Химия в бутылочке⚗️

2022-03-08 16:52:00 Кислоту в воду или воду в кислоту?

Во всех учебниках написано и каждый учитель пытался донести, что нельзя лить воду в кислоту. Если у нас есть концентрированная кислота и нам нужно разбавить её, что мы делаем? Правильно! Осторожно и по каплям добавляем кислоту в стакан с водой Но мало кто упоминал, почему нужно делать именно так...

Для начала проведём мысленный бунтарский эксперимент Возьмем стаканы с азотной HNO₃, соляной HCl и серной H₂SO₄ кислотами. В каждый из них будем наливать воду и измерять температуру смеси. Разумеется, все кислоты концентрированные. Что наблюдаем? При добавлении воды к азотной кислоте температура незначительно повысилась, стакан слегка нагрелся. Аналогичная ситуация в случае соляной кислоты — раствор стал чуть теплее. Ничего необычного

И как только мы наливаем воду в стакан с концентрированной серной кислотой, в разные стороны начинают лететь кипящие брызги жидкости, смесь очень сильно нагревается Вы только представьте эту жуткую картину — капли концентрированной горячей кислоты попадают на все ближайшие поверхности. Даже отчаянные химики не повторяют таких экспериментов, хотя бы потому что дорожат своими глазами, руками и другими частями тела. Что не так с серной кислотой?

Дело в том, что концентрированная серная кислота очень гигроскопична — она активно присоединяет воду, и в результате этой реакции выделяется много тепла. Поэтому в нашем мысленном эксперименте смесь буквально закипела. Но какая же разница: лить воду в кислоту или кислоту в воду, если в обоих случаях раствор нагреется?

Тут стоит рассмотреть другую характеристику. Плотность серной кислоты почти в два раза больше плотности воды. Значит, кислота тяжелее и всегда будет на дне. Если мы наливаем воду, то она мгновенно закипает на поверхности кислоты и разбрызгивается во все стороны. Как капли воды в горячем масле

Но если мы осторожно будем добавлять серную кислоту к воде, она будет погружаться на дно. Теплота выделяется в том же количестве, но в отличие от первого случая не только на поверхности, а равномерно во всём объеме. Без вскипания и лишних брызг

Почему с азотной и соляной кислотами всё было не так проблематично? Всё просто — они менее активно реагируют с водой и их концентрированные растворы на самом деле не такие концентрированные. Если серная кислота в лаборатории бывает 98%-ной, то азотная и соляная в основном 65 и 36%-ные соответственно

Вот почему концентрированную серную кислоту нужно медленно и при постоянном перемешивании добавлять в воду.

Не плюй в серную кислоту, иначе она плюнет в тебя Открыть/Комментировать

2022-03-07 15:03:20 ​Графит, алмаз... а что еще?

Углерод… Его модификации наиболее радикально отличаются друг от друга: от мягкого к твёрдому, непрозрачного к прозрачному, дешёвого к дорогому. Давайте познакомимся с некоторыми из них

Напомню, что под явлением аллотропии понимают существование двух и более простых веществ одного и того же химического элемента. Помимо известных каждому форм — графита и алмаза — углерод имеет более 9 аллотропных соединений. И почти каждое из них представляет интерес для современной науки

Начнём с графита — черного блестящего минерала со слоистой структурой. Чтобы понять его строение, представьте себе торт наполеон из бесчисленного количества слоёв. Благодаря тому, что эти слои легко скользят относительно друг друга, графит очень мягок и используется в грифелях карандашей и в качестве смазочного материала. Также за счёт своей инертности и электропроводности из графита делают электроды и термостойкую посуду. Если в 2019 году вы посмотрели нашумевший сериал о катастрофе на ЧАЭС, то наверняка обратили внимание, что графитовые стержни также используется в ядерных реакторах

Если от слоёного графитового пирога отделить слой толщиной в один атом, будет получено другое соединение — графен. Это по истине удивительный материал и первопроходец в мире двумерных кристаллов. Графен, представляющий плёнку толщиной всего в один атом, обладает рекордной тепло- и электропроводностью. Эти и другие качества делают его перспективным современным материалом для наноэлектроники и производства микросхем. В 2018 году из графена изготовили сверхтонкие фильтры для очистки воды и синтезированы противораковые препараты. Причем количество исследований и патентов, связанных с графеновыми материалами, растёт без остановки

