

Az önszerveződés elve a minimális energia elvén alapul - az atomok és molekulák állandó tendenciáján, hogy a számukra elérhető legalacsonyabb energiaszintre mozduljanak el. Ha ez más molekulákhoz való kötéssel elérhető, akkor az eredeti molekulák csatlakoznak; ha ehhez meg kell változtatni a helyüket a térben, akkor átirányítják őket.

Az ókori görög mítosz Sziszüphoszról, aki nehezen emelt fel egy követ a hegy tetejére, és makacsul próbált lecsúszni a lejtőn, egyfajta mintaként szolgálhat a legkisebb energia elvének szemléltetésére. vegye fel a legalacsonyabb energiaszintet.

Egy másik modell, amely lehetővé teszi a molekulák térbeli orientációja alapján az önszerveződést, az iránytű viselkedése, amely rázható, forgatható, de nyila mindig észak felé mutat, minimalizálva egy kis mágnes energiáját. hozzácsatolódik a Föld mezőjéhez képest. Ennek a pozíciónak az eléréséhez nem kell semmilyen munkát végeznie a nyíllal, ez természetesen történik. Az önszerveződési módszerek azon az elgondoláson alapulnak, hogy atomokból és molekulákból nanoszkopikus nyersanyagokat hozzanak létre, amelyek az iránytűhöz hasonlóan természetesen a kívánt anyagból álló szerkezetekké állnak össze.

Az élő szervezetekben az önszerveződés az asszimilációs folyamatok alapja, i.e. egy adott élő szervezet számára szükséges fehérjék, zsírok, szénhidrátok, polinukleotidok szintézisének folyamatai. A biológiai szövetek szerkezete, összerakása atomi-molekuláris szinten megy végbe, és az élő szervezetek nagy hatékonysággal végzik azt. A nanoszintézis erről csak álmodozhat. A nanokonstruktorok azonban meghatározott atomokat vagy molekulákat fecskendeznek be egy szubsztrátum felületére vagy egy korábban összeállított nanoszerkezetre. Továbbá a kezdeti nanoméretű molekulák a térben orientálódnak, és egy adott nanostruktúrába gyűlnek össze. Nincs szükség egy ilyen szerkezet lassú és fárasztó felépítésére szondaműszer segítségével. Ez az önszerelés előnye.

Napjainkban az önszerelés segítségével lehetőség nyílik számítógépes tárolóeszközök létrehozására. Használható a felület korrózió elleni védelmére vagy különleges tulajdonságok megadására is, mint például az edények készítéséhez használt teflon. Az önszerelés segítségével hidrofil és hidrofób üvegek prototípusai készültek, amelyek széles körben alkalmazhatók például az autóiparban, az épületüvegek gyártásában, az optikában.

A nanoszkopikus kristálynövekedés egy nanotechnológiai technika, amelyben kristályokat lehet növeszteni oldatból magkristályok (kristályosító központok) segítségével.

A mikrochipek létrehozásához használt szilíciumblokkokat ilyen módon gyártják.

Ezzel a módszerrel hosszú, rúdszerű szén nanocsöveket vagy szilícium nanoszálakat lehet növeszteni. Az ilyen nanoanyagok egyedülálló vezető tulajdonságokkal rendelkeznek, és az optika és az elektronika számos területén használják őket.

Polimerizáció- ez egy nanotechnológiai módszer, amely nanoanyagok polimer formájában történő előállításán alapul kezdeti monomerekből polimerizációs vagy polikondenzációs reakciók segítségével. Megvalósításához úgynevezett géngépeket használnak, amelyek lehetővé teszik különféle DNS-fragmensek szintetizálását (a görög "oligos"-ból oligonukleotidoknak nevezik őket - egy kicsit, jelentéktelenül, ellentétben a polinukleotidokkal - a teljes DNS-t). Aztán ezekből a fragmentumokból, ugyanazon géngépek segítségével, megszerkesztik az adott anyag előállításához szükséges mátrixokat. A szintetizált DNS-templátokat beépítik a baktériumok DNS-ébe, amelyek ezután több másolatot készítenek a kívánt fehérjéről. Ez lehetővé teszi, hogy hatékonyan építsen fehérjegyárakat, amelyek gyakorlatilag bármilyen fehérjét állítanak elő. E nanotechnológiai módszer gyakorlati alkalmazására példa a cukorbetegség kezelésére szolgáló inzulin előállítása.

