Химия

После того, как мы с уважаемым @dionisdimetor предметно поговорили на разнообразные темы, я всерьёз задумался, так ли фантатстичен компьютрониум — материя, специально предназначенная для вычислений. Пока, к сожалению, никаких намёков на практическое воплощение компьютрониума я не нашёл, однако на основе изученного и прочитанного по диагонали хочу рассказать вам о не менее удивительных программируемых поверхностях. Она начинается во второй половине 2010-х с разработок Скайлара Тиббитса (Skylar Tibbits) и Джареда Локса (Jared Laucks), основавших в Массачусетском технологическом институте «Лабораторию самосборки» и подстегнувших развитие технологий под общим названием «4D-печать».

В расследовании преступлений может существовать несколько действенных методов, каждый из которых акцентирует внимание на тех или иных его аспектах. Задается ряд вопросов: кто совершил преступление, кто жертва, каковы обстоятельства, где это произошло, каков мотив и т. д. Ответы на эти вопросы позволяют построить картину произошедшего и определить виновного. Важным элементом расследования являются вещественные доказательства и результаты работы криминалистов. Развитие науки и технологий позволило расширить спектр того, что может считаться доказательством. Ярким примером тому являются растения. В 2009 году кладбище Берр-Оук в Алсипе (штат Иллинойс, США) стало местом преступления, в ходе расследования которого части мха сыграли ключевую роль в его расследовании. Ученые из Филдовского музея естественной истории (Чикаго, США) собрали детали этого расследования в своем труде, где рассказали, как мох превратился из элемента ландшафта в важное вещественное доказательство.

Привет! Это Екатерина, геммолог ювелирного дома LA VIVION. В своей первой статье на Хабре я рассказала, какой путь проходит алмаз, прежде, чем стать частью ювелирного украшения. А сегодня речь пойдет об огранке. 

В работе я часто сталкиваюсь с тем, что человек не всегда понимает, почему бриллиант сияет. Блеск, который мы ассоциируем с бриллиантом, — не природное свойство алмаза. Он возникает благодаря точно рассчитанной огранке, заставляющей свет многократно отражаться внутри камня.

В современном ювелирном деле огранка — это сочетание геометрии, физики и искусства мастера. Расскажу, как именно геометрия превращает природный кристалл в оптически привлекательный бриллиант, какие параметры считаются эталонными, а где возможны компромиссы. 

^{Г.Г.Токарев, «Газогенераторные автомобили»}

В прошлой статье мы рассмотрели такой любопытный способ обогрева, который имеет своих сторонников, так противников, как использование тепловых насосов, в качестве которых (если не изготавливать их самостоятельно, что в принципе, тоже возможно) выступают обычные кондиционеры типа сплит-систем. 

Интересно, что подобный способ обогрева не является единственным, в череде несколько экзотичных вариантов и сегодня мы рассмотрим ещё один, который заставляет задуматься — использование газогенераторных установок, для производства пиролизного газа. 

Научный и технологический прогресс были бы невозможны без двух основополагающий качеств человека — лени и любопытства. Второе особенно проявляется в исследованиях неизведанных доселе территорий, будь то поиски прохода через Арктику или далеких планет. Независимо от пункта назначения, подготовка к экспедиции имеет решающее значение для успеха миссии и выживания ее участников. Говоря о длительном пребывании за пределами нашей планеты, например на Луне, одним из важнейших ресурсов будет пища. Конечно, можно собрать необходимый провиант заранее, но его транспортировка и хранение сопряжены с рядом сложностей в и без того сложном путешествии. Для более длительных экспедиций может потребоваться выращивать еду на месте, но почва Луны не пригодна для выращивания растений, по крайней мере была раньше. Ученые из Техасского университета в Остине (США) смогли модифицировать почву Луны, используя специальные удобрения и грибок, что позволило им вырастить урожай нута. Что именно потребовалось для изменения лунной почвы, как протекал процесс роста нута, и насколько урожайным был результат? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Любое научное исследование зарождается из вопроса, на который необходимо найти ответ. Иногда вопрос кажется сложным и непонятным, особенно для не вовлеченных в науку умов. Бывают и более простые с точки зрения синтаксиса вопросы, которые частенько задают самые любопытные существа на планете — дети. Почему небо синее? Почему вода мокрая? Почему птицы летают? Все эти вопросы кажутся простыми, но ответы на них могут быть совокупностью знаний, скрупулезно собранных на протяжение столетий учеными из самых разных областей, от биологии до физики частиц. Ученые из Мэрилендского университета (Колледж-Парк, США) решили задать очередной «простой» вопрос — как часто у человека происходит флатуленция? А ответ на этот вопрос им помогло их собственное изобретение — умное нижнее белье. Каков принцип работы этого необычного элемента гардероба, какие данные он собирает, и что они могут рассказать о здоровье пользователя? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Металлы... Будучи однажды открыты человечеством в глубокой древности, они изменили всё — и позволили людям подняться с четверенек и устремить свой взгляд к звёздам…  

