Жоспары: 1. Алмазоидтар

2. Газ гидраттары

3. Газдардағы кластерлер

1.Алмазоидтар

Алмазоидтар-көміртек атомдары алмаздағыдай тетраэдрлік кеңістіктік торды құрайтын көмірсутектер [8]. Алмаздың ерекше қасиеттері ежелден ғалымдардың назарын аударған. Біріншіден, алмаздың кристалдық торындағы әрбір көміртек атомы басқа төрт атоммен күшті C-C коваленттік байланыстарымен байланысқандықтан, алмаз керемет беріктікке ие. Ол шамамен 1050 ГПа қысымға және 1800°C-тан жоғары температураға төтеп бере алады. Екіншіден, бұл қымбат кристалл көміртек атомдарынан тұрады – Жер бетінде кең таралған элемент, ол сонымен қатар мұнай, табиғи газ, ағаш, көмір, графит және т.б. нәтижесінде арзан көміртекті қосылыстардан жасанды Гауһар алу әдістері жасалды.

Нанотехнологияның дамуымен нанометрлік Гауһар бөлшектерді алуға қызығушылық артты және гауһар тастардың болуы идеясы пайда болды – оның тетраэдрлік құрылымын толығымен қайталайтын макроскопиялық Гауһар кристалын құрайтын ең кішкентай кірпіштер. Мұндай қарапайым молекулалық кірпіштер адамантан (C10H16), диамантан (C14H20) және триамантан (С18Н24) (сурет. I.23).

Алмазоидтардан жасалған кез-келген заттың қаттылығы болатқа қарағанда әлдеқайда жоғары, балқу температурасы жоғары болады және басқа материалдардың аналогтарына қарағанда әлдеқайда жеңіл болады деп болжанған. Ұзақ уақыт бойы бұл қосылыстар гипотетикалық молекулалар болып саналды, өйткені оларды қоршаған ортадан оқшаулауға да, термохимиялық синтез әдістерімен алуға да болмайды. Бірақ 1957 жылы олар табиғатта шикі мұнайдан табылды. Алмазға жақын сипаттамаларына байланысты алмазоидтың адам өмірінің әртүрлі салаларында қолдану аясы кең. Бұл, ең алдымен, микро және наноэлектроника, медицина, машина жасау, металл өңдеу, қозғалтқыш жасау, авиация, көлік. Олардың кейбірін қысқаша қарастырайық. Наноалмаз және алмазоидты пленкалар әртүрлі электроника құрылғыларында, MEMS және NEMS құрылғыларында, далалық транзисторларда, катодты сәулелік құрылғыларда және оптикалық компьютерлерде қолданудың кең перспективаларына ие. Наноалмаздардың негізгі заманауи қосымшаларының бірі-Электроника, радиотехника, оптика, медицина, машина жасау, зергерлік бұйымдар өнеркәсібіне арналған электронды және оптикалық материалдарды Жылтырату. Наноалмаздарға негізделген композициялар кез-келген геометриялық пішіндегі қатты денелердің мінсіз айна бетін алуға мүмкіндік береді, ақаулары мен дислокациясы жоқ, рельефтің кедір-бұдырының биіктігі 2-8 нм.

Наноалмаздарды қолдану микро-пішінді және жылтырататын қосылыстардың, майлау майларының, абразивті құралдардың, полимерлі Композиттердің, резеңкелер мен каучуктың, магниттік жазу жүйелерінің сапасын едәуір жақсартады. Наноалмастарды полимерлерге, резеңкелерге және пластмассаларға енгізу олардың беріктігі мен тозуға төзімділігін арттырады. Тесуге және температураның өзгеруіне төзімді" Гауһар " шиналары бүгінде Қиыр Солтүстікте де, ыстық шөлдерде де жақсы жұмыс істейді. Наноалмаздар майлағыштарда, майларда және салқындатқыштарда қолданылады. Майларда наноалмаздарды қолдану Қозғалтқыштар мен беріліс қорабының қызмет ету мерзімін арттырады. Алмазоид болашақта медициналық нано құралдар мен нанороботтар жасалуы мүмкін материалдар тізіміндегі бірінші үміткер болып табылады (сурет. I.24). Олардың қызметі негізінен дененің ішінде өндірілетіндіктен, олардың беті дененің тіндері мен жасушаларымен толық биоүйлесімді болуы керек. Кәдімгі Гауһар басқа заттармен салыстырғанда жоғары биоүйлесімділікке ие екені белгілі. Протездер мен имплантанттардың салыстырмалы түрде дөрекі Гауһар бетінің клиникалық сынақтары оның химиялық инертті, жасушалар үшін улы емес, лейкоциттер "өзіндік" деп қабылдайтынын және қабыну немесе патогендік процестерді тудырмайтынын көрсетті. Мүмкін, өзінің ерекше сипаттамаларына байланысты алмазоид ХХІ ғасырдың әмбебап және арзан материалына айналады.

