Н.А. Семихатов - советский инженер-конструктор, учёный в области теории, методологии проектирования, экспериментальной обработки и изготовления систем автоматизации и управления движущихся объектов и сложных технологических процессов.

В работе рассматриваются основные этапы биографии Н.А. Семихатова, приводятся значительные или важные события, в которых он принимал участие, оцениваютсярезультаты деятельности, их значение для современности.

Целью работы является анализ основных достижений. Поставлены следующие задачи: изучить литературу и источники информации в интернете по избранной теме; представить информацию в виде таблицы. Объектом исследования является жизнь и деятельность академика Н.А. Семихатова. В качестве предмета исследования выбраны научно-теоретическая, практическая, преподавательская, общественная деятельность академика Н.А. Семихатова.

Оригинальность работы заключается в том, что информация представлена в виде таблицы.

 1.Основные этапы биографии

Николай Александрович Семихатов родился 10 декабря 1918 года в селе Полчаниновка Саратовской области. Он родился в полной, дружной и трудолюбивой семье.

Отец Александр Николаевич (1832-1956), предки которого были потомственными священниками, стал известным российским гидрогеологом, доктором геолого-минералогических наук, профессором, заслуженным деятелем науки и техники РСФСР. Мать Софья Викторовна (1879-1973), имея дворянское происхождение, стала первой женщиной-геологом, доктором геолого-минералогических наук, профессором, заслуженным деятелем науки РСФСР.

В семье были еще младшие дети: брат Михаил Александрович, ставший академиком РАН, доктором геолого-минералогических наук, и сестра Ольга Александровна, доктор биологических наук, главный научный секретарь ботанического сада Санкт-Петербурга.

Николай Семихатов не пошел «проторенной» родителями дорогой в геологию, а выбрал свою профессию. Еще в детстве у Николая Александровича проявилась техническая направленность. Ему все время хотелось что-то создавать, конструировать, он интересовался механизмами, изучал их строение. После окончания школы он поступил в Московский энергетический институт на электрофизический факультет.

Во время учебы в Московского энергетического института (МЭИ) летом 1941 г. был мобилизован на строительство оборонительных сооружений в районе Вязьмы. Затем эвакуирован на Алтай. В 1942 году после окончания электрофизического факультета МЭИ работал инженером НИИ, занимавшегося системами управления оборонной техники, в Барнауле. Участник Великой Отечественной войны. В сентябре 1942 года добровольцем ушел на фронт; в должности командира огневого взвода воевал на Западном, Ленинградском и Втором Украинском фронтах. Служил в составе 5-й гвардейской артиллерийской дивизии РГК. Четырежды ранен, награжден боевыми орденами и медалями. До 1946 г. проходил службу в Южной группе войск, после чего вернулся в Москву.

С 1946 г. работал на конструкторских и инженерных должностях в НИИ-885 в отделе возглавляемом Н.А.Пилюгиным: старший инженер, затем был назначен руководителем научно-исследовательской группы, старшим научным сотрудником.

Осваивал опыт трофейной ракетной техники. С 1947 г. принимал участие в испытаниях немецких ракет А-4 («Фау-2»).

Под его руководством разрабатывались счетно-решающие приборы для систем управления отечественных ракетных комплексов. При его участии закладывались теоретические и практические основы специальных СУ для баллистических ракет. С 1953 г. главный инженер и главный конструктор СКБ-626. В 1958 г. назначается главным инженером и научным руководителем НИИ-592, в который преобразовано Специальное конструкторское бюро № 626. В 1959 году ему присвоена ученая степень кандидата технических наук. С 1968 по 1978 годы он - главный конструктор, первый заместитель директора НИИ автоматики по научной работе. Руководитель и участник разработки вооружения ВМФ. В 1976 году ему присуждена ученая степень доктора технических наук. С 1978 года Н.А.Семихатов - главный конструктор - первый заместитель генерального директора НПО автоматики. В 1981 году ему присвоено ученое звание профессора. Под его руководством созданы системы управления БРПЛ. Закончил Свердловский Институт управления. С 1993 г. советник генерального директора НПО автоматики.

В 1984 г. избран член-корреспондентом АН СССР, с 1992 - академик Российской Академии наук. Н.А.Семихатов - член бюро научного совета РАН по проблемам движения и навигации, где возглавляет секцию, член Уральского физического общества, нескольких научных советов, из ран действительным членом нескольких отраслевых академий России. Автор научных трудов и изобретений по проблемам развития систем управления и вычислительной техники. Автор более 400 научных трудов и изобретений. С 1976 года заведует кафедрой в Уральском политехническом институте. Под его руководством защищено 5 докторских и 46 кандидатских диссертаций. Почетный гражданин Свердловской области.

В течение 30 лет Николай Александрович Семихатов был депутатом Октябрьского районного и Свердловского городского Советов народных депутатов.

2.Семья, увлечения, черты характера

По примеру своих любимых родителей, «женился единожды и на всю жизнь»[7]. Жена Ариадна Владимировна была врачом-рентгенологом. Любимая жена, поставившая на первое место семью, а не карьеру, и двое сыновей создали надежный «тыл», необходимый для спокойного погружения в работу. Для сыновей отец был «образцом для подражания»[10]. Ариадна Владимировна и Николай Александрович прожили долгую совместную (47 лет) и счастливую жизнь как одно целое, на одном дыхании.

Н.А. Семихатов был разносторонне развитой личностью, не зацикленной только на своей работе.

Интересно, что Семихатов был заядлый автолюбитель и водил машину до 82 лет. Также увлекался фотографией, классической музыкой, поэзией, бардовскими песнями, умел шутить и придумывать розыгрыши. «Его интересовало все новое в науке и технике, промышленности, а также в политике и окружающем среде»[10]. Умел ценить время и правильно организовывать свои дела, потому и многое успевал.

Умел дружить. Примером можно считать дружбу с академиком В.П. Макеевым, с которым были соратниками и единомышленниками, понимали и уважали друг друга.

Многочисленые источники дают возможность составить портрет этого яркого человека и талантливого учёного.

Это был высокого роста стройный и красивый мужчина с «шевелюрой, подпирающей косяк двери, здоровый и сильный, хмуроват, со строгим взглядом»[10]. Можно выделить такие черты, присущие Семихатову: энергичный, активный, неравнодушный, настойчивый и упорный в достижении целей, обладающий твердым характером, с творческим подходом в поиске новых путей, аккуратный, умеет искать и признавать ошибки, «четко излагающий свои мысли»[11], профессионал, преданный своему делу, «неразговорчивый, очень скромный человек»[10]. Порядочный, честный и заботливый, непафосный, незаносчивый; обладал огромным интеллектом, талантом, большой эрудицией техническими знаниями, незаурядными организаторскими способностями и хорошим вкусом; внимательный, с уважением относящийся к родным, близким и коллегам. Отзывчивый, энтузиаст с богатыми идеями и непримиримый к равнодушию.

Как руководитель был жестким, требующим точного выполнения порученного задания, не любил «разгильдяйства, расхлябанности и недисциплинированности»[10], «не терпел неточностей, расплывчатых, а то и просто абсурдных, по его выражению, формулировок»[11]. За это Николая Александровича уважали коллеги.

3.Главный конструктор систем управления БРПЛ

«Академик Семихатов всю свою сознательную жизнь занимался созданием баллистических ракет»[11].

Еще в 1942 году в НИИ-20 (г.Барнаул) Николай Александрович начал работать над созданием систем радиоуправления ракет, но война прервала его деятельность, к этой работе он вернулся только в 1946 году.

Работать по специальности инженера начал в Московском НИИ-885 под руководством Н.А.Пилюгина. Тогда он знакомился и изучал трофейные немецкие ракеты, а из их деталей пытался собрать собственные.

В середине 1953 г., его перевели в Свердловск в качестве главного конструктора в СКБ-626. Ему исполнилось 34 года. «Дело было новое, доселе неизведанное, и это возбуждало и придавало сил»[11]. Укрепление обороноспособности в те годы стало главной задачей страны. От правильно выполненной работы каждого предприятия зависел успех общего дела. Можно только представить, насколько ответственной была роль главного конструктора.

Что такое баллистическая ракета (далее БР)? «Это разновидность ракетного оружия. Большую часть полета совершает по баллистической траектории, т.е. находится в неуправляемом движении»[2]. А ракета – это «средство доставки к цели боеприпаса, в том числе ядерного» [7]. «Ядерный боеприпас – оружие взрывного действия, основанное на использовании ядерной энергии»[2]. Скорость и направление ракеты сообщаются системой управления (далее СУ) полетом.

СУ – это «комплекс приборов, устройств и агрегатов, предназначенных для контроля состояния, поддержания боевой готовности, подготовки пуска и управления полетом БР с целью поражения объектов противника»[3]. Носителем БР является подводная лодка (далее ПЛ). СУ БР образно можно сравнить с ее мозгом. И предстартовая подготовка, и управление в полете по определенной циклограмме – это ее задачи. Это значит, и тангаж, и рысканье , и определение по звездам или искусственным спутникам - за все в ответе бортовая СУ [11].

  • Академик Н. А. Семихатов неоднократно отмечал, что из всех инженерных систем, которые работают на оборону, подводная лодка является самой сложной и совершенной[11].

Основные характеристики ракетных комплексов подводных лодок с баллистическими ракетами показаны в Таблице 1 (Приложение).

Перед учеными стояли, казалось, невыполнимые задачи. Для того, чтобы ракета попадала точно в цель, надо было учесть качающееся движение ПЛ и характер движения цели, точное местонахождение их в момент пуска ракеты, управляемость и устойчивость ракеты при старте; размеры, масса СУ и ракеты должны быть сведены к минимуму. А еще «флот попросил конструкторов подумать о возможности поражать лодочной ракетой малоразмерные движущиеся цели»[11] (то есть надводные корабли).

Сам конструктор о поставленной страной задаче говорил: «Семихатов, надо сделать! Нам надо, чтобы лодка не всплывала и не обнаруживала себя, чтобы ракета стартовала из-под воды. Я не обсуждаю, можно это сделать или нет. Я говорю – мне для этого необходимо вот это и вот это. Выпускалось соответствующее постановление ЦК партии и Совмина, и нас оснащали всем необходимым»[8].

Семихатов предложил установить на борт ракеты цифровой вычислительный комплекс (далее ЦВК)[11]. Раньше эти ЦВК занимали много места. Необходимость уменьшить размеры и увеличить эффективность СУ стала главной задачей.

Первой ракетой Семихатова принято считать Р-11ФМ (разработка С.П. Королева на основе Р-11М для ПЛ, 1959 г.), хотя он только дорабатывал её СУ. Изменения были более чем серьезные, так как делалась новая система управления и прицеливания, а также обеспечивалась возможность ведения стрельбы при довольно сильном волнении моря с надводного положения ПЛ, т. е. при сильной качке. Она является и первой в мире стратегической ракетой, оснащенной ядерным зарядом.

