Уже понад півтисячі людей з 35-ти країн побували у космосі. Учені передбачають, що у наступному, XXII столітті, будуть створені невеликі колонії у космосі, однак не на повному самозабезпеченні, а такі, що потребуватимуть надходжень техніки (електроніки, медичної апаратури, наукових приладів) із Землі. У цьому ж столітті людство віддаватиме перевагу використанню космосу в інтересах забезпечення життєдіяльності на Землі, а також численним туристичним польотам у космос.

101912

Коли ти, читачу, підростеш, космічні подорожі будуть такими ж буденними, як мандрівки в екзотичні куточки нашої планети. Уже сьогодні люди готові витрачати величезні кошти (один політ – від 25–35 мільйонів доларів), щоб побачити Землю з космосу, виконати цікаві експерименти, пізнати неймовірне відчуття невагомості: підстрибнув і, замість того, щоб приземлитися, летиш і летиш вгору! І хоча досягти короткочасної невагомості можна і на Землі, тривала невагомість можлива лише у космосі.

Науковці досліджують речовини у різних умовах: у вакуумі, під дією лазера, у невагомості. А ми, „земні” хіміки, спробуємо спрогнозувати, як невагомість вплине на різні процеси і чи може це нам знадобитися.

082413_0749_Howfixedwin1

Що таке невагомість?

Кожний шестикласник знає, що вага – це сила, з якою тіло вна­слідок дії Землі тисне на опору або розтягує підвіс. А тепер уяви, що опора разом з тілом падає в гравітаційному полі Землі. І опора, і тіло рухаються з однаковою швидкістю, а, отже, тіло не тисне на опору і перебуває у стані невагомості. Де таке явище можна спостерігати? На Землі – у кабіні ліфта, який зірвався з тросів і віль­но падає. Насправді, це не вільне падіння, бо крім сили тяжіння на ліфт діє сила опору з боку повітря. Політ на космічному апараті, що обертається навколо Землі – це теж падіння на Землю. Станція рухається горизонтально за інерцією і водночас падає на Землю вертикально, тому її відстань до поверхні Землі не змінюється.

maxresdefault (2)

Космонавти, які перебувають у стані не­вагомості в кабіні космічного апарата, спостерігають дуже цікаві ефекти. Водночас невагомість створює особливі умови для орга­нізації їхньої професійної діяльності. В умовах невагомості деякі фізичні та хімічні процеси (наприклад, горіння, конвекція) відбува­ються зовсім інакше, ніж ми звикли.

„Кулясті” рідини

Вплив невагомості на речовину залежить від її агрегатного ста­ну. Поведінка газів істотно не змінюється: молекули газів рівномір­но розподіляються в посудині, „не прагнучи” донизу, адже у неваго­мості немає ані „верху”, ані „низу”. У невагомості рідини набувають власної сферичної форми. Якщо рідина добре змочує поверхню лабораторного посуду, то вона розтікатиметься по ньому тонким шаром, щоб зайняти якомога більшу частину по­верхні. Вона підніметься по стінках і покрива­тиме посуд і зсередини, і ззовні (якщо посуд відкритий). Погодься, не дуже зручно про­водити реакції у розчині, яким пробірка змочена і зсередини, і ззовні! Якщо ж рідина погано змочує поверхню, то вона вилетить з посудини у вигляді кульки. І знову проблема: як проводити реакцію, якщо два розчини не змі­шуються, а висять у повітрі в різних кінцях лабораторії?

856KFH9K19BR0001

У невагомості важко дозувати рідини-кульки. Уяви, що треба налити 10 мл розчину: це півкульки чи четвертинка? Звичайна склянка чи мірний циліндр не допоможуть. Для вимірю­вання об’ємів речовин доведеться використо­вувати шприци-дозатори чи мірні піпетки.

Як не спалити електрочайник у невагомості

Оскільки повітря на космічній станції невагоме, то сила Архімеда тут теж відсутня, а, отже, зникне і конвекція. Теплі шари рідини чи газу у невагомості не піднімаються вгору, щоб звільнити місце холодним. Щоб у кабіні корабля на МКС не утворювалися „застійні зони” з вуглекислого газу, а тепле та холодне повітря рівномірно перемішувалося, усюди встановлюють вентилятори.

screen3

За відсутності вентиляції природним механізмом перемішуван­ня рідин і газів є дифузія: рухаючись хаотично і безладно, молекули повільно „розповзаються” в усі боки.