2. Газ гидраттары

Газ гидраттары (сонымен қатар табиғи газ гидраттары немесе клатраттар) — су мен газдан белгілі бір термобариялық жағдайларда түзілетін кристалды қосылыстар. "Клатрат" атауы (лат. clathratus - "торға отырғызу"), 1948 жылы Пауэлл берген. Газ гидраттары стехиометриялық емес қосылыстарға, яғни ауыспалы құрамдағы қосылыстарға жатады. Алғаш рет газ гидраттары (күкіртті газ және хлор) XVIII ғасырдың аяғында байқалды Дж. Пристли, Б. Пелетье және В. Карстен. Газ гидраттарының алғашқы сипаттамаларын келтірді Дэви 1810 жылы (хлор гидраты). 1823 жылы Фарадей хлор гидратының құрамын шамамен анықтады, 1829 жылы Левитт бром гидратын тапты, ал 1840 жылы Веллер H2S гидратын алу.

1888 жылға қарай П. Виллар CH4, C2H6, C2H4, C2H2 және N2O гидраттарын алады. газ гидраттарының Клатраттық табиғаты 1950 жылы расталды. Стакельберг пен Мюллердің рентгендік құрылымдық зерттеулерінен кейін, Полинг, клауссеннің жұмыстары.

1940 жылдары Кеңес ғалымдары мәңгі мұз аймағында (Свифт, Мохнаткин, Черский) газ гидраттарының кен орындарының болуы туралы гипотеза жасады. 1960 жылы олар КСРО-ның солтүстігінде газ гидраттарының алғашқы кен орындарын тапты, сонымен бірге табиғи жағдайда гидраттардың пайда болуы мен өмір сүру мүмкіндігі зертханалық жолмен табылады (Макогон).

Осы сәттен бастап газ гидраттары әлеуетті отын көзі ретінде қарастырыла бастайды (сурет. I.25). Әр түрлі бағалаулар бойынша гидраттардағы көмірсутектер қоры 1.8·1014-тен 7.6·1018 м3 құрайды. Олардың мұхиттарда және материктердің криолитозонында кең таралуы, температураның жоғарылауы мен қысымның төмендеуіндегі тұрақсыздық анықталды.

1969 жылы Сібірде Мессоях кен орнын игеру басталды, онда табиғи газды гидраттардан кездейсоқ жолмен тікелей алу мүмкін болды деп есептеледі.

Табиғи газ гидраттары метастабильді минерал болып табылады, оның түзілуі мен ыдырауы температураға, қысымға, газ бен судың химиялық құрамына, кеуекті ортаның қасиеттеріне және т. б. байланысты.

Клатрат құрылымының арқасында газ гидратының бірлік көлемінде таза газдың 160-180 көлеміне дейін болуы мүмкін. Гидраттың тығыздығы су мен мұздың тығыздығынан төмен(метан гидраты үшін шамамен 900 кг / м3).

Температура мен қысым төмендеген кезде гидрат газ бен суға ыдырап, көп мөлшерде жылу сіңіріледі. Гидраттың жабық көлемде немесе кеуекті ортада ыдырауы (табиғи жағдайлар) қысымның айтарлықтай жоғарылауына әкеледі.

Кристаллогидраттар жоғары электр кедергісіне ие, дыбысты жақсы өткізеді және су мен газдың бос молекулаларына іс жүзінде өтпейді. Олар әдеттен тыс төмен жылу өткізгіштігімен сипатталады (273 к метан гидраты үшін мұздан бес есе төмен).