Но, войдя в жизни людей, они принесли и присущую им проблему: недолговечность. 

«Но, постойте», скажите вы, — ведь большинство металлов настолько крепки и долговечны, что изделия из них доходят до нас даже из глубокой древности! 

Всё так, однако, нельзя отрицать того, что большинство металлов подвержено коррозии и это представляет собой существенную проблему! Скажем, те же автомобилисты знают, что срок службы кузова автомобиля в большей степени определяет срок его эксплуатации, чем что-либо остальное: скажем, в интернете есть много видео, где энтузиасты заводят автомобили, лежащие на свалках, кузов которых превратился в труху, а сквозь сам автомобиль проросли деревья — то есть, зачастую, двигатель и сопутствующие системы могут работать даже тогда, когда корпус уже полностью разложился … 

Исходя из этого, можно констатировать, что защита металлов от коррозии является существенной проблемой и потребляет большие средства, где на эти затраты люди готовы пойти, так как, собственно, от этого и зависит срок службы изделия! 

Способов защиты существует достаточно много, однако, среди них особняком стоит один довольно интересный, о котором мы и поговорим сегодня: катодная* защита от коррозии!

Уолтер Айзексон — человек, который умеет выбирать героев. После биографий Стива Джобса, Эйнштейна и Леонардо да Винчи он взялся за историю, которая разворачивается прямо здесь и сейчас. Его героиня — Дженнифер Даудна, лауреатка Нобелевской премии по химии 2020 года и одна из создательниц технологии редактирования генома CRISPR-Cas9.

Наука об обонянии древняя, ей больше двух тысяч лет. Если оставить в стороне гипотезу Платона, согласно которой запахи «различаются только как болезненные и приятные, причем один из них раздражал и тревожил всю полость, расположенную между головой и пупком, а другой оказывал успокаивающее воздействие и приводил ту же область в приятное и естественное состояние», то по свой сути современную парадигму этой науки сформулировал Теофраст в III веке до н.э., писавший в своем трактате «О запахах», что в отличие от огня и воды «земля – это единственная элементарная субстанция, которая обладает запахом, или, по крайней мере, она обладает им в большей степени, чем другие, потому что имеет более сложный характер».

Если учесть, что во времена Теофраста «элементарные субстанции» уже два века как считались состоящими из атомов, отличными друг от друга по форме и размеру, которые  при соединении между собой, изменяют природу этого соединения, то именно это открыли в начале 1990-х годов Ричард Аксель и Линда Бак, показав, как элементарные субстанции – лиганды белковой природы, экспрессируемые генами обонятельных рецепторов, кодируют запахи, окончательно и строго научно подняв нижнюю границу органа обоняния Платона от пупка до нашей верхней губы, то бишь до носа. За что получили Нобелевскую премию.

Но самое интересное здесь в том, что к этому времени искусственный распознаватель запахов – электронный нос – уже был изобретен и сделан в начале 1980-х годов, то есть за десять лет до открытия Акселя и Бак. Пусть пока плохонький, реагирующий не на все запахи, но реагирующий и измеряющий не концентрацию вещества с тем или иным запахом, а на сам запах и чувствующий его силу, как наш с вами нос.

