Читайте также:
|
Химия помогает решать трудные изобретательские задачи
От редакции
С обыкновенной электрической лампой связана одна из самых драматических историй в изобретательстве. Чтобы улучшить качество излучения, сделать свет лампы более похожим на солнечный, нужно повысить температуру нити накала. Но чем выше температура нити, тем быстрее идет испарение металла: нить становится тоньше, перегорает. В тисках этого противоречия (надо повышать температуру и нельзя этого делать) погибли сотни хитроумных проектов. Задачу пытались взять «в лоб» - с помощью комбинаторики, физики. И только совершенно неожиданный обходной маневр принес успех: испарение нити было уравновешено химической транспортной реакцией. «Дрессированные» молекулы газа стали послушно ловить и возвращать каждую испарившуюся частицу металла. Задача, казалось бы, никак не связанная с химией, была блестяще решена чисто химическим путем...
Химия позволяет получать поистине удивительные решения самых различных технических задач. Можно, например, хранить сжатый газ в бумажном кульке. Можно сделать воду сухой. Простое и дешевое вещество может заменить сложнейший высокочувствительный прибор. В принципе «дрессированные» молекулы могут все. Однако реально дела обстоят значительно скромнее. Прежде всего по вине самих новаторов, очень слабо использующих безграничные возможности химии. Статистика свидетельствует: химические эффекты, приемы, методы используются (за пределами самой химической технологии) всего лишь в одном изобретении из деяти тысяч... Существует психологический барьер, заставляющий упорно перебирать громоздкие механические решения задачи, даже если изобретателю прекрасно известен - еще из школьной химии - эффект, дающий красивое химическое решение нехимической задачи.
Цель этой книги: помочь молодому новатору увидеть в химии инструменты творчества - доступные, сильные, изящные. По сути, это первая книжная публикация об изобретательском применении химии, химических эффектов, химических веществ. На конкретных примерах здесь показаны химические пути решения изобретательских задач, раскрыты некоторые «секреты», связанные с «дрессировкой» молекул.
ОГЛАВЛЕНИЕ
I. ВВЕДЕНИЕ
I.I. ИЗ АРСЕНАЛА ХИМИИ. ХИМИЯ - ВОТ ГДЕ ВЫХОД!
II. ХИМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
1.0. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ
2.0. КАК УПРАВЛЯТЬ ХИМИЧЕСКИМИ ЭФФЕКТАМИ?
2.1. ТЕСНОЕ СОПРИКОСНОВЕНИЕ РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
2.1.1. Спички.
2.1.2. Бинарное химическое оружие.
2.4. РАСТВОРЕНИЕ (В ВОДЕ ИЛИ ИНОМ РАСТВОРИТЕЛЕ)
2.4.1. “Просто добавь воды!”
2.4.2. Сигнализирующие о воде.
3.0. ОБЛУЧЕНИЕ (ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ВОЛНАМИ, РАДИОАКТИВНОЕ ОБЛУЧЕНИЕ, АКУСТИЧЕСКОЕ ОБЛУЧЕНИЕ,...)
3.1. Фотохимические реакции.
3.2. Радиохимические реакции.
3.3. Чувствительные к электростатическому полю реакции.
6.0. ПРИСУТСТВИЕ КАТАЛИЗАТОРОВ
6.1. Катализаторы.
6.2. Огниво Деберейнера.
6.2. Химическое мельничное колесо. Рис.
6.3. Каталитическое копирование негативов.
3.0. ПЕРЕХОД К БОЛЕЕ СИЛЬНЫМ ОКИСЛИТЕЛЯМ:
ЗАКОНОМЕРНОСТЬ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ
3.1. Агент 000: окс + иген = оксиген
3.2. В избытке кислорода.
3.3. Интенсификации горения при обжиге и спекании.
3.4. Кислороднее кислорода.
3.5. Великий интенсификатор.
3.6. Логика развития технических систем.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
7. Как окислить сульфат железа (II)?
8. Как быть с сырным рассолом?
9. Как очистить золоуловитель?
10. Как бороться с «озонной коррозией»?
11. Как защитить озоновый слой?
12. Как очистить воду от фенола?
13. От чего болели авиапассажиры?
III. СТАТИЧЕСКИЕ ХИМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
1.0. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В ВИДЕ:
1.1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (НАПРИМЕР, СВЕТА);
1.1.1. Люминесцентная барометрия.
1.1.2. Средство защиты кожи от солнечных лучей.
1.2.. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В ВИДЕ ТЕПЛА.
1.2.1. Полиуретановые кирпичи для строительства.
2.0. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ВЕЩЕСТВА С ОБРАЗОВАНИЕМ НОВОЙ ФАЗЫ:
2.1. ГАЗА;
2.2. ЖИДКОСТИ;
2.3. ТВЕРДОГО ВЕЩЕСТВА.