12. tanuló (a nanoanyag-csoportok osztályozásáról és képviselőiről beszél). 2004-ben Németországban, Wiesbadenben a hetedik nemzetközi konferencia nanostrukturált anyagokon, amelyekre a következő osztályozást javasolták.

Nanopórusos szilárd anyagok. Előállításukhoz szol-gél technológiát alkalmaznak. Ez a szórt rendszerek szárításán alapul. A technológia termékei fémoxidokat tartalmazó nanoanyagok ( Al 2 O 3, V 2 O 5, Fe 2 O 3 és mások), amelyek katalizátorként, szuperkondenzátorként, üzemanyagcellák satöbbi.

Nanorészecskék- ezek például a fentebb már említett oligonukleotidok, amelyeket géngépekben használnak DNS létrehozására a kívánt fehérje ipari méretekben történő előállításához. Ezenkívül ezek hordozó részecskék, amelyek a gyógyszerek meghatározott pontjaira való eljuttatására szolgálnak a szervezetben.

Nanocsövek. A nanocsövek egy teljesen új anyagforma. Különbséget kell tenni a félvezető és a fém nanocsövek között. A legnagyobb érdeklődésre a szén félvezető nanocsövek tartoznak, amelyek apró, 0,5-10 nm átmérőjű és körülbelül 1 mikron hosszúságú hengerek formájában vannak. Az egyfalú szén nanocsövek egy tekercsbe tekert egyetlen réteg grafitnak tekinthetők (szemben a fullerénnel, amelynek molekulája olyan, mint egy futballlabda, amely egyetlen réteg grafitból alakult ki).

(Ha nanocsövekről beszélünk, a tanárnak érdemes felidéznie az allotrópia jelenségét, és különösen a szén négy allotróp módosulatát: a gyémántot, a grafitot, a karbint és a fullerént.)

A szén nanocsövek a fullerénhez hasonló, de más formában összerakott, ezért eltérő tulajdonságokkal rendelkező kristályos szerkezetek (nem hiába javasolják egyes kutatók, hogy a nanocsöveket a szén egy másik módosulásának tekintik). A szén nanocsövek nagy mennyiségű hidrogént képesek elnyelni és visszatartani, ezért értékes anyagok hidrogénüzemű motorok és hidrogén akkumulátorok létrehozásához. A szén nanocsövek félvezető tulajdonságokkal rendelkeznek. Használatuk lehetővé teszi az alacsony hőmérsékletű katódok elérését, amelyekben a feszültség 500 V-ra csökken (ellentétben a jelenleg működő televíziós katódokkal, amelyek 10 kV feszültség alatt működnek). A többrétegű nanocsövek szakítószilárdsága nagy, elérheti a 63 GPa-t, ami 50-60-szor magasabb, mint a jó minőségű acéloké. Az ilyen csövek ellenálló nyomása eléri a 100 GPa-t, ami több ezerszer magasabb, mint a hagyományos szálaké. Ez lehetővé teszi golyóálló mellényekhez és üvegekhez való anyagok gyártásához, valamint szeizmikus ellenálló építőanyagok gyártásához. A szén nanocsövek nagyon alacsony sűrűségűek, így nagy szilárdságú kompozit anyagokat lehet belőlük nyerni, amelyekre a hadi- és repüléstechnikában, valamint az autóiparban van kereslet. A szén nanocsövek nagy katalitikus aktivitással rendelkeznek, ezért olyan kémiai reakciók végrehajtására is használhatók, amelyek normál körülmények között lehetetlenek, például etil-alkohol szintézisgázból (szén-monoxid és hidrogén keverékéből) történő közvetlen szintézise. A nanocsövek katalizátorhordozóként való alkalmazását kémiai stabilitásuk és nagy felületük határozza meg.

Nanodiszperziók- diszpergált rendszerek, amelyekben a fázis részecskéi nanoméretűek és folyékony közegben eloszlanak. Fő felhasználási területük az ellenőrzött szállítás. gyógyszerek szervezetbe, valamint modern kozmetikai anyagok (barnító termékek, szempillaspirál, különféle krémek) gyártása.

Nanostrukturált felületek és filmek. Mindenekelőtt a mesterséges és donorszervek felületeiről van szó, amelyeket nanostrukturált anyagokkal borítanak be, hogy elkerüljék a beültetett szervek kilökődését.