Пластик — главный ненавистник современной экологии. Пластик — очень полезный и самый распространенный материал в мире. Дилемма пластика как раз и заключается в том, что его полезные свойства, экономичность производства и широкая востребованность перевешивают его негативное влияние на окружающую среду. Замена пластика на другие материалы хоть и имеет некий смысл, но также сопряжена со сложностями: большие затраты на производство, меньшие объемы сырья и, порой, даже более сильное негативное влияние на экологию. Если перейти от пластика к другим материалам, скажем к металлу, нельзя по ряду причин, то нужно изменить сам пластик, сделав его более экологичным. Ученые из Университета Флиндерса (Аделаида, Австралия) разработали новый тип пластика, в состав которого входит молочный белок. Скорость разложения нового материала в почве составляет всего 13 недель. Какие ее необычные ингредиенты были использованы, какими свойствами обладает новый пластик, и какие показатели экологичности показывает? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Одним из самых распространенных ресурсом в энергетике является природный газ. Он также является источник парниковых газов, ввиду его применения, что зачастую заканчивается его сжиганием. Метан, как один из основных составных элементов природного газа, привлекает внимание ученых в качестве потенциального источника полезных химических соединений. Однако из-за его "интровертности", то бишь нежелания вступать в реакции с чем-либо, и чрезвычайной стабильности достичь подобного весьма сложно. Ученые из Университета Сантьяго-де-Компостела (Испания) разработали новый способ превращения природного газа в ценные химические соединения для фармацевтики и других отраслей. Что стало основой данной методики, как именно она работает, и насколько она эффективна? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

В этой статье решим следующую задачу с МХТ 2023:

Второе начало термодинамики "нарушается" практически во всех биологических системах,цена тому— энергия в виде молекул АТФ. Рассмотрим следующую ситуацию: транспортный белок кинезин способен за счёт энергии АТФ переносить из одной везикулы в другую определённое вещество.В исходной везикуле оно находилось в быстро устанавливающемся равновесии с другим веществом.При переносе порции вещества из одной везикулы в другую равновесие реакции смещается,и в одной везикуле происходит выделение тепла,а в другой — поглощение.Возможен ли такой“холодильник”в живой клетке?Как будет зависеть его КПД от выбора реакции и концентраций веществ?Сравните КПД"биологического холодильника"с КПД домашнего холодильника(около 60%).

Мной было предложено следующее решение:

Нарисуем схему этой задачи(её физическую модель):

В этойстатье рассмотрим следующую задачу с МХТ 2023:

Цветные принтеры для печати используют минимум 4 разных красителя‑ циан,маджента,жёлтый,чёрный(CMYK).Любой из них может закончиться в самый неподходящий момент,и бежать в поисках нового картриджа‑ то ещё приключение. Можно ли заменить четыре контейнера в принтере на один с веществом или смесью веществ,способных менять цвет при определённых внешних воздействиях (температура, электрическое/магнитное поля и др.)? В зависимости от выбранного воздействия на бумаге должна появляться точка одного из четырёх цветов CMYK.При необходимости можно добавить второй контейнер с дополнительным реагентом, который будет расходоваться в пренебрежимо малых количествах по сравнению с основным «красителем».

Мной было предложено следующее решение:

Во‑первых определим, что такое тонер. То́нер — обладающий особыми свойствами чёрный или цветной порошок, который переносится с помощью электрографического принципа на заранее специальным образом заряженный фотобарабан и формирует на нём видимое изображение, которое затем переносится на бумагу.

В этой статье рассмотрим следующую интересную задачу с МХТ 2022:

В мифологиях есть много разнообразных версий происхождения и развития мира вокруг нас, но сейчас наши знания стали куда конкретнее. Одним из значимых событий в истории планеты была так называемая кислородная катастрофа. Тогда в атмосфере Земли начал образовываться кислород, и это определило как дальнейшее развитие жизни, так и последующее образование новых минералов. Предположим, однако, что в то время эволюция пошла по другому пути, организмы начали бы выделять не кислород, а хлор, и вместо кислородной катастрофы произошла хлорная. Опишите, какие минералы могли бы сформироваться к настоящему времени, и каким образом бы это произошло.

Мной было предложено следующее решение:

,,Кислородная катастрофа" произошла в самом начале протерозоя около 2,5 млрд лет назад. Это связано с деятельностью фотосинтезирующих бактерий. Кислород резко стал накапливаться в атмосфере.