3.0. ПЕРЕХОД ВЕЩЕСТВА ИЗ ОДНОЙ ФАЗЫ В ДРУГУЮ:
3.1. ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ АДСОРБЦИЯ ПОВЕРХНОСТЬЮ;
3.2. ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ АДСОРБЦИЯ ОТДЕЛЬНЫМИ УЧАСТКАМИ ПОВЕРХНОСТИ, ОТЛИЧАЮЩИМИСЯ ХИМИЧЕСКИМ СОСТАВОМ ИЛИ ФИЗИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ;
3.3. ИЗБИРАТЕЛЬНОЕ ПРОПУСКАНИЕ МЕМБРАНОЙ;
3.3.1. Мембрана для выделения кислорода из воздуха.
4.0. ИЗМЕНЕНИЕ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ И ПОГЛОТИТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧАСТЕЙ СИСТЕМЫ:
4.1. СПЕКТРА ПОГЛОЩЕНИЯ И ОТРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН (ЧАСТНЫЙ СЛУЧАЙ - ИЗМЕНЕНИЕ ЦВЕТА).
4.1.1. Покрытия поглощающие излучение радаров.
4.1.2. Излучения радаров поглощают пары.
5.0. ИЗМЕНЕНИЕ ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИХ И ТОКСИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
5.1. Как испортить аппетит противнику.
5.2. Как подсластить жизнь диабетику.
5.3. Как отвадить кошек и собак от посещения газонов.
5.4. Как обнаружить утечку газа и отыскать ротозея.
5.5. Пахучие указатели муравьёв.
5.6. Запах свежего воздуха.
6.0. ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СИСТЕМЫ.
6.1. Хитиновые плёнки для упаковки.
6.2. Газы для наполнения теннисных мячей.
6.3. Композит для увеличения упругости покрышек.
6.4. Жидкость для разделения частиц по плотности.
6.5. Как решить задачу Бабы Яги в сельхозпроизводстве.
6.6. Стелька приспосабливающаяся к ноге. ***
6.7. Капроновый термопривод теплиц. ***
6.8. Применения полиэтиленоксида. ***
6.9. Использование полимеров с эффектом памяти. ***
6.10. Клей для алмазов. ***
7.0. ИЗМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ.
7.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ
7.1.1. Ионизирующиеся краски - громоотводы.
7.1.1. Проводящие полимерные плёнки.***
7.1.2. Туфли из электропроводящей пластмассы.
7.2. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
7.2.1. Поливинилиденфторид - пьезоэлектрик.
7.3. ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
7.3.1. Применения полимеров - пироэлектриков.
7.4. ЭЛЕКТРЕТНЫХ
7.4.1. Замороженный вклад электрического поля
7.4.2. Сколько вложим - столько получим
7.4.3. Электрет - защитник от радиоактивного излучения.
7.4.4. Электретные аккумуляторы.
7.4.5. Электрозапоминающие системы.
7.4.6. Ксерокопирование.
7.4.7. Электретные мускулы Г. Уэлса.
7.4.8. Электретные электродвигатели.
7.4.9. Электретные реле и крепления.
7.4.10. Электретные генераторы электрического тока.
7.4.11. Электреты управляют электрическими схемами.
7.4.12. Электретные датчики вибраций.
7.4.13. Электретные плотномеры.
7.4.14. Электретные измерители расстояний.
7.4.14. Плёночная электромеханика.
7.4.15. Электретные электроакустические преобразователи.
7.4.16. Электретные фильтры для газов.
7.4.17. Электретное фильтрование и опреснение воды.
7.4.18. Электретное армирование полимеров.
7.4.19. В поле электрета можно производить сепарацию или смешение из
7.4.20. Электреты работают в льдогенераторах.
7.4.21. Электретные форсунки для зарядки капель воды.
7.4.22. Электретные электростатические распылители.
7.4.23. Электреты ускоряют запуск электрогидродинамического генератора
7.4.24. Электретные линзы для фокусировки электронных пучков
7.4.25. Электретный детектор электрически полярных газов.
7.4.26. Электретные датчики изменений температуры и механических напря- жений.
7.4.27. Одноразовые электретные датчики температуры.
7.4.28. Электретные датчики давления.
7.4.29. Монопольное право электричества на сильные решения
7.4.30. Задача о ветряках.
7.4.31. Задача о измерении количества диэлектрических пленок.
7.4.32. Задача о совместимости полимеров с живыми тканями.
7.4.33. Невостребованные дивиденды уникальных свойств электретов
7.4.34. Анизотропия:
7.4.35. Эффект Коста Рибейры в электретах:
7.4.36. Электретный эффект в полимерах, не подвергнутых поляризации в электрическом поле:
7.4.37. Аномальная деполяризация:
7.4.38. Ультразвук разрушает электретное состояние.
7.4.39. Электретное состояние влияет на скорость распространения звука.
7.4.40. Электреты в природе.
7.5. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ
7.5.1. Электроды для производства кислорода из морской воды.
10.0. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ
3. Как подавить электрокоррозионный процесс?
4. С чем сочетать электретный эффект?
