Ce poți găti din calmar: rapid și gustos

Tehnologia în sensul larg al cuvântului este înțeleasă ca o descriere științifică a metodelor și mijloacelor de producție din orice industrie.

De exemplu, metodele și mijloacele de prelucrare a metalelor fac obiectul tehnologiei metalelor, metodele și mijloacele de fabricare a mașinilor și aparatelor fac obiectul tehnologiei ingineriei mecanice.

Procesele tehnologice mecanice se bazează în primul rând pe acțiunea mecanică care modifică aspectul sau proprietăți fizice substanțe prelucrate, dar fără a le afecta compoziția chimică.

Procesele tehnologice chimice includ prelucrarea chimică a materiilor prime, bazată pe fenomene chimice și fizico-chimice în mod inerent complexe.

Tehnologia chimică este știința celor mai economice și ecologice metode de prelucrare chimică a materiilor prime. materiale naturaleîn bunuri de consum şi mijloace de producţie.

Marele om de știință rus Mendeleev a definit astfel diferențele dintre tehnologia chimică și cea mecanică: „... începând cu imitație, orice afacere mecanic-fabrică poate fi îmbunătățită chiar și în cele mai de bază principii, dacă există doar atenție și dorință, dar la În același timp, fără cunoștințe prealabile, progresul uzinelor chimice este de neconceput, nu există și probabil nu va exista niciodată.”

Tehnologia chimică modernă

Tehnologia chimică modernă, folosind realizările științelor naturale și tehnice, studiază și dezvoltă un set de procese fizice și chimice, mașini și dispozitive, modalități optime de implementare a acestor procese și de control al acestora în producția industrială a diferitelor substanțe, produse și materiale.

Dezvoltarea științei și industriei a dus la o creștere semnificativă a numărului de industrii chimice. De exemplu, acum aproximativ 80 de mii de produse chimice diferite sunt produse numai pe bază de petrol.

Creșterea producției chimice, pe de o parte, și dezvoltarea științelor chimice și tehnice, pe de altă parte, au făcut posibilă dezvoltarea fundamente teoretice chimic procese tehnologice.

Tehnologia materialelor refractare nemetalice și silicate;

Tehnologia chimică a substanțelor sintetice biologic active, produse chimice farmaceutice și cosmetice;

Tehnologia chimică a substanțelor organice;

Tehnologie și prelucrare a polimerilor;

Procese de bază de producție chimică și cibernetică chimică;

Tehnologia chimică a purtătorilor de energie naturali și a materialelor carbonice;

Tehnologia chimică a substanțelor anorganice.

Tehnologia chimică și biotehnologia cuprinde un set de metode, metode și mijloace de obținere a substanțelor și de creare a materialelor folosind procese fizice, fizico-chimice și biologice.

TEHNOLOGIA CHIMICA:

Analize și prognoze pentru dezvoltarea tehnologiei chimice;

Procese noi în tehnologia chimică;

Tehnologia substanțelor și materialelor anorganice;

Nanotehnologii și nanomateriale;

Tehnologia Substanțelor Organice;

procese catalitice;

Petrochimie și rafinarea petrolului;

Tehnologia materialelor polimerice și compozite;

Procese chimice și metalurgice de prelucrare în profunzime a minereului, a materiilor prime tehnogene și secundare;

Chimia și tehnologia elementelor rare, urme și radioactive;

Reprocesarea combustibilului nuclear uzat, eliminarea deșeurilor de energie nucleară;

Probleme de mediu. Crearea de scheme tehnologice închise și cu deșeuri reduse;

Procese si aparate de tehnologie chimica;

Tehnologie medicamente, produse chimice de uz casnic;

Monitorizarea sferei naturale și artificiale;

Prelucrarea chimică a combustibililor solizi și a materiilor prime naturale regenerabile;

Probleme economice ale tehnologiei chimice;

Cibernetica chimică, modelarea și automatizarea producției chimice;

Probleme de toxicitate, asigurând siguranța producției chimice. Protecția muncii;

Controlul analitic al producției chimice, calitatea și certificarea produselor;

Tehnologia chimică a compușilor cu greutate moleculară mare

TEHNOLOGIA CHIMICĂ A RADIAȚIILOR (RXT) este un domeniu de tehnologie chimică generală dedicat studiului proceselor care au loc sub influența radiațiilor ionizante (IR) și dezvoltării metodelor de utilizare sigură și rentabilă a acestora din urmă în economia națională, precum și crearea de dispozitive corespunzătoare (aparate, instalații).

RCT este utilizat pentru a obține bunuri de consum și mijloace de producție, pentru a conferi proprietăți de performanță îmbunătățite sau noi materialelor și produselor finite, pentru a crește eficiența producției agricole, pentru a rezolva anumite probleme de mediu etc.

Pentru o lungă perioadă de timp necesar unei persoane Bunurile de zi cu zi (alimente, îmbrăcăminte, vopsele) au fost produse prin prelucrarea în principal a materiilor prime naturale de origine vegetală. Tehnologiile chimice moderne fac posibilă sintetizarea din materii prime de origine nu numai naturală, ci și artificială, a numeroase și diverse produse în proprietățile lor, care nu sunt inferioare analogilor naturali. Posibilitățile potențiale ale transformărilor chimice ale substanțelor naturale sunt cu adevărat nelimitate. Fluxuri în continuă creștere de materii prime naturale: petrol, gaze, cărbune, săruri minerale, silicați, minereu etc. – sunt transformate în vopsele, lacuri, săpun, îngrășăminte minerale, combustibil pentru motor, materiale plastice, fibre artificiale, produse de protecție a plantelor, substanțe biologic active, medicamente și diverse materii prime pentru producerea altor substanțe necesare și valoroase.

Ritmul dezvoltării științifice și tehnice a tehnologiilor chimice crește rapid. Dacă la mijlocul secolului al XIX-lea. A fost nevoie de 35 de ani pentru dezvoltarea industrială a procesului electrochimic de producere a aluminiului, dar în anii 50 ai secolului XX. Producția pe scară largă de polietilenă la presiune scăzută a fost stabilită în mai puțin de 4 ani. Pe mari intreprinderi țările dezvoltate aproximativ 25% capital de lucru se cheltuiește pe cercetare și dezvoltare, dezvoltarea de noi tehnologii și materiale, ceea ce permite, după aproximativ 10 ani, actualizarea semnificativă a gamei de produse. În multe țăriîntreprinderile industriale

Ei produc aproximativ 50% din produse care nu au fost produse deloc acum 20 de ani. La unele întreprinderi avansate cota sa ajunge la 75–80%. Dezvoltarea de noi substanțe chimice este un proces care necesită forță de muncă și este costisitor. De exemplu, pentru a găsi și sintetiza doar câteva medicamente adecvate producției industriale, este necesar să se producă cel puțin 4.000 de soiuri de substanțe. Pentru produsele de protecție a plantelor, această cifră poate ajunge la 10.000 În trecutul recent, în Statele Unite, pentru fiecare produs chimic introdus în producția de masă, au existat aproximativ 450 de dezvoltări de cercetare, dintre care doar 98 au fost selectate pentru producție pilot. După testarea industrială pilot, doar nu mai mult de 50% dintre produsele selectate au găsit o aplicație practică largă. Cu toate acestea semnificație practică

Datorită interacțiunii de succes dintre chimiști, fizicieni, matematicieni, biologi, ingineri și alți specialiști, apar noi dezvoltări care au asigurat o creștere impresionantă a producției de produse chimice în ultimul deceniu, după cum arată următoarele cifre. Dacă producția totală din lume a crescut de aproximativ 3 ori în 10 ani (1950-1960), atunci volumul produselor chimice în aceeași perioadă a crescut de 20 de ori. Pe o perioadă de zece ani (1961–1970), creșterea medie anuală produse industrialeîn lume a fost de 6,7%, iar chimica – 9,7%. În anii 70, creșterea producției chimice, în valoare de aproximativ 7%, a asigurat aproximativ dublarea acesteia. Este de așteptat ca, cu astfel de rate de creștere, până la sfârșitul acestui secol industria chimică să ocupe primul loc în producția de producție.

Tehnologia chimicăși producția industrială aferentă acoperă toate cele mai importante domenii ale economiei naționale, inclusiv diverse sectoare ale economiei. Interacțiunea tehnologiilor chimice și a diferitelor sfere ale activității umane este prezentată în mod convențional în Fig. 6.1, unde sunt introduse notațiile: O– chimică și industria textila, celuloză și hârtie și industria ușoară, producția de sticlă și ceramică, producție de diverse materiale, construcții, minerit, metalurgie; B– inginerie mecanică și instrumentală, electronică și inginerie electrică, comunicații, afaceri militare, agricultură și silvicultură, industria alimentară, protecția mediului, îngrijirea sănătății, gospodărie, mass-media; ÎN– creșterea productivității muncii, economii de materiale, progrese în domeniul sănătății; G– îmbunătățirea condițiilor de muncă și de viață, raționalizarea muncii mintale; D– sănătate, alimentație, îmbrăcăminte, odihnă; E– locuințe, cultură, creștere, educație, protecția mediului, apărare.

Iată câteva exemple de utilizare a tehnologiilor chimice. Pentru a produce calculatoare moderne, sunt necesare circuite integrate, a căror tehnologie de fabricație se bazează pe utilizarea siliciului. Cu toate acestea, în natură nu există siliciu în forma sa chimic pură. Dar în cantități mari există dioxid de siliciu sub formă de nisip.

Tehnologiile chimice fac posibilă transformarea nisipului obișnuit în siliciu elementar. Un alt exemplu tipic. Transportul rutier arde cantități enorme de combustibil. Ce trebuie făcut pentru a obține o poluare atmosferică minimă din gazele de eșapament? Această problemă este parțial rezolvată cu ajutorul unui convertor catalitic auto al gazelor de eșapament.

Soluția sa radicală este asigurată de utilizarea tehnologiilor chimice, și anume manipulări chimice ale materiei prime - țiței, procesate în produse purificate care sunt arse efectiv în motoarele auto.