Создание и усовершенствование новых возможностей СУ, так называемых «мозгов»[11] ракет, требовало терпения, дисциплины и ответственности. Помогало «умение искать и признавать ошибки и готовность проводить испытания, испытания и испытания, ровно столько, сколько нужно» [11].

С учетом полученного опыта ставились новые задачи, и начинался поиск решений. На многих этапах в разработке ракетно-ядерного арсенала СССР смог обогнать США, дать отпор и заставить уважать себя.

В дальнейшем стали появляться все более усовершенствованные ракеты: Р-13, Р-21, Р-27, Р-27У, Р-27К, Р-29, Р-29Р, Р-39, Р-29РМ, Р-39УТТХ«Барк», Р-29РМУ1, Р-29РКУ1, Р-29РМУ2«Синева» [2].

За 1959-1989 гг. созданы и сданы на вооружение СУ БР подлодок ВМФ и ряда оперативно-тактических ракет сухопутного базирования («Темп-С», Р-17).

В СУ БР морского базирования:

- обеспечены наведение и старт ракеты с подвижного основания подводной лодки в надводном положении (Р11ФМ, Р-13);

- обеспечена управляемость и устойчивость ракеты при старте с движущейся в подводном положении лодки (Р-27, Р-29), учитывая погодные условия;

- создана возможность выбора цели при круговом секторе (180 град.);

- решена задача боеготовности ракеты;

- усовершенствована точность попадания в цель (РСМ-54) за счет ЦВМ (цифровая вычислительная машина) по результатам и показаниям бортовой аппаратуры и системы астроориентации (по звездам) (Р-29, Р-29Р) и спутниковой ориентации (Р-29РМ, Р-29РМУ);

- обеспечена работоспособность СУ в условиях противодействия противника и стойкость к поражающим факторам ядерного взрыва;

- увеличены сроки эксплуатации СУ за счет новых материалов и покрытий;

- уменьшены габариты и масса СУ (вычислительная машина крепилась к борту ракеты) (Р-27К, Р-29);

- разработана СУ для ракеты на твердом топливе (Р-39);

- внедрены методы защиты от сбоев по внутренним и внешним причинам (Р-39);

- созданы образцы ракетной техники для успешного полета Ю.А.Гагарина в космическое пространство («Восток») [12].

Ракетно-ядерный потенциал страны выполняет «роль сдерживающего фактора в международных отношениях»[10], заставляет считаться с нашей страной. Благодаря возросшей мощи морских стратегических ядерных сил СССР, США согласились заключить с нами международные правовые акты ОСВ-1, ОСВ-2 (об ограничении стратегических наступательных вооружений). Поэтому, можно сказать, что деятельность главного конструктора «служила защите нашего государства и его граждан»[10].

Безусловно, создание БР морского базирования – дело коллективное, но правильно придумать, организовать и воплотить проект жизнь, напрямую зависит от грамотного и профессионального руководителя, каким и был Н.А.Семихатов.

По словам Н.А. Семихатова, «Главный конструктор – достаточно эрудированный инженер, который хорошо понимает общее развитие проблемы, который в определенной степени знает науку, знает производство, возможности этого производства, знает уровень этого производства. Наверное, главный конструктор должен тоже обладать определенными свойствами и возможностями увлекать за собой людей, потому что без этого ни одной большой проблемы решить, наверное, не удастся».

Для достижения успеха мало одного главного конструктора, нужен коллектив разработчиков, умеющих смело и масштабно мыслить. И такой коллектив создавался им постоянно и неуклонно. Одним из элементов воспитательной системы Н.А. Семихатова были еженедельные КТС (координационно-технические совещания), знаменитые в НПОА «Семихатовские вторники». Через эти «вторники» прошли практически все ведущие специалисты объединения. Главный конструктор не допускал докладов и выступлений по шпаргалкам, требовал доклады, что называется «из головы».

Николай Александрович говорил о своей должности так: «Я был главным конструктором СУ БР морского базирования. Это очень неприятная должность, хотя все думают, что это очень просто».

«Для Н.А. Семихатова и его коллектива в технике, особенно в той, которой он занимался, не было слова "невозможно"!» [4]

Николай Александрович – конструктор «с даром Божьим»[11], потому что надо было придумать то, чего раньше не было. Для этого необходимо обладать не только разносторонними знаниями, талантом, но и творческим началом. Академик Семихатов внес неоспоримый вклад в развитие этой отрасли, за что был неоднократно награжден орденами, медалями, Демидовской премией.

Он «научил ракеты летать».

4.Научно-производственное объединение автоматики (НПОА) им. Н.А.Семихатов 

Николай Александрович Семихатов – основоположник научной школы и конструкторского подхода к созданию систем управления ракетных комплексов. На протяжении сорока лет он занимал должность главного конструктора НПО автоматики, и с 2004 года это научно-производственное объединение носит имя Николая Александровича.

В сентябре 1941 г. на базе эвакуированного Киевского радиозавода был создан Союзный завод № 626, на котором во время войны изготавливались танковые переговорные устройства.

В 1946 г. с помощью оборудования, вывезенного из побежденной Германии, для нужд армии и населения на предприятии было освоено серийное производство репродукторов, радиоприемников, радиол cерии "Урал", самолетных и танковых переговорных устройств, приемных буквопечатающих аппаратов, измерителей помех.

В 1952 г. на предприятии образовано в качестве дублера Московского НИИ 885 специальное конструкторское бюро СКБ-626 для разработки и изготовления систем управления баллистическими ракетами.

В 1956 г. СКБ и радиозавод были преобразованы соответственно в Союзный НИИ и Опытный завод.

С этого времени на предприятии создаются первые системы управления оперативно-тактических ракет и ракет для вооружений подводных лодок различной модификации и комплектации:

СУ для ракетного комплекса ВМФ (первый в мире ракетный комплекс для подводных лодок) - 1959 г.;

СУ оперативно¬-тактической ракеты Советской армии (реконструированная ракета известна в мире как "Скад") - 1961 г.;

СУ для ракетного комплекса с ракетами, впервые в мире стартующими из-под воды, - 1962 г. [13].

В 1977 г. на базе НИИ автоматики и Завода автоматики создается Научно-производственное объединение автоматики с большим научно-техническим потенциалом и мощной экспериментальной, производственной и испытательной базой.

Впервые в Советском Союзе в бортовых системах управления ракетных комплексов и корабельной аппаратуре используются цифровые вычислительные машины, разработанные и внедренные в производство специалистами предприятия, впервые в мировой практике создаются системы управления с астрокоррекцией и коррекцией с помощью навигационных спутников Земли создаются системы, использующие информацию о рельефе местности. [13].

Изготовленное на предприятии оборудование установлено на подводных лодках класса "Мурена", "Дельта 4" ("Дельфин") и "Акула".

Практически все разработки НПО автоматики в области ракетно-космической техники отмечены Ленинскими и Государственными премиями. За заслуги в области ракетного приборостроения предприятие было удостоено: в 1961 г.- ордена Трудового Красного Знамени; в 1975 г.- ордена Октябрьской революции.

В настоящее время главным направлением работы предприятия остается создание систем управления на новой элементной базе для перспективных баллистических ракет морского базирования.

Важными являются и разработки космической тематики. НПО автоматики активно участвует в программах Федерального космического агентства, разрабатывая системы управления для средств выведения полезной космической нагрузки: ракет-носителей тяжелого, среднего и легкого класса, доразгонных ступеней, орбитальных блоков, спускаемых аппаратов.

С момента создания и до настоящего времени предприятие занимается работами, связанными с автоматизацией, связью, передачей информации в области энергетики, ЖКХ, энергосбережения, нефтегазового комплекса, транспорта.

На предпрятии много лет работали Замятин Евгений Валерьянович (1925-2006), Берия Серго Лаврентьевич (1924-2000) — инженер-конструктор в области радиолокации и ракетных систем, сын Лаврентия Берии, Филиппов Герман Александрович (1934-2014), Величко Игорь Иванович (1934 - 2014).

5.Не только «ракетных дел» мастер

Академик Н.А.Семихатов был не только «ракетных дел»[11] мастером, его интересовали самые разные отрасли знания, он рассуждал о связи науки о космосе и земных проблем. НПОА (Научно-производственное объединение автоматики) (ранее СКБ-626) разрабатывало комплектующие для первого в мире искусственного спутника Земли ПС-1, запущенного в космос. Участвовали в обеспечении космического полета Ю.А.Гагарина, за что главный конструктор Н.А.Семихатов получил звание Героя Социалистического Труда и золотую медаль «Серп и Молот».

Но начались непростые для страны времена – эпоха перестройки, развал СССР. Не стало госзаказов, а значит не стало ни работы, ни зарплаты. Семихатов и в той сложной ситуации старался помочь преодолевать трудности, написав письмо Президенту РФ с предложениями о возможности выхода предприятия из кризиса. Но оказалось, что не все так просто: «оборонка» потихоньку начала разваливаться, и это болезненно отразилось на академике. В годы перестройки Николай Александрович становится советником гендиректора НПОА, и тогда появилась возможность всерьез заняться наукой.

Академик Семихатов – автор более 400 научных трудов и изобретений, создатель научной школы, традиции которой продолжают многочисленные ученики. Им подготовлено 46 кандидатов и 5 докторов технических наук. С 1976 года заведовал кафедрой в Уральском политехническом институте.

По инициативе Семихатова в 1995 году создана «Лаборатория биоинженерии», где он стал научным руководителем с огромным желанием «поставить опыт Военно-промышленного комплекса (ВПК) на службу физиологической науке»[11]. Так, следующим постоянным местом работы академика стал Екатеринбургский филиал Института физиологии КНЦ УрО РАН. Там он начал трудиться над автоматизацией экспериментов в физиологии миокарда. Летом 1995 года Лаборатория соединилась с Институтом машиноведения УрО РАН и Николай Александрович назначается научным руководителем отдела вычислительных систем. И здесь его энергия неиссякаема: заводы-автоматы, роботизированные производства, электронное приборостроение.

Еще одним достижением является организация секции по электронике и вычислительной технике бортовых систем. Как сторонник привлечения молодых умов в науку параллельно научной работе академик Семихатов возглавляет с 1977 по 1998 гг. кафедру «Технология производства радиоаппаратуры» в УПИ (Уральский политехнический институт), где с удовольствием делится своим огромным опытом.

Не забывал Николай Александрович и родную для него артиллерию. Он руководил работами инициативной группы инженеров НПОА по автоматизации управления огнем артиллерии.

6.Оценка результатов деятельности, их значение для современности

Больше 70 лет мы живем без большой войны, и в этом заслуга не только тех, кто водрузил Знамя Победы над рейхстагом, но и тех, кто обеспечивает оборону страны. Три конструктора, работавших на Урале, обеспечили ВМФ оружием, равному которому нет в мире. Это Виктор Макеев, Евгений Забабахин и Николай Семихатов[6].

«Наши (ракетные) комплексы должны быть не хуже и не на уровне американских, а лучше их по эффективности и техническому совершенству» - писал В. П. Макеев[11].