Але дифузія – дуже повільний процес, тому рідина нагріва­тиметься лише поблизу стінки посудини, яку підігрівають (тепло­провідність у невагомості ніхто ще не скасовував), і теплі шари не змінюватимуть положення, як ми звикли на Землі. Тому електрочайник у невагомості – річ зайва: вода закипить лише поблизу дна, а нагрівальна поверхня приладу може перегрітися і перегоріти. Щоб рівномірно прогрівати розчини і гази, дослідникам доведеть­ся ретельно перемішувати їх. А щоб кульки рідин не вилітали, їх ще й треба притискати до дна посудини. Ось такі незручності у хіміч­ній лабораторії на космічній станції.

У невагомій хімічній лабораторії

Для хіміків найважливіше – хімічні властивості речовин. А вони залежать від будови речовини, а не від наявності чи відсутності ваги тіла. Отже, хімічні властивості речовин у невагомості не змі­нюються. Наприклад, якщо вапняк на Землі розкладається під час нагрівання, то він буде розкладатися за тієї ж температури і на ті ж складові у невагомості:

 1

Але у невагомості вапняк нагріти важче: його треба або притис­нути до нагрітої поверхні, або нагрівати у мікрохвильовій печі чи інфрачервоним випромінюванням (наприклад, „UFO” ). Втім, якщо сильно притиснути реагенти, то куди подінеться газ, що виділяється в цій реакції? Тому в невагомості речовини зручніше нагрівати випромінюванням.

Невагомість ускладнює контакт реагентів. Наприклад, для проведення реакції нейтралізації між натрій гідроксидом і сульфатною кислотою кулі цих розчинів треба злити разом:

 2

Реакція буде відбуватися у новій спільній кулі, яка „висітиме” в повітрі. Досить незручно зливати небезпечні чи отруйні речови­ни (сильні кислоти чи окиснювачі), адже вони можуть спричинити опіки і зашкодити здоров’ю дослідника. Доведеться підштовхува­ти кулі до злиття паличками чи лопатками: такий собі хімічний три­вимірний хокей! Весело, але теж небезпечно для здоров’я! Зруч­ніше запастися герметичним посудом з поршнями, щоб витискати кульки реагентів у спільний простір, змушуючи їх до злиття.

Такі ж складності виникнуть і під час проведення реакції між твердими та рідкими речовинами. Так, для проведення реакції між цинком і хлоридною кислотою:

3

доведеться закинути шматочки металу у середину кульки роз­чину кислоти так, щоб вони ще й не вилетіли назовні. Добре, якщо шматочки великі. Змішати порошок крейди з тією ж хлоридною кислотою для добування вуглекислого газу набагато важче, бо по­рошинок крейди мільйони мільярдів, і всіх їх треба якось помісти­ти у кулю з розчином:

4

Знову доведеться хитрувати з хімічним обладнанням. Одні проблеми хімікам від цієї невагомості!

У реакціях між твердими речовинами і газами (напри­клад, під час горіння) великою проблемою буде відсут­ність конвекції. Продукти горіння, що утворилися, дуже повільно розлітатимуться в усі боки внаслідок дифузії, а нові порції кисню, необхідного для горіння, так само по­вільно надходитимуть у зону горіння (теж за рахунок дифу­зії). Тому процес горіння протікатиме повільно і самозгасатиме. Та ще й замість яскравого полум’я горітиме тьмяна кулька (порівняйте полум’я свічки на Землі та в невагомості).

Полум'я свічки на Землі та у невагомості

Полум’я свічки на Землі та у невагомості

За відсутності сили Архімеда бульбашки газу, що утворюються в результаті реакції, не будуть відриватися від реагентів і підніма­тися вгору. У невагомості вони залишаються там, де утворилися. Наприклад, під час взаємодії розчинів сильної нітратної кислоти і поташу (калій карбонату) накопичуватимуться бульбашки вуглекислого газу:

5

Що довше триватиме дана реакція, то більше бульбашок на­збирається всередині кулі рідин. Врешті утвориться куля рідини з великою кількістю бульбашок газу всередині.

Газоподібні продукти реакції можуть її навіть заблокувати. Саме тому неможливо здійснити у невагомості електроліз води:

6

Бульбашки водню і кисню дуже швидко вкриють електроди, за­блокують доступ води до поверхонь пластин, і реакція припиниться.

