33. Перспективы развития компьютерных технологий.

Лицо современной цивилизации стремительно меняется. Постепенно увеличивается доля так называемых высоких технологий, среди которых центральное место занимают полупроводниковые и компьютерные технологии. Информационные технологии и связанные с ними отрасли занимают все большую долю в современном хозяйственном механизме, принося до 90% прибыли высокоразвитым странам, являясь источником их богатства и процветания. Правда, необходимо отметить, что последние несколько лет наблюдался значительный спад в наукоемких отраслях производства. Это дало даже основание для ряда аналитиков говорить о перегреве рынка инвестиций, переоценке акций наукоемких производств и даже закате компьютерных технологий. Высокие темпы развития полупроводниковых и компьютерных технологий, связанных с привлечением и расходованием значительных ресурсов, требуют тщательного планирования процессов исследования и производства. Это планирование невозможно без координации работы многих сотен тысяч специалистов, занятых в современных международных интеграционных процессах. На сессиях Форумов анализируются темпы развития указанных отраслей, рассматриваются проблемы, анонсируются новейшие технологии и изделия. На некоторых конференций специалисты Intel продемонстрировали образцы некоторых перспективных изделий. Среди представленных новейших разработок находились исследования в области фотоэлектронных изделий. Данные исследования получили обобщающее наименование фотоника. Перспективность данных исследований заключается в том, что свет, как известно, обладает беспрецедентной информационной емкостью. Работы в области создания фотоэлектронных приборов ведутся во всем мире. Можно добавить что кремниевая микрофотоника найдет применение в различных устройствах и системах. Например, в системах связи, компьютерной технике, оптических устройствах хранения информации и устройствах оптического управления. В числе перспективных проектов были названы проводимые в Intel работы по исследованию влияния компьютерных технологий и знаний на культуры разных народов и стран. В какой-то степени с этими исследованиями пересекается проект "Цифровой дом", целью которого является расширить функциональные возможности современного компьютера. Разработка Intel, получившая наименование технология LCOS (Liquid Crystal on Silicon). Эта разработка привела к созданию на основе полупроводниковых технологий Intel миниатюрных дисплеев, позволяющих создать высококачественные проекционные экраны и компактные проекторы для домашнего кинотеатра. Но они могут быть использованы и как средства отображения информации компьютерных систем. А так же разработки в сфере информационных технологий найдут свое применение в области офисного бизнеса (пересечение с проектом «Цифровой дом»), развитие искусственного интеллекта, нано технологий, автомобилестроения и многого-многого другого.

34. История развития знаний о веществе. Фундаментальные законы о составе и свойствах вещества.

Естествознание как наука о явлениях и законах природы включает одну из важнейших отраслей – химию. В современном понимании химия – наука о превращениях веществ, сопровождающихся изменением их состава и (или) строения.

История развития химических знаний:

• Древние времена. Демокрит и его последователь Эпикур – основоположники античной атомистики – высказали идею: все тела состоят из неделимых материальных частиц – атомов, различающихся формой и величиной.

• Натурфилософскому атомистическому учению о строении вещества противопоставлялась алхимия – донаучное направление в развитии химии, возникшее в III–IV вв. н. э. Основная цель алхимии – нахождение так называемого «философского камня» для превращения неблагородных металлов в золото и серебро, получения эликсира долголетия и т. д.

Первое научное определение химического элемента в 1661 г. сформулировал английский химик и физик Р. Бойль (1627–1691 гг.), положивший начало экспериментальному химическому анализу. В современном представлении химический элемент – совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Основываясь на результатах своих экспериментов, Р. Бойль сделал важный вывод: качества и свойства вещества зависят от того, из каких химических элементов оно состоит. Принято считать, что химия стала подлинной наукой во второй половине XVIII в., когда первый российский ученый-естествоиспытатель, гениальный ученый М.В. Ломоносов (1711–1765) сформулировал принцип сохранения материи и движения и исключил из числа химических агентов флогистон – невесомую материю. Первая химическая теория – теория флогистона, согласно которой металлы железо, медь, свинец и др. считались сложными телами, состоящими из соответствующих элементов и универсального «невесомого тела» – флогистона, оказалась ошибочной. Выяснив роль кислорода в процессе горения, окисления и дыхания, французский химик А.Л. Лавуазье (1743– 1794) окончательно опроверг теорию флогистона.

В начале XIX в. английский химик и физик Дж. Дальтон (1766–1844) заложил основы химической атомистики. Он впервые ввел понятие «атомный вес» и определил атомные массы (веса) ряда элементов. Он установил в 1803 г. важный закон – закон кратных отношений: если два химических элемента образуют друг с другом более одного соединения, то массы одного элемента, приходящиеся на одну и ту же массу другого, относятся, как целые числа, обычно небольшие. В 1811 г. итальянский физик и химик А. Авогадро (1776–1856) ввел понятие «молекула» и выдвинул молекулярную гипотезу строения вещества. Молекула – микрочастица, образованная из атомов и способная к самостоятельному существованию. Атомно-молекулярные представления утвердились лишь в 60-х годах XIX в. В те годы, а именно в 1861 г., выдающийся русский химик A.M. Бутлеров (1828–1886) создал и обосновал теорию химического строения вещества, согласно которой свойства веществ определяются порядком связей атомов в молекулах и их взаимным влиянием. Немного позднее – в 1869 г.– другой выдающийся русский химик – Д.И. Менделеев (1834– 1907) открыл периодический закон химических элементов – один из фундаментальных законов естествознания. Современная формулировка данного закона такова: свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда их атомных ядер. Заряд ядра равен атомному (порядковому) номеру элементов в периодической системе Менделеева.