Nanokristályok és nanoszemcsék. A kolloidkémia módszereivel nanokristályos formában sikerült előállítani számos ismert anyagot: félvezetőket, mágneses anyagokat stb. Az ilyen kristályok alkalmazása a kohászatban lehetővé teszi az acél szilárdságának és egyéb tulajdonságainak növelését. Az ilyen acélból nemcsak vékonyabb, hanem tartósabb csöveket is készítenek, amelyek ellenállnak a nagy nyomásnak, például a gázfeldolgozás és a gázszállítás területén. A nanokristályok és nanoszemcsék lehetővé teszik a felületek molekuláris pontosságú feldolgozását. Az orvostudományban is felhasználhatók a rákellenes gyógyszerek új generációjának előállítására. A nanoszemcsés anyagok széles skáláját kínálják az alacsony energiafogyasztású fénykibocsátó eszközök, valamint az ultra-nagy sebességű mágneses rögzítéshez szükséges médiák létrehozására.

Egy két-három fős diákcsoport tart előadást a nanotechnológia alkalmazásáról az élet különböző területein modern társadalom a 2. sémát használva ( lásd p. tizennégy).

2. séma

A nanotechnológia alkalmazása különböző területeken
a társadalom élete

13. tanuló. Energia. A fosszilis tüzelőanyagok (földgáz, olaj, szén stb.) alternatívája a fotovoltaikus cellák használata, amelyek a napfényt közvetlenül alakítják át elektromos energia, - az úgynevezett napelemek és hatékonyságuk növelése. Az ilyen eszközök elsősorban szilícium és ritkábban germánium alapúak. A szilícium fotovoltaikus cellákat a lakóépületekben és ipari termelés, valamint a számológépekben stb. A napfény egy félvezetőre fókuszál, amely egy szilíciumkristály vagy annak polikristálya. Ilyen kristályok beszerzése a nanotechnológia feladata. A fosszilis tüzelőanyagok elégetésével nyert energia felhasználásának másik alternatívája új üzemanyagcellák, például szén nanocsövek létrehozása, amelyek nagy adszorpciós kapacitással rendelkeznek a hidrogén számára.

Az energetikai problémákat a nanotechnológia segítségével közvetett módon oldja meg a nanoeszközök félvezető információs technológiákban való alkalmazásának lehetősége.

Elektronika. A nanotechnológia már ma is lehetővé teszi 30-100 nm méretű félvezető elemek gyártását. A jövőben az ilyen elemek mérete 35-50 nm-re csökken. Ezt a lehetőséget a szén nanocsövek és az új típusú tárolóeszközök (például egyelektronos memória) elektronikai iparban való felhasználása fogja biztosítani. Ez viszont körülbelül 10 gigabit/másodpercre növeli az adatátviteli sebességet. Emellett nagy jelentőséggel bír az információtárolási technológia fejlesztése, amelyet olyan terabites tárolóeszközök létrehozásával oldanak meg, amelyek lehetővé teszik a mágneses lemezeken történő rögzítési sűrűség mintegy 1000-szeres növelését.

Repülés és űrhajózás. A repülésben a nanotechnológia elsősorban a légiközlekedés fejlődésének olyan tényezőjét érinti, mint az új szerkezeti anyagok létrehozása. Két másik tényező - a motorgyártás fejlődése és a repülőgépek aerodinamikájának javulása - szintén a nanotechnológiától függ, de kisebb mértékben. A nanotechnológia segítségével hőálló kerámia kompozit anyagokat (vagyis két vagy több komponensből álló anyagokat) hoznak létre, amelyek 1000-1600 °C-os hőmérsékletet képesek elviselni, illetve polimer kompozitokat, amelyek 200-400 °C-os hőmérsékletet képesek elviselni. Az űrhajózásban a kompozitokkal szembeni követelmények még magasabbak: nagyon hőállónak (3000 °C körüli hőmérsékletet kell bírniuk), ultrakönnyűnek és szupererősnek kell lenniük. Ezeket az anyagokat használták a "Buran" gyártásához, és az amerikai "Shuttles" gyártásához.