Металлоорганические каркасы (МОК) на основе лантанидов имеют большие перспективы для применения в газосорбции, катализе, создании люминофорных материалов. Однако представлены они преимущественно урановыми и ториевыми материалами. Число же известных МОК на основе трасплутониевых элементов исчезающе мало, хотя для них уже найдено применение в качестве автолюминесцентных материалов для фотовольтаических источников тока.

Причина в том, что наиболее распространенный в настоящее время метод синтеза таких каркасов  – сольвотермальный - дорог, трудно масштабируем, а также предполагает использование аппаратов с повышенным давлением (например, автоклавов). Автоклавы высокого давления могут спонтанно разгерметизироваться, что недопустимо при работе с радиоактивными элементами. Поэтому крайне актуален поиск альтернативных стратегий синтеза, более энергоэффективных и безопасных как для персонала, так и окружающей среды.

Одной из самых важных задач медицины является не лечение заболеваний, а их предотвращение. Чем раньше будет проведена успешная диагностика, тем быстрее будут приняты необходимые меры, предотвращающие развитие заболевания. Проблема в том, что далеко не все недуги имеют выраженные и заметные симптомы на ранних стадиях, а когда они проявляются, то может быть поздно. К таким относится онкология, которая может долгое время развиваться, не давая о себе знать. Ученые из Университета Тунцзи (Шанхай, Китай) разработали световой датчик, способный обнаруживать чрезвычайно малые количества биомаркеров рака в крови пациента. Из чего сделан данный сенсор, как именно он работает, и насколько он точен? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

В этой статье решим следующую задачу с межрегионального химического турнира

2023:

Привет, Хабр! Меня зовут Екатерина Чумакова, я геммолог в LA VIVION. Это международный ювелирный бренд, который производит и продает украшения с бриллиантами. А геммолог — это специалист, который изучает драгоценные камни и может не только определить вид, но и происхождение, возраст, состав и многое другое.

Бриллианты — это, конечно, прежде всего красиво и дорого. Но мало кто задумывается, что стоит за этой красотой и роскошью. В своей первой статье я расскажу о том, какой путь проходит драгоценный камень, прежде чем оказаться на руке девушки (спойлер: не всегда, но часто этот путь длиннее экватора!), почему бриллианты такие дорогие и какие инженерные решения применяют технологи и ювелиры. 

Беспроводные технологии стали одним из самых распространенных аспектов современного мира. Возможность использовать устройство без необходимости постоянно быть привязанным к розетке — это прекрасно, но иногда все же требуется зарядить батарею, а этот процесс может варьироваться по длительности. Сокращение времени зарядки стало одной из задач, которую хотели бы решить не только ученые и инженеры, но и вечно спешащие куда-то пользователи. Ученые из Оксфордского университета (Великобритания) решили подробно изучить крайне важный, но часто игнорируемый, компонент внутри литий-ионных батарей — связующие агенты. Их наблюдения показали, что незначительные изменения в процедуру создания батарей, а именно в распределении связующих, могут значительно ускорить зарядку и повысить долговечность батарей. Что именно изучали ученые, какие изменения нужны для ускорения зарядки, и насколько эффективны они? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Поздний вечер. Лаборатория молекулярных биотехнологий. Я тысячный раз пересматриваю все полученные за месяц работы хроматограммы очистки фитазы, не понимая, почему целевой пик уехал куда‑то вбок, совершенно не туда, куда надо. Бывший одногруппник, нынешний коллега мощно отхлебывает дешевый кофе из автомата, почти в упор разглядывая на мониторе кристаллографический снимок комплекса белка с ДНК. Разноцветные спирали, точные координаты каждого атома, красивые торсионные углы. Бормочет:

‑Ну красота, балдеж просто...

‑Угу, — отвечаю, не отрываясь от ионнообменной колонки.

‑Забавно, что мы, по сути, просто развлекаемся со всей этой наукой...

Не понял. Я точно не развлекаюсь, послал бы ко всем чертям эту хроматографию и пошёл бы домой, дооткрывать персонажей в Lego Marvel Super Heroes 2. Интересуюсь, что это он такое говорит.

‑Вот эта красивая картинка, — показывает снова структуру белково‑нуклеинового комплекса, — это понятная нам визуализация, так? Спиральки, полосочки, палочки да точечки. Ничего этого ведь на самом деле нет... Всё это — модель на модели, и моделью погоняет. Понимаешь?

Понимаю.