Таке ж явище буде спостерігатися і під час реакції між двома твердими речовинами, яка супроводжується виділенням газу. На­приклад, у лабораторному методі добування амоніаку (NН3) при взаємодії кальцій гідроксиду і амоній хлориду:

 7

Амоніак повільно дифундує від поверхні часточок реагентів і накопичується між ними. Це призведе до по­гіршення контакту між гідроксидом і амоній хлоридом, що значно сповільнить реакцію.

2D

У ядерній техніці, мікроелектроніці та інших галузях ве­лике значення мають чисті речовини. Щоб їх отри­мати, розділяють суміші, виокремлюючи окремі складові. У невагомості розділити суміші досить складно. Суміш води і олії не розшаровуєть­ся сама на верхній (олія) і нижній (вода), як ми звикли на Землі. Кульки олії зависнуть у кульці з водою, а з часом вийдуть на поверхню і „вилетять” з водяної кулі. Реакції з випаданням осадів у невагомості теж відбуваються особливо: частин­ки твердих осадових речовин плавають усередині кульки, роблячи її каламутною.

2D5

Тепер ти розумієш: хоча хімічні властивості речовин у невагомості не змінюються, робота хіміків там усклад­ниться. Реактиви літають навколо експериментатора, їх важко об’єднати, ще й продукти реакції заважають самій реакції. Отака підступна „невагома” хімія!

2D27

Яка користь від невагомості

Утім, невагомість може стати перевагою. Наприклад, у виготов­ленні металевої деталі ідеально сферичної форми – кульки для під­шипника. На Землі металеві заготовки ретельно обточують до сферичної форми, а в невагомості будь-яка рідина набуває форми ідеальної кулі, тому дрібні розплавлені кра­плини металу тверднуть і перетворюються на ідеальні кульки для підшипників.

Gaussian-profile-foam

На Землі конвекція – суттєва перешкода у вирощуванні досконалих кристалів. За відсутності конвекції у невагомос­ті кристали ростуть правильної форми, з меншою кількістю дефектів. А що досконаліший крис­тал, то ближче до ідеальних його властивості. Сучасна електроніка (калькулятори, планшети, комп’ютери) працює на кристалах напівпровідників, і дуже важливо, щоб напівпровідникові деталі мали якомога менше дефектів. Тому кристали, вирощені у нева­гомості, можуть покращити надійність комп’ютерів і ноутбуків.

iss_3416

Пригадайте: осади в невагомості не осідають. Цю осо­бливість теж можна використати. Основу багатьох пластмас становлять речовини-полімери, які синте­зують у процесі полімеризації суспензії. Суспензія – це суміш твердих часточок, нерозчинних у рідині: крейда у відрі для миття дошки чи пісок у кала­мутній калюжі – приклади суспензії. У процесі по­лімеризації важливо, щоб тверді частинки суспензії не осідали і не злипалися. На Землі суміші перемішують і додають стабілізатори, а в невагомості суспензію не потрібно пе­ремішувати і стабілізувати, бо частинки не осідають! Отже, добуті на космічній станції полімери матимуть прогнозовані властивості, отримувати їх простіше, а пластмасові вироби на їхній основі бу­дуть міцніші, надійніші та матимуть довший термін придатності.

iss_3402

Ми з’ясували, що невагомість – практично непереборна пе­решкода для звичайної „шкільної” хімічної лабораторії. Водночас вона відкриває унікальні можливості для дослідження процесів створення впорядкованих структур, експериментів у галузі хімії горіння і синтезу речовин, космічного матеріалознавства та фізики низьких температур, вирішення завдань управління конвекційни­ми потоками у рідинах, створення нових теплообмінних апаратів для потреб космічної техніки. І, можливо, саме тобі, юний читачу, пощастить працювати у такій космічній лабораторії!