5. Нерешенная задача: борьба с трибоэлектретным состоянием.
6. Как снять плёнку с поверхности изделия?
7. Как покрыть плод защитной плёнкой?
8. Как очистить электретный фильтр?
1. Как ускорить естественное выпаривание воды?
I Y. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХИМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
IY.I. НЕОБРАТИМЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
1.0. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ
1.1. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В ВИДЕ СВЕТА
1.1.1. Друммондов свет и Ауэровские калильные сетки.
1.1.2. Вакуумные вспышки.
1.1.3. Автономная прожекторная установка. ***
1.1.4. Пламя не горячее огурца.
1.1.5. Хемилюминесценция в мире живой природы.
1.1.6. Хемилюминесцентный светильник “Циалюм”.
1.1.7. Хемилюминесцентный эффект для обнаружения следов крови.
1.1.8. Хемилюминесцентные реакции озона.
1.2. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В ВИДЕ ТЕПЛА
(ТЕПЛОВЫЕ КОНСЕРВЫ В ТЕХНИКЕ)
1.2.1. Энергия в космическом пространстве.
1.2.2. Химические топлива.
1.2.3. Озоликвит.
1.2.4. Газовая запальная система.
1.2.5. Термохимический способ преобразования солнечной энергии.
1.2.6. Источник тепла - гидратация оксида кальция.
1.2.7. Грелка Вуда.
1.2.8. Грелка для аквалангиста.
1.2.9. Охлаждение при растворении в медицине.
1.2.10. Охлаждение при растворении в рыбной промышленности.
2.1. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ГАЗА
2.1.1. Аккумуляция кислорода.
2.1.2. “Ихтиозавр”.
2.1.3. Химические генераторы кислорода.
2.1.4. Пиротехнические составы для тушения подземных пожаров.
2.1.5. Как поднять сероводород из глубин Чёрного моря.
2.1.6. Искусственные сероводородные ванны.
2.1.7. Получение гремучего газа фотокаталитическим способом.
2.1.8. Как удалить кислород из упаковок с продуктами питания.
2.4. КОМБИНАЦИЯ ЭФФЕКТОВ “ТЕПЛО - ГАЗ”
2.4.1. Грозное оружие жука-бомбардира.
2.4.2. Прямоточный реактивный двигатель под водой.
2.4.3. Автомобильные мешки безопасности.
2.4.4. Мешок безопасности надувает пиротехнический состав.
2.3.1. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ВЕЩЕСТВА С ОБРАЗОВАНИЕМ ИЛИ ИСЧЕЗНОВЕНИЕМ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ.
2.31. Давление создаёт ржавчина.
2.32. Ржавчина соединяет детали конструкции.
2.33. Полимеризация фиксирует детали.
2.34. Невзрывные разрушающие композиции.
2.3.5. Саморазлагающиеся плёнки.
2.36. Растворяющееся волокно.
2.37. “Исчезающие” полимеры в литейном деле.
3.0. ПЕРЕХОД ВЕЩЕСТВА ИЗ ОДНОЙ ФАЗЫ В ДРУГУЮ
3.0.1. Что могут водорастворимые полимеры.
3.1. ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ АДСОРБЦИЯ ПОВЕРХНОСТЬЮ
3.1.1. Мембрана извлекает уран из воды.
3.2. ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ АДСОРБЦИЯ ОТДЕЛЬНЫМИ УЧАСТКАМИ ПОВЕРХНОСТИ, ОТЛИЧАЮЩИМИСЯ ХИМИЧЕСКИМ СОСТАВОМ ИЛИ ФИЗИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ
3.3. ИЗБИРАТЕЛЬНОЕ ПРОПУСКАНИЕ МЕМБРАНОЙ
3.3.1. Осмотические двигатели.
3.3.2. Водородный компрессор?
3.4. РАСТВОРЕНИЕ
3.4.1. Дышать можно и раствором кислорода.
3.4.2. “Озонная кровь” машин.
4.0. ИЗМЕНЕНИЕ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧАСТЕЙ СИСТЕМЫ
4.1. ИЗМЕНЕНИЕ ЦВЕТА
4.1.1. Чудеса цветных реакций.
4.1.2. Как различать кальцит и арагонит.
4.1.3. Как определить точность соприкосновения поверхностей зубьев.
4.1.4. Как выявить особенности походки человека.
4.1.5. Картины рисуют химические реакции.
4.1.6. Контроль качества приклеивания.
4.1.7. Контроль заряженности батареек.
4.1.8. Термокопирование.
4.1.9. Сверхплотная термохромная запись информации.
4.1.10. Термохромные индикаторы режима хранения.
4.1.11. Исчезающие чернила для шуток.
4.1.12. Легкосмываемая краска для асфальта.
4.2. КОМБИНАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ “ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ АДСОРБЦИЯ ОТДЕЛЬНЫМИ УЧАСТКАМИ ПОВЕРХНОСТИ, ОТ - ЛИЧАЮЩИМИСЯ ХИМИЧЕСКИМ СОСТАВОМ ИЛИ ФИЗИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ - ИЗМЕНЕНИЕ ЦВЕТА”
4.2.1. Ранняя диагностика кариеса.