Если из листа графена сделать выкройку и свернуть её особым образом, будет получена углеродная нанотрубка. Это другая модификация углерода, исследования которой не дают покоя учёным. За счёт высокой прочности и особого строения из нанотрубок создают удивительные вещи: начиная от сверхпрочных нитей и капилляров, заканчивая искусственными мышцами и космическими лифтами

Если вы сейчас подумаете о футбольном мяче, то вы без проблем представите структуру еще одной модификации углерода — фуллерена. Это шарообразные молекулы, число атомов в которых может варьироваться от 60 до 400. Помимо применения в качестве проводниковых материалов, фуллерены изучаются и в медицинских целях. Они являются мощнейшими антиоксидантами — веществами, препятствующими процессу окисления в живых организмах. Помимо этого, экспериментально подтверждена эффективность фуллерена в лечении ВИЧ

Теперь вы представляете, какое многообразие скрывается за элементом, который ассоциировался у нас с углём и сажей Открыть/Комментировать

2022-03-05 11:46:45 Чёрное золото

Нефть... как часто мы слышим о ней из каждого новостного ресурса? Кажется, будто весь мир сейчас зависит от её цен. Феномены стран, достигших пика развития после открытия нефтяных запасов, и прогнозы мировой экономики мы оставим соответствующим специалистам, а я хочу обсудить чёрное золото с точки зрения химии

Что делают из нефти? Непосредственно из сырой — ничего, а вот из продуктов её переработки — почти всё, что только можно представить. От топлива до декоративной косметики Сырая нефть представляет смесь больше чем из 2000 компонентов, большую часть которых представляют органические вещества: жидкие и газообразные углеводороды, сернистые, азотистые и кислородные соединения. Возникает закономерная задача — отделить одни вещества от других.

Эту проблему решают с помощью ректификации — процесса разделения жидких смесей на фракции, различающиеся температурами кипения, путём многократного испарения и конденсации. А теперь простыми словами. Каждое вещество в составе сырой нефти имеет свою температуру кипения. Мы нагреваем смесь до одной температуры , при которой испаряется легколетучий компонент, конденсируем пар , как под крышкой кастрюли с кипящей водой, и отводим из системы собранную чистую фракцию Затем повторяем процедуру многократно и при разных температурах, чтобы отделить каждое вещество. Это если совсем грубо.

В реальности весь процесс проводят в огромных ректификационных колоннах, где одновременно протекает множество актов испарения и конденсации. Каждый миг наполнен движением: из колонки постоянно отводятся чистые фракции и загружается сырая нефть. Такая неравновесная система с трудом поддается даже строгому химическому описанию

На выходе получаем фракции разного состава:
• При температуре до 100℃ выкипает петролейная фракция — смесь легких бесцветных углеводородов (пентаны С₅Н₁₂ и гексаны С₆Н₁₄ ). Используется в качестве растворителя, топлива для горелок и зажигалок
• При 140℃ выделяется бензиновая фракция, которая уходит на производство горючего для двигателей внутреннего сгорания. Стоит отметить, что хороший бензин получается далеко не их всех сортов нефти, ведь его качество напрямую зависит от содержания определенных ароматических соединений
• От 140 до 180°С испаряется лигроиновая фракция — более тяжелая смесь горючих углеводородов. Она идёт на производство растворителей, лакокрасочных смесей, добавок к топливу и других продуктов нефтехимии
• До 220°С выделяется керосиновая фракция — в первую очередь представляющая топливо для реактивных двигателей самолетов и ракет
• При 350°С испаряются последняя летучая дизельная фракция — компонент топлива для морских судов и горючего для отопительных систем
• Дальнейшая ректификация осложняется, так как остаются труднолетучие вязкие смеси — мазут и гудрон. Их разделяют вакуумной перегонкой и получают компоненты технических масел, парафина и той самой черной тягучей жидкости для дорожных покрытий и кровельных материалов