O parte semnificativă a populației lumii este direct sau indirect asociată cu tehnologiile chimice. Deci, până la sfârșitul anilor 80 ai secolului XX. Într-o singură țară - SUA - peste 1 milion de oameni erau angajați în industria chimică și în industriile conexe, inclusiv peste 150.000 de oameni de știință și ingineri industriali. În acei ani, în Statele Unite se vindeau produse chimice în valoare de aproximativ 175-180 de miliarde de dolari pe an. Tehnologiile chimice și industriile conexe sunt forțate să răspundă dorinței societății de a conserva mediul. În funcție de climatul politic, această dorință poate varia de la prudență rezonabilă până la panică. In orice caz, consecinta economica este o crestere a preturilor produselor, datorita costurilor de realizare a scopului dorit de conservare a mediului inconjurator, asigurare a securitatii lucratorilor, demonstrarea sigurantei si eficacitatii produselor noi etc. Desigur, toate acestea. costurile sunt plătite de consumator și se reflectă semnificativ asupra competitivității produselor fabricate. Interesează unele cifre privind produsele fabricate și consumate. La începutul anilor 70 ai secolului XX. locuitorul mediu al orașului folosit viata de zi cu zi

În urmă cu aproximativ zece ani, existau peste 1 milion de soiuri de produse produse de industria chimică. Până la acel moment, numărul total de compuși chimici cunoscuți era de peste 8 milioane, inclusiv aproximativ 60 de mii de compuși anorganici. Astăzi sunt cunoscuți peste 18 milioane de compuși chimici. În toate laboratoarele de pe planeta noastră, 200-250 de compuși chimici noi sunt sintetizați în fiecare zi. Sinteza de noi substanţe depinde de perfecţiunea tehnologiilor chimice şi, în mare măsură, de eficienţa controlării transformărilor chimice.

Lecție-seminar clasa a XI-a

Acest seminar, conceput pentru 2 ore la orele non-chimie, 3 ore la orele de învățământ general și 4–5 ore la orele de științe naturale, se desfășoară ca seminar general la sfârșitul cursului școlar și își propune să arate elevilor rolul de chimia ca forţă productivă a societăţii.

PLANIFICAREA SEMINARULUI

1. Tehnologia chimică (definiție, istoria originii și dezvoltării, rolul în producția modernă, clasificarea proceselor de producție chimică, sarcini).

2. Biotehnologie (definiție, etape de formare, direcții de biotehnologie, domenii de aplicare).

3. Nanotehnologie (definiție, abordări ale nanotehnologiei și caracteristicile acestora, nanomateriale, domenii de aplicare).

Profesor (discurs introductiv). Lumea modernă se caracterizează prin dezvoltarea rapidă a progresului științific și tehnologic. Pe lângă îmbunătățirea tehnologiei chimice tradiționale, domenii ale științei și industriei care până de curând erau percepute ca exotice se dezvoltă rapid: biotehnologia și nanotehnologia. Ele dobândesc un rol din ce în ce mai important în diverse sfere ale vieții fiecărei persoane în mod individual și ale societății în ansamblu: în viața de zi cu zi (abia dacă există o persoană care să nu fi auzit de OMG - organisme modificate genetic), în economie, industrie și agricultură(se estimează că până în 2015, bunurile și serviciile produse pe bază de nanotehnologie vor costa mai mult de un trilion de dolari), în relaţiile internaţionale(a început cursa mondială pentru leadership în domeniul nanotehnologiei; SUA, Japonia și China reușesc astăzi).

Rusia s-a alăturat abia recent acestei curse - a adoptat un program național prioritar pentru dezvoltarea nanotehnologiei, pentru care guvernul alocă fonduri semnificative..

Este clar că acest domeniu de știință și producție va necesita pregătirea specialiștilor de înaltă clasă. Este evident că pregătirea lor se va desfășura în departamente și facultăți special create ale unor universități rusești de top.

De asemenea, este evident că prima ta cunoștință cu bio- și nanotehnologiile ar trebui să fie dată de chimie. Cu toate acestea, să începem cu tehnologia chimică Tehnologia chimică 1 elev. Tehnologie

este știința producției.

Tehnologia chimică – una dintre cele mai importante secțiuni ale tehnologiei, care este înțeleasă ca știința celor mai economice metode și mijloace de prelucrare a materiilor prime naturale în produse de consum și produse intermediare pentru alte ramuri ale producției materiale. Să luăm în considerare pe scurt istoria apariției și dezvoltării tehnologiei chimice. La început a fost o secțiune descriptivă a chimiei aplicate. Apoi, în prima jumătate a secolului al XIX-lea, tehnologia chimică a devenit o ramură separată a cunoașterii. În 1803, Departamentul de Tehnologie Chimică a fost creat la Academia Rusă de Științe. Tehnologia chimică a devenit în sfârșit o disciplină științifică independentă la începutul secolului al XX-lea, când a fost dezvoltată doctrina proceselor și aparatelor de bază ale producției chimice și a legilor generale ale proceselor tehnologice chimice.

O nouă etapă în dezvoltarea tehnologiei chimice a fost utilizarea la sfârșitul anilor ’60.

secolul XX idei, metode și

mijloace tehnice

cibernetica în producția chimică, ca urmare a dezvoltării căreia au apărut modelarea matematică și tehnologiile informatice pentru optimizarea și automatizarea proceselor chimice. Al doilea student, care a pregătit un raport despre rolul tehnologiei chimice ca bază științifică și de producție pentru cele mai importante industrii, îl dezvăluie folosind diagrama 1.

Schema 1 Alți doi studenți vorbesc despre clasificarea proceselor de producție chimică. Mesajul lor este însoțit de o demonstrație a modelelor acestor procese utilizate în studiul chimiei. al 3-lea elev.Întreaga varietate de procese de producție chimică se reduce la 5 grupuri.(Demonstrație de clipuri video și mostre de produse din acest grup de procese chimice (granule, tablete, mostre de ambalare etc.).)

2. Hidrodinamic– deplasarea lichidelor și gazelor prin conducte și aparate, transport pneumatic, flotare, centrifugare, sedimentare, decantare, amestecare.(Demonstrarea fragmentelor video ale instalațiilor specifice de producție chimică, funcționarea unei centrifuge (profesorul subliniază elevilor că acest proces este utilizat pe scară largă în aparate electrocasnice– mașini de spălat, separatoare etc.), flotarea pulberii de sulf, sedimentarea impurităților conținute în apă cu ajutorul coagulanților, decantarea soluției din lapte de var decantat, amestecarea soluțiilor cu baghete de sticlă echipate cu vârf de cauciuc (profesorul cere exemple de amestecare). , familiară studenților din practica de zi cu zi).)

Elevul al IV-lea (continuă să clasifice procesele de producție chimică).

3. Termic– evaporare, condensare, încălzire, răcire, evaporare.

(Demonstrație de clipuri video ale instalațiilor specifice de producție chimică și de laborator, precum și: distilarea apei într-un distilator sau instalație de casă, evaporarea unei soluții de sare de masă.) 4. Difuzia– absorbție, adsorbție, distilare, rectificare, uscare, cristalizare, sublimare, extracție, filtrare, schimb ionic.

(Demonstrarea fragmentelor video ale instalațiilor, echipamentelor și instrumentelor specifice producției chimice și de laborator (instalații de filtrare, cuptoare cu mufă, cristalizatoare, schimbătoare de ioni, inclusiv filtre schimbătoare de ioni de uz casnic pentru apă), precum și: absorbție folosind exemplul dizolvării acidului clorhidric sau amoniac în apă („fântână într-un balon”), adsorbția colorantului din soluție cu cărbune activ, extracția clorofilei cu alcool etilic.) 5. Chimic,

care se bazează pe transformarea chimică a materiei prime.

Acest grup de procese tehnologice de producție chimică este acoperit și de doi studenți. al 5-lea elev.

Procesele chimice pot fi clasificate după diverse criterii. Dupa materii prime: minerale, animale, precum și prelucrarea cărbunelui, petrolului, gazului.

(ar fi potrivit ca profesorul să le ceară elevilor să-și amintească producția de cocs și principalele domenii de rafinare a petrolului, gazelor naturale și asociate.) După consumator sau atributul produsului: producerea de coloranți, îngrășăminte, medicamente etc. îngrășăminte minerale.)

Pe grupe ale tabelului periodic : obtinerea de metale alcaline si alcalino-pamantoase, aluminiu etc.(profesorul le cere elevilor să-și amintească prepararea electrolitică a metalelor alcaline și alcalino-pământoase și a aluminiului.)

al 6-lea elev. Procesele chimice sunt de asemenea clasificate după următoarele criterii.

După tipul de reacție chimică: oxidare, reducere, hidrogenare, clorurare, polimerizare etc.(profesorul le cere elevilor să-și amintească și să dea exemple de reacții adecvate.)

Pe etape: omogen (fază lichidă și fază gazoasă), eterogen.(profesorul le cere elevilor să-și amintească și să dea exemple de procese relevante.)

Profesor (rezumă). Tehnologia chimică modernă pune sarcini utilizarea integrată a materiilor prime și energiei, combinarea și cooperarea diverselor industrii, continuitatea proceselor tehnologice în producție, siguranța mediului și fezabilitate economică.

Cu toate acestea, trebuie subliniat că producția modernă de substanțe și materiale apelează adesea la ajutorul organismelor vii și al proceselor biologice, de exemplu. la biotehnologie.

Elevul al 7-lea (oferă o definiție și vorbește despre istoria apariției și dezvoltării biotehnologiei). Biotehnologie - una dintre cele mai importante secțiuni ale tehnologiei, care este înțeleasă ca știința utilizării organismelor vii și a proceselor biologice în producție.

Se pot distinge trei etape în dezvoltarea acestei științe și industrie: biotehnologie timpurie sau spontană, biotehnologie nouă și biotehnologie de ultimă oră.

Biotehnologie timpurie sau spontană este asociat cu procese de fermentație microbiologică familiare omului încă din cele mai vechi timpuri, care stau la baza: coacerea, vinificația, fabricarea berii, fabricarea brânzeturilor, produsele lactate fermentate, fermentația, producția de fibre de in etc.

Procesele biotehnologiei spontane se bazează pe activitatea microorganismelor și a enzimelor, care își păstrează activitatea biologică în anumite condiții și în afara unei celule vii.(Elevul însoțește această parte a mesajului său cu o demonstrație a unei colecții de produse alimentare realizate în acest fel (o sticlă de vin, o bucată de pâine și brânză etc.).)

Biotehnologie nouă asociat cu introducerea termenului „biotehnologie” în știință la mijlocul anilor '70. secolul XX și utilizarea metodelor biologice pentru combaterea poluării mediului (tratament biologic), producerea de substanțe valoroase biologic active (antibiotice, enzime, medicamente hormonale, vitamine etc.), pentru a proteja plantele de dăunători și boli.(Demonstrație de mostre de produse biotehnologice.) Pe baza sintezei microbiologice au fost dezvoltate metode industriale pentru producerea proteinelor si aminoacizilor folositi ca aditivi pentru hrana animalelor.