Уральский период жизни академика Н. А. Семихатова связан с временами, когда наша страна в условиях холодной войны должна была заставить вероятного противника признать нас равными партнерами и сесть за стол переговоров для того, чтобы ограничить гонку вооружений. И такие договоренности в конце концов состоялись (ОСВ-1 и ОСВ-2) [3]. В этом немалая заслуга уральских оборонщиков, и, прежде всего, Николая Александровича Семихатова, академика, Героя Социалистического труда, конструктора, как говорят в народе, «от бога» [11].

В течение сорока лет (с 1953 по 1992 год) Семихатов Николай Александрович являлся главным конструктором НПО «Автоматика», которое ныне носит его имя. Под его научно-техническим руководством и при непосредственном участии коллектива единомышленников НПО, в становление которого он вложил много сил и энергии, было создано специальное, эксклюзивное в те годы направление в теории и практике управления баллистическими ракетами, действующими в экстремальных условиях. Уникальная система управления – первый в мире ракетный комплекс для подводных лодок до сих пор не имеет аналогов в мире [8].

Академик Н. А. Семихатов и коллектив объединения никогда не повторяли прошлых решений. Каждая система управления была шагом вперед, каждая разработка отличалась новизной. Часто это были пионерные решения на грани возможного.

Известный конструктор подводных ракетоносцев С. Н. Ковалев подчеркивал, что к созданию атомных подводных лодок были привлечены все лучшие силы науки и промышленности страны. Перечисляя имена ученых и конструкторов, он назвал Н. А. Семихатова «великим прибористом».

Долгие годы главная задача объединения состояла в создании систем управления баллистических ракет подводных лодок. И практически все, что делалось для решения этой задачи, может быть охарактеризовано одним словом — «впервые»!

Впервые «научили» ракету стартовать с качающегося основания.

Впервые сумели обеспечить управляемость и устойчивость ракеты при старте с движущейся в подводном положении лодки.

Впервые сконструировали системы управления в соответствии с достаточно жесткими ограничениями по объемно-массовым характеристикам (в отличие от ракет наземного базирования).

Впервые была материализована идея коррекции полета ракеты по показаниям бортовой аппаратуры. Главный конструктор предложил поставить на борт ракеты цифровой вычислительный комплекс. В итоге была создана и установлена на ракете бортовая ЦВМ(цифровая вычислительная машина). Отныне ракеты, стартовавшие борта ПЛ, стали способны поражать подвижные морские цели.

Если сегодня задать вопрос «Чем же занимался на Урале академик Семихатов?», то ответ должен быть следующим: учил летать ракеты, которые из-под воды способны поразить вероятного противника практически в любой точке земного шара, делал для них «мозги». Недаром В. С. Губарев статью о нем назвал «Голова уральского дракона»[6].

Все поставленные задачи совершенствования отечественного вооружения с обеспечением дальности, точности и скорострельности стрельбы по движущимся целям при замене сухопутной ракетной техники на морскую академиком Н.А.Семихатовым были выполнены с честью.

На уральской земле Н.А.Семихатов состоялся и как способный опережать время конструктор, и как признанный ученый.

Результаты деятельности Н.А. Семихатова, их значение представлены в Таблице 2 (Приложение)

Заключение

Николай Александрович Семихатов - ученый в области систем управления сложными подвижными системами и вычислительных средств, известный конструктор систем управления баллистических ракет морского базирования.

Оглядываясь на весь жизненный путь Н.А. Семихатова, начиная с его юношеского увлечения техникой и заканчивая его последними днями, можно подчеркнуть самую главную черту его характера – стремление делать необычное. И ракетная техника, особенно в далекие послевоенные годы, увлекла его своей необычностью, дерзким будущим, огромными перспективами. Николай Александрович предвидел и глубоко понимал, каким весомым вкладом в научно- технический прогресс она может стать, как будет способствовать укреплению обороноспособности нашей страны в те трудные годы. Ее совершенствованию он отдал все свои силы, знания, талант. Главный конструктор систем управления ракетных систем.

В знак признания заслуг Н.А. Семихатова В 2004 году НПО автоматики присвоено имя Академика Н.А. Семихатова. 10 декабря 2008 года на стене здания ФГУП НПО автоматики установлена мемориальная доска. В Северодвинске, на стене дома № 57, по улице Первомайской, где с 1974-го по 1984 год жил Николай Александрович, в июле 2007 года открыта мемориальная доска.

В память о Н.А.Семихатове учреждена стипендия его имени молодым ученым. А в 2003 году Федерация Космонавтики России выпустила медаль имени академика Н.А.Семихатова. Ею награждаются за большой вклад в развитие ракетно-космической техники.

10 апреля 2002 года Николая Александровича не стало, но дело всей его жизни не умерло, а продолжает развиваться и совершенствоваться.

Причастность к большой цели делает человека всемогущим, и он воплощает в жизнь, казалось бы, невозможное. Н.А.Семихатов «всегда стремился обогнать время»[11]. «Вся его жизнь как полет ракеты - всегда в цель».

Список литературы

  • 1.Величко, И.И., Кутовой, Е.М. Баллистические ракеты с ядерными боеголовками для подводных лодок [Электронный ресурс] - http://protechek-net.ru/referaty_po_psixologii/referat_ballisticheskie_rakety_s.html
  • 2. Википедия Свободная энциклопедия - Режим доступа : https://ru/wikipedia.org/wiki/ Баллистическая ракета
  • 3.Военный энциклопедический словарь ракетных войск стратегического назначения.-М.: Большая Российская энциклопедия /под ред. Сергеева И.Д., 1999. — 634 с.
  • 4.Вспоминая о Н.А. Семихатове [Электронный ресурс] -http://processor.imach.uran.ru/files/lab/fop/MemorySemihatov.pdf
  • 5.Главное дело академика Семихатова [Электронный ресурс] -http://www.upmonitor.ru/news/652359a/
  • 6.Губарев, В. С. (1938-). Секретные академики [Текст] : кто сделал СССР сверхдержавой : [12+] / В. С. Губарев. - Москва : Вече, 2015. - 318, с. 211–231
  • 7.Дуняшин, А. Б. Шесть океанов под килем : Рассказ об ученых, инженерах, рабочих Науч.-произв. об-ния автоматики - создателях систем упр. ракет.-косм. комплексов / Андрей Дуняшин. - Екатеринбург : ПАКРУС, 2004 (Екатеринбург : ГИПП Урал. рабочий). – 333.
  • 8.Накануне.ru - Режим доступа: www.nakanune.ru/news/2013/4/12/22305978
  • 9. Оружие отечества - Режим доступа: http://museum.ifmo.ru/file/person/561/kniga2009.pdf
  • 10.Саенко, П. А. Мы учим летать ракеты / Павел Саенко. - Екатеринбург : Квадрат, 2008. - 238.
  • 11.Саенко, П.А.Николай Семихатов [Текст] / Павел Саенко. - Екатеринбург : Изд. дом Сократ, 2014. – 302.
  • 12.Семихатов, Н.А., Чеботарев, В.В. Создание систем управления баллистическими ракетами подводных лодок [Электронный ресурс] -https://flot.com/science/sor4.htm
  • 13.Шалимов, Л.Н. Системы управления баллистическими ракетами подводных лодок[Электронный ресурс] - http://elib.biblioatom.ru/text/rol-nauki-v-sozdanii-podvodnogo-flota_2008/go,531/Приложение
  • Приложение
    Таблица 1.
    Основные характеристики ракетных комплексов подводных лодок с баллистическими ракетами [1]

    Наименование ракеты
    Р-11ФМ
    Р-13
    Р-21
    РСМ-25
    РСМ-40
    РСМ-50
    РСМ-52
    РСМ-54
    Год принятия на вооружение
    1959
    1960
    1963
    1968
    1974
    1977
    1983
    1986
    Стартовый вес (т)
    5,47
    13,74
    19,63
    14,3
    33,3
    35,3
    90,1
    40,3
    Забрасываемая масса (кг)
    975
    1597
    1179
    650
    1100
    1650
    2550
    2800
    Длина х диаметр ракеты (м)
    10,3х0,88
    11,8х1,3
    14,2х1,3
    9,06х1,5
    13,0х1,8
    14,6х1,8
    16,0х2,4
    14,8х1,9
    Тип двигательной установки
    ЖРД
    ЖРД
    ЖРД
    ЖРД
    ЖРД
    ЖРД
    РДТТ
    ЖРД
    Количество ступеней
    1
    1
    1
    1
    2
    2
    3
    3
    Тип системы управления
    инерциальная
    астроинерциальная
    Астрорадио-
    инерциальная
    Тип головной части
    МГЧ
    МГЧ
    МГЧ
    МГЧ и кассетная ГЧ
    МГЧ
    МГЧиРГЧ
    РГЧ
    РГЧ
    Максимальная дальность стрельбы (км)
    150
    600
    1420
    3000
    межконтинентальная
    Тип амортизации ракеты
    рычажно-пружинная
    резино-металлическая
    амортизационная ракетно-стартовая система
    резино-металлическая
    Вид предстартовой подготовки
    ручная
    автоматизированная
    Положение ПЛ при пуске ракеты
    надводное
    подводное
    подводное и надводное
    Волнение моря при старте ракеты (баллы)
    до 4-5
    до 5
    всепогодный пуск ракеты
    Тип подводной лодки
    АВ611, 629
    629, 658
    629А, 658М
    667А, 667АУ
    667Б, 667БД
    667БДР
    941
    667БДРМ
    Количество ракет на ПЛ
    2,3
    3
    3
    16
    12,16
    16
    20
    16
    • Таблица 2
    • Результаты деятельности Н.А. Семихатова, их значение
    Этапы и даты жизни и деятельности
    Достижения
    Результат
    Награды
    1
    2
    3
    4
    1938-1942 гг. Московский энергетический институт, электрофизический факультет
    Получение знаний по выбранной профессии
    Приобретение профессии
    Диплом об окончании института
    Война. 1942 г. – работа в НИИ-20 (г.Барнаул)
    Разработка системы радиоуправления ракет
    Получение определенного опыта
    -
    1942 г. – доброволец Красной Армии. 1942-1945 гг. – лейтенант, командир огневого взвода 2-ой батареи
    1-го дивизиона
    254 Минометной Ленинградской ордена Б.Хмельницкого II степени бригады
    5-ой гвардейской Артиллерийской Сталинградской Краснознаменной Дивизии прорыва Резерва Главного Командирования на Западном, Ленинградском и 2-ом Украинском фронтах.[8].
    Четырежды ранен.
    Вклад в победу в Великой Отечественной войне: под Витебском, Орлом и Смоленском (Смоленская наступательная операция). Участие в освобождении Венгрии (Венская наступательная операция), восточной части Австрии, Чехии (Пражская наступательная
    операция)
    .
    Получение боевого опыта