А если вам кажется, что на этом путь переработки нефти заканчивается, то спешу обрадовать. Это было только начало Открыть/Комментировать

2022-03-02 15:40:10 ​​Метастабильные состояния

Все мы знаем, что вода встречается в трёх привычных нам агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. Но сегодня я хочу поделиться чем-то более экзотичным — рассказать вам о метастабильных состояниях

Химические и физические системы в природе встречаются в нескольких типах состояний: стабильное, нестабильное и метастабильное. Каждая система из нестабильного состояния непременно стремится перейти в стабильное. В стабильном состоянии она может находиться сколь угодно долго

Метастабильное состояние — это «псевдоустойчивое» равновесие, устойчивость которого нарушается при появлении внешнего воздействия

Представьте себе сани, которые катятся с горки На её вершине у самого спуска сани находятся в нестабильном состоянии — они непременно начинают съезжать вниз. Но если посреди горки есть небольшое плато, скорее всего, сани остановятся на нём. Эту точку можно ассоциировать с метастабильным состоянием. Если подтолкнуть сани, они поедут дальше вниз по склону, пока не спустятся до конца и не остановятся, достигнув стабильного состояния

А теперь к химии. Будем проводить мысленные эксперименты. Возьмём сосуд с водой и будем его нагревать. Мы знаем, что при атмосферном давлении вода закипает при 100℃ и немедленно превращается в пар. Но далеко не всегда бывает так. Из-за трудности фазового перехода — превращения жидкости в пар — мы можем получить перегретую жидкость, то есть такую, которая нагрета выше температуры кипения. В лабораторных условиях можно получать жидкую воду, нагретую до 200℃. Как только вода в этом метастабильном состоянии сталкивается с внешним возмущением, она немедленно и взрывообразно закипает. Перегретую жидкость можно получить, нагревая воду в микроволновой печи. Это становится частой причиной ожогов: вода кажется некипящей, но после легкого толчка мгновенно вскипает

Теперь представим себе большой сосуд с поршнем, под которым находится водяной пар (вода в газообразном состоянии). Интуитивно понятно, что при высоком давлении, то есть при опускании поршня, газ будет сжиматься и превращаться в жидкость. Но если в сосуде отсутствуют посторонние частицы — центры конденсации — образование новой фазы будет затруднено, и мы не будем наблюдать капель воды Полученный пар называется пересыщенным. Его еще называют переохлажденным, потому что в другом способе его получают путем охлаждения

Пересыщенный пар применяют в камере Вильсона — устройстве для наблюдения траектории заряженных частиц. Когда в камеру, заполненную пересыщенным паром, влетает заряженная частица, она сталкивается с молекулами газа и вызывает их ионизацию. Полученные ионы становятся центрами конденсации — вдоль пути полёта частицы образуются мельчайшие капельки жидкости, которые фиксируются прибором. Мы наблюдаем траекторию её движения

Если мы возьмём кристально-чистую воду, поместим её в не менее чистый сосуд и охладим до температуры ниже 0℃, то можем получить другое метастабильное состояние — переохлаждённую жидкость . Казалось бы, при отрицательной температуре вода превращается в лёд, но в нашем случае отсутствуют центры кристаллизации, и данный переход затруднен. Экспериментально установлено, что воду можно переохладить до −48℃. Очередные фокусы: как только мы потревожим нашу переохлаждённую жидкость, просто взболтнув её или бросив песчинку, она мгновенно начнёт замерзать и превращаться в лёд

С переохлаждённой водой проводят эффектные эксперименты — струя жидкой воды превращается в лёд пока вытекает из бутылки Открыть/Комментировать

2022-02-28 19:18:31 Роль гормонов в нашем организме

Серотонин укрепляет волю, мотивацию и поднимает настроение.

Норэпинефрин активизирует мышление, увеличивает способность к концентрации внимания, помогает преодолевать стрессовые состояния.

Дофамин усиливает чувство радости и удовольствия от жизни; необходим для преодоления вредных привычек.

Окситоцин усиливает ощущение доверия, любви и привязанности к окружающим; уменьшает чувство тревоги.

ГАМК (гамма-аминомасляная кислота, или гамма-аминобутират, GABA) способствует релаксации и облегчает тревожные состояния.