 

Каліберда Микита Сергійович,Каліберда Микита Сергійович
учитель хімії
Львівської СЗШ № 50,
фіналіст І Всеукраїнського Інтернет
конкурсу „УЧИТЕЛЬ РОКУ-2016”
за версією науково-популярного
природничого журналу „КОЛОСОК”

ЗАВАНТАЖИТИ СТАТТЮ У ФОРМАТІ PDF

xosotin chelseathông tin chuyển nhượngcâu lạc bộ bóng đá arsenalbóng đá atalantabundesligacầu thủ haalandUEFAevertonfutebol ao vivofutemaxmulticanaisonbetbóng đá world cupbóng đá inter milantin juventusbenzemala ligaclb leicester cityMUman citymessi lionelsalahnapolineymarpsgronaldoserie atottenhamvalenciaAS ROMALeverkusenac milanmbappenapolinewcastleaston villaliverpoolfa cupreal madridpremier leagueAjaxbao bong da247EPLbarcelonabournemouthaff cupasean footballbên lề sân cỏbáo bóng đá mớibóng đá cúp thế giớitin bóng đá ViệtUEFAbáo bóng đá việt namHuyền thoại bóng đágiải ngoại hạng anhSeagametap chi bong da the gioitin bong da lutrận đấu hôm nayviệt nam bóng đátin nong bong daBóng đá nữthể thao 7m24h bóng đábóng đá hôm naythe thao ngoai hang anhtin nhanh bóng đáphòng thay đồ bóng đábóng đá phủikèo nhà cái onbetbóng đá lu 2thông tin phòng thay đồthe thao vuaapp đánh lô đềdudoanxosoxổ số giải đặc biệthôm nay xổ sốkèo đẹp hôm nayketquaxosokq xskqxsmnsoi cầu ba miềnsoi cau thong kesxkt hôm naythế giới xổ sốxổ số 24hxo.soxoso3mienxo so ba mienxoso dac bietxosodientoanxổ số dự đoánvé số chiều xổxoso ket quaxosokienthietxoso kq hôm nayxoso ktxổ số megaxổ số mới nhất hôm nayxoso truc tiepxoso ViệtSX3MIENxs dự đoánxs mien bac hom nayxs miên namxsmientrungxsmn thu 7con số may mắn hôm nayKQXS 3 miền Bắc Trung Nam Nhanhdự đoán xổ số 3 miềndò vé sốdu doan xo so hom nayket qua xo xoket qua xo so.vntrúng thưởng xo sokq xoso trực tiếpket qua xskqxs 247số miền nams0x0 mienbacxosobamien hôm naysố đẹp hôm naysố đẹp trực tuyếnnuôi số đẹpxo so hom quaxoso ketquaxstruc tiep hom nayxổ số kiến thiết trực tiếpxổ số kq hôm nayso xo kq trực tuyenkết quả xổ số miền bắc trực tiếpxo so miền namxổ số miền nam trực tiếptrực tiếp xổ số hôm nayket wa xsKQ XOSOxoso onlinexo so truc tiep hom nayxsttso mien bac trong ngàyKQXS3Msố so mien bacdu doan xo so onlinedu doan cau loxổ số kenokqxs vnKQXOSOKQXS hôm naytrực tiếp kết quả xổ số ba miềncap lo dep nhat hom naysoi cầu chuẩn hôm nayso ket qua xo soXem kết quả xổ số nhanh nhấtSX3MIENXSMB chủ nhậtKQXSMNkết quả mở giải trực tuyếnGiờ vàng chốt số OnlineĐánh Đề Con Gìdò số miền namdò vé số hôm nayso mo so debach thủ lô đẹp nhất hôm naycầu đề hôm naykết quả xổ số kiến thiết toàn quốccau dep 88xsmb rong bach kimket qua xs 2023dự đoán xổ số hàng ngàyBạch thủ đề miền BắcSoi Cầu MB thần tàisoi cau vip 247soi cầu tốtsoi cầu miễn phísoi cau mb vipxsmb hom nayxs vietlottxsmn hôm naycầu lô đẹpthống kê lô kép xổ số miền Bắcquay thử xsmnxổ số thần tàiQuay thử XSMTxổ số chiều nayxo so mien nam hom nayweb đánh lô đề trực tuyến uy tínKQXS hôm nayxsmb ngày hôm