    Два ордена «Отечественной войны» I степени (в 1944г. и в 1985 г.) Орден «Отечественной войны» II степени
    (в 1944 г.)
    Орден «Красной звезды» (в 1945 г.)
    медали,
    11 благодарностей
    И.В.Сталина
    Сентябрь 1946 г. – работа в НИИ-885 (г.Москва) старшим инженером, старшим научным сотрудником
    Разработка счетно-решающих приборов для систем управления отечественных ракетных комплексов. Заложены основы специальных СУ БР[6]
    Усиление обороны страны путем создания и развития спецсистем управления (СУ) баллистическими ракетами (БР).
    -
    Сентябрь 1953 г.- 1992 г. переведен в СКБ-626 (г.Свердловск) главным инженером и главным конструктором. 1958 г. – работа в НИИ-592 (ранее СКБ-626) 1968 – 1978 гг. – первый заместитель директора НИИ автоматики по научной работе 1976-1992 гг. – главный конструктор и первый заместитель гендиректора НПОА (ранее СКБ-626)
    1992 г. – советник НПОА
    Созданы и сданы на вооружение СУ БР подлодок ВМФ и ряда оперативно-тактических ракет сухопутного базирования («Темп-С», Р-17). В СУ БР морского базирования: – обеспечены наведение и старт ракеты с подвижного основания подводной лодки в надводном положении (Р11ФМ, Р-13);
    - обеспечена управляемость и устойчивость ракеты при старте с движущейся в подводном положении лодки (Р-27, Р-29), учитывая погодные условия;
    - возможен выбор цели при круговом сек
В статье описывается исследование эффективности использования минерала шунгита как сорбента и катализатора нейтрализации проливов ядовитого ракетного топлива на основе «гептила» в формате экспериментального моделирования процесса заражения и последующего обеззараживания почвы в условиях химической лаборатории.

Введение

«Гептил» – 1,1-диметилгидразин, несимметричный диметилгидразин (НДМГ) является органическим производным гидразина H2N–NH2, которое образуется в результате замещения в молекуле гидразина атомов водорода на метильные радикалы –СН3 (рисунок 1) [1].

Рисунок 1. Модель молекулы и структурная формула НДМГ

«Гептил» – на сегодняшний день лучшее в мире ракетное топливо, с помощью которого на орбиту выводят космические корабли с "дешевой" себестоимостью пусков. Через некоторое время от ракетоносителя отделяется первая ступень и падает на землю. Поскольку топливо наливают с запасом, оно сгорает не полностью и после падения выливается до 1,5 тонн ядовитой жидкости [2]. «Гептил» – токсичное вещество I класса опасности обладает способностью кумулироваться в окружающей среде [3].

Северные ракетные площадки нашей страны расположены в арктической и субарктической климатических зонах, что определяет их труднодоступность и очень слабую способность к самоочищению. Загрязнение локализуется в радиусе 60-100 м от мест падения. Исследование загрязненных компонентами ракетного топлива зон показало, что уменьшение концентрации «гептила» в почве до уровня ПДК составляет более чем 20 лет. На полигоне "Плесецк" зафиксированы максимальные концентрации «гептила» в грунте 268,4 мг/кг (2 684 ПДК). При каждом новом запуске ракеты типа «Протон» ядовитый «гептил» продолжает наносить огромный вред природе и здоровью людей [4].

Существующие методы нейтрализации «гептила» дорогостоящи и малоэффективны для труднодоступных зараженных территорий Алтая, Якутии и Печорского края.

Основная часть

Чтобы предотвратить вытекание «гептила» и заражение почвы нужно использовать вещество, способное одновременно и сорбировать «гептил», и разлагать его на безопасные продукты. Цель данной работы – исследование эффективности использования минерала шунгита как сорбента и катализатора нейтрализации «гептила».

Шунгит – древняя горная порода, почти на 30% состоящая из особой аллотропной формы углерода – фуллерена C60 (рисунок 2).

Рисунок 2. Фуллерен С60: структура и внешнее включение.

Учёные объясняют уникальные свойства шунгита его необычной структурой, её основой являются многослойные фуллереновые глобулы размером около 10 нм, образующие в породе матрицу, в которой равномерно распределены дисперсные алюмосиликаты со средним размером около 1 мкм. Такая, практически наноразмерная, структура очень активна в окислительно-восстановительных реакциях, обладает сорбционными и каталитическими свойствами [5]. Оказавшись на поверхности шунгита, «гептил» разлагается на составляющие – его молекула как будто рвется на части, и из них, как из элементов конструктора, образуются практически безвредные вещества: метан, азот и вода, при недостатке шунгита добавляются ди- и триметиламины, их токсичность всё же в десять раз меньше, чем у «гептила» [6].

В рамках исследования была смоделирована и экспериментально апробирована методика процесса нейтрализации в почве пролива ракетного топлива на основе «гептила» с применением шунгита. Технология моделирования состояла из двух этапов: качественного и количественного анализов.

На этапе качественного анализа прорастили экспериментальный посев гороха PisumsativumL в почве одного типа и одинаковой массы. Затем осуществили единовременный полив 1-ой и 2-ой серии ростков раствором «гептила» одинаковой концентрации, одинакового объема. Во 2-ой серии почву сразу обработали одинаковым избыточным количеством шунгита, 1-ю серию оставили необработанной. В течение 2-х недель единовременно поливали все ростки одинаковым объемом воды и наблюдали за ростом гороха. Экспериментальный посев хранился в одинаковых условиях. Состояние ростков фотографировали в начале эксперимента, через неделю и через две недели. Наблюдения за развитием ростков гороха в течение 14 дней показали, что ростки гороха 1-ой серии (без шунгита) заметно отстают в росте и развитии зеленой массы от ростков гороха 2-ой серии (обработанной шунгитом). Через 3 дня взяли пробы почвы каждой серии; усреднили пробы в пределах серии (смешали в одну пробу образцы данной серии) для количественного определения «гептила» в почвах.

На этапе количественного анализа была проведена водная экстракция «гептила» из почвенной пробы, содержание «гептила» в экстракте определялось спектрофотометрическим методом.

Ввиду отсутствия в структуре «гептила» хромофорных групп, он не поглощает в ультрафиолетовой и видимой областях спектра, что делает невозможным его прямое определение, поэтому была проведена предварительная дериватизация – процесс введения хромофорных групп в молекулу «гептила». В результате получили гидразон – соединение с похожей химической структурой, нос отличающейся от исходного вещества способностью к светопоглощению [7]. В данном исследовании в качестве дериватизирующего агента был взят коричный альдегид OHC–CH = CH – C6H5.

В продукте реакции – гидразоне коричного альдегида (рисунок 3)

                       (СH3)2N–NH2 + OHC–CH = CH – C6H5 =

                                   = (СH3)2N–N=HC–CH = CH – C6H5 + H2O

присутствует хромофорная группа: сопряжение ароматического цикла – C6H5 и азометиновой группы –N=HC–.

Рисунок 3. Раствор гидразона коричного альдегида (внешний вид продукта)

Воздушно-сухую навеску почвы 1-ой серии (зараженную «гептилом»), так называемую пробу 1, массой 50 г поместили в коническую колбу объемом 250 мл, добавили 50 мл дистиллированной воды, закрыли пробкой и интенсивно перемешивали в течение 20 минут. После отстаивания осторожно, не взбалтывая, отфильтровывали через бумажный фильтр 50 мл экстракта [6]. Фильтрат разбавили в 10 раз дистиллированной водой, чтобы снизить концентрацию «гептила» до нужного соотношения с коричным альдегидом (1:800) в последующей реакции образования гидразона. Добавили 5 мл рабочего раствора коричного альдегида. Установили кислотность среды при помощи индикатора, добавлением смеси этилового спирта и щавелевой кислоты (4:1) достигли pH~4,5-5,5 (кислотность подзолистых почв лесной зоны). Далее выдерживали раствор на кипящей водяной бане (термостатировали) в течение 10 минут до появления желтой окраски гидразона, затем раствор медленно охлаждали до комнатной температуры [8].

Оптическую плотность анализируемой пробы измеряли на спектрофотометре в кювете с толщиной поглощающего слоя 1 см при длине волны 415 нм относительно «нулевого» раствора – дистиллированной воды. [7].

Исследования проводились на УФ спектрофотометре UV-2600 (производитель "Shimadzu ", Япония) в лаборатории спектральных методов исследования Центра коллективного пользования "Спектроскопия и анализ органических соединений" Института органического синтеза УрО РАН.

Все действия повторили с навеской почвы 2-ой серии (зараженной «гептилом», но обработанной шунгитом), проба 2. В качестве образца сравнения детектировали аттестованный раствор «гептила» с концентрацией 0,0001 мг/л, проба 3.

Сравнили полученные результаты измерений оптической плотности, используя спектры на рисунке 4. Оптическая плотность раствора сравнения – аттестованного раствора «гептила» (синяя линия) равна 0,02; раствора вытяжки из почвы с «гептилом» без шунгита (серая линия) – 0,0075; раствора вытяжки из почвы с «гептилом», обработанной шунгитом (желто-зеленая линия) – 0,0025.

Рисунок 4. Спектры фотометрического определения «гептила» в пробах почв.

По данным спектров сделали количественные расчеты концентрации «гептила» в почве серий 1,2.

Массовую долю «гептила» в каждой пробе рассчитывали методом сравнения оптических плотностей двух растворов с использованием расчетной формулы из закона Бугера-Ламберта-Бера [7]:

А = I / I0 или A = abх

a – коэффициент погашения, постоянная, зависящая от длины волны λ, л/моль см

b – длина оптического пути, см

х – массовая доля, мг/кг

Оптические плотности измеряли относительно «нулевого» раствора в тех же кюветах при той же длине волны, т.е. ab = const. Значение оптической плотности первого раствора равно: А1 = abх1, значение оптической плотности второго раствора равно: А2 = abх2,разделив одно выражение на другое получим: А12 = х12, в данном эксперименте х1 =0,0001, А1 = 0,02; тогда

для пробы №1:0,02/0,0075 = 0,0001/х2, откуда х2 равно 0,00004 мг/кг или 0,04 мкг/кг, для пробы №2:0,02/0,0025 = 0,0001/х2,откуда х2 равно 0,0000125 мг/кг или 0,0125 мкг/кг.

Таблица 1

Содержание «гептила» в почве через 3 дня

проба оптическая плотность при 415 нм (А2) массовая доля «гептила», мкг/кг (х2)
№1 почва + «гептил» 0,0075 0,04
№2 почва + «гептил» + шунгит 0,0025 0,0125

Таким образом, концентрация «гептила» в почве пробы №2 меньше, чем в почве пробы №1 в 0,04/0,0125 = 3,2 раза

Экономическая оценка затрат показала следующие результаты. Шунгит – дешевый материал, ежегодная добыча которого исчисляется многими тысячами тонн.Прогнозные ресурсы по всем месторождениям составляют около 1 млрд. тонн [9]. Стоимость «сырого» шунгита в Интернет-магазине 80-100 рублей за 1 кг.