4.2.2. Визуализация отпечатков пальцев.
5.0. ИЗМЕНЕНИЕ ТОКСИЧЕСКИХ И ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СИСТЕМЫ.
5.1. Озон чистит питьевую воду.
5.2. Озон в очистке сточных вод.
5.3. Универсальный стерилизатор.
8.0. ИЗМЕНЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ЧАСТЕЙ СИСТЕМЫ
8.1. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ
8.1.1. Получение изделий самораспространяющимся твердофазным синтезом.
8.1.2. Изготовление нетканой одежды.
8.1.3. Химическая заточка напильников. Рис...
8.20. МОЛЕКУЛЯРНАЯ САМОСБОРКА
8.21. В обход патента Симпсона
8.2.2. Микромашины.
8.2.2. В начале была микроэлектроника.
8.2.3. Молекулярная самосборка.
8.2.4. Вискозные нити формируют поверхностные силы.
8.2.5. Гидрофильность в борьбе со статическим электричеством.
8.2.6. Гидрофильность-гидрофобность в пористых электродах.
8.2.7. Гидрофильность обеспечивает гемосовместимость.
8.2.8. Гидрофильность - гидрофобность в сепарации.
8.2.9. Фейерверк гидрофобных решений.
8.2.10. Фейерверк гидрофильных решений.
8.2.11. На очереди лиофильность - лиофобность.
9.0. ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СИСТЕМЫ.
9.1. Как уберечься от озона.
9.2. Работают комплексоны.
9.3. Заданную влажность создаёт химическая реакция.
10. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Как вернуть воду в аккумулятор?
12. Как загорать не сгорая?
13. Как предупредить использование залежалых лекарств?
2. Как подготовить издание к сдаче в макулатуру?
15. Как запалить термитную смесь?
14. Как изготовить клиновидный лист?
IU.II. ОБРАТИМЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
1.0. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ
1.1.ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В ВИДЕ СВЕТА
1.2. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В ВИДЕ ТЕПЛА
1.2.1. Аккумуляция тепла по схеме: “разложение - синтез”.
1.2.2. Схема “разложение - синтез” для охлаждения.
1.2.3. Тепловой аккумулятор на подводной лодке.
1.2.4. Фазовые переходы в тепловой аккумуляции.
1.2.5. Пересыщенные растворы в тепловой аккумуляции.
1.2.6. Химический термостат.
1.2.7. Одежда - термостат.
1.2.8. Адсорбция-десорбция воды в тепловой аккумуляции.
2.3. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ТВЕРДОГО ВЕЩЕСТВА
2.3.1. Работают транспортные реакции.
2.3.2. Транспортные реакции в электрической лампочке.
2.3.3. Транспортные реакции в производстве никеля.
2.3.4. Транспортные реакции в разделении и очистке веществ.
2.3.5. Минуя механическую технологию.***
2.3.6. Способ производства металлизированной ткани.
2.1. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ГАЗА
2.1.1. Уникальные свойства газовых гидратов
2.1.2. Хранение газов в гидратном состоянии.
2.1.3. Способ разделения газовых смесей.
2.1.4. Способ повышения давления.
2.1.5. Способ опреснения воды.
2.1.6. Технология - «плюс-минус» водород
2.1.7. Водород помогает резать сталь.
2.1.8. Ионика или “если Вам достался лимон сделайте из него лимонад”.
2.1.9. Надежда конструкторов - поглощающие водород.
2.1.10. Великий преобразователь металлов.
2.1.11. Системы гидридного охлаждения.
2.1.12. Водород можно хранить в муравьиной кислоте.
2.1.13. Восстановление оксидов водородом - универсальное решение всех проблем?
2.1.14. Водород - просто и безопасно.
2.1.15. подражающие гемоглобину.
2.1.16. Способ выделения кислорода из воздуха.
2.3. ОБРАТИМОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ ИЛИ ВЫДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОГО ВЕЩЕСТВА
2.3.1. Растворители - сжатые газы.
3.0. ПЕРЕХОД ВЕЩЕСТВА ИЗ ОДНОЙ ФАЗЫ В ДРУГУЮ
3.0.1. Работают комплексоны.
3.0.2. Удивительные свойства жидких мембран.
3.1. ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ АДСОРБЦИЯ ПОВЕРХНОСТЬЮ
3.1.1. Как измерить креветку.
4.0. ИЗМЕНЕНИЕ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧАСТЕЙ СИСТЕМЫ
4.1. ИЗМЕНЕНИЕ СПЕКТРА ПОГЛОЩЕНИЯ И ОТРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
4.1.1. Военные хитрости и фотохромы.
4.1.2. Явление фотохромизма.
4.1.3. Фотохромизм в военных целях
4.1.4. Фотохромизм и мода.
4.1.5. Фотохромизм защищает органы зрения.
4.1.6. Регистрация и фиксация оптической информации с помощью фотохромных материалов (ФХМ).
4.1.7. У колыбели фотоники.
4.1.8. Фотохромные актинометры.
4.1.9. Фотохромы в лазерной технике.
4.1.10. Леонардо да Винчи и фотохромы.
4.1.11. Фотохромами управляет тепловое поле.
4.1.12. Инфракрасное излучение - враг фотохромов.
4.1.13. Метод записи изображения на органических ФХМ.
4.1.14. Гидрофотографический процесс.
4.1.15. Измерение pH.
4.1.16. Формы использования фотохромных материалов.
4.1.17. Фотохромы в аккумуляции солнечной энергии.
4.1.18. Тепловые хамелеоны
4.1.19. Термохромы в измерении температуры.
4.1.20. Термохромные предупредительные знаки.
4.1.21. Одноразовые термохромные термометры.
4.1.22. Картина Парацельса.
4.1.23. Термохромы - продолжение следует.
4.1.24. Не желаете ли получить термохромы?
4.1.25. Радиохромная дозиметрия.
4.1.26. Дозиметры на основе радиохромных полимерных пленок.
4.1.27. Дозиметрические растворы.
6.0. ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СИСТЕМЫ:
6.1. Пластичная древесина.
8.0. ИЗМЕНЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ЧАСТЕЙ СИСТЕМЫ:
8.1. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ
8.2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ САМОСБОРКА
8.3. ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ В ХОДЕ РЕАКЦИИ
8.3.1. Искусственные мышцы.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
2. Как защитить световоды от водорода?
3. Как определить не подтаяла ли опора?
4. Как срастить звенья золотой цепочки цепочки?
5. Как защитить от водородатрубопровод?
6. Как запечатлеть снежинку?
U. ХИМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ
СИСТЕМЫ НАЧИНАЮТСЯ С МОЛЕКУЛ
1.0. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В ВИДЕ:
1.1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (НАПРИМЕР, СВЕТА)
1.1.1. Разноцветные золи.
1.1.2. Эффект Тиндаля.
1.1.3. Гель - индикатор давления.
3.0. ПЕРЕХОД ВЕЩЕСТВА ИЗ ОДНОЙ ФАЗЫ В ДРУГУЮ:
3.0.1. Жажда сухих гелей.
3.0.2. Матрица для активного вещества.
3.0.3. Высокоэффективный способ предотвращения слеживаемости.
3.0.4. Гель - хранитель опасных веществ.
3.0.5. Органические растворители в гелях.
3.0.6. Взрывчатые вещества в гелях.
3.0.7. Радиометрическая композиция в геле.
3.0.8. Лекарства в гелях. Действуют медленно, но верно.
3.0.9. Терапевтические депо.
3.0.10. В гелях, как и в Греции, есть всё.
3.0.11. Вспенивающиеся гели.
3.0.12. Гелевая копирка.
3.0.13. Гелевый визуализатор ультразвукового поля.
3.0.14. Все щели заделает гель.
3.0.15. Гель рыхлит почву.
3.0.16. Совместить несовместимое.
3.0.17. Жидкое - твердое в технологических процессах.
3.0.18. Как ожижить топливо.
3.0.19. Гелеобразные углеводородные топлива.
3.0.20. Гель разделяет вещества
3.1. ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ АДСОРБЦИЯ ПОВЕРХНОСТЬЮ
3.1.1. Гели - ионообменники.
5.0. ИЗМЕНЕНИЕ ТОКСИЧЕСКИХ И ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СИСТЕМЫ.
5.0.1. Гели совместимостимые с тканями организма.
6.0. ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СИСТЕМЫ:
6.1. ИЗМЕНЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ЧАСТЕЙ СИСТЕМЫ
6.1.1. Что сегодня на обед у селенитов?
6.1.2. Преимущества промежуточного состояния оценены и в зем- ной кулинарии
6.1.3. Как изготовить мягкий пузырь со льдом.
6.1.4. Ультразвук увеличивает текучесть гелей.
6.2. ИЗМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ
6.2.1. Как предотвратить ураган.
6.2.2. Почему затонул “Трешер”?
6.2.3. Гели - жидкая твердость или единство противополож-
ностей
6.2.4. Тиксотропия - удивительное свойство гелей.
6.2.5. Самотвердеющие смазки - вероятно не обошлось без гелей.
6.2.6. Гель передаёт ударную волну.
8.0. ИЗМЕНЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ЧАСТЕЙ СИСТЕМЫ:
8.1. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ
8.1.1. Как “заморозить” снежинку.
8.3. ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ В ХОДЕ РЕАКЦИИ
8.3.1. Скачкообразно расширяющиеся и коллапсирующие гели.
9.0. ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СИСТЕМЫ
10.0. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ
14. Как напоить растение в пустыне?
15. Как выпустить воздух из батарей?
16. Как приготовить сухой сок?