14. tanuló. Orvosság. A nanotechnológia lehetővé teszi "molekuláris felismeréssel" rendelkező anyagok létrehozását és az emberi szervezetet hosszú időn át monitorozni képes bioszenzorok tömeggyártásának megszervezését, amely lehetővé teszi bizonyos betegségek korai diagnosztizálását. Emellett a betegségek diagnosztizálására és kezelésére speciális nanoszkopikus eszközök, úgynevezett nanorobotok alkalmazására van kilátás. Az emberi szervezetbe juttatva képesek lesznek megtisztítani az ereket az atherosclerotikus lerakódásoktól, elpusztítani a fiatal rákos daganatokat, korrigálni a sérült DNS-molekulákat, teljes körű diagnosztikát végezni, gyógyszereket juttatni meghatározott szervekbe, sőt sejtekbe stb. Az úgynevezett DNS chipek megkönnyítik az egyén genetikai információinak elemzését, és ezen információk alapján az egyéni gyógyszerek létrehozásán alapuló kezelési kurzust. A nanotechnológia alkalmazása lehetővé teszi új bioanyagok és mesterséges funkcionális polimerek – az emberi szövetek helyettesítői – előállítását.

A nanotechnológiát az orvostudományban használt nanoműszerek és nanomanipulátorok létrehozására használják. Tehát már megjelentek a nanocsipeszek és nanotűk. Például a nanocsipeszeket két 50 nm átmérőjű szén nanocsőből állítják elő, amelyek párhuzamosan vannak elhelyezve egy üvegszálas hordozón. Ezek a csövek konvergálnak és divergálnak, amikor feszültséget kapcsolnak rájuk, szimulálva a csipeszt. A japánok nanocsipeszeket készítettek, amelyek mindössze 3 nm hosszúak, és lehetővé teszik az egyes molekulák manipulálását. A novoszibirszki hazai tudósok saját nano-eszközeiket - nanotűket - javasoltak, amelyek képesek a sejtekbe injektálni.

A nanotechnológia lehetővé teszi a biológiailag aktív anyagok önszerveződési módszerekkel történő előállításának megszervezését is. A probléma megoldására a nanotechnológusok kiemelt figyelmet fordítanak az embrionális őssejtekre, amelyek képesek különböző emberi szervek (ideg-, hám-, májsejtek stb.) sejtjeivé átalakulni. Az őssejtek átalakulási folyamatai a sejtszerkezetek önszerveződésének mechanizmusaihoz kapcsolódnak. Az őssejtek használata segít a sérült szervek pótlásában és a sérült területek részleges „javításában”.

Biotechnológia. A nanotechnológia ezen alkalmazási területéről már volt szó, de ismét érdemes odafigyelni e két technológia kapcsolatára és jelentőségére. Eredeti értelmében a biotechnológia DNS-szintézis módszereinek alkalmazása volt specifikus fehérjék nanoméretű kinyerésére. A fehérjetermelés "gyárainak" szerepében az E. coli baktériumok voltak, amelyekben egy DNS-fragmentum egy specifikus fehérje szintéziséhez szükséges hellyel lett helyettesítve. Az ilyen kialakítás legszembetűnőbb példái az inzulin, a testnövekedési faktor (szomatotropin) és a VIII-as faktor (vagy egy véralvadást okozó, hemofíliában használatos véralvadási faktor) termelése, amelyeket széles körben használnak az orvostudományban.

15. tanuló. Mezőgazdaság. Az ENSZ szerint jelenleg mintegy 7 milliárd ember él a Földön, és az előrejelzések szerint 2050-re a világ népessége elérheti a 100 milliárd főt. Az élelmiszer-probléma már globális az emberiség számára. Bármely laikus megfigyelheti az élelmiszerek árának napról napra emelkedését.

Az emberiség élelmezési problémájának megoldása mindenekelőtt a géntechnológia és a biotechnológia széleskörű alkalmazásán múlik a megnövekedett termelékenységű és tápértékkel rendelkező növényfajták létrehozására, valamint a rendkívül produktív állatfajták és törzsek létrehozására. mikroorganizmusok.

A biotechnológiában és a géntechnológiában használt nanoeszközök és enzimatikus technikák segítenek gyorsabban megoldani ezeket a problémákat. Így rohamosan fejlődik a mindenki által jól ismert génmódosított szójabab új fajtáinak előállítása. A hagyományos paradicsom-, burgonya-, kukorica-, borsó-, búza-, rizs-, stb. fajták, valamint a mezőgazdasági gyakorlatban az egzotikus édesburgonya és a papaya átadják a helyét a génmanipulált, gyomoknak és kártevőknek ellenálló, megnövekedett hozamú fajtáknak.

