Кислородные бомбы: в Сколтехе нашли мощную альтернативу тротилу
Ученые из Сколтеха исследовали разнообразие молекул, которые могут образовываться из атомов кислорода и углерода. Помимо широко известных углекислого и угарного газов, моделирование обнаружило две сотни экзотических, но относительно стабильных соединений этих двух элементов, многие из которых не были описаны ранее. Этот класс веществ представляет интерес для исследований космоса, аккумуляторных технологий, биохимии и — неожиданным образом — для разработки промышленной взрывчатки и ракетного топлива. Как оказалось, некоторые из открытых веществ при распаде будут высвобождать более 75 процентов взрывной энергии тротила.
Работа опубликована в журнале Materials Today Energy и поддержана Российским научным фондом. Вещества с высокой плотностью энергии — это химические соединения, которые вступают в реакции с выделением большого количества энергии на единицу массы, в том числе взрывчатки и ракетное топливо. Ученые исследуют вещества этого класса в поиске соединений, которые несут в себе больше энергии, чем традиционные азот-содержащие взрывчатые вещества вроде тротила и компоненты топлива типа перхлората аммония. В своей новой работе, посвященной оксидам углерода, или оксокарбонам, ученые из Сколтеха обнаружили взрывную химию, в которой нет ни грамма азота.
«Начнем с того, почему многие вещества с высокой плотностью энергии замешаны на азотной химии. В химических реакциях атомы азота стремятся принять чрезвычайно устойчивую конфигурацию — образовать двухатомную молекулу N₂ газообразного азота. Переход в это энергетически выгодное состояние высвобождает большое количество энергии», — рассказывает первый автор исследования Елизавета Ванеева, студентка магистратуры Сколтеха по программе «Материаловедение».
«И существовало предположение: если известно, что в молекуле угарного газа CO энергия связи даже чуть больше, значит, можно найти соединение, у которого среди продуктов распада есть угарный газ, и такая реакция будет высвобождать еще больше энергии, — продолжает Ванеева. — Оказалось, что некоторые из рассмотренных нами оксидов углерода высвобождают при полном распаде вплоть до 81% энергии тротила, только с выделением углекислого, а не угарного газа».
Научный коллектив столкнулся с целым «молекулярным зоопарком» из 224 оксокарбонов, из которых только 78 описаны в ранее опубликованных исследованиях, а подробно исследованы — и того меньше. В числе прочего нашлось 32 соединения, удовлетворяющих двум условиям: взрывной потенциал и перспектива синтеза. Среди них C₄O₈ и C₄O₉, а также впервые описанные C₆O₁₂ и C₆O₁₃ — все четыре оксида несут в себе не меньше 75% взрывной мощи тротила; рекордный 81% высвобождает молекула C₄O₉.
Графический абстракт исследования: некоторые из возможных соединений углерода и кислорода в порядке увеличения доли кислорода. Ограничение: не более 16 атомов кислорода, от нуля атомов того и другого элемента / © Елизавета Ванеева и другие, Materials Today Energy
Научный руководитель исследования, заслуженный профессор Сколтеха Артем Оганов, который заведует в институте Лабораторией дизайна материалов, поясняет теоретическую значимость работы: «Мы имеем дело с необычной молекулярной химией. Принято считать, что молекулы изучены лучше, чем кристаллы. Но здесь мы видим обратное. Вариативность химического состава кристаллов очень ограничена. Молекулы же, наоборот, демонстрируют большое разнообразие. Тем не менее даже среди молекул не все возможные на бумаге составы будут реализовываться в природе. Мы объяснили почему и предсказали ряд соединений, которые, вероятно, будут найдены».
Предложенное объяснение опирается на идею «магических чисел» из ядерной физики — они соответствуют особо устойчивым конфигурациям атомных ядер. В случае с химическими соединениями «магические» формулы описывают те из них, в которых суммарная энергия связей между атомами в составе молекулы больше, чем у «соседей» — похожих по составу молекул с одним недостающим или одним дополнительным атомом углерода либо кислорода. Именно такие молекулы приводятся в исследовании Сколтеха — будучи относительно стабильными, они имеют повышенную вероятность образования как в природе, так и в лабораторных условиях.
Оксокарбоны имеют потенциал для ряда приложений, в том числе высокотехнологичной энергетики, электродных материалов для литий-ионных батарей, биохимических и космических исследований. Химия этих веществ важна для анализа продуктов сгорания углеводородных видов топлива, таких как керосин, этанол и диметиловый эфир. Предполагается, что оксокарбоны могут быть найдены в межзвездной среде и в атмосферах планет, что делает их объектом астрофизических исследований. Однако пока этот класс веществ остается недостаточно изученным, если не считать классических молекул углекислого и угарного газов и некоторых других. Ученые из Сколтеха сделали шаг к тому, чтобы это исправить.
Telegram 
Дзен 
VK Эффект Даннинга — Крюгера, который описывает резкий всплеск уверенности в своих силах у новичков и такое же стремительное ее падение при наборе опыта, объясняется особенностями процесса обучения и набора новых знаний. К такому выводу пришли сотрудник факультета экономических наук НИУ ВШЭ Андрей Ворчик вместе с независимым исследователем Муратом Мамышевым. Они разработали математическую модель процесса обучения и показали, как формируется и изменяется субъективная уверенность по мере накопления знаний и как преподаватель может уменьшить «долину отчаяния» для ученика.
Чтение в дошкольном возрасте — это важная часть обучения, общения и воспитания. Оно помогает понимать смысл, задавать вопросы, удерживать внимание и постепенно входить в культуру общения с книгой. Кроме того, для маленького ребенка это новый способ взаимодействия с родителем. Сегодня эта тема особенно актуальна, потому что интерес детей к чтению снижается, а книги все чаще не выдерживают конкуренции с яркими видеоформатами. На рынке появляются книги с интерактивными элементами или элементами дополненной реальности: оживающие картинки, запахи, звуки.
Новое исследование, проведенное на большой выборке взрослых жителей США, показало, что чем больше в рационе питания продуктов с высоким содержанием фолатов, магния, селена и клетчатки, тем ниже риск депрессии, и наоборот.
Китайский аппарат Tianwen-1, находясь на орбите Марса, снял 3I/ATLAS с редкого ракурса вне плоскости орбиты межзвездной кометы. Наблюдение и моделирование показали, что кому кометы заполняют крупные частицы размером в сотни микрометров, выбрасываемые с массовым расходом примерно тонна в секунду.
Команда археологов в составе младшего научного сотрудника Отдела славяно-финской археологии ИИМК РАН Натальи Григорьевой и археозоологов Института экологии растений и животных УрО РАН Ольги Бачуры и Татьяны Лобановой завершила комплексное исследование коллекции костей животных из раскопок поселения на Земляном городище Старой Ладоги (Ленинградская область). В ходе работы удалось проследить изменения системы хозяйства жителей на протяжении почти 10 веков.
Новое исследование, проведенное на большой выборке взрослых жителей США, показало, что чем больше в рационе питания продуктов с высоким содержанием фолатов, магния, селена и клетчатки, тем ниже риск депрессии, и наоборот.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Спустя два с половиной года после того, как подводный аппарат обнаружил на дне залива Аляска загадочный «золотой шар», ученым, наконец, удалось разобраться в природе этого объекта. Они пришли к выводу, что это отброшенная часть оболочки или основания гигантской глубоководной актинии.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно