Космическая химия

"Кот Шредингера" собирает команду на межрегиональный химический турнир 17 Ноябрь 2015, 14:25
Вам интереснее фантазировать о химических процессах на кометах, чем подбирать коэффициенты в уравнениях реакций, а мечты о полётах над Юпитером на дирижабле кажутся интереснее школьных задач на расчёты? Тогда у нас для вас хорошая новость. 4–6 февраля 2016 года в МГУ им. М.В. Ломоносова состоится II Межрегиональный химический турнир — крупнейшее в России командное мероприятие для школьников, интересующихся химией.

Главная особенность этого интеллектуального соревнования — изобретательский характер задач. Тема нынешнего года — «Химия и космос». «Кота Шрёдингера» предлагает своим читателям собрать команду и поучаствовать в турнире на равных с ведущими российскими химическими школами. 

Что нужно делать?

Решить одну из восьми предложенных задач (они же попадут и в финальный список задач Турнира).

Прислать её решение на i.mos.chem.tourn@gmail.com с пометкой «Кот» до 20 декабря. Решение необходимо оформить в виде презентации PowerPoint и дополнить сопроводительным текстом в формате Word или pdf.

Что будет дальше?

Жюри определит авторов шести лучших решений, которые и войдут в команду «Кота Шрёдингера».

Для кого это?

К участию в конкурсе приглашаются школьники 8–11-го классов. Если вы студент, аспирант или даже кандидат, а то и доктор химических наук, всё равно можете смело присылать нам решения (только не забудьте написать, что вы не школьник). Мы обязательно придумаем, как отметить победителей! 

Кто это организует?

Факультет наук о материалах МГУ им. М.В. Ломоносова.
Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова.
Генеральный партнёр: компания «СИБУР».

Где узнать подробнее?
На сайте: chemturnir.olimpiada.ru или в группе конкурса.

Задача 1. Юпитерианский дирижабль

Представьте, что вы летите на космическом дирижабле в атмосфере Юпитера. Предположите, как может быть устроен дирижабль и на какой высоте он может перемещаться (учтите давление окружающей атмосферы). Из каких материалов он может быть сделан?

Помимо вопроса об устройстве самого летательного аппарата возникает вопрос о получении энергии для перемещения. Каким образом можно получить энергию (например, тепло), используя окружающие дирижабль газы? Помните, что кислорода у вас мало и он предназначен в первую очередь для дыхания. При решении задачи можно предположить, что у вас есть электрические аккумуляторы и другие необходимые материалы (в разумных количествах).
Изображение: wikimedia commons

Задача 2. Солнечные батареи в космосе

Широко известно, что космические спутники и орбитальные станции используют для получения электричества преимущественно солнечные батареи. Какие вещества и материалы применяются для генерации электричества в солнечных батареях и почему?

Не так давно была доказана перспективность использования органических производных фуллерена в солнечных элементах. Можно ли применять такие элементы для поддержания работы космических аппаратов? Возможно ли протекание каких-либо химических взаимодействий в таких элементах в условиях космоса, и если да, то каких?
Изображение: wikimedia commons


3. Неземная магическая кислота


Так называемая магическая кислота — самая сильная из ныне известных. При этом мы рассматриваем её кислотные свойства в водных растворах, поскольку основная часть жидкости на планете Земля — вода. Но на других космических объектах, например на Титане, спутнике Сатурна, часть озёр состоит из жидкого метана и этана, поэтому там логичнее будет рассматривать растворы в жидких углеводородах. Будет ли магическая кислота такой же сильной в этом растворе? Какие вещества будут проявлять кислотные свойства в подобных средах?

Кроме того, учёные полагают, что на Титане может существовать подповерхностный океан из жидкого аммиака. Сохранятся ли свойства магической кислоты в растворах жидкого аммиака? Если нет, попробуйте предложить кислоту, которая была бы в нём наиболее сильной.
Изображение: wikimedia commons

Задача 4. Водородная связь

Известно, что в космосе могут существовать твёрдые тела, образованные — отчасти — благодаря водородным связям (например, кометы). Однако обнаружить эти связи в космосе довольно трудно. Вместо этого мы предлагаем несколько иную задачу. В школьной химии про водородную связь говорится, что она на порядок слабее ковалентной, однако это знание даётся в готовом виде. Предложите схему как можно более простого, но при этом наглядного опыта, позволяющего напрямую измерить энергию водородной связи.
Изображение: wikimedia commons

Задача 5. Криптонит для растений

Известно, что чуть ли не единственной слабостью Супермена, уроженца далёкой планеты Криптон, является криптонит. Из множества разновидностей этого вещества наибольшее внимание привлекает золотой криптонит, вызывающий неспособность клеток воспринимать солнечный свет. Предложите химические соединения, которые можно использовать как аналоги золотого криптонита для растительных клеток, но которые бы при этом не убивали сами клетки.
Изображение: deviantart.net

Задача 6. Химия за пределами Земли

В астрономических исследованиях последнего времени наибольшей популярностью пользуются комета Чурюмова — Герасименко и Плутон. В какие реакции на этих объектах могут вступать органические соединения? Опишите не менее трёх конкретных реакций различного типа. Как можно обнаружить их протекание (удалённо или находясь непосредственно на объекте)?

Для кометы проанализируйте разницу между ходом реакций, проходящих в перигелии и афелии её орбиты.

Задача 7. Путешествия во времени

Космические путешествия часто ассоциируются со всевозможными временны́ми парадоксами, например перемещениями во времени. Представьте, что вы, пролетев сквозь кротовую нору и вернувшись на Землю, попали в прошлое (например, в Средневековье или Древний Рим). Какие современные знания по химии пригодились бы вам в первую очередь, чтобы обеспечить себе комфортное существование?
Изображение: deviantart.net

Задача 8. Радиоактивные батарейки

Одним из источников электроэнергии в космосе являются РИТЭГи — радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Их основным достоинством является длительность автономной работы, которая очень важна для космических миссий, особенно тех, что проходят вдали от Солнца. Например, действующим веществом в РИТЭГе New Horizons является плутоний.

Однако на Земле есть большое количество радиоактивных отходов, постепенно распадающихся и испускающих энергию. Можно ли их использовать для изготовления РИТЭГов? Если да, то предложите устройство источника тока для беспилотного и пилотируемого космических аппаратов, функционирующих на основе радиоактивных отходов. Какие материалы вы возьмёте для изготовления его корпуса и как вы будете преобразовывать излучение топлива в электричество? Укажите требования к такому элементу, если предполагается установить его на пилотируемых аппаратах.