Cea mai recentă biotehnologie este asociat nu numai cu dezvoltarea diverselor sinteze microbiologice, ci, în primul rând, cu apariția și dezvoltarea ingineriei genetice, ingineriei celulare și ingineriei biologice. Realizările celor mai recente biotehnologii se bazează pe integrarea unor discipline biologice precum microbiologia, biochimia, biofizica, genetica moleculară și imunologia.

Student al 8-lea (vorbește despre inginerie genetică). Inginerie genetică este o ramură a biotehnologiei asociată cu construcția țintită a unor noi, inexistente în natură, combinații de gene introduse în celulele vii capabile să sintetizeze un anumit produs.

Combinațiile de gene concepute de inginerii genetici funcționează în celula primitoare și sintetizează proteina necesară. Un interes practic deosebit este introducerea diferitelor construcții de gene în genomul animalelor și plantelor: atât sintetizate, cât și gene ale altor animale, plante și oameni. Astfel de plante și animale sunt numite modificate genetic, și produsele prelucrării lor - produse transgenice. Porumbul transgenic este adăugat la produsele de cofetărie și de panificație, băuturi răcoritoare;

Boabele de soia modificate sunt incluse în uleiuri rafinate, margarine, grăsimi pentru copt, sosuri pentru salate, maioneză, paste, cârnați gătiți, produse de cofetărie, suplimente proteice, hrană pentru animale și chiar alimente pentru copii. (Demonstrarea unei colecții de produse alimentare care conțin organisme modificate genetic (OMG) și etichete cu marcajele acestora.) Modificarea genetică a plantelor face posibilă crearea de soiuri de plante cu

Practica agricolă include soiuri transgenice cu proprietăți de consum îmbunătățite, de exemplu, mazăre, soia și cereale cu compoziție proteică îmbunătățită. Au fost create roșii transgenice fără boabe și cireșe fără semințe, pepene verde și citrice sunt pe drum.

Folosind metode de inginerie genetică în Canada, s-au obținut struguri care au fost transplantați cu o genă de rezistență la îngheț din varză sălbatică, iar podgorii au apărut pentru prima dată în această țară.

În zootehnie s-au obținut prin inginerie genetică rase de animale foarte productive (oi, porci, găini etc.).

În farmacologie, metodele de inginerie genetică au făcut posibilă crearea de vaccinuri extrem de eficiente împotriva herpesului, tuberculozei și holerei; în industria chimică, noi forme de drojdie și bacterii capabile să distrugă scurgerile de petrol.

Elevul al 9-lea (vorbește despre inginerie celulară). Inginerie celulară– o metodă de construire a unui nou tip de celulă.

Cultura celulară vă permite să mențineți viabilitatea lor în afara corpului în condiții create artificial dintr-un mediu nutritiv lichid sau solid. Astfel de clone celulare sunt folosite ca fabrici pentru producerea de substanțe biologic active, de exemplu, hormonul eritropoietina, care stimulează formarea globulelor roșii. Folosind metode de inginerie celulară, s-au obținut factori de coagulare a sângelui (III și VIII) pentru tratamentul hemofiliei, insulina pentru tratamentul diabetului zaharat și proteina de suprafață a virusului hepatitei B pentru obținerea vaccinului corespunzător.

Cel mai cunoscut fenomen de inginerie celulară pentru omul obișnuit este clonarea organismelor vii (amintiți-vă de faimoasa oaie Dolly).

Clonele de viermi de mătase crescute de academicianul V.A.Strunikov sunt cunoscute în întreaga lume. Cele mai multe Astăzi clonarea se află în domeniul embriologiei experimentale, ale cărei succese sunt asociate în primul rând cu așa-numitele celule stem embrionare. Cea mai importantă proprietate a unor astfel de celule este că informația genetică conținută în nucleele lor este, parcă, într-o stare de repaus, i.e. În celulele stem embrionare, programul de diferențiere într-un țesut sau altul nu a fost încă lansat. Ei pot prelua orice program și se pot dezvolta într-unul dintre cele 150 de tipuri posibile de celule germinale.

Celulele embrionare așteaptă doar un semnal special pentru a începe una dintre transformările lor. Această abilitate uimitoare este dictată de excesul în celula de ARN al tuturor genelor responsabile de creșterea embrionului într-un stadiu incipient al dezvoltării embrionare. Factorii care fac celulele embrionare unice le permit să fie folosite pentru a crește o gamă largă de țesuturi și orice organ uman. Trebuie remarcat faptul că insulițele de celule stem embrionare sunt prezente în diferite organe și țesuturi. Aceste celule fac posibilă refacerea organelor și țesuturilor deteriorate și tratarea multor boli grave. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că experimentele privind clonarea umană și creșterea celulelor stem embrionare umane sunt interzise în multe țări. Student al 10-lea (vorbește despre inginerie biologică).

Inginerie biologică

– metode de utilizare a microorganismelor ca bioreactoare pentru producerea de produse industriale. Această secțiune a biotehnologiei este deosebit de importantă pentru Rusia, care, din păcate, trăiește în principal prin vânzarea de resurse. Rentabilitatea medie a câmpurilor noastre petroliere nu depășește 50%. Compania Tatneft, folosind o nouă tehnologie microbiologică unică pentru reglarea microflorei rezervoarelor de petrol, a primit încă o jumătate de milion de tone de petrol din câmpurile din Bashkiria., care se confruntă cu o deficiență acută de cupru, molibden și alte metale neferoase, așteaptă cu nerăbdare rezolvarea acesteia folosind metode microbiologice.

Este demn de remarcat lucrările finalizate la Institutul de Microbiologie al Academiei Ruse de Științe privind o nouă metodă de reducere a concentrațiilor de metan din mine folosind bacterii metanotrofe.

Merită să vorbim despre relevanța acestei lucrări pe fundalul unor reportaje frecvente din presă despre tragediile din minele de cărbune?

Cea mai promițătoare direcție în ingineria biologică este crearea de enzime imobilizate.

Enzimele imobilizate sunt preparate enzimatice ale căror molecule sunt legate covalent de un purtător polimer care este insolubil în apă. Astfel de enzime sunt eficiente pentru utilizare în diferite domenii ale economiei naționale. Astfel, invertaza obtinuta din drojdie poate fi folosita pentru a produce miere artificiala; lactază – pentru a produce lapte alimentar cu un conținut scăzut de lactoză și alcooli glucozo-galactoze din zer; ureaza – pentru purificarea sângelui în aparatul renal artificial.

Au fost dezvoltate forme imobilizate de proteaze bacteriene, care sunt folosite pentru a obține hidrolizate de proteine ​​și amestecuri de aminoacizi pentru nutriția tubulară și intravenoasă în practica medicală. Pentru tratamentul bolilor cardiovasculare a fost dezvoltat un preparat de streptokinază imobilizat, care poate fi injectat în vasele de sânge pentru a dizolva cheagurile de sânge formate în ele. Utilizarea enzimelor imobilizate în scopuri analitice (sub formă de electrozi enzimatici) este promițătoare.

Nanotehnologie Elevul al 11-lea (definește nanotehnologia și vorbește despre două abordări care există în ea, discursul este însoțit de o prezentare pe computer).

Nanotehnologia se referă la sinteza controlată a structurilor moleculare pentru producerea de substanțe și materiale nu din materii prime convenționale, ci direct din atomi și molecule folosind dispozitive speciale care funcționează pe baza inteligenței artificiale. Nume s-a format ca urmare a adăugării prefixului „nano” la cuvântul „tehnologie”, care denotă o scădere a scării de măsurători de un miliard de ori: 1 nanometru (1 nm) este o milioneme de milimetru, i.e. 1 nm = 10 –9 m Pentru a reprezenta la figurat această valoare, folosim următoarea comparație: 1 nm este de aproximativ un milion de ori mai mică decât grosimea unei pagini de manual școlar. Zece atomi de hidrogen dispuși într-un rând au 1 nm lungime și, în mod uimitor, molecula de ADN uman are un diametru de exact 1 nm.

Nanotehnologiile includ procese de manipulare a obiectelor cu dimensiuni cuprinse între 1 și 100 nm.

În nanotehnologie, există în general doar două abordări. Ele sunt denumite în mod convențional „de sus în jos” și „de jos în sus”.

Prima abordare este „de sus în jos” se bazează pe reducerea dimensiunii materiilor prime sau materialelor prelucrate la parametri microscopici. De exemplu, dispozitivele semiconductoare sunt produse prin prelucrarea semiconductoarelor pentru acestea cu fascicule laser sau cu raze X. Aceste raze, care trec prin șablon, creează structura de cip necesară pe materialul sursă. Acest tip de nanotehnologie se numește fotolitografie (litografia este procesul de a face o impresie a unei imagini sculptate pe piatră pe un material). Un analog al acestuia poate fi aplicarea de desene sau inscripții pe tricouri. O variație a acestei metode în nanolume este

litografie de amprentă

.În acest caz, un model este aplicat unui polimer de silicagel asemănător cauciucului folosind instrumente de sondă, care este apoi acoperit cu un fel de cerneală moleculară. Amprentele unei astfel de „imprimari din cauciuc” pot fi făcute pe orice suprafață (de exemplu, pentru a obține cipuri de computer nanoscopice).

Principalele metode ale acestei abordări în nanotehnologie sunt: ​​sinteza moleculară, auto-asamblarea, creșterea cristalelor nanoscopice și polimerizarea.

Sinteza moleculară consta in crearea de molecule cu proprietati predeterminate prin asamblarea lor din fragmente moleculare sau atomi. Așa se produc medicamentele. Multe medicamente moderne, inclusiv antibioticele de nouă generație sau faimosul Viagra, sunt produse ale sintezei moleculare. Sinteza nanoscopică moleculară rezolvă și problemele de ambalare a unor astfel de medicamente în învelișuri moleculare speciale, care fac posibilă livrarea acestor medicamente direct în zonele afectate ale corpului.

Auto-asamblare este o metodă de nanotehnologie care se bazează pe capacitatea atomilor sau moleculelor de a se asambla în mod independent în structuri moleculare mai complexe.