Ökológia. A nanotechnológia segítségével meg lehet védeni a környezetet a Föld légkörének hőmérsékletének emelkedésével, az ózonréteg pusztulásával, dioxinszennyezéssel, savas esőkkel járó káros hatásoktól.

A Föld átlagos hőmérséklete a múlt század mindössze 40 évében 0,5 ° C-kal nőtt. Az előrejelzések szerint az átlaghőmérséklet további 3 °C-kal emelkedik az új évszázadban. Ennek következményei számos bajjal fenyegetik az emberiséget: 65 cm-rel megemelkedik a világóceán szintje (sok ország part menti területét elönti a víz), radikális klímaváltozás következik be, természeti területekés mások. A nanotechnológia lehetőséget nyújt a Föld légkörére gyakorolt hőmérsékleti hatások csökkentésére azáltal, hogy:

alternatívát keresve energiaforrások,

napelemek fejlesztése,

a kipufogógázok szén-monoxid (IV) tartalmának csökkentése.

Az iparban és háztartási gépekben elterjedt freonok (hűtőközegek, aeroszolok) hatására az ózonréteg pusztulása a bőrrák és a leukémia jelentős növekedéséhez vezethet. Ezért a nanotechnológia azzal a feladattal néz szembe, hogy olyan anyagokat és anyagokat hozzon létre, amelyek helyettesítik a freonokat.

A dioxinnal való környezetszennyezés problémája a klórtartalmú vegyületek (polivinil-klorid, klórozott szénhidrogének stb.) széleskörű ipari felhasználásával kapcsolatos.

A nanotechnológia segítségével új anyagokat szintetizálnak, amelyek helyettesíthetik a klórtartalmú polimereket; bioszenzorok létrehozása a környezet hosszú távú és pontos megfigyelésére; nanoporokat állítanak elő a környezetszennyezés, és mindenekelőtt az olajszennyezés leküzdésére; A nanoszűrőket úgy tervezték, hogy megakadályozzák a dioxin és más hulladékok bejutását a környezetbe, beleértve a közlekedési és ipari létesítmények által a környezetbe jutó kén- és nitrogén-oxidok kibocsátását. Ez utóbbi cél érdekében fontos szerepet kaphatnak a nanotechnológia segítségével létrehozott katalizátorok és hordozóik.

Optika. A kristályszemcsék méretének nanométeres léptékűre csökkentése lehetővé teszi új optikai közegek létrehozását, amelyek nagyon magas és állítható törésmutatókkal, szín-, szilárdságváltozással stb. Az ilyen médiát nanoszemüvegnek nevezik. Alkalmazási területeik rendkívül változatosak. A nanotechnológia segítségével például a poharak felületén méhsejt szerkezetek jönnek létre, amelyeket különféle nanoanyagokkal töltenek meg. Az ilyen szemüvegekkel rendkívül hatékony eszközöket lehet létrehozni digitális információk tárolására és továbbítására. A rövid hullámhosszú lézerekkel kiegészített nanoüveg emellett lehetővé teszi ultraerős optikai tárolóeszközök és fokozott képtisztaságú filmanyagok előállítását. A nanoüveg optikai kapcsolók és vékony optikai hullámvezetők gyártására használható. A laikusok fejében a "kaméleonok" szemüvegek és az autók sötétedő ablakainak intenzitásának megváltoztatása ritkán kapcsolódik a nanovilág gondolatához, de pontosan ez a helyzet.

A Peking Aquatics Centerben, ahol a közelmúltban ért véget az olimpia, a tető nanoüvegek felhasználásával készült, amelyek a természetes fény intenzitásától függően változtathatják a színintenzitást, valamint a hőmérsékleti rendszertől függően befelé vagy kifelé hajlhatnak.

Tanár. A nanotudomány és a nanotechnológia a modern, korábban autonómnak tartott tudományok és technológiák integrált területe: fizika, kémia, biológia és ezek szakterületei (biokémia, biofizika, atommikroszkópia), valamint információs technológiák, biotechnológia, anyagtudomány. Következésképpen a nanotudomány interdiszciplináris jellegű, ezért teljesen logikus az a feltételezés, hogy ennek a tudománynak az elképzelésére szükség lesz jövőbeli szakmai tevékenységének bármely területén.

A szeminárium hatékonyságáról saját tapasztalataink alapján győződtünk meg, amikor a moszkvai 531. számú és a szaratov-vidéki Engels 33. számú iskolájában tartottuk.