Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
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 Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Могут ли земные микробы путешествовать между планетами внутри метеоритов и регулярно попадать в венерианские облака? Если да, то возможное обнаружение жизни на соседней планете нельзя будет автоматически считать доказательством «второго происхождения жизни», поскольку она может оказаться космическим мигрантом.
Применив современные технологии, исследователи смогли рассчитать, сколько заплатил владелец роскошной виллы в Помпеях за то, чтобы покрасить свое домашнее святилище одним из самых дорогостоящих пигментов Античности — египетским синим. Оказалось, тот не поскупился и потратил на краску сумму, почти равную годовой зарплате римского легионера.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Международная команда палеонтологов развенчала статус окаменелости Pohlsepia mazonensis, которая с 2000 года считалась древнейшим осьминогом на земле. Сканирование выявило внутри породы скрытый зубчатый аппарат (радулу). Его строение показывает, что перед учеными не осьминог, а окаменевшие остатки сгнившего наутилуса. Это открытие сдвигает появление первых осьминогов на 150 миллионов лет вперед и заставляет пересмотреть молекулярные часы эволюции головоногих.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
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