Газ гидраттарының кристалдық модификациясы

Су молекуласының газ гидраттарының құрылымындағы газ гидраттарының кристалдық модификациялары қуыстары бар ашық қаңқаны (яғни, иесінің торын) құрайды. Жақтау қуыстары әдетте 12 - ("кіші"қуыстар), 14 -, 16-және 20-қырлы ("үлкен" қуыстар) болып табылады, олар идеалды пішінге қатысты аздап деформацияланған (сурет. I.26). Бұл қуыстар газ молекулаларын алады ("қонақтар молекулалары"). Газ молекулалары Ван-дер-Ваальс байланыстары арқылы су қаңқасымен байланысады. Жалпы алғанда, газ гидраттарының құрамы m·n * h формуласымен сипатталады 2о, мұндағы М-газ-гидрат түзуші молекула, n-Бір газ молекуласына келетін су молекулаларының саны, ал N — гидрат түзуші түріне, қысым мен температураға байланысты өзгермелі сан.

Бір-бірімен біріктірілген қуыстар әртүрлі типтегі үздіксіз құрылымды құрайды. Қабылданған классификация бойынша олар КС, КО, ГС деп аталады — сәйкесінше текше, тетрагональды және алтыбұрышты құрылым. Табиғатта КС-I, КС-II типті гидраттар жиі кездеседі, ал қалғандары сирек кездеседі.

Теңіз суын тұщыландыру үшін газ гидраттары қолданылады. Газдарды сақтау үшін гидраттарды қолдануға болады. Парниктік газдарды мұхит түбіне гидраттар түрінде көму бойынша ұсыныстар бар.

Қазір жүргізіліп жатқан зерттеулердің негізгі мақсаты жаһандық жылыну жағдайындағы гидрат кен орындарының тұрақтылығын және өнеркәсіптік игеру әрекеттерін зерттеу, сондай-ақ газ гидраттарынан көмірсутектерді өндірудің тиімді және қауіпсіз әдістерін іздеу болып табылады.

Газ құбырлары мен мұнай ұңғымаларының ұңғымаларында гидраттардың пайда болу процестерін зерттеуге, сондай-ақ олармен күресу шараларына арналған қолданбалы және техникалық сипаттағы жұмыстар ерекше.

3. Газдардағы кластерлер

Қазіргі уақытта Жердің жаһандық температурасының жоғарылау жылдамдығы және парниктік газдар концентрациясының жоғарылау жылдамдығы барлық ерте жылыну кезеңдерінің сәйкес сипаттамаларынан асып түседі [10]. Атмосферадағы су буының кластерленуі Жер атмосферасының жылу тепе-теңдігін орнатуға әсер ететін фактор болып табылады. Атмосфералық ылғал дисперсті күйде болуы мүмкін, яғни молекулалар сутегі байланысы арқылы байланысатын кластерлер мен ұсақ тамшылар түрінде. Дамыған бетінің және үзілген сутектік байланыстардың көп болуының арқасында Ультрадисперсті су жүйесі атмосфераның әртүрлі жеңіл компоненттерін, соның ішінде кейбір парниктік газдардың электрлік бейтарап молекулаларын сіңіре алады.

Суретте. I. 27 кластер конфигурациялары (H2O)20 және (H2O)90, 20 PS уақытына қатысты көрсетілген. Екі Агрегатта да орталықтағы молекулалардың тығыздығы периферияға қарағанда жоғары екендігі байқалады. Алайда, (H2O)20 кластері жағдайында бірнеше молекулалар оны тастап кетуге тырысады, ал (H2O)90 кластерінде молекулалардың булану тенденциясы байқалмайды, оның пішіні сфералық формаға жақын. Екі кластердің құрылымы тұрақты емес. Су кластерлерінің термиялық тұрақтылығы молекулалар қосылған сайын төмендейді, ал механикалық, керісінше, артады. Парниктік газдар Co, NO, CO2 және N2O молекулалары бар су кластерлерінің қасиеттерін зерттеу іс жүзінде маңыздырақ.

Суретте. I. 28 құрамында 10 су молекуласы және 10 СО2 және N2O молекуласы бар кластерлердің соңғы конфигурациялары көрсетілген. N2O молекулалары су ядросына қатысты біркелкі орналасады, олардың бір бөлігі кластерге терең еніп, бір бөлігі бетінде қалады. Ал CO2 молекулалары су молекулаларымен толығымен араласады, осылайша көмірқышқыл газының суда жақсы ерігіштігін көрсетеді. Co және NO молекулалары сіңген жағдайда, олардың көпшілігі кластер бетіне жатады.