Principiul auto-asamblarii se bazează pe principiul energiei minime - dorința constantă a atomilor și moleculelor de a trece la cel mai scăzut nivel de energie disponibil pentru ei. Dacă acest lucru poate fi realizat prin combinarea cu alte molecule, atunci moleculele originale se vor combina;

dacă acest lucru necesită schimbarea poziției lor în spațiu, atunci se vor reorienta.

Un model unic pentru ilustrarea principiului energiei minime poate fi mitul grecesc antic al lui Sisif, care a ridicat cu greu o piatră în vârful unui munte, dar s-a încăpățânat să se rostogolească pe panta, adică. ocupă cel mai scăzut nivel de energie.

În organismele vii, autoasamblarea stă la baza proceselor de asimilare, adică. procese de sinteză a proteinelor, grăsimilor, carbohidraților, polinucleotidelor necesare unui anumit organism viu. Structurarea și asamblarea țesuturilor biologice au loc la nivel atomo-molecular, iar organismele vii le realizează cu eficiență ridicată. Nanosinteza poate doar visa la asta. Cu toate acestea, nanofabricatorii introduc atomi sau molecule specifice pe suprafața unui substrat sau pe o nanostructură asamblată anterior. În continuare, moleculele nanomaterialului inițial sunt orientate în spațiu, adunându-se într-o anumită nanostructură.

Nu este nevoie de construcția lentă și plictisitoare a unei astfel de structuri folosind un instrument de sondă. Acesta este avantajul auto-asamblarii.

Acum este posibil să creați dispozitive de stocare pe computer folosind auto-asamblare. Poate fi folosit și pentru a proteja o suprafață de coroziune sau pentru a-i conferi proprietăți speciale, cum ar fi teflonul, folosit la fabricarea vaselor de gătit.

Folosind auto-asamblarea, au fost produse prototipuri de ochelari hidrofile și hidrofobe, care pot găsi o aplicație largă, de exemplu, în industria auto, producția de sticlă pentru construcții și în optică.

Creșterea nanoscopică a cristalelor este o metodă nanotehnologică în care cristalele pot fi crescute din soluție folosind cristale semințe (centre de cristalizare).

Blocurile de siliciu folosite pentru a crea microcipuri sunt produse astfel. este o metodă de nanotehnologie care se bazează pe producerea de nanomateriale sub formă de polimeri din monomeri inițiali folosind reacții de polimerizare sau policondensare. Pentru a-l implementa, se folosesc așa-numitele mașini de gene, care fac posibilă sintetizarea diferitelor fragmente de ADN (se numesc oligonucleotide din grecescul „oligos” - puțin, nesemnificativ, în contrast cu o polinucleotidă - ADN întreg).

Apoi, din aceste fragmente, folosind aceleași mașini de gene, ei construiesc matricele necesare pentru producerea unei anumite substanțe. Șabloanele ADN sintetizate sunt inserate în ADN-ul bacteriilor, care apoi produc multe copii ale proteinei dorite. Acest lucru vă permite să construiți eficient fabrici de proteine ​​pentru a produce aproape orice proteină pe care o alegeți. Un exemplu de aplicare practică a acestei metode de nanotehnologie este producerea de insulină pentru tratamentul diabetului. Elevul al 12-lea (vorbește despre clasificarea și reprezentanții unor grupe de nanomateriale).În 2004 în Germania, la Wiesbaden, al șaptelea

Conferinta internationala pe materiale nanostructurate, asupra cărora s-a propus următoarea clasificare. Solide nanoporoase. Pentru obținerea acestora se folosește tehnologia sol-gel. Se bazează pe uscarea sistemelor dispersate. Produsele acestei tehnologii sunt nanomateriale care conțin oxizi metalici (

Al2O3, V2O5, Fe2O3 etc.), care pot fi folosite ca catalizatori, supercondensatori, celule de combustie etc.

Nanoparticule- acestea sunt, de exemplu, oligonucleotidele deja menționate mai sus, utilizate în mașinile de gene pentru a crea ADN pentru a produce proteina dorită la scară industrială. În plus, acestea sunt particule purtătoare utilizate pentru a furniza medicamente în anumite puncte ale corpului. Nanotuburi. Nanotuburile sunt o formă complet nouă de material.

Există semiconductori și nanotuburi metalice. De cel mai mare interes sunt nanotuburile semiconductoare de carbon, care au forma unor cilindri minusculi cu un diametru de 0,5 până la 10 nm și o lungime de aproximativ 1 micron. Un singur strat

Nanotuburile de carbon sunt o structură cristalină asemănătoare fullerenei, dar asamblate într-o formă diferită și, prin urmare, au proprietăți diferite (nu este fără motiv că unii cercetători propun să considere nanotuburile o altă modificare a carbonului).

Nanotuburile de carbon sunt capabile să absoarbă și să rețină hidrogenul în cantități mari, făcându-le un material valoros pentru crearea motoarelor cu hidrogen și a bateriilor cu hidrogen. Nanotuburile de carbon au proprietăți semiconductoare. Utilizarea lor va face posibilă ajungerea la catozi de temperatură joasă, în care tensiunea va fi redusă la 500 V (spre deosebire de catozii de televiziune actuali, care funcționează la o tensiune de 10 kV). Nanotuburile cu pereți multipli au o rezistență ridicată la tracțiune, care poate ajunge la 63 GPa, care este de 50-60 de ori mai mare decât oțelurile de înaltă calitate.

Presiunea pe care o pot rezista astfel de tuburi ajunge la 100 GPa, ceea ce este de mii de ori mai mare decât fibrele tradiționale. Acest lucru le permite să fie utilizate la fabricarea de materiale pentru veste antiglonț și sticlă, precum și pentru producerea de materiale de construcție rezistente la cutremur. Nanotuburile de carbon au o densitate foarte scăzută, ceea ce face posibilă obținerea din ele a materialelor compozite de înaltă rezistență, care sunt necesare în tehnologia militară și aerospațială, precum și în industria auto. Nanotuburile de carbon au o activitate catalitică mare, astfel încât pot fi utilizate pentru a desfășura reacții chimice care sunt imposibile în condiții normale, de exemplu, sinteza directă a alcoolului etilic din gazul de sinteză (un amestec de monoxid de carbon și hidrogen). Utilizarea nanotuburilor ca purtători de catalizator este determinată de stabilitatea lor chimică și de suprafața mare. Nanodispersiile

– sisteme dispersate în care particulele de fază sunt nanodimensionate și distribuite într-un mediu lichid. Folosind metode de chimie coloidală s-au putut obține multe materiale cunoscute sub formă nanocristalină: semiconductori, materiale magnetice etc. Utilizarea unor astfel de cristale în metalurgie face posibilă creșterea rezistenței și a altor calități ale oțelului. Acest oțel este folosit pentru a face nu numai țevi mai subțiri, ci și mai durabile, care pot rezista la presiune înaltă, de exemplu, în sectoarele de procesare a gazelor și transportului de gaze. Nanocristalele și nanogranulele fac posibilă prelucrarea suprafețelor cu precizie moleculară. De asemenea, pot fi utilizați în medicină pentru producerea de medicamente anticancer de nouă generație.

Materialele nanogranule oferă oportunități excelente pentru crearea de dispozitive care emit lumină cu un consum redus de energie, precum și suporturi pentru înregistrarea magnetică la viteză ultra-înaltă. Un grup de doi până la trei studenți face o prezentare despre utilizarea nanotehnologiei în diverse zone viaţă societatea modernă , folosind schema 2 ().

vezi p. 14

Schema 2
Aplicarea nanotehnologiei în diverse domenii

viata societatii al 13-lea elev. Energie. O alternativă la utilizarea combustibililor fosili (gaz natural, petrol, cărbune etc.) este utilizarea celulelor fotovoltaice, care transformă direct lumina solară în energie electrica , - așa-numitul panouri solare

și creșterea eficienței acestora. Astfel de dispozitive se bazează în principal pe siliciu și, mai puțin frecvent, pe germaniu. Celulele solare cu siliciu sunt folosite în construcțiile rezidențiale și producția industrială, precum și în calculatoare etc. Lumina soarelui este concentrată pe un semiconductor, care este un singur cristal de siliciu sau un policristal al acestuia.

Electronice. Nanotehnologia face deja posibilă producerea de elemente semiconductoare cu dimensiuni cuprinse între 30 și 100 nm. În viitor, dimensiunea unor astfel de elemente va fi redusă la 35-50 nm.

Această oportunitate va fi oferită de utilizarea nanotuburilor de carbon și a noilor tipuri de dispozitive de stocare (de exemplu, memorie cu un singur electron) în industria electronică. La rândul său, aceasta va crește viteza de transfer a informațiilor la aproximativ 10 gigabiți pe secundă. În plus, este importantă îmbunătățirea tehnologiei de stocare a informațiilor, care se rezolvă prin crearea de dispozitive de stocare terabit, care fac posibilă creșterea densității de înregistrare pe discuri magnetice de aproximativ 1000 de ori. Aviație și astronautică.

În aviație, nanotehnologia influențează în primul rând un astfel de factor în dezvoltarea transportului aviatic precum crearea de noi materiale structurale. Alți doi factori: dezvoltarea tehnologiei motoarelor și îmbunătățirea aerodinamicii aeronavelor depind, de asemenea, de nanotehnologie, dar într-o măsură mai mică. Folosind nanotehnologie, vor fi create materiale compozite ceramice rezistente la căldură (adică materiale formate din două sau mai multe componente) capabile să reziste la temperaturi de 1000–1600 °C și compozite polimerice care pot rezista la temperaturi de 200–400 °C. În astronautică, cerințele pentru compozite sunt și mai mari: acestea trebuie să fie foarte rezistente la căldură (rezistă la temperaturi de aproximativ 3000 °C), ultra-ușoare și ultra-rezistente. Acestea sunt materialele care au fost folosite pentru a face Buranul nostru și sunt folosite la fabricarea navetelor americane. Nanotehnologiile fac posibilă crearea de materiale cu „recunoaștere moleculară” și organizarea producției în masă de biosenzori capabili să monitorizeze corpul uman pentru o lungă perioadă de timp, ceea ce va face posibilă diagnosticarea precoce a anumitor boli. În plus, există perspectiva utilizării unor dispozitive nanoscopice speciale numite nanoroboți pentru diagnosticarea și tratarea bolilor. Introduse în corpul uman, acestea vor fi capabile să curețe vasele de sânge de depozitele aterosclerotice, să distrugă tumorile canceroase tinere, să corecteze moleculele de ADN deteriorate, să efectueze un diagnostic complet, să livreze medicamente anumitor organe și chiar celule etc. Crearea și îmbunătățirea astfel de -numitele cipuri ADN vor face posibilă efectuarea cu ușurință de analiză a informațiilor genetice ale unui individ și efectuarea unui curs de tratament bazat pe crearea de medicamente individuale în conformitate cu aceste informații. Utilizarea nanotehnologiei face posibilă obținerea de noi biomateriale și polimeri funcționali artificiali - înlocuitori pentru țesutul uman.