UI. ХИМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
1.0. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В ВИДЕ:
1.1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (НАПРИМЕР, СВЕТА)
1.2. ТЕПЛА
1.3. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В ВИДЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.
1.3.1. Генерация переменного тока.
2.0. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ВЕЩЕСТВА С ОБРАЗОВАНИЕМ НОВОЙ ФАЗЫ:
2.1. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ВЕЩЕСТВА С ОБРАЗОВАНИЕМ НОВОЙ ФАЗЫ: ГАЗА
2.1.1. Электролиз - источник ракетного топлива.
2.1.2. Электроланг.
2.2. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ВЕЩЕСТВА С ОБРАЗОВАНИЕМ НОВОЙ ФАЗЫ: ЖИДКОСТИ;
2.2.1. Хронисторы.
2.2.2. Электрохимический двигатель.
2.3. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЛИ ПОГЛОЩЕНИЕ ВЕЩЕСТВА С ОБРАЗОВАНИЕМ НОВОЙ ФАЗЫ: ТВЕРДОГО ВЕЩЕСТВА.
2.3.1. Покрытия электрофорезом.
3.0. ПЕРЕХОД ВЕЩЕСТВА ИЗ ОДНОЙ ФАЗЫ В ДРУГУЮ:
3.0.1. Электрофорез в гелях.
избирательное пропускание мембраной;
4.0. ИЗМЕНЕНИЕ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ И ПОГЛОТИТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧАСТЕЙ СИСТЕМЫ:
4.0.1.ИЗМЕНЕНИЕ СПЕКТРА ПОГЛОЩЕНИЯ И ОТРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН (ЧАСТНЫЙ СЛУЧАЙ - ИЗМЕНЕНИЕ ЦВЕТА).
4.1.1. Электрохромы - конкуренты жидких кристаллов.
4.1.2. Жидкостные электрохромы.
4.1.3. Электрохромы на твердых электролитах с электродами внедрения.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ
1. Загадка “серебряной молнии”.
UII. ТЕЗАУРУС ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ И МАТЕРИАЛОВ
ГЕЛИ
КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
ОЗОН
ЭЛЕКТРЕТЫ
ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЕ ПОЛИМЕРЫ
UIII. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
IX. ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
X. УКАЗАТЕЛЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ
ТРЕБУЕТ УТОЧНЕНИЯ
I.I. ИЗ АРСЕНАЛА ХИМИИ. ХИМИЯ - ВОТ ГДЕ ВЫХОД!
ОТ ФАНТАСТИКИ ДО РЕАЛЬНОСТИ.
Фантасты любят писать о синтезаторах - портативных машинах, производящих все, что угодно, по желанию их владельцев. Имея такую машину, легче жить и работать, например, в космосе.: «Зачем, - убеждает своего компаньона герой рассказа Р. Шекли «Необходимая вещь», тащить с собой 2305 наименований запасных частей и деталей. Гораздо проще и логичнее получать необходимое в нужный момент». И вот такой момент наступил. При неудачном приземлении на далекую дождливую планету Деннет-4 корабль получил повреждения. Потребовалось заменить четыре одинаковых элемента. Но синтезатор выдал только один - оказывается, он настроен на создание новых вещей, а любая вещь бывает новой лишь однажды. Как быть? Герои рассказа после многих проб и ошибок решают эту задачу - они заказывают синтезатору произвести самого себя. Второй синтезатор выдает им еще один требуемый элемент и... третий синтезатор и т.д.
В похожей ситуации оказался и герой рассказа Г. Темкина «Костер» - косморазведчик Андрей, которого высадили на Четвертой планете. Впереди был месяц работы в одиночестве. С собой в экспедицию вместо снаряжения он взял только психосинтезатор: требовалось лишь сосредоточить внимание, зримо представить образ (а Андрей был признанным мастером психосинтеза) и... открывай дверцу и бери жареного гуся, багровые помидоры, мягкий каравай...». Но вдруг с синтезатором что-то случилось, и он перешел на «химически чистый» режим работы - стал выдавать любой заказ в виде набора химических элементов. К тому же планета оказалась неожиданно холодной. Надо как-то выжить этот месяц. «Нужен костер, стуча зубами, соображает Андрей, - срочно!» Дрова есть, но как их зажечь? Задача: нужен огонь, но для его получения можно использовать только то, что имеется на планете, плюс то, что дает синтезатор. Перепробовав все известные ему механические (физические) способы добывания огня (высекание искр, трение), он постепенно приходит к простой мысли: единственное спасение в использовании школьных знаний по химии. Надо что-то соединить с чем-то так, чтобы реакция прошла с пламенем. В его распоряжении вся таблица Д. И. Менделеева. И даже вспомнился вдруг простейший опыт - опускаем кусочек натрия в пробирку с водой... Но вся хитрость в том, как представить себе чистый элемент, этот самый натрий, ведь в памяти Андрея школьный опыт оставил лишь смутное воспоминание о вырвавшемся из пробирки пламени. (Заметим, что имей Андрей прочные знания по химии, он смог бы получить из элементов десятки более эффективных «огнетворящих» соединений, например фосфорных.) Андрея спасает его находчивость и развитое «бытовое» воображение - вспомнив формулу поваренной соли, он концентрирует все свое внимание на образе огромного кристалла хлорида натрия. И синтезатор его не подводит: выдает отдельно хлор, отдельно натрий - «химическая» зажигалка готова.