Для нейтрализации 2,5 мг «гептила» в данном эксперименте было израсходовано 50 г шунгита, следовательно, на 1,5 т остатка «гептила» в упавшей ступени ракеты потребуется 30 т шунгита, затраты составят 3 млн. руб.В пересчете на 19 запусков с космодрома Плесецк в 2017 году получается это около 60 млн. руб. Это гораздо меньше, чем затраты на ликвидацию экологических последствий от выжигания остатков топлива или обработки хлорной известью «гептилового пятна», после чего почва оказывается «мертвой» в среднем на 20 лет.

Заключение

Таким образом, исследование процесса нейтрализации «гептила» шунгитом, с учетом эффективности его действия, доступности и экономически разумных затрат, доказывает целесообразность применения шунгита в качестве «противоядия» ракетному топливу, содержащему «гептил».

Перспективой развития исследования является разработка конструкции топливного фильтра на основе шунгита, что решит проблему пролива ядовитого топлива и заражения почвы труднодоступных территорий.

Ссылки на источники

1. Терней А. Современная органическая химия. URL: http://bookfi.net/book/470278

2. Греков А.П., Веселов В.Я. Гидразин космический. Журнал «Химия и жизнь», №7. – 1979. URL: http://www.hij.ru/read/hot-topics/heptyl/2707/

3. ГОСТ 12.1.007-76. Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности (с Изменениями N 1,2) URL: http://docs.cntd.ru/document/5200233

4. Мотылев С. Водный гиацинт в гептиловом болоте. Журнал «Химия и жизнь», №11. – 2002. URL: http://www.hij.ru/read/hot-topics/heptyl/2680/

5. Мосин О. Шунгит – природный нанотехнологический материал. URL: http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=3304

6. Максименко О. Победа шунгита над гептилом. Журнал «Химия и жизнь», №12. – 2006. URL: http://www.hij.ru/read/hot-topics/heptyl/2468/

7. Смоленков А., Родин И., Шпигун О. Спектрофотометрические и флуориметрические методы определения гидразина и его метилированных аналогов. / Журнал аналитической химии. Т.67, №2. URL: http://naukarus.com/spektrofotometricheskie-i-fluorimetricheskie-metody-opredeleniya-gidrazina-i-ego-metilirovannyh-analogov

8. Струков В., Темердашев З., Шпигун О., Киселёва Н. Способ определения несимметричного диметилгидразина в водных растворах. Патент РФ №2276350, МПК (6) G 01 N 21/78.

URL: http://bd.patent.su/2276000-2276999/pat/servl/servlet543c.html

9. Филиппов М. Шунгитоносные породы Карелии: черная олонецкая земля, аспидный сланец, антрацит, шунгит. - Петрозаводск: Изд-во Карельского НЦ РАН, 2004. - 488 с.

В статье описывается технология выделения хитина из нетрадиционного природного источника – экзоскелетов южноамериканских тараканов вида Blaberus craniifer, а также приводятся количественные показатели спектрофотометрического определения чистоты полученного материала и экономическая оценка метода.

Введение

Хитин – природный биополимер, обладающий высокой биологической активностью, совместимостью с тканями человека, животных и растений, и, что особенно ценно, он не загрязняет окружающую среду, поскольку полностью разрушаются ферментами природных микроорганизмов. Хитин в природе является основой скелетной системы, поддерживающей клеточную структуру тканей в панцирях ракообразных, кутикуле насекомых, клеточной стенке грибов и бактерий, и таким образом имеет достаточно широкую натуральную сырьевую базу [1].

Проблемой более широкого применения хитина является его высокая себестоимость и низкая рентабельность использования традиционных природных хитинсодержащих источников (панцирей ракообразных) [2].

Актуальной задачей является поиск доступного и биоразлагаемого сырья, способного снизить затраты на производство хитина. Одомашненные и поддающиеся разведению насекомые в силу своего быстрого воспроизводства могут обеспечить большую биомассу, содержащую хитин, в условиях работы на МКС и других ситуациях освоения космического пространства.

Основная часть

В данном проекте проведено исследование целесообразности использования хитинсодержащих экзоскелетов тараканов в качестве сырья для производства хитина и его производных.

Экспериментально апробированный метод получения хитина из экзоскелетов тараканов [3] включал следующие этапы: 1) отбор и подготовка сырья, 2) выделение хитина экстракционным методом, 3) оценка чистоты полученного образца методом ИК-спектроскопии, 4) определение практического выхода и стоимости продукта.

Для эксперимента были взяты взрослые особи Blaberus craniifer – одного из видов южноамериканских тараканов под названием «мёртвая голова». Тараканы были препарированы: удалены все части, не содержащие хитин (полученные биологические отходы были использованы как удобрение для комнатного растения), хитиновые оболочки промыты водой, влагосодержащая масса взвешена, затем высушена в микроволновке при температуре 60°С в течение 15 минут, сухая масса также взвешена.

Экстракция и очистка хитина осуществлялись в ходе последовательных операций: 1) первичное выведение липидов: промывание ацетоном, 2) первичная депротеинизация: обработка избытком 4% раствора гидроксида натрия NaOH в течение 60 минут при 1000С, 3) промывка водой образца, нейтрализация жидких отходов, 4) первичная деминерализация: обработка избытком 15% раствором HCl в течение 30 минут, 5) промывка водой образца, нейтрализация жидких отходов, 6) повторное выведение липидов: промывание ацетоном, 7) повторная депротеинизация: обработка избытком 4% раствора гидроксида натрия NaOH в течение 30 минут при 1000С, 8) промывка водой образца, нейтрализация жидких отходов, 9) повторная деминерализация: обработка избытком 15% раствором HCl в течение 15 минут, 10) промывка водой образца. нейтрализация жидких отходов, 11) сушка в микроволновке при 600С 12 часов, взвешивание и упаковка материала.

Чистота полученного образца хитина определялась методом ИК-спектроскопии. Были сняты ИК-спектр диффузного отражения (рисунок 1) и ИК-спектр нарушенного полного внутреннего отражения (рисунок 2) в интервале длин волн от 4 000 до 400 см-1, так как именно в этом интервале находятся характеристические частоты поглощения основных функциональных групп органических молекул [4].

Рисунок 1. ИК-спектр диффузного отражения образца хитина.

Рисунок 2. ИК-спектр нарушенного полного внутреннего отражения образца хитина.

Максимумы поглощения при длинах волн от 1700 до 1 000 см-1 ИК-спектровобоих видов имеют незначимое расхождение с характеристическими частотами определенных функциональных групп [4] и подтверждают наличие хитина в исследуемом образце (таблица 1).

Таблица 1

Максимумы ИК-поглощения полученного образца

в ИК-спектре стандарти-зированного образца в ИК-спектре диффузного отражения, см-1 в ИК-спектре нарушенного полного внутреннего отражения, см-1 характеристическая длина волны фрагмента структуры хитина, см-1
1 652 1 656 1 653 1 655 аминогруппы–NH2
1 621 1 623 1 619 1 622 протонированные аминогруппы –NH3+
1 376 1 378 1 375 1 379 группы ОН0
1 260 1 257 1 259 1 258 карбонильные группы >С=О
1 154 1 156 1 154 1 153 связи С–О в кольце

Сравнение ИК-спектров диффузного отражения полученного образца и стандартизированного образца из электронной библиотеки спектрометра – chitinSigma (выделенный из ракообразных (порошок) с содержанием основного вещества не менее 97%) – показывает совпадение или незначительное расхождение пиков поглощения при длинах волн (в см-1) 3 426 и 3 423, 3 101 и 3 103, 2 873 и 2 874, 1 554 и 1 553, 1 309 и 1 309, 1 114 и 1 112, 1 069 и 1 069, 951 и 953, что свидетельствует о практически совпадающей чистоте полученного и стандартного образцов хитина (рисунок 3).

Рисунок 3. Сравнение ИК-спектров полученного образца (красная линия) и стандартизированного образца хитина ракообразных chitin Sigma (коричневая линия)

Следовательно, полученный в результате эксперимента образец хитина имеет высокую степень чистоты и соответствует международным стандартам получения хитинсодержащих материалов из традиционных источников.

Исследования проводились на ИК Фурье спектрометре Nikolet 6700 c Раман-модулем Nicolet NEXUS в Центре коллективного пользования "Спектроскопия и анализ органических соединений" Института органического синтеза УрО РАН. По результатам эксперимента был осуществлен расчет количественного выхода хитина.

Таблица 2

Результаты взвешивания образца хитинсодержащего сырья

вид сырья масса, г
влагосодержащий образец, m1 59,4
сухой образец, m2 14,24
конечный продукт, m3 3,765

Практический выход хитина в эксперименте составил ω = (3,765/ 14,24) × 100% = 26,44 %. Количественный выход практически не отличается от практического выхода при использовании в качестве сырья традиционных источников, например, акклиматизированного камчатского краба – от 18% до 32% [5].

По результатам эксперимента была произведена экономическая оценка затрат на получение хитина данным методом.

В эксперименте в качестве сырья использовались препарированные образцы пяти взрослых особей тараканов Blaberus craniifer, в расчете на одну имаго, масса хитина составит: 3,765 : 5 = 0,753 г

Для сравнения: из одного взрослого рака вида Astacus astacus L. (10 см и более длиной) можно получить 10 г хитина, стоимость 1 г которого на мировом рынке от 10$ [6]. Расчет такого же дохода на определенное количество тараканов составляет: 10 г : 0,753 г = 13,28 т.е. такой же доход дадут не более 14 тараканов.

Таблица 3

Сравнение некоторых характеристик рака Astacus astacus L. и таракана Blaberus craniifer.

характеристика таракан Blaberus craniifer рак Astacus astacus L.
период взросления 4-6 месяцев 3,5-4 года
условия обитания влажные тропические леса Южной Америки, во влажном инсектарии при комнатной температуре живет повсюду пресная чистая вода: реки, озёра, пруды, быстрые или проточные ручьи, тёплая вода до 16-22 °C, очень чувствителен к загрязнению воды
разведение разводится повсеместно как корм в естественной среде практически истреблен – восстанавливается интродукцией
стоимость взрослой особи 20-30 руб выше в 20-30 раз
скорость выделения хитина не более16 часов

3-5 суток

Сопоставление некоторых характеристик рака Astacus astacus L. [7] и таракана Blaberus craniifer [8]. указанное в таблице 3, показывает, что тараканы более неприхотливы к условиям обитания, имеют период взросления гораздо меньший, чем у рака, и стоят намного дешевле.

Заключение

Данный способ производства хитина является весьма выгодным, благодаря высокой скорости размножения тараканов и низкой стоимости их разведения. Важным преимуществом указанной технологии является бóльшая скорость непосредственного выделения: для получения из экзоскелетов тараканов готового хитина требуется всего 16 часов, что во много раз меньше, чем длительность выделения хитина из других сырьевых источников (3-5 суток).

Таким образом, хитинсодержащие тараканы являются перспективным сырьём для получения хитина с высокой степенью чистоты.