Мелатонин улучшает качество сна.

Эндорфин повышает болевой порог, вызывает эйфорию.

Эндоканнабиноиды2 улучшают аппетит, создают ощущение покоя и умиротворенности. Открыть/Комментировать

2022-02-28 19:17:38 Подписывайтесь на канал: https://t.me/nevra4ch/ Открыть/Комментировать

2022-02-25 11:59:17 СРОЧНО!!! Российские солдаты уже в Киеве — видео со взрывами с городов, аэропортов, военных баз.

Следить в режиме реального времени: https://t.me/+3N2QEdLvAchkNDIy Открыть/Комментировать

2022-02-24 13:25:11 ​​Духи, парфюм, туалетная вода. В чем разница?

Косметика и парфюмерия — это те области, которые не существовали бы без химической науки. Каждый аромат, рекламу которого мы видим, — это прежде всего результат работы профессионального химика, разработавшего состав и формулу будущего продукта

Вы наверняка сталкивались со стереотипом — туалетная вода не такая стойкая как парфюм или духи. Отчасти это так, но зависимость между стойкостью аромата и концентрацией парфюмерной композиции выполняется далеко не всегда. Почему? Давайте вместе это выясним

Если совсем просто, то парфюмерия — это растворы ароматических веществ в этиловом спирте с добавлением красителей и других стабилизирующих агентов. И одна из классификаций парфюмерии основана на концентрации ароматической составляющей.

Самый концентрированный вариант, помимо чистых эфирных масел, — собственно духи (маркировки Parfum, Extrait, Pure Perfume, Extrait de Parfum). Концентрация ароматических веществ может достигать 40%. Чаще всего, этот формат представлен лимитированными флаконами небольших объемов и по более высокой цене

Парфюмерная вода (Eau de Parfum, EdP) — самая распространённый формат аромата с концентрацией душистых компонентов от 10 до 20%. Отлично подходит для вечернего выхода

В туалетной воде (Eau de Toilettem, EdT) концентрация композиции поменьше — около 4-10%, что как раз оптимально для повседневной носки

И, наконец, одеколон (Eau de Cologne, EdC) — легкая версия популярных ароматов с яркими верхними нотами. Концентрация душистых веществ находится в районе 5%

Запах формируется за счёт испарения ароматической композиции вместе со спиртом с поверхности тела или одежды. Начальная или верхняя нота состоит из легколетучих парфюмерных материалов, например, цитрусовых и травяных нот К базовым нотам относятся вещества, которые испаряются намного медленнее (например пачули, сантал, амбра)

За счёт этой разницы происходит так называемое раскрытие аромата Например, если смешать масла кедра и лимона, сначала мы будем чувствовать оба компонента сразу, но вскоре лимон, как верхняя нота композиции, начнет чувствоваться меньше, и будет придавать кедру совсем другой оттенок запаха. Благодаря этому аромат меняется во времени

Безусловно, интенсивность и стойкость аромата будут зависеть от концентрации душистых веществ. Но может быть и так, что парфюмерная вода окружит вас резким запахом лишь на пару часов, а шлейф от туалетной воды сохранится на весь день, хоть и не в такой яркой форме. Стойкость формируется на основе характерных свойств компонентов и множества других факторов, влияющих на скорость испарения. Одни вещества прочнее засядут на вашей коже, а от других не останется и следа к концу дня

Поэтому вы всегда сможете найти туалетную воду, которая на вашей коже будет более стойкой, чем парфюмерная вода.

Слушайте аромат, тестируйте его на себе и ориентируйтесь на собственное восприятие, а не только на надпись на флаконе Открыть/Комментировать

2022-01-26 20:20:00 ​​О рафинированном масле

Мало кто знает, но наша страна является не только одним из лидеров по добыче нефти, но и крупнейшим производителем подсолнечного масла — на долю России приходится около 25% от всего мирового производства

В кулинарии у растительных масел особое применение — заправка салатов и жарка горячих блюд. Причём мы чётко понимаем, что нельзя жарить на масле прямого отжима, а добавлять рафинированное масло в греческий салат — бессмысленная затея. Но задумывались ли вы, в чем разница между рафинированными и нерафинированными маслами? Какие этапы проходит то самое «масло для жарки», прежде чем попасть на сковородку?

