- •Концепции современного естествознания химическая составляющая
- •Содержание
- •1. Роль химии в развитии естественнонаучных знаний
- •1.1 Система химии, логика ее развития и построения
- •1.2 Практическое значение представлений о концептуальных системах химии
- •1.3 Теоретическое значение представлений о Системе химии
- •1.4 Выводы
- •2. Проблемы и решения на уровне учения о составе
- •2.1 Проблема вовлечения новых химических элементов в производство материалов
- •2.2 Проблема частичной замены металлов новыми видами керамики
- •2.3 Элементоорганические соединения, их использование в создании современных материалов
- •2.4 Выводы
- •3. Проблемы и решения на уровне структурной химии
- •3.1 Эволюция понятия «структура» в химии
- •3.2 «Триумфальное шествие органического синтеза»
- •3.3 Пределы структурной органической химии
- •3.4 Новые проблемы структурной химии
- •3.5 Выводы
- •4. Проблемы и решения на уровне учения о химических процессах
- •4.1 Проблема катализа
- •4.2 Проблемы энергетики будущего
- •4.3 Химия экстремальных состояний
- •4.4 Выводы
- •5. Эволюционная химия - высшая ступень развития химических знаний. Ближайшие перспективы химии
- •5.1 «Лаборатория живого организма» - идеал химиков
- •5.2 Ферменты в биохимии и биоорганической химии
- •5.3 Пути освоения каталитического опыта живой природы
- •5.4 Предпосылки возникновения эволюционной химии
- •5.5 Понятия «организация» и «самоорганизация» и их познавательные функции в химии
- •5.6 Общая теория химической эволюции и биогенеза а.П. Руденко
- •5.7 Нестационарная кинетика и развитие представлений об эволюции химических систем
- •5.8 Выводы
- •6. Кинетика химических реакций
- •6.1 Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ
- •6.2 Влияние температуры на скорость реакции
- •6.3 Катализ
- •6.4 Поверхность соприкосновения реагирующих веществ
- •7. Правила выживания в химической лаборатории
4.2 Проблемы энергетики будущего
Современная энергетика в основном базируется на горючих ископаемых, каковыми являются каменный и бурый угли, сланцы, торф, нефть и газ. В настоящее время в мире добывается около 7 млрд. тонн условного топлива в год. Подсчитано, что этих запасов будет достаточно по одним данным на 80, а по другим - на 120-140 лет. Поэтому встает вопрос о новых источниках энергии.
Перспективой является превращение атомных электростанций ближайшего будущего в химико-энергетические комбинаты, ядерные реакторы которых одновременно с их основным назначением могли бы служить генераторами различных видов нейтронного излучения для радиохимического синтеза элементов, для облучения твердых тел с целью их упрочнения и, что особенно важно, для термического разложения воды на водород и кислород. Современные атомные электростанции нельзя считать верхом достижений атомной энергетики и энергетики вообще. Их основной недостаток - экологическая опасность, к тому же, основным ядерным топливом является изотоп U-235, доля которого в природном уране составляет 0,7%. Поэтому развитие атомной энергетики на основе современного поколения АЭС определяется ресурсами урана, которые по энергетическим запасам сравнимы с запасами нефти.
Совершенно новые возможности открываются перед человечеством с осуществлением управляемой термоядерной реакции.
Неуправляемая термоядерная реакция - это водородная бомба, взрыв которой происходит в результате ядерного взаимодействия. Реакция протекает при температуре значительно выше 100.000.0000С. Поэтому удержать столь высоко разогретую массу, состоящую из ядер, протонов и нейтронов (плазма) невозможно. Это обстоятельство оказалось главным препятствием на пути осуществления управляемой термоядерной реакции. Существуют и другие препятствия, главным из которых является возможный перегрев поверхности Земли в результате выделения тепла термоядерными реакторами.
Речь идет о разумных экологических ограничениях производства термоядерной энергии в пределах не более чем 5% от солнечной энергии, поглощаемой Землей. Однако даже и в этих пределах производство термоядерной энергии поднимает разогрев земной поверхности на 3,70С.
Считают, что разогрев выше этой предельной температуры может привести к существенному изменению климата всей нашей планеты, даже всемирному потопу, за счет таяния льдов Антарктики и Гренландии.
Нужны меры по поиску экологически безупречных и практически неисчерпаемых источников энергии. Одной из таких мер является использование солнечной энергии. Около половины солнечной энергии рассеивается и поглощается атмосферой и около 10% задерживается в капельножидких и пылевых облаках. Остающаяся доля дошедшей до поверхности Земли солнечной энергии оказывается в десятки раз превышающей предельно допустимое производство термоядерной энергии.
Возникает задача химического преобразования солнечной энергии, т.е. задача аккумулирования солнечной энергии, ориентируясь на тот опыт, которым пользуется природа, а именно фотосинтез.
Есть смысл поставить задачу искусственного крупномасштабного получения на основе преобразования солнечной энергии такого химического топлива, каким является водород из воды:
Принципиально эта реакция осуществима. Практически для ее реализации требуется подача больших количеств энергии, т.к. энергия связи Н – О в молекуле воды значительна (467 кДж/моль), поэтому термическое разложение воды начинается лишь при температуре выше 12000С и завершается при 2500-26000С.
Аналогичное количество электроэнергии требуется также и для электролитического разложения воды. Как же, однако, справляется с вовлечением в фотосинтез воды зеленый лист? Оказывается, что его фотокатализаторы действуют по принципу электролитического разложения воды. Разрабатываемые ныне искусственные молекулярные фото каталитические системы все более приближаются к природным фотосинтезирующим объектам не только по принципу их действия, но и по самой организации систем. Широкомасштабное преобразование солнечной энергии в энергию химических топлив поставлено на очередь дня. При этом надо иметь в виду, что водород является самым высококалорийным и экологически чистым топливом. Он удобен и для стационарной, и для транспортной энергетики. Бесспорно, - это универсальное топливо энергетики будущего.