38. Новые химические элементы. Радиоактивные изотопы. Плазмохимические процессы. И прочее.

Деятельность людей осуществляется в материальной сфере, заполненной многочисленными соединениями и их составляющими – элементами периодической системы Менделеева. Еще до 30-х годов нашего столетия эта система состояла из 88 элементов. С учетом свободных в ней было всего 92 места. Элемент с атомным номером 92 – это уран. Предполагается, что на первоначальной стадии развития Земли существовали и трансурановые элементы с порядковыми номерами до 106. Такие элементы имели небольшую продолжительность жизни по сравнению с возрастом Земли и поэтому полностью распались. Самым долгоживущим элементом и данной группы оказался плутоний-244 с периодом полураспада 82,2 млн. лет, и его существование на Земле поэтому вполне вероятно.

В 1940 г. был получен первый трансурановый элемент – нептуний, а за три года до этого открыт первый искусственный элемент – технеций. Затем в лабораторных условиях были зарегистрированы еще 15 трансурановых элементов с атомными номерами до 107. В Объединенном институте ядерных исследований в подмосковном городе Дубна были открыты элементы с номерами 104, 105, 106 и 107. Элемент с номером 104 носит название курчатовий.

Изотопы – разновидности химических элементов, у которых ядра атомов отличаются числом нейтронов, но содержат одинаковое число протонов и поэтому занимают одно и то же место в периодической системе элементов. Различают устойчивые (стабильные) и радиоактивные изотопы. Радиоактивные изотопы широко применяются не только в атомной энергетике, но и в разнообразной приборной технике, медицине и т. п. Они служат для определения плотности, однородности, гигроскопичности и других характеристик разных материалов.

Плазмохимические процессы протекают в слабоионизированной, или низкотемпературной плазме, при температуре от 1000 до 10 000° С. Такие процессы характеризуются возбужденным состоянием ионизированных и неионизированных частиц, столкновения которых приводят к очень высокой скорости химических реакций. Плазмохимические процессы высокопроизводительны.

Технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза основана на реакции горения одного металла в другом или металла в азоте, углероде, кремнии и т.п. Технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза не требует громоздких процессов и печей и отличается высокой технологичностью. Данная технология легко поддается автоматизации.

Химические реакции при высоких давлениях. Химические превращения веществ при давлениях выше 100 атм относятся к химии высоких давлений. При высоком давлении сближаются и деформируются электронные оболочки атомов, вследствие чего повышается химическая реакционная способность реагентов. Высокое давление ведет к существенному изменению физических и химических свойств вещества. С повышением давления многие вещества переходят в металлическое состояние.

Синтетические материалы. В последние десятилетия синтезированы материалы, обладающие удивительными свойствами. Вряд ли можно перечислить все виды современных материалов. Одними из самых распространенных являются полимеры. Разнообразная одежда из полиэфира, полиэтиленовая посуда, ковры из полипропилена, мебель из полистирола, шины из полиизопрена и т. п.– все это примеры чрезвычайно большого многообразия применений полимеров. Один из таких материалов – кевлар.

Современные пластмассы. Пластмассы – это материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные приобретать заданную форму при нагревании под давлением и устойчиво сохранять ее после охлаждения. Пластмассы различаются по эксплуатационным свойствам (например, антифрикционные, атмосферо-, термо- или огнестойкие), виду наполнителя , а также по типу полимера.Изменяя структуру молекул и их разнообразные комбинации, можно синтезировать пластмассы с заданными свойствами. С каждым днем растет доля полимерных материалов в строительной индустрии. Все большую долю материалов составляют разнообразные виды пластмасс для изготовления деталей автомобиля.

Эластомеры. К полимерным материалам относится и каучук. Многочисленные изделия из данного материала, в том числе и широко распространенная резина, обладают отличительным свойством – эластичностью. Такое свойство объединяет многие эластичные материалы в одну группу эластомеров. Долгое время был известен только один эластичный материал – природный каучук. Сфера применения эластомеров весьма разнообразная – от машиностроения до обувной промышленности, но все же значительная их доля идет на изготовление шин, потребность в которых с ростом потока автомобилей постоянно возрастает. Точно так же производство синтетической кожи сохраняет сырье животного происхождения.

Синтетические ткани. Сначала применялись красители, а затем синтетические волокнистые ткани (начало XIX в.).

Традиционные материалы с новыми свойствами. Древесина станет важным химическим сырьем для получения искусственных веществ: фурфурола, фенола, текстиля, топлива, сахара, белков, витаминов и других ценных продуктов. Широко применяются стекловолокнистые материалы. Применение стекловолокна в качестве светопровода породило новую отрасль естествознания – волоконную оптику. Стекловолокна – весьма перспективные средства передачи информации. Современное стекло – традиционный материал, обладающий новыми свойствами.

Средства сохранения материалов. Для сохранения качества материалов и изготовленных из них изделий применяются различные средства защиты. Самая распространенная мера защиты от коррозии – окраска. Слой краски защищает изделия из древесины от гниения. Один из перспективных способов защиты от коррозии – формирование слоя своеобразной ржавчины, предохраняющего металл от дальнейшего разрушения.

Замена материалов. Замена происходит обычно в двух случаях: когда возникает дефицит старого материала и когда новый материал более эффективен. Материал-заместитель должен обладать лучшими свойствами. В последние десятилетия древесина стала вытесняться алюминием и пластмассами. В дальнейшем пластмассы будут заменяться композиционными материалами, разработке которых уделяется большое внимание.

Перспективные материалы. В последние десятилетия создана естественнонаучная база для разработки принципиально новых материалов с заданными свойствами. Так, в разработке сверхпрочных материалов достигнуты определенные успехи. К настоящему времени разработаны перспективные способы изготовления термостойких материалов. Жидкие кристаллы – это жидкости, обладающие как и кристаллы анизотропией свойств (в частности, оптических), связанной с упорядоченной ориентацией молекул. Оптические материалы. Тончайшие кварцевые нити вытесняют медную проволку, из которой в течение длительного времени изготовлялись многожильные кабели. На смену электрическому сигналу, посылаемому по медному проводу, постепенно приходит значительно более информативный световой сигнал, распространяющийся по светопроводящим волокнам.Благодаря применению новых магнитных материалов и в результате совершенствования технологии изготовления всех тонкопленочных элементов магнитного накопителя за относительно короткий срок поверхностная плотность записи информации увеличилась в пять раз.