Нет сомнений в том, что наши потомки учтут этот случай и улучшат систему подготовки косморазведчиков в области химических эффектов и явлений. А может быть, и нам стоит извлечь урок? Фантастика живет земными заботами, и писатель изобретает «космическую» ситуацию зачастую лишь для того, чтобы ярче и парадоксальнее высветить наши сегодняшние проблемы. Косморазведчики - редкая профессия, даже в будущем, а изобретателей - сегодняшних разведчиков будущего - миллионы. И если от знания химии в будущем будет зависеть (предположительно) жизнь косморазведчика, то сегодня «судьбы» многих изобретательских задач зависят (наверняка!) от вовремя примененного химэффекта.
Задача об алмазе.
Предположим, возникла потребность делать точные отверстия в алмазе или изготовить шестеренку, микрофрезу и т.п. целиком из алмаза. Потребность вполне реальная: в клинике известного окулиста Федорова давно возник заказ на алмазные скальпели для микрохирургии глаза. Как надежно и производительно обрабатывать самый твердый из материалов? У задачи многовековая история. Известные методы обработки основаны на использовании того же алмаза: 1) царапанье одного кристалла другим (на надписи на знаменитом алмазе «Шах» ушли годы каторжного труда ювелиров древности), 2) шлифование или пиление с применением алмазного порошка и ультразвука (на что уходят часы, а то и дни кропотливого труда, в зависимости от величины алмаза). Были также попытки использовать луч мощного лазера для прожигания отверстия. Но отверстия получались неровные, требовалась дополнительная обработка, кристалл мутнел, растрескивался. Как быть?
Задача об алмазе явно неразрешима с использованием тактики штурма твердыни «в лоб», той тактики, которая все еще, к сожалению, распространена среди изобретателей. Инерция мышления услужливо подсказывает изобретателю общеизвестные физические свойства алмаза и тут же ставит его в тупик: алмаз самый твердый (где взять более твердый инструмент для его обработки?); прозрачный (в том числе и для луча лазера, но тогда как сделать луч еще мощнее и при этом избежать температурных напряжений в кристалле?) и т.д. Главная же сущность алмаза при решении задачи долго остается в тени: его химическая природа та же, что и у его «родных братьев» - графитаи сажи. Алмаз - лишь видоизмененная форма углерода. Химия - вот где выход! Но и эта мысль часто остается без продолжения. Причина - незнание возможностей химии, ее хитростей.
Химические «фокусы» (технические применения химэффектов) непривычны инженеру, воспитанному на традиционной механике и физике.
Вот отрывок из интервью с заслуженным изобретателем УзССР, членом ЦС ВОИР Кимом:
«Самоуверен.
- Я всегда решал задачи, за которые брался.
- А есть такие, за которые Вы бы не взялись?
Подумал немного.
- За химию не возьмусь. Не чувствую ее».
«Не чувствую» здесь значит «не знаю»... Что же получается? Логика решения задачи часто приводит изобретателя к столкновению с незыблемыми физическими законами. Это ловушка, из которой годами ищут выход, пытаясь примирить непримиримое и совместить несовместимое. А рядом - химия, арсенал мощнейших инструментов, как бы специально созданных для «обмана» физических законов. Да, следует признать, что «химические» изобретения пока еще редки, экзотичны в массе «механофизических» изобретений. По подсчетам кандидата химических наук В. А. Михайлова, эти изобретения (вне самой химии) составляют менее 0,01 процента от общего числа изобретений в мировом патентном фонде. Многие эффекты и явления могут десятилетиями лежать в запасниках химии, не находя технического применения. Нужен мостик между двумя отраслями знаний - химией и техникой. Строить этот мостик в первую очередь должны новаторы, на этом пути их ждут счастливые находки. Инженеров часто ошеломляет простота «химического» решения задачи, над которой они бились многие годы.
ХИМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ
Неблагодарное это дело - давать определения, а тем более в такой быстро развивающейся области знания как ТРИЗ. Глазом не успеешь моргнуть, как дитя уже выросло из предназначенных ему узких рамок и с трудом выстроенная понятийная система развалилась как карточный домик. Но, чтобы читатель все-таки смог увидеть за отдельными, пусть и увлекательными примерами, некий логический каркас наметим некоторые дефиниции.
Итак, будем называть химическим такой, помогающий разрешить техническое противоречие эффект, который достигается посредством изменения химического состава технической системы или её отдельных частей. Химические эффекты весьма многообразны, однако поддаются классификации.