Из сырья масло можно получить несколькими способами. Самое очевидное — это холодный отжим. Берём семена подсолнечника, очищаем от кожуры и под прессом выдавливаем масло, в котором сохраняются все полезные природные вещества. Более продвинутый вариант — горячее прессование. Чтобы более эффективно извлечь масло из семян, их предварительно обжаривают, при этом усиливается аромат, но часть натуральных компонентов утрачивается

И самое полное извлечение достигается наиболее распространённым и дешёвым методом — экстракцией. Сырьё после первичного прессования обрабатывается растворителями — бензином особой марки или гексаном. При этом масло из жмыха практически полностью переходит в органические растворители Но не стоит переживать, что на полках в продуктовых магазинах нам продают бензин в бутылках. После экстракции растворители полностью удаляются путём вакуумной отгонки.

Перечисленными способами получают нерафинированные масла, то есть такие, в которых в зависимости от исходного сырья сохранён запах, вкус, цвет и природные вещества. Их принято добавлять в готовые блюда для улучшения вкусовых качеств

Чтобы получить такое масло, которое сохранило лишь консистенцию и смазывающий эффект, его подвергают дальнейшим стадиям очистки

На первом этапе проводят гидратацию — обработку небольшим количеством горячей (до 70 °С) воды. Содержащиеся в масле фосфолипиды при это выпадают в осадок, после чего отделяются на центрифугах. Эти вещества хоть и полезны, но не стабильны в масле. При длительном хранении они склонны выпадать в осадок, а при жарке на сковороде — гореть

На следующем этапе масло обрабатывают фосфорной кислотой и щелочью, чтобы нейтрализовать свободные жирные кислоты и отделить то, что не до конца ушло вместе с водой. Этот процесс по сути представляет собой омыление масла. Натриевые соли жирных кислот, образующиеся на данной стадии, являются основой хозяйственного мыла и напрямую продаются соответствующим компаниям-производителям бытовой химии

Третий этап — отбеливание. Масло пропускают через адсорбенты природного происхождения (специальные глины), которые поглощают красящие компоненты. Природная насыщенная окраска сменяется на бледно-жёлтую.

После отбеливания масло вымораживают для удаления воска, которым покрыто большинство масличных культур При охлаждении воск образует осадок, который удаляют с помощью фильтра, получая на выходе прозрачное масло.

Завершающая стадия — дезодорация. В условиях вакуума масло обрабатывают струей горячего пара (230—240°С), при этом извлекаются последние пахучие вещества.

И только пройдя все круги ада, растительное масло становится обезличенным — без цвета, вкуса и запаха. Но пригодным для жарки и приготовления продукции, где привкус растительного масла нежелателен, — майонез, маргарин и кондитерский жир Открыть/Комментировать

2022-01-26 18:18:00 ​Поступить в магистратуру ИТМО на бюджет без экзаменов? Легко!

Мегаолимпиада ИТМО — это много треков по различным направлениям: ИТ и физика, химия и робототехника, искусственный интеллект, научная коммуникация и многие другие. В каком участвовать - выбирать только вам!

Победители олимпиады получат супер-призы, за которые точно стоит побороться:
Поступление в магистратуру ИТМО без вступительных экзаменов (для студентов 3-го и 4-го курсов бакалавриата).
Travel-грант на визит в ИТМО.
Помощь с переездом в Санкт-Петербург: билеты и оплата проживания на весь срок обучения.

У олимпиады есть несколько дедлайнов и самый первый и важный — это регистрация. Она продлится до 1 февраля. Осталось чуть больше месяца, чтобы перевернуть свою жизнь с ног на голову и поступить в самый неклассический Университет ИТМО

Регистрация и подробности по ссылке: https://mega.itmo.ru/

А еще у магистратуры ИТМО есть свой telegram-канал: там не только самые свежие новости об олимпиаде и других конкурсах, по которым можно поступить без экзаменов, но и научные новости, розыгрыши и еще много классных плюшек. Подписывайтесь Открыть/Комментировать