Nanotehnologia este folosită pentru a crea nanoinstrumente și nanomanipulatoare utilizate în medicină. Astfel, au apărut deja nanopensetele și nanoneedele. De exemplu, pentru realizarea nanopensetelor se folosesc două nanotuburi de carbon cu diametrul de 50 nm, amplasate paralel pe un substrat din fibră de sticlă. Aceste tuburi converg și diverg atunci când li se aplică tensiune, simulând pensete. Japonezii au creat nanopensete, care au doar 3 nm lungime, ceea ce le permite să manipuleze molecule individuale.

Oamenii de știință autohtoni de la Novosibirsk și-au propus nanoinstrumentele - nanoneedele capabile să facă injecții în celule.

Nanotehnologiile vor permite, de asemenea, organizarea producției de substanțe biologic active prin metode de auto-asamblare. Pentru a rezolva această problemă, nanotehnologii acordă o atenție deosebită celulelor stem embrionare, care sunt capabile să se transforme în celule ale diferitelor organe umane (celule nervoase, epiteliale, hepatice etc.). Procesele de transformare a celulelor stem sunt asociate cu mecanismele de auto-asamblare a structurilor celulare. Utilizarea celulelor stem va ajuta la înlocuirea organelor deteriorate și la „repararea” parțială a zonelor deteriorate. Această zonă de aplicare a nanotehnologiei a fost deja discutată, dar încă o dată merită să acordăm atenție relației și semnificației acestor două tehnologii.

În sensul său original, biotehnologia a fost utilizarea metodelor de sinteză a ADN-ului pentru a produce proteine ​​specifice la scară nanometrică. Rolul de „fabrici” pentru producerea proteinelor a fost jucat de bacteriile Escherichia coli, în care un fragment de ADN a fost înlocuit cu o secțiune necesară sintezei unei proteine ​​specifice. Cele mai izbitoare exemple de astfel de construcție sunt producția de insulină, factor de creștere corporală (somatotropină) și factor VIII (sau factor de coagulare, care provoacă coagularea sângelui și este utilizat în hemofilie), care sunt utilizate pe scară largă în medicină. al 15-lea elev.

Agricultură.

Potrivit ONU, aproximativ 7 miliarde de oameni trăiesc în prezent pe Pământ, iar conform previziunilor, până în 2050 populația planetei ar putea ajunge la 100 de miliarde de oameni. Deja acum problema alimentației este globală pentru umanitate. Orice persoană obișnuită poate observa creșterea prețurilor la alimente zi de zi.

Soluția problemei alimentare a umanității depinde, în primul rând, de utilizarea pe scară largă a ingineriei genetice și a biotehnologiei pentru a crea soiuri de plante cu productivitate și valoare nutritivă crescută, precum și de crearea unor rase de animale și tulpini de microorganisme foarte productive. Nanoinstrumentele și tehnicile enzimatice utilizate în biotehnologie și inginerie genetică fac posibilă rezolvarea acestor probleme într-un ritm mai rapid. Astfel, producția de noi soiuri de soia modificată genetic, binecunoscută tuturor, evoluează rapid. Soiurile tradiționale de roșii, cartofi, porumb, mazăre, grâu, orez etc., precum și cartofi dulci exotici și papaya, în practica agricolă fac loc unor soiuri create prin inginerie genetică care sunt rezistente la buruieni și dăunători și au o productivitate crescută. .

Temperatura medie a Pământului a crescut cu 0,5 °C în doar 40 de ani ai secolului trecut.

Se preconizează că temperaturile medii vor crește cu încă 3°C în noul secol. Consecințele acestui fapt amenință omenirea cu multe necazuri: nivelul oceanelor lumii va crește cu 65?cm (zonele de coastă ale multor țări vor fi inundate), va avea loc o schimbare radicală a climei, o deplasare a zonelor naturale etc. Nanotehnologia oferă posibilitatea de a reduce efectele temperaturii asupra atmosferei Pământului cu ajutorul: căutare surse alternative

energie,

îmbunătățirea panourilor solare,

reducerea conținutului de monoxid de carbon (IV) din gazele de eșapament.

Distrugerea stratului de ozon sub influența freonilor (agenți frigorifici, aerosoli) folosiți pe scară largă în industrie și electrocasnice poate duce la o creștere semnificativă a cancerului de piele și a leucemiei. Prin urmare, nanotehnologia se confruntă cu sarcina de a crea substanțe și materiale care înlocuiesc freonii.

Problema poluării mediului cu dioxină este asociată cu utilizarea pe scară largă a compușilor care conțin clor (clorura de polivinil, hidrocarburi clorurate etc.) în scopuri industriale.

Cu ajutorul nanotehnologiei se sintetizează noi materiale care pot înlocui polimerii care conțin clor; sunt creați biosenzori pentru monitorizarea pe termen lung și precisă a mediului; Nanopulberile sunt produse pentru a combate poluarea mediului și, în primul rând, scurgerile de petrol; Nanofiltrele sunt proiectate pentru a preveni eliberarea de dioxină și alte deșeuri în mediu, inclusiv emisiile de sulf și oxizi de azot din instalațiile de transport și industriale. În acest ultim scop, catalizatorii și purtătorii lor creați folosind nanotehnologie pot juca, de asemenea, un rol important. Reducerea dimensiunii granulelor de cristal la scari nanometrice face posibilă crearea de noi medii optice din materiale sticloase cu indici de refracție foarte mari și controlabili, modificări de culoare, rezistență etc.

Astfel de medii se numesc nanoglasses. Domeniile lor de aplicare sunt extrem de diverse. De exemplu, folosind nanotehnologia, structurile de tip fagure sunt create pe suprafața sticlei și umplute cu diferite nanomateriale. Astfel de ochelari pot fi folosiți pentru a crea dispozitive extrem de eficiente pentru stocarea și transmiterea informațiilor digitale. De asemenea, nano-ochelarii combinați cu lasere cu unde scurte vor face posibilă producerea de dispozitive optice de stocare de mare putere și materiale de film cu o claritate crescută a imaginii.

Nanoochelarii pot fi folosiți pentru a face comutatoare optice și ghiduri de undă optice subțiri. În mintea omului obișnuit, ochelarii „cameleon” și geamurile mașinii care modifică intensitatea întunecării sunt rareori asociate cu idei despre nanolume, dar acesta este exact cazul. La Centrul Acvatic de la Beijing, unde s-au încheiat recent Jocurile Olimpice, acoperișul a fost realizat cu nanosticlă, care poate schimba intensitatea culorii în funcție de intensitatea luminii naturale și, de asemenea, se poate îndoi spre interior sau spre exterior, în funcție de temperatură. Profesor. Nanoștiința și nanotehnologia sunt un domeniu integrat al științelor și tehnologiilor moderne, considerate anterior autonome: fizică, chimie, biologie și specializările acestora (biochimie, biofizică, microscopie atomică), precum și

tehnologia de informație

, biotehnologie, știința materialelor. În consecință, nanoștiința este de natură interdisciplinară și, prin urmare, este destul de logic să presupunem că o înțelegere a acestei științe va fi necesară în orice domeniu al viitoarei activități profesionale.
Am fost convinși de eficiența acestui seminar din propria noastră experiență când l-am desfășurat la școala nr. 531 din Moscova și școala nr. 33 din Engels, regiunea Saratov.
O.S.GABRIELYAN,

S.A.SLADKOV, E.E.OSTROUMOVA.

* Sortarea materialelor în vrac (cărbune, minereu etc.) după dimensiunea particulelor (bucăți) pe dispozitive speciale - ecrane. –

Nota edita

Luând în considerare dezvoltarea tehnologiei chimice în secolul al XX-lea, în special după Primul Război Mondial, este posibil să dezvăluim unele dintre trăsăturile sale caracteristice, specifice. Se știe că 99,5% din scoarța terestră este formată din 14 elemente chimice: oxigen, siliciu, carbon, aluminiu, fier, calciu, sodiu, magneziu, potasiu, hidrogen, titan, fosfor, clor și sulf. Cu toate acestea, în ciuda distribuției masive a multor dintre aceste elemente, acestea nu au fost trase pe orbită industria chimicăîn secolul al XIX-lea Acest lucru se aplică în mod egal fluorului, titanului, clorului, magneziului, aluminiului și hidrogenului.

Pentru tehnologia chimică a secolului XX. Este tipic să ne referim în mod specific la aceste elemente cele mai comune. Hidrogenul este în prezent pâinea chimiei moderne. Sinteza amoniacului, sinteza alcoolului, sinteza combustibilului lichid etc. necesită producția de miliarde de metri cubi de hidrogen anual. Implicarea pe scară largă a hidrogenului în producția chimică este o trăsătură caracteristică a chimiei secolului al XX-lea.

Chimia siliciului și, în special, chimia compușilor organosiliciului capătă o mare importanță în tehnologia modernă. Chimia titanului, clorului, magneziului, potasiului și aluminiului capătă, de asemenea, o importanță excepțională. În același timp, tehnologia chimică, în special în legătură cu dezvoltarea nucleară și tehnologie cu jet, se străduiește să folosească cele mai rare și mai dispersate elemente ale scoarței terestre, care reprezintă cea mai importantă bază pentru tehnologia secolului al XX-lea.

Baza sintezei organice în secolul al XIX-lea. a fost gudron de cărbune obținut prin cărbune de cocsificare. În secolul al XX-lea, aceste materii prime fac loc unor gaze simple și ușor accesibile, obținute dintr-o gamă largă de combustibili solizi, de la turbă, cărbuni bruni de calitate scăzută și terminând cu antracit și cocs. Gazele obținute în timpul producției și rafinării petrolului sunt utilizate pe scară largă. Pe tot parcursul secolului al XX-lea. Gazele naturale fosile sunt din ce în ce mai utilizate (Figura 1).

Fig1. Produse obținute din gaze naturale (metan).