Классификация химических эффектов
1.0. Выделение или поглощение энергии в виде:
Электромагнитного излучения (например, света);
Тепла;
Электрического тока;
Направленного движения электролита;
Звука;
2.0. Выделение или поглощение вещества с образованием новой фазы или исчезновением старой:
Газа;
Жидкости;
Твердого вещества.
3.0. Переход вещества из одной фазы в другую:
Избирательная адсорбция поверхностью;
Избирательная адсорбция отдельными участками поверхности, отличающимися химическим составом или физическим состоянием;
Избирательное пропускание мембраной;
Растворение;
4.0. Изменение отражательных и поглотительных характеристик частей системы:
Спектра поглощения и отражения электромагнитных волн (частный случай - изменение цвета).
Изменение токсических и органолептических свойств системы.
6.0. Изменение механических свойств системы:
Адгезионных
7.0. Изменение электрических характеристик системы:
Электрической проводимости;
Пьезоэлектрических;
Пироэлектрических;
Электретных.
8.0. Изменение геометрической формы частей системы:
Формообразование;
Молекулярная самосборка;
Изменение формы и размеров в ходе реакции;
Изменение химических свойств системы.
Изменение иных свойств системы.
Все химические эффекты также целесообразно подразделить на статические и динамические. Под статическими будем понимать такие химические эффекты, которые достигаются однократным изменением химического состава технической системы (посредством применения для изготовления её частей каких-либо ранее не применявшихся материалов), в то время как в процессе её функционирования дальнейшего изменения её химического состава не происходит (процессы износа в расчет не принимаются).
В качестве примера статического химического эффекта можно привести придание “золотой” окраски изделию из алюминияпутем создания на его поверхности оксидного слоя содержащего желтый краситель.В отличие от статического динамический химический эффект - следствие химических процессов, протекающих во время функционирования технической системы. Например, образование декоративных искр происходит в процессе горения, то есть изменения химического состава бенгальского огня. Динамические химические эффекты можно подразделить по их обратимости. Необратимые химические эффекты имеют “разовый” характер, происшедшее химическое превращение нельзя запустить вспять, его нельзя повторить без использования новых порций реагирующих веществ. Например, нельзя заставить снова вспыхнуть сгоревший бенгальский огонь. Обратимые химические эффекты допускают такой возврат. Например, некоторые типы химических грелок, действие которых основано на кристаллизации пересыщенных растворов, после нагревания в горячей воде (при этом грелка поглощает тепло и в ней снова образуется пересыщенный раствор) снова способны выделять тепло.
Сегодня известно несколько десятков миллионов химических реакций. Все они порождают различные химические эффекты, причем каждая реакция не один, а целый “букет”. Чиркните спичкой о коробок и на Ваших глазах произойдет маленькое химической чудо - вспыхнет язычок пламени, излучающий свет (эффект 1а), тепло (эффект 1б), выделятся газы (эффект 2а), возникнет характерный запах (эффект 5), а когда спичка догорит в Ваших руках окажется изогнутый черный уголек (эффекты 7 и 3). Естественно, что далеко не всегда нас может устроить такое сочетание эффектов. Например, если мы хотим осветить внутренность склада, где лежат канистры с бензином, лучше выбрать источник света отличный от спички. Желательно, чтобы свет он выделял, а тепло нет.
Итак, миллионы реакций способны породить миллионы различных сочетаний химических эффектов. Проблема состоит в том, чтобы свести воедино техническую систему и подходящую для неё химическую реакцию.
В приведённой выше классификации приведены лишь единичные химические эффекты, однако, из них, как из кирпичиков можно собрать любой, требуемый для решения данной технической задачи комбинированный эффект. Многочисленные примеры использования химических эффектов приведены в последующем тексте. Главное внимание уделено тем эффектам химических реакций, которые в данном случае находят применение, об остальных сообщается лишь в той мере, насколько они могут затруднить или облегчить использование основного.
2.2. КАК УПРАВЛЯТЬ ХИМИЧЕСКИМИ ЭФФЕКТАМИ?
Для того, чтобы вызвать тот или иной динамический химический эффект нужно не только иметь необходимые вещества, но и создать условия в которых между ними возникнет реакция. Приведем краткий перечень этих условий:
Тесное соприкосновение реагирующих веществ;
Нагревание;
Облучение (электромагнитными волнами, радиоактивное облучение, акустическое облучение,...);
Растворение (в воде или ином растворителе);
Механическое давление;
Присутствие катализатора;
Большое разнообразие условий, которые должны быть созданы для начала и протекания химической реакции позволяет очень гибко управлять химическими эффектами, обеспечивая их наступление в нужном месте и в нужное время. И наоборот, проявление химического эффекта может быть сигналом или измерителем воздействия вызывающего протекание той или иной химической реакции. Сделаем краткий обзор приёмов использования различных воздействий для управления химическими эффектами в технике.
Дата добавления: 2015-10-29; просмотров: 139 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Цели и критерии оценки эффективности решений | | | Чувствительные к электростатическому полю реакции. |