Логическим направлением развития исследования является разработка наноматериалов на основе хитина для создания, например, легких и прочных контейнеров для космических исследований или даже скафандров для космонавтов.

Ссылки на источники

1.Гамзазаде А. Структурная неоднородность как фактор изменчивости свойств хитина и хитозана. М.: Высшая школа. – 2004.

2. Лебская Т., Толкачева В., Шаповалова Л. Научные и практические аспекты применения биологически активных веществ из морских животных. // Материалы отчетной сессии ПИНРО по итогам научно-исследовательских работ в 1998-1999 гг. Мурманск: ПИНРО. – 2000.

3. Материалы восьмой международной конференции Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана. М.: РосХит. – 2006.

4. Никольский А., Суворов А., Химия: учебник для вузов. СПб.: Химиздат, – 2001.

5. Хитин и хитозан: получение, свойства и применение. /под ред. Скрябина К.Г. и др. М.: Наука, – 2002.

6. Пищевые добавки от производителей и поставщиков по конкурентным ценам. URL: https://russian.alibaba.com/g/chitin-chitosan.html

7. Супрунович А., Макаров Ю. Культивируемые беспозвоночные. Пищевые беспозвоночные: мидии, устрицы, гребешки, раки, креветки.  URL:  http://ashipunov.info/shipunov/school/books/suprunovich1990_pischev_bespozv.pdf

8. Электронный каталог Catalogue of Life: 20th December 2017. 

URL: http://www.catalogueoflife.org/col/details/species/id/0dbfefc35bac71f71eef38c6515b266b

В статье описывается исследование закономерностей изменения термодинамических характеристик процессов, протекающих в «химической грелке» и обеспечивающих её теплотворную способность, а также дается описание технологии создания эффективного прототипа «химического нагревателя» из подручных материалов.

Введение

Проблемой использования современных многоразовых «химических грелок» на основе кристаллогидрата ацетата натрия, которые можно приобрести в аптеках и магазинах, является достаточно трудоемкая процедура их восстановления после каждого использования. Принцип действия этих грелок основан на свойстве соли, расплавленной в собственной кристаллизационной воде и охлажденной до комнатной температуры без кристаллизации, мгновенно кристаллизоваться при легком механическом воздействии (достаточно смять пакет, в котором находится раствор) с выделением тепла. Чтобы вернуть грелку в рабочее состояние, нужно нагревать её на водяной бане до полного растворения кристаллов и постепенно охлаждать до комнатной температуры [1].

Намного проще использование одноразовой «химической грелки», которая работает за счет экзотермических реакций компонентов образующих теплотворную смесь, в многократно используемой и легко утилизируемой упаковке. Умение создать такое устройство в быту из недорогих подручных материалов может стать очень полезным в экстремальных условиях исследования космического пространства.

Основная часть

Целью данной работы было исследование термодинамических характеристик процессов, протекающих в «химической грелке» и установить наиболее оптимальный с позиций термодинамики состав «грелки», обеспечивающий её эффективную теплотворную способность.

В ходе анализа научной информации установлено, что термодинамические функции состояния дают возможность понять механизмы процессов, происходящих при выделении тепла в «химической грелке».

Самопроизвольному протеканию реакций в «грелке» способствует энтальпийный фактор (энтальпия отрицательная) в силу экзотермичности окислительно-восстановительных процессов.

Положительное влияние энтропийного фактора проявляется в увеличении свободы движения частиц (происходит растворение и диссоциация компонентов теплотворной смеси в воде) по сравнению с исходными веществами (энтропия положительная), особенно наглядно это наблюдается в процессах растворения кристаллогидратов.

Совокупное влияние двух факторов приводит к значительному снижению энергии Гиббса в реакциях «рождения тепла» (энергия Гиббса отрицательная). Таким образом, процессы, которые протекают в «химической грелке», термодинамически разрешены [2].

Для проверки общих закономерностей были смоделированы и опробованы экспериментально несколько «химических грелок» разного состава [3,4,5].

Таблица 1

Рецепты «химической грелки»

состав температура «грелки» основная теплотворная реакция
1 Fe опилки, уголь, песок, вода 100°С 4Fe + 2H2O+ 3O2 = 4FeO(OH)
2 Fe стружка, хлорид меди (II) CuCl2, вода 100°С Fе + СuСl2 =FеСl2 + Сu
3 Al фольга, хлорид меди (II) CuCl2, древесные опилки, вода 50-60°С 2Аl + ЗСuCl2 = 2АlCl3 + ЗСu
4 Fe порошок, перманганат калия KMnO4, вода 60°С Fe+KMnO4 + H2O=MnO2 + FeO(OH) + KOH
5 Alпроволока, медный купорос CuSO45H2O, поваренная соль NaCl, древесные опилки, вода 50-60°С 2Аl+ ЗСuSO4 =Аl2(SO4)3 + ЗСu
6 CaO негашеная известь, вода 100-150°С CaO + H2O = Ca(OH)2

Более подробно рассмотрим процессы, происходящие в «химических грелках» №5 и №6. «Химическая грелка» №5.

Кроме основной экзотермической окислительно-восстановительной реакции, самопроизвольно идущей в сторону превращения сильного восстановителя в слабый сопряженный окислитель [6]:

(1) 2Аl + ЗСuSO4 = Аl2(SO4)3 + ЗСu + Q

энтальпия реакции отрицательная

в грелке протекают еще и дополнительные процессы, связанные с разными компонентами теплотворной смеси.

В процессе диссоциации сульфата меди (II) и хлорида натрия происходит увеличение энтропии системы реакции за счет возрастания количества частиц:

(2) CuSO4 + 2NaCl = Na2SO4 + CuCl2

Cu2+ + SO42- + 2Na+ + 2Cl- = 2Na+ + SO42- + Cu2+ + 2Cl-

энтропия реакции положительная

Подвижные хлорид-ионы Cl- ускоряют основную окислительно-восстановительную реакцию 1, т.к. в свою очередь обладают сильными восстановительными свойствами и связывают ионы алюминия Al3+, поэтому добавление хлорида натрия в смесь приводит к интенсификации всего процесса выделения тепла в реакции 1.

Параллельно реакции 1, вероятно, идет еще реакция алюминия с водой, поскольку наблюдается выделение газа, при которой выделяется дополнительное тепло:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 + Q

энтальпия реакции отрицательная

Кроме того, происходит растворение медного купороса с выделением теплоты и увеличением количества частиц, т.е. ростом энтропии:

CuSO4.5H2O= CuSO4 + 5H2O + Q

энтальпия реакции отрицательная, энтропия реакции положительная

Древесные опилки, не принимая никакого участия в химических реакциях, выполняют функцию ингибитора процесса: впитывая в себя воду, опилки замедляют течение реакций, растягивают работу грелки во времени. К тому же древесина обладает достаточно низкой теплопроводностью: она частично аккумулирует выделяющееся тепло и затем постепенно отдает его.

В реакционную смесь «грелки» можно вводить кристаллогидраты щавелевой или лимонной кислот, что увеличивает выход тепла.

HOOC-COOH . 2H2O = HOOC-COOH + 2H2O + Q

                     HOOC-CH2-C(OH)COOH-CH2-COOH . H2O =

                                     = HOOC-CH2-C(OH)COOH-CH2-COOH + H2O + Q

Для их запуска в реакционную смесь вводят небольшое количество воды, происходит растворение кристаллогидрата и в реакцию с основным веществом вступает кристаллизационная вода. Такие добавки позволяют поднимать температуру «грелки» от 100 до 300°С [7].

Количественная оценка теплоты процессов была сделана с использованием справочных данных таблицы 2 [2]. В реакции 1 выделяется в пересчете на 1 моль сульфата меди (II) + 351,46 кДж. Тепловой эффект реакции 2 равен + 19,67 кДж тепла, добавляется теплота растворения образующихся солей + 104,6 кДж, суммарное количество теплоты в реакции 2 равно + 125,27 кДж. Таким образом, общее количество тепла в "грелке" №5 составляет не менее + 476,73 кДж.

«Химическая грелка» №6.

Основная теплотворная реакция идет с резким понижением энтальпии из-за процесса растворения

(3) CaО + H2O = Ca(OH)2 + Q

энтальпия реакции отрицательная

и сопровождается увеличением энтропии за счет диссоциации малорастворимого гидроксида кальция:

Ca(OH)2 = Ca2+ + 2OH-+ Q

энтропия реакции положительная

Количество теплоты для реакции 3 (теплота образования гидроксида кальция) всего + 64,1 кДж. Однако при растворении CaOвыделяется + 818,2 кДж, а теплота диссоциации Ca(OH)2 равна + 999,98 кДж, таким образом, суммарное количество теплоты процесса в «грелке» состава №6 составляет + 1755,08 кДж.

Таблица 2

Значение энтальпии образования для веществ-компонентов теплотворной смеси состава №5 и с№6

компонент H0, кДж/моль компонент H0, кДж/моль
CaO (кр) –635,5 Аl2(SO4)3(кр) –3442,2
Н2O (ж) –285,8 АlСl3(кр) –704,2
Са(ОН)2(кр) –985,1 Cu 0
СuСl2 (кр) –215,6 СuSO42O (кр) –2279,4
Al 0 СuSO4(кр) –770,9

Следующим этапом исследования стало создание и испытание на практике прототипов «химического нагревателя». Для его моделирования были выбраны составы №5 и №6 из таблицы 1.Предложенная модель «химического нагревателя» основана на химических процессах теплотворной смеси №5, дающей тепло в комфортном диапазоне – до 60°С, которое удерживает смесь солей, по мере остывания грелки можно добавлять небольшие порции измельченной в кофемолке алюминиевой фольги. Алюминий в виде фольги гораздо удобнее, чем труба, проволока, уголок и т.п.

Так как концентрация солей в процессе реакции падает, то их сначала должно быть в избытке. При о.у. в 100 г воды растворяется 23 г медного купороса, однако, больше 4-х кратного количества брать не стоит, т.к. избыток приводит к образованию металлической меди в виде тонкого порошка, которая загущает раствор и препятствует циркуляции веществ. С целью повысить начальную температуру раствора, чтобы не ждать 5-7 минут до начала экзотермического процесса медный купорос предварительно нужно прокалить. Шарик алюминиевой фольги следует насадить на деревянную шпажку, чтобы он находился в глубине раствора и не соприкасался со стенками бутылки. Иначе фольга покрывается множеством пузырьков газа и всплывает. При этом все тепло выделяется только в верхней части бутылки, что приводит к сильному разогреву и деформации стенок. Применение шарика на шпажке приводит к тому, что пузырьки газа заставляют жидкость циркулировать и тепло распределяется равномерно, встряхивать бутылку не надо и «стравливать» газ тоже не нужно, достаточно просто оставить бутылку открытой и дать постоять 2-5 минут.

При экспериментальной проверке прототипа была получена максимальная температура 60°С, которая незначительно снизилась (до 50°С) и сохранялась не менее 2-х часов (таблица 3).