Astfel, dacă în secolul al XIX-lea. Baza industriei chimice a fost gudronul de cărbune, apoi în prima jumătate a secolului al XX-lea. Principalele materii prime pentru industria sintezei organice sunt cărbunele și petrolul și gazele obținute din acestea: hidrogen, monoxid de carbon, o gamă largă de hidrocarburi și o serie de alte materiale. Azotul, hidrogenul, oxigenul, clorul, fluorul, monoxidul de carbon, metanul, acetilena, etilena și alte gaze sunt principalele materii prime de bază ale chimiei moderne. În consecință, o trăsătură caracteristică a celei mai recente tehnologii chimice este utilizarea elementelor comune utilizate anterior în scară nesemnificativă, și transformarea lor în baza tehnologiei chimice moderne, precum și utilizarea pe scară largă a combustibililor solizi, hidrocarburilor lichide și gazoase ca materii prime chimice.

O trăsătură caracteristică a tehnologiei chimice este, de asemenea, utilizarea elementelor rare asociate, în special, cu cerințele tehnologie nucleară. Chimia contribuie semnificativ la dezvoltarea tehnologiei nucleare, furnizându-i diverse materiale - metale (uraniu, litiu etc.), apă grea, hidrogen, materiale plastice etc.

Trebuie remarcat faptul că una dintre caracteristicile chimiei moderne este cerința de puritate a produselor produse. Impuritățile conținute de substanțele inițiale afectează adesea negativ proprietățile produsului rezultat. Prin urmare în în ultima vremeÎn industria chimică, substanțele inițiale foarte pure (monomeri) care conțin cel puțin 99,8-99,9% din substanța principală sunt din ce în ce mai utilizate. Trăsătură caracteristică tehnologia chimică modernă este că noi metode de influență devin disponibile pentru ea; Deosebit de importante sunt folosirea unor presiuni mari de la câteva sute la 1500-2000 sau mai multe atmosfere, vid profund (până la miimi de atmosferă), temperaturi ridicate până la câteva mii de grade, utilizarea frigului profund (temperaturi scăzute aproape de zero absolut). ), precum și utilizarea descărcărilor electrice, ultrasunetelor, radiațiilor radioactive etc. În mod firesc, creșterea nivelului tehnic al producției chimice în general și, prin urmare, dezvoltarea rapidă a industriei sintezei organice în special, este asigurată de furnizarea a industriei chimice cu echipamente moderne, performante, aparate si masini adecvate.

În primul rând, a fost stăpânită producția de echipamente de bază pentru sinteza amoniacului. Au fost dezvoltate și create coloane de sinteză, separatoare, scrubere de apă și amoniac pentru purificarea gazelor din dioxid de carbon și monoxid de carbon, precum și centrifuge, filtre de vid, autoclave pentru vulcanizarea cauciucului, prese de plastic, echipamente de răcire adâncă etc în anii 1920, au fost achiziționate instalații puternice de separare gaze petroliere, echipamente de rectificare și adsorbție foarte eficiente, compresoare și reactoare de înaltă presiune, unități frigorifice etc. Principala tendință a chimiei moderne este dorința de a preproiecta structura moleculară a unei substanțe în conformitate cu oxigen, clor, fluor, monoxid de carbon , metan, acetilenă, etilenă și alte gaze, principala bază de materie primă a chimiei moderne.

În consecință, o trăsătură caracteristică a ultimei tehnologii chimice este utilizarea elementelor comune, utilizate anterior la scară nesemnificativă, și transformarea lor în baza tehnologiei chimice moderne, precum și utilizarea pe scară largă a combustibililor solizi, hidrocarburilor lichide și gazoase ca materii prime chimice.

O trăsătură caracteristică a tehnologiei chimice este și utilizarea elementelor rare, asociate, în special, cu cerințele tehnologiei nucleare. Chimia contribuie semnificativ la dezvoltarea tehnologiei nucleare, furnizându-i diverse materiale - metale (uraniu, litiu etc.), apă grea, hidrogen, materiale plastice etc.

Trebuie remarcat faptul că una dintre caracteristicile chimiei moderne este cerința de puritate a produselor produse. Impuritățile conținute de substanțele inițiale afectează adesea negativ proprietățile produsului rezultat. Prin urmare, recent în industria chimică sunt din ce în ce mai utilizate substanțe inițiale foarte pure (monomeri) care conțin cel puțin 99,8-99,9% din substanța principală. O trăsătură caracteristică a tehnologiei chimice moderne este că este echipată cu noi metode de influență; Deosebit de importante sunt folosirea unor presiuni mari de la câteva sute la 1500-2000 sau mai multe atmosfere, vid profund (până la miimi de atmosferă), temperaturi ridicate până la câteva mii de grade, utilizarea frigului profund (temperaturi scăzute aproape de zero absolut). ), precum și utilizarea descărcărilor electrice, ultrasunetelor, radiațiilor radioactive etc. În mod firesc, creșterea nivelului tehnic al producției chimice în general și, prin urmare, dezvoltarea rapidă a industriei sintezei organice în special, este asigurată de furnizarea a industriei chimice cu echipamente moderne, performante, aparate si masini adecvate. În primul rând, a fost stăpânită producția de echipamente de bază pentru sinteza amoniacului. Au fost dezvoltate și create coloane de sinteză, separatoare, scrubere de apă și amoniac pentru purificarea gazelor din dioxid de carbon și monoxid de carbon, precum și centrifuge, filtre de vid, autoclave pentru vulcanizarea cauciucului, prese de plastic, echipamente de răcire adâncă etc anii 20, au achiziționat unități puternice de separare a gazelor petroliere, echipamente de rectificare și adsorbție foarte eficiente, compresoare și reactoare de înaltă presiune, unități de refrigerare etc. Principala tendință a chimiei moderne este dorința de a pre-proiecta structura moleculară a unei substanțe. în conformitate cu proprietăți prestabilite. Sinteza substanțelor cu proprietăți predeterminate în chimia modernă nu se realizează orbește, ci pe baza unui studiu aprofundat al legilor formării moleculare. Prin urmare, o serie de noi ramuri ale științei chimice primesc o mare dezvoltare.

În esență, din căutări și descoperiri aleatorii, chimia, începând cu anii 1920, a trecut la înlocuirea și deplasarea sistematică a materialelor naturale rare cu materiale care nu numai că nu sunt inferioare ca calitate, ci, dimpotrivă, superioare acestor materiale naturale. De exemplu, salitrul natural chilian a fost înlocuit cu compuși sintetici de azot. Cauciucul sintetic nu este de calitate inferioară cauciucului natural. ÎN ultimii ani Unii cercetători lucrează pentru a îmbunătăți calitatea cauciucului natural, mai degrabă decât a cauciucului sintetic, astfel încât să poată concura cu unele cauciucuri sintetice de specialitate. S-au făcut pași mari în domeniul sintezei fibrelor artificiale, a căror producție datează de doar câteva decenii.

Din anii 1920, produsele naturale au fost date deoparte și sunt înlocuite cu produse sintetice de calitate egală. Acesta este un proces complet natural. Cert este că metodele chimice de prelucrare a substanțelor, introducerea proceselor chimice în producție duc la o reducere semnificativă a timpului de producție și la o reducere semnificativă a costurilor cu forța de muncă, și în același timp la obținerea unor produse mai eficiente. calitate superioară decât produsele naturale. Deci, dacă este nevoie de 70 de zile-om pentru a produce 1 tonă de fibră discontinuă de viscoză artificială, atunci sunt cheltuite 238 de zile-om pentru a produce 1 tonă de fibră de bumbac. În producția de mătase de viscoză, costurile cu forța de muncă sunt de aproximativ 10 ori mai mici decât în ​​producția de mătase naturală. La producerea a 1 tonă de alcool etilic (necesar pentru producerea unui număr de produse sintetice) din materii prime petroliere, costurile cu forța de muncă în comparație cu producția acestui alcool din materii prime alimentare sunt reduse de 20-22 de ori cât s-a făcut în domeniul sintezei de noi substanţe . În prezent, în natură sunt cunoscuți 100 de mii de compuși chimici anorganici, în timp ce numărul de substanțe organice cunoscute, naturale și artificiale, a depășit trei milioane și continuă să crească rapid. Doar compușii dezvoltați industrial obținuți din ulei numără 10 mii de articole. Odată cu crearea de noi materiale sintetice Există un proces continuu de îmbunătățire a calității substanțelor existente produse industrial. În cele din urmă, posibilitatea fundamentală de a obține în mod artificial compuși naturali de orice complexitate a fost acum dovedită. Nu este departe vremea când chimiștii organici vor sintetiza diverse tipuri substanțe proteice complexe care stau la baza vieții.

O trăsătură caracteristică a tehnologiei moderne este că se dezvoltă pe baza utilizării pe scară largă a electricității. Mai mult, dacă anterior motorul cu abur furniza doar într-o oarecare măsură „materii prime” tehnologice pentru industria chimică sub formă de abur și căldură, atunci electricitatea devine elementul cel mai important al unui fel de „materie primă” tehnologică pentru, de exemplu, procese precum electroliza.

Pentru a produce amoniac, sintetizat din hidrogen și azot din aer obținut prin electroliza apei, trebuie consumați aproximativ 12 mii kWh de energie electrică. Pentru producția de cauciuc sintetic pe bază de etilenă se consumă aproximativ 15 mii kWh, iar pentru alte tipuri de cauciuc - 17 mii kWh și chiar mai mult. Producția unei tone de mătase acetat necesită 20 mii kWh, tone de fosfor - de la 14 la 20 mii kWh și tone de abrazivi artificiali - aproximativ 6-9 mii kWh - aceasta este aproximativ aceeași ca pentru producția de tractor puternic.

Dezvoltarea industriei chimice se caracterizează prin cea mai largă automatizare a proceselor tehnologice. Automatizarea complexă este necesară în primul rând în industria chimică, care se caracterizează prin producție pe scară largă. Automatizarea industriei chimice este facilitată de predominarea proceselor de producție continue, precum și de nocive și chiar munca periculoasa. În industria chimică, în primul rând, procesele de reglare a temperaturii, presiunii, compoziției, vitezei de reacție etc. sunt complet automatizate, deoarece pentru procesele chimice continue (inaccesibile pentru observare directă) este deosebit de importantă menținerea stabilității regimurilor tehnologice. . În producția chimică, în general s-au efectuat mecanizări și automatizări complete și doar funcțiile de supraveghere și control, precum și efectuarea reparațiilor preventive, rămân în sarcina oamenilor.