nayXSMT chủ nhậtxổ số Power 6/55KQXS A trúng roycao thủ chốt sốbảng xổ số đặc biệtsoi cầu 247 vipsoi cầu wap 666Soi cầu miễn phí 888 VIPSoi Cau Chuan MBđộc thủ desố miền bắcthần tài cho sốKết quả xổ số thần tàiXem trực tiếp xổ sốXIN SỐ THẦN TÀI THỔ ĐỊACầu lô số đẹplô đẹp vip 24hsoi cầu miễn phí 888xổ số kiến thiết chiều nayXSMN thứ 7 hàng tuầnKết quả Xổ số Hồ Chí Minhnhà cái xổ số Việt NamXổ Số Đại PhátXổ số mới nhất Hôm Nayso xo mb hom nayxxmb88quay thu mbXo so Minh ChinhXS Minh Ngọc trực tiếp hôm nayXSMN 88XSTDxs than taixổ số UY TIN NHẤTxs vietlott 88SOI CẦU SIÊU CHUẨNSoiCauVietlô đẹp hôm nay vipket qua so xo hom naykqxsmb 30 ngàydự đoán xổ số 3 miềnSoi cầu 3 càng chuẩn xácbạch thủ lônuoi lo chuanbắt lô chuẩn theo ngàykq xo-solô 3 càngnuôi lô đề siêu vipcầu Lô Xiên XSMBđề về bao nhiêuSoi cầu x3xổ số kiến thiết ngày hôm nayquay thử xsmttruc tiep kết quả sxmntrực tiếp miền bắckết quả xổ số chấm vnbảng xs đặc biệt năm 2023soi cau xsmbxổ số hà nội hôm naysxmtxsmt hôm nayxs truc tiep mbketqua xo so onlinekqxs onlinexo số hôm nayXS3MTin xs hôm nayxsmn thu2XSMN hom nayxổ số miền bắc trực tiếp hôm naySO XOxsmbsxmn hôm nay188betlink188 xo sosoi cầu vip 88lô tô việtsoi lô việtXS247xs ba miềnchốt lô đẹp nhất hôm naychốt số xsmbCHƠI LÔ TÔsoi cau mn hom naychốt lô chuẩndu doan sxmtdự đoán xổ số onlinerồng bạch kim chốt 3 càng miễn phí hôm naythống kê lô gan miền bắcdàn đề lôCầu Kèo Đặc Biệtchốt cầu may mắnkết quả xổ số miền bắc hômSoi cầu vàng 777thẻ bài onlinedu doan mn 888soi cầu miền nam vipsoi cầu mt vipdàn de hôm nay7 cao thủ chốt sốsoi cau mien phi 7777 cao thủ chốt số nức tiếng3 càng miền bắcrồng bạch kim 777dàn de bất bạion newsddxsmn188betw88w88789bettf88sin88suvipsunwintf88five8812betsv88vn88Top 10 nhà cái uy tínsky88iwinlucky88nhacaisin88oxbetm88vn88w88789betiwinf8betrio66rio66lucky88oxbetvn88188bet789betMay-88five88one88sin88bk88xbetoxbetMU88188BETSV88RIO66ONBET88188betM88M88SV88Jun-68Jun-88one88iwinv9betw388OXBETw388w388onbetonbetonbetonbet88onbet88onbet88onbet88onbetonbetonbetonbetqh88mu88Nhà cái uy tínpog79vp777vp777vipbetvipbetuk88uk88typhu88typhu88tk88tk88sm66sm66me88me888live8live8livesm66me88win798livesm66me88win79pog79pog79vp777vp777uk88uk88tk88tk88luck8luck8kingbet86kingbet86k188k188hr99hr99123b8xbetvnvipbetsv66zbettaisunwin-vntyphu88vn138vwinvwinvi68ee881xbetrio66zbetvn138i9betvipfi88clubcf68onbet88ee88typhu88onbetonbetkhuyenmai12bet-moblie12betmoblietaimienphi247vi68clupcf68clupvipbeti9betqh88onb123onbefsoi cầunổ hũbắn cáđá gàđá gàgame bàicasinosoi cầuxóc đĩagame bàigiải mã giấc mơbầu cuaslot gamecasinonổ hủdàn đềBắn cácasinodàn đềnổ hũtài xỉuslot gamecasinobắn cáđá gàgame bàithể thaogame bàisoi cầukqsssoi cầucờ tướngbắn cágame bàixóc đĩaAG百家乐AG百家乐AG真人AG真人爱游戏华体会华体会im体育kok体育开云体育开云体育开云体育乐鱼体育乐鱼体育欧宝体育ob体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育开云体育开云体育棋牌棋牌沙巴体育买球平台新葡京娱乐开云体育mu88qh88
Поширити
0