По мере развития химических знаний отдельные области химии стали вполне самостоятельными отраслями естествознания. На стыке химии и других отраслей естествознания возникли, например, биохимия, агрохимия, геохимия.

В последние десятилетия благодаря открытию новых явлений и эффектов появилась реальная возможность проводить экспериментальные химические исследования на более высоком уровне – молекулярном. Такие исследования позволили раскрыть механизм многих процессов в живом организме, синтезировать не существующие в природе вещества с необычными свойствами, установить сложную структуру молекулы ДНК, расшифровать молекулярный генный механизм наследственности и благодаря применению современной лазерной техники и высокочувствительных приборов удалось зарегистрировать быстропротекающие химические процессы, возможность протекания которых раньше даже не предполагалась.

36. Современные средства управления химическими процессами. Синтез органических и неорганических соединений. Селективный и фотохимический синтез. Биосинтез. Современный катализ.

Синтез органических и неорганических соединений. Важнейший предмет изучения быстро развивающейся неорганической химии биосистем – строение ближайшего и дальнего окружения атомов металлов и его изменение под воздействием кислотных агентов, давления кислорода и других факторов. Быстро развивается еще одна отрасль – химия элементоорганических соединений. Для исследования сложнейших структур и связей таких соединений применяются новейшие методы спектроскопии и рентгеноструктурного анализа, позволившие открыть большое семейство соединений со сложной структурой.

Химики-металлоорганики стремятся создать новые катализаторы для фиксации азота (превращения молекулярного азота N₂ в аммиак NH₃). Одно из важных достижений – синтез соединений, способных избирательно взаимодействовать с теми молекулами, которые долгое время считались слишком инертными для химических превращений, но представляли и представляют практический интерес. С участием металлоорганических соединений осуществляются важные промежуточные стадии многих органических реакций. Сравнительно новая отрасль химической науки – химия композиционных структур – позволила синтезировать из двух или более веществ композиты, свойства которых превосходят свойства каждого из них. Другой интересный новый класс материалов – композиты на сверхтонких волокнах. Одна из главных задач химии композитов – изучение взаимодействия компонентов в таких сложных композиционных системах.

Селективный и фотохимический синтез. Одна из важнейших задач органической химии – достижение селективности, которая соответствует строго определенным структурным изменениям в молекуле. Для решения такой довольно трудной задачи нужно изучить реакционную способность реагентов для каждого типа связи – хемоселективность, создать при взаимодействии реагентов их правильную ориентацию – региоселективность и заданную периодическую пространственную конфигурацию – стереоселективность. Широкое распространение получила реакция циклоприсоединения с образованием пятичленных циклов.

Фотохимический синтез основан на действии излучения. После поглощения энергии молекула переходит в возбужденное энергетическое состояние. Химические свойства молекулы существенно зависят от свойств поглощенного света. В результате фотохимического синтеза получены многие биологически активные соединения. Активность фотохимического синтеза в значительной степени зависит от длины волны возбуждающего света и температуры.

Биосинтез

Биосинтез - образование органических веществ из более простых соединений, протекающее в живых организмах или вне их под действием биокатализаторов — ферментов. Биосинтез — часть процесса обмена веществ растений, животных и микроорганизмов. Непосредственным источником энергии для Биосинтеза служат богатые энергией соединения, а в конечном счёте— энергия солнечного излучения, аккумулированная зелёными растениями. Каждый одноклеточный организм, как и каждая клетка многоклеточного организма, синтезирует составляющие её вещества. Характер Биосинтеза, осуществляемого в клетке, определяется наследственной информацией, "закодированной" в её генетическом аппарате. Биосинтез, производимый вне организмов, широко применяется как способ промышленного получения биологически важных веществ — витаминов, некоторых гормонов, антибиотиков, аминокислот, а также белков и других соединений. Нашел применение в микробиологической промышленности.

Катализ

Катализ – ускорение химической реакции в присутствии веществ – катализаторов, которые взаимодействуют с реагентами, но в реакции не расходуются и не входят в состав конечных продуктов. Некоторые катализаторы позволяют уменьшить в химических превращениях не только температуру, но и давление. Ряд катализаторов существенно ускоряет химические реакции.

Основные виды катализа:

• Гетерогенный катализ (химическая реакция происходит в поверхностных слоях на границе раздела твердого тела и газообразной или жидкой смеси реагентов);

• Гомогенный катализ (исходные реагенты находятся в одной фазе (газовой или жидкой));

• Электрокатализ (реакция протекает на поверхности электрода в контакте с раствором и под действием электрического тока. В нем в отличие от гетерогенного катализа возможно управление химическим процессом при изменении электрического тока);

• Фотокатализ (химическая реакция стимулируется энергией поглощенного излучения, и она может происходить на поверхности твердого тела (в том числе и на поверхности электрода) или в жидком растворе);

• Процесс с участием ферментов называется ферментативным катализом. Ему присущи свойства как гетерогенного, так и гомогенного катализа.