Cele mai importante domenii de automatizare a producției chimice sunt introducerea de noi dispozitive automate bazate pe utilizarea mașinilor electronice matematice, trecerea la mecanizarea completă și automatizarea întregilor fabrici chimice. În Statele Unite, automatizarea producției a primit cea mai mare dezvoltare în industria petrolieră și chimică. Odată cu automatizarea controlului instalațiilor individuale și a proceselor tehnologice individuale, acestea sunt în curs de punere în funcțiune completă. întreprinderi automatizate, precum rafinăria de petrol pusă în funcțiune în 1949, echipată cu un sistem electronic de control al procesului, și apoi uzina de amoniac Spencer Chemical, caracterizată printr-un grad ridicat de automatizare procesele de productie. Dezvoltarea rapidă a chimiei a dus la faptul că abia în 10-15 ani de la sfârșitul celui de-al Doilea Război Mondial, au fost create sute de noi materiale, înlocuind metalul, lemnul, lâna, mătasea, sticla și multe altele.

Producția de materiale sintetice necesare asigurării progresului tehnic în diverse sectoare ale economiei naționale se dezvoltă într-un ritm accelerat. Aceasta se caracterizează printr-o creștere a producției de îngrășăminte minerale, precum și a pesticidelor și amoniacului, o creștere a utilizării petrolului și a gazelor naturale, a gazului de cocsificare și a produselor de cocsificare de cărbune pentru producția de rășini sintetice, cauciuc, alcool, detergenți. , lacuri si coloranti de calitate superioara, materiale plastice, fibre artificiale, materiale electroizolante, materiale speciale pentru inginerie mecanica, inginerie radio etc.

În special, nou metode eficiente sinteza pentru evitarea consumului de cantitati uriase de produse alimentare in fabricarea produselor scopuri tehnice. De exemplu, consumul de cantități uriașe de cereale pentru producerea alcoolului etilic pentru obținerea cauciucului sintetic a ridicat problema înlocuirii produselor alimentare cu alcool sintetic. Pentru a obține 1 tonă de alcool etilic în loc de 4 tone de cereale sau 10 tone de cartofi, este suficient să consumi 2 tone de gaz natural lichefiat. Pentru a produce 1 tonă de cauciuc sintetic în loc de aproape 9 tone de cereale sau 22 de tone de cartofi, este suficient să cheltuiți doar aproximativ 5 tone de gaze lichefiate de la rafinăriile de petrol.

Mulți economiști cred că, în următorul deceniu, mai mult de 50% din producția chimică a lumii va fi derivată din materii prime petroliere. Toate acestea vorbesc despre mari realizări în sinteza organică.

După Revoluția din octombrie 1917, dezvoltarea producției socialiste a necesitat extinderea domeniului de aplicare practică a chimiei, creșterea rolului educației speciale chimice și chimico-tehnologice și ridicarea nivelului de pregătire atât a cercetătorilor, cât și a profesorilor, și a inginerilor chimiști. La începutul anilor 1920. Departamentele independente de chimie sunt organizate în cadrul departamentelor de fizică și matematică ale universităților. Aceste departamente au introdus specializări în chimie anorganică, fizică, organică, analitică, biochimie și agrochimie. În 1920, Institutul Chimic-Tehnologic din Moscova a dat numele. D. I. Mendeleev. Începând cu anul 1929, în universități s-au deschis departamente de chimie independente pe baza departamentelor de chimie pentru a pregăti specialiști pentru instituțiile de cercetare și laboratoarele de producție chimică și au fost create noi institute chimico-tehnologice.

De la mijlocul anilor 1950. în chimie și tehnologia chimică, se creează cele mai bune metode de studiere a diferitelor substanțe, se produc materiale noi - fibre chimice, materiale plastice, vitro-ceramice, semiconductori, substanțe și medicamente noi active fiziologic, îngrășăminte chimice și insectofungicide. Chimia a pătruns în toate ramurile științei și în economia națională. Învățământul chimic a devenit așadar parte integrantă pregătirea specialiştilor în inginerie politehnică, industrială, metalurgică, energetică, electrică, inginerie de maşini şi instrumente, geologică, minieră, petrolieră, agricolă, forestieră, medicală, veterinară, alimentară, industrie uşoară şi alte instituţii de învăţământ superior şi secundar de specialitate.

Specialiștii pentru activități științifice și pedagogice sunt pregătiți în principal de facultăți de chimie ale universităților și institutelor pedagogice, precum și facultăți de chimio-biologic, biologic-chimic, științe ale naturii etc.

Pregătirea specialiștilor în chimie la universitățile sovietice durează 5 ani (în cursuri serale și prin corespondență - până la 6). Aici sunt studiate cursuri speciale de chimie anorganică, organică, analitică, fizică, coloidală, chimie cristalină, tehnologie chimică generală și chimia compușilor macromoleculari. Mai mult de jumătate din timpul de predare la disciplinele speciale este ocupat de munca studenților în laboratoare. Studenții urmează cursuri practice (28 de săptămâni) la întreprinderi, instituții de cercetare și laboratoare.

Formarea specialiștilor în chimie și tehnologie chimică și a profesorilor pentru instituțiile de învățământ superior continuă în școala universitară centrele majore Pe lângă universități, următoarele institute formează chimiști: Institutul Chimic-Tehnologic din Moscova, numit după. D. I. Mendeleev, Institutul Tehnologic Leningrad. Lensoveta, Institutul de Tehnologie Chimică Fină din Moscova numit după. M. V. Lomonosov, Universitatea Tehnologică din Belarus numită după. S. M. Kirova, Institutul Tehnologic Voronezh, Institutul Chimic-Tehnologic Dnepropetrovsk numit după. F. E. Dzerzhinsky, Institutul chimic-tehnologic Ivanovo, Institutul chimic-tehnologic din Kazan numit după. S. M. Kirova, Institutul Chimico-Tehnologic Kazah etc.

Specialiștii în chimie (tehnicieni tehnologici) sunt pregătiți și în instituțiile de învățământ secundar de specialitate - în școlile tehnice chimice și chimio-tehnologice, situate, de regulă, în centrele industriei chimice, la marile uzine chimice. În 1977, peste 120 de astfel de instituții de învățământ au pregătit tehnicieni în peste 30 de specialități chimice și chimico-tehnologice (tehnologia chimică a petrolului, gazelor, cărbunelui, sticlei și a produselor din sticlă, tehnologia fibrelor chimice etc.). Cei care au absolvit acestea institutii de invatamant sunt folosite în producţia chimică ca maiştri, maiştri, asistenţi de laborator, operatori de maşini etc. Şcolile profesionale chimico-tehnologice satisfac nevoia de muncitori calificaţi pentru diverse ramuri ale industriei chimice.

Îmbunătățirea structurii și conținutului educației chimice și chimico-tehnologice este asociată cu științifice și activitate pedagogică mulți oameni de știință sovietici - A. E. Arbuzov, B. A. Arbuzov, A. N. Bach, S. I. Volfkovich, N. D. Zelinsky, I. A. Kablukov, V. A. Kargin, I. L. Knunyants, D. P. Konovalov, S. V. Lebedeva, S. S. Nametkina, V. Nekras B. Koshitsa, A. N. Reformatsky , S. N. Reformatsky, N.N. Semenov, V.E. Tishchenko, A.E. Favorsky și alții sunt tratate în reviste speciale de chimie, care ajută la îmbunătățirea cursurilor de chimie și tehnologie.

În țările dezvoltate, centrele majore ale structurii și conținutului învățământului chimic și chimico-tehnologic sunt: ​​Marea Britanie - universitățile Cambridge, Oxford, Bath, Birmingham, Institutul Politehnic Manchester; în Italia - universități Bologna, Milano; în SUA - universitățile tehnologice din California, Columbia, Michigan, Universitatea din Toledo, California, institutele de tehnologie din Massachusetts; în Franța - Grenoble 1, Marsilia 1, Clermont-Ferrand, Compiegne Technological, Lyon 1, Montpellier 2, universitățile Paris 6 și 7, institutele politehnice Laurent, Toulouse; în Hepmania - universitățile Dortmund, Hanovra, Stuttgart, școlile tehnice superioare din Darmstadt și Karlsruhe; în Japonia - universități din Kyoto, Okayama, Osaka, Tokyo etc.

, M., 1971;

Fundamentele tehnologiei și sintezei petrochimice, ed. A. I. Dintses și L. A. Potolovsky, M., 1960.

Chimia în tehnologiile moderne

Elpatova Olga Ivanovna,

Profesor de chimie

Scopul lucrării este de a analiza istoria creării computerelor și de a arăta ce elemente chimice sunt utilizate în dezvoltarea tehnologie informatică.

În ultimele câteva decenii, tehnologia computerelor s-a dezvoltat pe calea creșterii miniaturizării pieselor și a creșterii costurilor de producție a acestora. Microprocesoarele de ultimă generație conțin un număr mare de tranzistori (10 milioane sau mai mult), măsurând o zecime de micron (10-7 metri). Următorul pas către microlume va duce la nanometri (10-9 metri) și miliarde de tranzistori într-un singur cip. Mai mult - și ne vom găsi în gama de dimensiuni atomice, unde legile mecanicii cuantice încep să se aplice.

Richard Feynman a observat în urmă cu douăzeci de ani că legile fizicii nu vor împiedica reducerea dimensiunii dispozitivelor de calcul până când „până când biții ating dimensiunea atomilor și comportamentul cuantic devine dominant”. O altă problemă care indică asta tehnologie modernă Crearea computerelor devine învechită - aceasta este problema abordării limitei de viteză. Astfel, mediile de calcul moderne pot găzdui milioane de înregistrări cărora algoritmii de căutare existenți nu le mai pot face față.

Acest lucru a dus la o creștere a performanței computerului în ansamblu. Punctul de plecare al tuturor „descoperirilor tehnologice” în tehnologia computerelor sunt descoperirile din științele de bază, cum ar fi fizica și chimia.

În informatică are loc o periodizare a dezvoltării electronicii calculatoare. Un calculator este clasificat într-o generație sau alta în funcție de tipul de elemente principale utilizate în el sau de tehnologia de fabricație a acestora.