Таблица 3

Время сохранения тепла «химической грелкой»

состав смеси температура, °С через
5 мин 0,5 часа 1 час 1,5 часа 2 часа 2,5 часа
№5 Аl(пр)+СuSO4+NаСl 60 58 55 50 50 25
№6 CaO + H2O 100 40 20 20 20 20

Для сравнения эффективности прототипов были взяты результаты испытания «химической грелки» с составом №6: реакция в ней прошла агрессивно, с бурным выделением тепла, была получена максимальная температура 100°С, которая резко снизилась (до 20°С) в течение 30 минут (таблица 3).

Заключение

На основании проведенных исследований можно утверждать, что для создания «химической грелки» подходят не любые экзотермические реакции: наиболее оптимальной является окислительно-восстановительная реакция вытеснения металла средней активности из соли более активным металлом. В данном исследовании – это состав №5: сульфат меди (II) и алюминий. Температура полученного «химического нагревателя» составляет плюс 50-60°С. В плотно закрытом «нагревателе» тепло сохраняется не менее двух часов.

Прототип безопасен, т.к. при его использовании не требуется регулировать скорость реакции, температуру смеси и отводить выделяющиеся газы («стравливать» водород и пары воды).

Эффективность и простоту использования такой грелки обеспечит одноразовая загрузка теплотворной смесью многократно используемой упаковки (например, резиновой перчатки) и активация экзотермического процесса добавлением обычной воды.

Перспективным направлением развития данного исследования может стать поиск недорогостоящих материалов для производства экологически безопасной и легко утилизируемой упаковки для теплотворного состава, а также оптимизация размеров и форм «химических грелок» разного назначения.

Ссылки на источники

1. Фишман Р. Самодельное тепло. Журнал «Популярная механика», №3 (173), март, 2017 год, с. 102-103.

2. Ахметов Н. Химия: Учеб. для 10-11 кл. общеобразоват. учреждений. М.: Просвещение, 2000. – 255 с.

3. Алексинский В. Занимательные опыты по химии. М.: Просвещение, 1995. – 96 с.

4. Аликберова Л. Занимательная химия. М.: АСТ-ПРЕСС, 1999. – 560 с.

5. Девяткин В., Ляхова Ю. Химия для любознательных или О чем не узнаешь на уроке. Ярославль: Академия развития, 2000. – 240 с.

6. Расщепкина Н. Термодинамика химических и электрохимических реакций: практикум по общей химии. Самара: Изд-во «Самарский государственный аэрокосмический университет», 2011. – 48 с.

7. Никулин Ф. Как сделать химическую грелку своими руками. Журнал "Юный техник", №5, 1983год, с.78-79.

В статье описывается исследование закономерностей изменения термодинамических характеристик процессов, протекающих в «химической грелке» и обеспечивающих её теплотворную способность, а также дается описание технологии создания эффективного прототипа «химического нагревателя» из подручных материалов.

Введение

Проблемой использования современных многоразовых «химических грелок» на основе кристаллогидрата ацетата натрия, которые можно приобрести в аптеках и магазинах, является достаточно трудоемкая процедура их восстановления после каждого использования. Принцип действия этих грелок основан на свойстве соли, расплавленной в собственной кристаллизационной воде и охлажденной до комнатной температуры без кристаллизации, мгновенно кристаллизоваться при легком механическом воздействии (достаточно смять пакет, в котором находится раствор) с выделением тепла. Чтобы вернуть грелку в рабочее состояние, нужно нагревать её на водяной бане до полного растворения кристаллов и постепенно охлаждать до комнатной температуры [1].

Намного проще использование одноразовой «химической грелки», которая работает за счет экзотермических реакций компонентов образующих теплотворную смесь, в многократно используемой и легко утилизируемой упаковке. Умение создать такое устройство в быту из недорогих подручных материалов может стать очень полезным в экстремальных условиях исследования космического пространства.

Основная часть

Целью данной работы было исследование термодинамических характеристик процессов, протекающих в «химической грелке» и установить наиболее оптимальный с позиций термодинамики состав «грелки», обеспечивающий её эффективную теплотворную способность.

В ходе анализа научной информации установлено, что термодинамические функции состояния дают возможность понять механизмы процессов, происходящих при выделении тепла в «химической грелке».

Самопроизвольному протеканию реакций в «грелке» способствует энтальпийный фактор (энтальпия отрицательная) в силу экзотермичности окислительно-восстановительных процессов.

Положительное влияние энтропийного фактора проявляется в увеличении свободы движения частиц (происходит растворение и диссоциация компонентов теплотворной смеси в воде) по сравнению с исходными веществами (энтропия положительная), особенно наглядно это наблюдается в процессах растворения кристаллогидратов.

Совокупное влияние двух факторов приводит к значительному снижению энергии Гиббса в реакциях «рождения тепла» (энергия Гиббса отрицательная). Таким образом, процессы, которые протекают в «химической грелке», термодинамически разрешены [2].

Для проверки общих закономерностей были смоделированы и опробованы экспериментально несколько «химических грелок» разного состава [3,4,5].

Таблица 1

Рецепты «химической грелки»

состав температура «грелки» основная теплотворная реакция
1 Fe опилки, уголь, песок, вода 100°С 4Fe + 2H2O+ 3O2 = 4FeO(OH)
2 Fe стружка, хлорид меди (II) CuCl2, вода 100°С Fе + СuСl2 =FеСl2 + Сu
3 Al фольга, хлорид меди (II) CuCl2, древесные опилки, вода 50-60°С 2Аl + ЗСuCl2 = 2АlCl3 + ЗСu
4 Fe порошок, перманганат калия KMnO4, вода 60°С Fe+KMnO4 + H2O=MnO2 + FeO(OH) + KOH
5 Alпроволока, медный купорос CuSO45H2O, поваренная соль NaCl, древесные опилки, вода 50-60°С 2Аl+ ЗСuSO4 =Аl2(SO4)3 + ЗСu
6 CaO негашеная известь, вода 100-150°С CaO + H2O = Ca(OH)2
Более подробно рассмотрим процессы, происходящие в «химических грелках» №5 и №6. «Химическая грелка» №5.

Кроме основной экзотермической окислительно-восстановительной реакции, самопроизвольно идущей в сторону превращения сильного восстановителя в слабый сопряженный окислитель [6]:

(1) 2Аl + ЗСuSO4 = Аl2(SO4)3 + ЗСu + Q

энтальпия реакции отрицательная

в грелке протекают еще и дополнительные процессы, связанные с разными компонентами теплотворной смеси.

В процессе диссоциации сульфата меди (II) и хлорида натрия происходит увеличение энтропии системы реакции за счет возрастания количества частиц:

(2) CuSO4 + 2NaCl = Na2SO4 + CuCl2

Cu2+ + SO42- + 2Na+ + 2Cl- = 2Na+ + SO42- + Cu2+ + 2Cl-

энтропия реакции положительная

Подвижные хлорид-ионы Cl- ускоряют основную окислительно-восстановительную реакцию 1, т.к. в свою очередь обладают сильными восстановительными свойствами и связывают ионы алюминия Al3+, поэтому добавление хлорида натрия в смесь приводит к интенсификации всего процесса выделения тепла в реакции 1.

Параллельно реакции 1, вероятно, идет еще реакция алюминия с водой, поскольку наблюдается выделение газа, при которой выделяется дополнительное тепло:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 + Q

энтальпия реакции отрицательная

Кроме того, происходит растворение медного купороса с выделением теплоты и увеличением количества частиц, т.е. ростом энтропии:

CuSO45H2O= CuSO4 + 5H2O + Q

энтальпия реакции отрицательная, энтропия реакции положительная

Древесные опилки, не принимая никакого участия в химических реакциях, выполняют функцию ингибитора процесса: впитывая в себя воду, опилки замедляют течение реакций, растягивают работу грелки во времени. К тому же древесина обладает достаточно низкой теплопроводностью: она частично аккумулирует выделяющееся тепло и затем постепенно отдает его.

В реакционную смесь «грелки» можно вводить кристаллогидраты щавелевой или лимонной кислот, что увеличивает выход тепла.

HOOC-COOH 2H2O = HOOC-COOH + 2H2O + Q

   HOOC-CH2-C(OH)COOH-CH2-COOH H2O = HOOC-CH2-C(OH)COOH-CH2-COOH + H2O + Q

Для их запуска в реакционную смесь вводят небольшое количество воды, происходит растворение кристаллогидрата и в реакцию с основным веществом вступает кристаллизационная вода. Такие добавки позволяют поднимать температуру «грелки» от 100 до 300°С [7].

Количественная оценка теплоты процессов была сделана с использованием справочных данных таблицы 2 [2]. В реакции 1 выделяется в пересчете на 1 моль сульфата меди (II) + 351,46 кДж. Тепловой эффект реакции 2 равен + 19,67 кДж тепла, добавляется теплота растворения образующихся солей + 104,6 кДж, суммарное количество теплоты в реакции 2 равно + 125,27 кДж. Таким образом, общее количество тепла в "грелке" №5 составляет не менее + 476,73 кДж.

«Химическая грелка» №6.

Основная теплотворная реакция идет с резким понижением энтальпии из-за процесса растворения

(3) CaО + H2O = Ca(OH)2 + Q

энтальпия реакции отрицательная

и сопровождается увеличением энтропии за счет диссоциации малорастворимого гидроксида кальция:

Ca(OH)2 = Ca2+ + 2OH-+ Q

энтропия реакции положительная

Количество теплоты для реакции 3 (теплота образования гидроксида кальция) всего + 64,1 кДж. Однако при растворении CaOвыделяется + 818,2 кДж, а теплота диссоциации Ca(OH)2 равна + 999,98 кДж, таким образом, суммарное количество теплоты процесса в «грелке» состава №6 составляет + 1755,08 кДж.

Таблица 2

Значение энтальпии образования для веществ-компонентов теплотворной смеси состава №5 и с№6

компонент H0, кДж/моль компонент H0, кДж/моль
CaO (кр) –635,5 Аl2(SO4)3(кр) –3442,2
Н2O (ж) –285,8 АlСl3(кр) –704,2
Са(ОН)2(кр) –985,1 Cu 0
СuСl2 (кр) –215,6 СuSO42O (кр) –2279,4
Al 0 СuSO4(кр) –770,9

Следующим этапом исследования стало создание и испытание на практике прототипов «химического нагревателя». Для его моделирования были выбраны составы №5 и №6 из таблицы 1.Предложенная модель «химического нагревателя» основана на химических процессах теплотворной смеси №5, дающей тепло в комфортном диапазоне – до 60°С, которое удерживает смесь солей, по мере остывания грелки можно добавлять небольшие порции измельченной в кофемолке алюминиевой фольги. Алюминий в виде фольги гораздо удобнее, чем труба, проволока, уголок и т.п.