O analiză a istoriei creării computerelor a arătat că în dezvoltarea tehnologiei informatice a existat o tendință de a reduce dimensiunea elementelor cheie și de a crește viteza de comutare a acestora. Am luat ca bază teoria a cinci generații de calculatoare în loc de șase, pentru că Credem că ne aflăm la trecerea dintre a patra și a cincea generație.

Unul dintre primii elemente chimice găsit în istoria computerelor este germaniul. germaniu unul dintre cele mai importante elemente pentru progresul tehnologic, deoarece, alături de siliciu, germaniul a devenit cel mai important material semiconductor.

De aspect germaniul poate fi ușor confundat cu siliciul. Aceste elemente nu sunt doar concurenți care pretind a fi principalul material semiconductor, ci și analogi. Cu toate acestea, în ciuda asemănării multor proprietăți tehnice, este destul de simplu să distingem un lingou de germaniu de unul de siliciu: germaniul este de două ori mai greu decât siliciul.

Formal, un semiconductor este o substanță cu o rezistivitate de la miimi la milioane de ohmi pe 1 cm.

Sensibilitatea germaniului nu numai la influențele externe este remarcabilă. Proprietățile germaniului sunt influențate în mare măsură de cantități mici de impurități. Nu mai puțin important natura chimica impurităţi.

Adăugarea unui element de grupa V face posibilă obținerea unui semiconductor cu o conductivitate de tip electronic. Așa se prepară GES (germaniu electronic dopat cu antimoniu). După ce a adăugat elementul III grup, vom crea un tip de găuri de conductivitate în el (cel mai adesea este GDH - găuri de germaniu dopat cu galiu).

Să ne amintim că „găurile” sunt locuri eliberate de electroni care s-au mutat la un alt nivel de energie. Un „apartament” eliberat de un migrant poate fi imediat ocupat de vecinul său, dar acesta avea și propriul apartament. Relocarile se fac una dupa alta, iar gaura se misca.

Combinația de regiuni cu conductivitate de electroni și orificii a stat la baza celor mai importante dispozitive semiconductoare - diode și tranzistoare.

Crearea diodelor a stat la bazaprima generație de calculatoarebazat pe tuburi cu vid în anii 40. Acestea sunt diode și triode în vid, care sunt balon de sticlă, in centrul caruia a fost asezat un filament de wolfram.

Tungsten sunt de obicei clasificate ca metale rare. Se deosebește de toate celelalte metale prin greutatea, duritatea și refractaritatea sa deosebită.

La începutul secolului al XX-lea. Filamentul de wolfram a început să fie folosit la becuri: permite ridicarea căldurii la 2200°C și are o eficiență luminoasă ridicată. Și în această calitate, tungstenul este absolut indispensabil astăzi. Indispensabilitatea wolframului în această zonă se explică nu numai prin refractaritatea sa, ci și prin ductilitate. Dintr-un kilogram de wolfram se trage un fir de 3,5 km lungime,aceste. Acest kilogram este suficient pentru a face filamentele a 23 de mii de becuri de 60 de wați. Datorită acestei proprietăți, industria electrică globală consumă doar aproximativ 100 de tone de wolfram pe an.

Umplutura electronica UNIVAC erau peste 5.000 de tuburi cu vid. Memoria de pe baloane cu mercur a făcut posibilă stocarea informațiilor de până la un kilobyte și jumătate. Cel mai notabil element din designul UNIVAC a fost o unitate specială care a permis ca informațiile să fie scrise și citite de pe bandă magnetică. Utilizarea unui tub cu vid ca element principal al unui computer a creat multe probleme. Datorită faptului că înălțimea lămpii de sticlă este de 7 cm, mașinile erau uriașe. La fiecare 7-8 min. una dintre lămpi se defecta și, deoarece erau 15 - 20 de mii de ele în computer, a fost nevoie de mult timp pentru a găsi și înlocui lampa deteriorată. În plus, au generat o cantitate uriașă de căldură și erau necesare sisteme speciale de răcire pentru a opera un computer „modern” din acea vreme.

Apariția primei generații de calculatoare a fost posibilă datorită a trei inovații tehnice: tuburi cu vid de electroni, codificare digitală a informațiilor și crearea de dispozitive de memorie artificială folosind tuburi electrostatice.

În a doua generație de calculatoarefolosit în locul tuburilor cu vid tranzistoare, inventat în 1948. Era un dispozitiv punct-contact în care trei „antene” metalice erau în contact cu o bară de germaniu policristalin. S-a obţinut germaniu policristalintopind indiul pe ambele părți ale plăcii hidroelectrice. Toate zonele necesită germaniu de o puritate foarte mare - fizică și chimică. Pentru a realiza acest lucru, se cultivă germaniu monocristalin: întregul lingou este un singur cristal.

Tranzistoarele erau mai fiabile, durabile și aveau memorie RAM mare.

Odată cu inventarea tranzistorului și utilizarea noilor tehnologii de stocare a memoriei, a devenit posibilă reducerea semnificativă a dimensiunii computerelor, a le face mai rapide și mai fiabile și a crește semnificativ capacitatea de memorie a computerelor.

Așa cum apariția tranzistorilor a dus la crearea celei de-a doua generații de calculatoare, aparițiacircuite integratea marcat o nouă etapă în dezvoltarea tehnologiei de calcul – naștereamașini de a treia generație.

Un circuit integrat, numit și cip, este un circuit electronic în miniatură gravat pe suprafața unui cristal de siliciu cu o suprafață de aproximativ 10 mm. 2 . Până în 1965, majoritatea dispozitivelor semiconductoare au fost fabricate pe bază de germaniu. Dar în anii următori, procesul de deplasare treptată a germaniului a început să se dezvolte. siliciu . Acest element este al doilea cel mai abundent pe Pământ, după oxigen. Nu este ideal, ci pur și simplu siliciul de înaltă puritate și ultra-pur a devenit cel mai important material semiconductor. La o temperatură diferită de zero absolut, ia naștere propria conductivitate, iar purtătorii de curent electric nu sunt doar electroni liberi, ci și așa-numitele găuri - locuri abandonate de electroni.

Prin introducerea anumitor aditivi de aliere în siliciul ultra-pur, în acesta se creează conductivitate de un tip sau altul. Adăugările de elemente ale celui de-al treilea grup al tabelului periodic duc la crearea conductibilității găurii, iar al cincilea - electronic.

Dispozitive semiconductoare din siliciuSe compară favorabil cu cele cu germaniu, în primul rând prin performanțe mai bune la temperaturi ridicate și curenți inversi mai mici. Un mare avantaj al siliciului a fost rezistența dioxidului său la influențele externe. Acesta a făcut posibilă crearea celei mai avansate tehnologii plane pentru producția de dispozitive semiconductoare, care constă în încălzirea unei plachete de siliciu în oxigen sau un amestec de oxigen și vapori de apă și acoperirea acesteia cu un strat protector de SiO 2 .

Gravarea apoi în în locurile potrivite„ferestre”, prin care se introduc impuritățile dopante, aici sunt conectate și contacte, iar dispozitivul în ansamblu este între timp protejat de influente externe. Pentru germaniu, o astfel de tehnologie nu este încă posibilă: stabilitatea dioxidului său este insuficientă.

Sub atacul siliciului, arseniurii de galiu și a altor semiconductori, germaniul și-a pierdut poziția de principal material semiconductor. În 1968, Statele Unite produceau deja mult mai mulți tranzistori cu siliciu decât cei cu germaniu.

O placă mică de material cristalin care măsoară aproximativ 1 mm 2 se transformă într-un dispozitiv electronic extrem de complex, echivalent cu o unitate radio formată din 50-100 sau mai multe părți obișnuite. Este capabil să amplifice sau să genereze semnale și să îndeplinească multe alte funcții radio.

Primele circuite integrate (CI) au apărut în 1964. Apariția IP-ului a însemnat o adevărată revoluție în tehnologia de calcul. La urma urmei, el singur este capabil să înlocuiască mii de tranzistori, fiecare dintre care, la rândul său, a înlocuit deja 40 de tuburi vidate. Performanța calculatoarelor din generația a treia a crescut de 100 de ori, iar dimensiunile au scăzut semnificativ. În același timp, a apărut memoria semiconductoare, care este încă folosită în calculatoare personale ca una operaţională.

A apărut ideea unui circuit integrat - un cristal de siliciu pe care sunt montate tranzistoare miniaturale și alte elemente. În același an, a apărut prima probă de circuit integrat, care conține cinci elemente tranzistoare pe un cristal de germaniu. Oamenii de știință au învățat rapid să plaseze pe unul circuit integrat mai întâi zeci, apoi sute și mai multe elemente de tranzistor. Calculatoarele din a treia generație funcționau la viteze de până la un milion de operații pe secundă.

De la mijlocul anilor '70, au existat din ce în ce mai puține inovații fundamentale în informatică. Progresul este în mare parte pe linia dedezvoltarea a ceea ce a fost deja inventat și inventat, în primul rând, prin creșterea puterii și miniaturizării bazei elementului și a computerelor în sine.

La începutul anilor 70. s-a încercat să se afle dacă este posibil să se plaseze mai mult de un circuit integrat pe un singur cip. Dezvoltarea microelectronicii a dus la creareaa patra generațiemașinile și aparițiacircuite integrate mari. A devenit posibil să plasați mii de circuite integrate pe un singur cip.

Acest lucru a făcut posibilă combinarea majorității componentelor computerului într-o singură piesă în miniatură - ceea ce a făcut Intel în 1971, lansând primul microprocesor. A fost posibil să plasați unitatea centrală de procesare a unui computer mic pe un cip cu o suprafață de numai un sfert de inch pătrat (1,61 cm 2 ). Era microcalculatoarelor a început.

Circuitele integrate conțineau deja mii de tranzistori. Care este viteza unui microcomputer modern? Este de 10 ori mai mare decât viteza calculatoarelor din a treia generație pe circuite integrate, de 1000 de ori mai mare decât viteza computerelor din a doua generație pe tranzistori și de 100.000 de ori mai mare decât viteza computerelor din prima generație pe tuburi vidate.

Prin urmare, sunt necesare computere cu caracteristici de viteză mai mare. Prin urmare, experții din întreaga lume au acceptat provocarea de a rezolva această problemă prin crearea unui sistem de calcul al viitorului. Dezvoltarea experimentală a unui computer cuantic este în prezent în curs de desfășurare.biocalculator, neurocalculator, computer optic, computer probabilistic de nanoelectronica, nanocomputer, nanoroboți, automate mecanice moleculare, materiale semiconductoare la temperatură înaltă.