Так как концентрация солей в процессе реакции падает, то их сначала должно быть в избытке. При о.у. в 100 г воды растворяется 23 г медного купороса, однако, больше 4-х кратного количества брать не стоит, т.к. избыток приводит к образованию металлической меди в виде тонкого порошка, которая загущает раствор и препятствует циркуляции веществ. С целью повысить начальную температуру раствора, чтобы не ждать 5-7 минут до начала экзотермического процесса медный купорос предварительно нужно прокалить. Шарик алюминиевой фольги следует насадить на деревянную шпажку, чтобы он находился в глубине раствора и не соприкасался со стенками бутылки. Иначе фольга покрывается множеством пузырьков газа и всплывает. При этом все тепло выделяется только в верхней части бутылки, что приводит к сильному разогреву и деформации стенок. Применение шарика на шпажке приводит к тому, что пузырьки газа заставляют жидкость циркулировать и тепло распределяется равномерно, встряхивать бутылку не надо и «стравливать» газ тоже не нужно, достаточно просто оставить бутылку открытой и дать постоять 2-5 минут.

При экспериментальной проверке прототипа была получена максимальная температура 60°С, которая незначительно снизилась (до 50°С) и сохранялась не менее 2-х часов (таблица 3).

Таблица 3

Время сохранения тепла «химической грелкой»

состав смеси температура, °С через
5 мин 0,5 часа 1 час 1,5 часа 2 часа 2,5 часа
№5 Аl(пр)+СuSO4+NаСl 60 58 55 50 50 25
№6 CaO + H2O 100 40 20 20 20 20

Для сравнения эффективности прототипов были взяты результаты испытания «химической грелки» с составом №6: реакция в ней прошла агрессивно, с бурным выделением тепла, была получена максимальная температура 100°С, которая резко снизилась (до 20°С) в течение 30 минут (таблица 3).

Заключение

На основании проведенных исследований можно утверждать, что для создания «химической грелки» подходят не любые экзотермические реакции: наиболее оптимальной является окислительно-восстановительная реакция вытеснения металла средней активности из соли более активным металлом. В данном исследовании – это состав №5: сульфат меди (II) и алюминий. Температура полученного «химического нагревателя» составляет плюс 50-60°С. В плотно закрытом «нагревателе» тепло сохраняется не менее двух часов.

Прототип безопасен, т.к. при его использовании не требуется регулировать скорость реакции, температуру смеси и отводить выделяющиеся газы («стравливать» водород и пары воды).

Эффективность и простоту использования такой грелки обеспечит одноразовая загрузка теплотворной смесью многократно используемой упаковки (например, резиновой перчатки) и активация экзотермического процесса добавлением обычной воды.

Перспективным направлением развития данного исследования может стать поиск недорогостоящих материалов для производства экологически безопасной и легко утилизируемой упаковки для теплотворного состава, а также оптимизация размеров и форм «химических грелок» разного назначения.

Ссылки на источники

1. Фишман Р. Самодельное тепло. Журнал «Популярная механика», №3 (173), март, 2017 год, с. 102-103.

2. Ахметов Н. Химия: Учеб. для 10-11 кл. общеобразоват. учреждений. М.: Просвещение, 2000. – 255 с.

3. Алексинский В. Занимательные опыты по химии. М.: Просвещение, 1995. – 96 с.

4. Аликберова Л. Занимательная химия. М.: АСТ-ПРЕСС, 1999. – 560 с.

5. Девяткин В., Ляхова Ю. Химия для любознательных или О чем не узнаешь на уроке. Ярославль: Академия развития, 2000. – 240 с.

6. Расщепкина Н. Термодинамика химических и электрохимических реакций: практикум по общей химии. Самара: Изд-во «Самарский государственный аэрокосмический университет», 2011.– 48 с.

7. Никулин Ф. Как сделать химическую грелку своими руками. Журнал "Юный техник", №5, 1983год, с.78-79.

В статье описывается технология выделения хитина из нетрадиционного природного источника – экзоскелетов южноамериканских тараканов вида Blaberus craniifer, а также приводятся количественные показатели спектрофотометрического определения чистоты полученного материала и экономическая оценка метода.

Введение

Хитин – природный биополимер, обладающий высокой биологической активностью, совместимостью с тканями человека, животных и растений, и, что особенно ценно, он не загрязняет окружающую среду, поскольку полностью разрушаются ферментами природных микроорганизмов. Хитин в природе является основой скелетной системы, поддерживающей клеточную структуру тканей в панцирях ракообразных, кутикуле насекомых, клеточной стенке грибов и бактерий, и таким образом имеет достаточно широкую натуральную сырьевую базу [1].

Проблемой более широкого применения хитина является его высокая себестоимость и низкая рентабельность использования традиционных природных хитинсодержащих источников (панцирей ракообразных) [2].

Актуальной задачей является поиск доступного и биоразлагаемого сырья, способного снизить затраты на производство хитина. Одомашненные и поддающиеся разведению насекомые в силу своего быстрого воспроизводства могут обеспечить большую биомассу, содержащую хитин, в условиях работы на МКС и других ситуациях освоения космического пространства.

Основная часть

В данном проекте проведено исследование целесообразности использования хитинсодержащих экзоскелетов тараканов в качестве сырья для производства хитина и его производных.

Экспериментально апробированный метод получения хитина из экзоскелетов тараканов [3] включал следующие этапы: 1) отбор и подготовка сырья, 2) выделение хитина экстракционным методом, 3) оценка чистоты полученного образца методом ИК-спектроскопии, 4) определение практического выхода и стоимости продукта.

Для эксперимента были взяты взрослые особи Blaberus craniifer – одного из видов южноамериканских тараканов под названием «мёртвая голова». Тараканы были препарированы: удалены все части, не содержащие хитин (полученные биологические отходы были использованы как удобрение для комнатного растения), хитиновые оболочки промыты водой, влагосодержащая масса взвешена, затем высушена в микроволновке при температуре 60°С в течение 15 минут, сухая масса также взвешена.

Экстракция и очистка хитина осуществлялись в ходе последовательных операций: 1) первичное выведение липидов: промывание ацетоном, 2) первичная депротеинизация: обработка избытком 4% раствора гидроксида натрия NaOH в течение 60 минут при 1000С, 3) промывка водой образца, нейтрализация жидких отходов, 4) первичная деминерализация: обработка избытком 15% раствором HCl в течение 30 минут, 5) промывка водой образца, нейтрализация жидких отходов, 6) повторное выведение липидов: промывание ацетоном, 7) повторная депротеинизация: обработка избытком 4% раствора гидроксида натрия NaOH в течение 30 минут при 1000С, 8) промывка водой образца, нейтрализация жидких отходов, 9) повторная деминерализация: обработка избытком 15% раствором HCl в течение 15 минут, 10) промывка водой образца. нейтрализация жидких отходов, 11) сушка в микроволновке при 600С 12 часов, взвешивание и упаковка материала.

Чистота полученного образца хитина определялась методом ИК-спектроскопии. Были сняты ИК-спектр диффузного отражения (рисунок 1) и ИК-спектр нарушенного полного внутреннего отражения (рисунок 2) в интервале длин волн от 4 000 до 400 см-1, так как именно в этом интервале находятся характеристические частоты поглощения основных функциональных групп органических молекул [4].

Рисунок 1. ИК-спектр диффузного отражения образца хитина.

Рисунок 2. ИК-спектр нарушенного полного внутреннего отражения образца хитина.

Максимумы поглощения при длинах волн от 1700 до 1 000 см-1 ИК-спектровобоих видов имеют незначимое расхождение с характеристическими частотами определенных функциональных групп [4] и подтверждают наличие хитина в исследуемом образце (таблица 1).

Таблица 1

Максимумы ИК-поглощения полученного образца

в ИК-спектре стандарти-зированного образца в ИК-спектре диффузного отражения, см-1 в ИК-спектре нарушенного полного внутреннего отражения, см-1 характеристическая длина волны фрагмента структуры хитина, см-1
1 652 1 656 1 653 1 655 аминогруппы–NH2
1 621 1 623 1 619 1 622 протонированные аминогруппы –NH3+
1 376 1 378 1 375 1 379 группы ОН0
1 260 1 257 1 259 1 258 карбонильные группы >С=О
1 154 1 156 1 154 1 153 связи С–О в кольце

Сравнение ИК-спектров диффузного отражения полученного образца и стандартизированного образца из электронной библиотеки спектрометра – chitinSigma (выделенный из ракообразных (порошок) с содержанием основного вещества не менее 97%) – показывает совпадение или незначительное расхождение пиков поглощения при длинах волн (в см-1) 3 426 и 3 423, 3 101 и 3 103, 2 873 и 2 874, 1 554 и 1 553, 1 309 и 1 309, 1 114 и 1 112, 1 069 и 1 069, 951 и 953, что свидетельствует о практически совпадающей чистоте полученного и стандартного образцов хитина (рисунок 3).

Рисунок 3. Сравнение ИК-спектров полученного образца (красная линия) и стандартизированного образца хитина ракообразных chitin Sigma (коричневая линия)

Следовательно, полученный в результате эксперимента образец хитина имеет высокую степень чистоты и соответствует международным стандартам получения хитинсодержащих материалов из традиционных источников.

Исследования проводились на ИК Фурье спектрометре Nikolet 6700 c Раман-модулем Nicolet NEXUS в Центре коллективного пользования "Спектроскопия и анализ органических соединений" Института органического синтеза УрО РАН. По результатам эксперимента был осуществлен расчет количественного выхода хитина.

Таблица 2

Результаты взвешивания образца хитинсодержащего сырья 

вид сырья масса, г
влагосодержащий образец, m1 59,4
сухой образец, m2 14,24
конечный продукт, m3 3,765

Практический выход хитина в эксперименте составил ω = (3,765/ 14,24) × 100% = 26,44 %. Количественный выход практически не отличается от практического выхода при использовании в качестве сырья традиционных источников, например, акклиматизированного камчатского краба – от 18% до 32% [5].

По результатам эксперимента была произведена экономическая оценка затрат на получение хитина данным методом.

В эксперименте в качестве сырья использовались препарированные образцы пяти взрослых особей тараканов Blaberus craniifer, в расчете на одну имаго, масса хитина составит: 3,765 : 5 = 0,753 г

Для сравнения: из одного взрослого рака вида Astacus astacus L. (10 см и более длиной) можно получить 10 г хитина, стоимость 1 г которого на мировом рынке от 10$ [6]. Расчет такого же дохода на определенное количество тараканов составляет: 10 г : 0,753 г = 13,28 т.е. такой же доход дадут не более 14 тараканов.

Таблица 3

Сравнение некоторых характеристик рака Astacus astacus L. и таракана Blaberus craniifer.

характеристика таракан Blaberus craniifer рак Astacus astacus L.
период взросления 4-6 месяцев 3,5-4 года
условия обитания влажные тропические леса Южной Америки, во влажном инсектарии при комнатной температуре живет повсюду пресная чистая вода: реки, озёра, пруды, быстрые или проточные ручьи, тёплая вода до 16-22 °C, очень чувствителен к загрязнению воды
разведение разводится повсеместно как корм в естественной среде практически истреблен – восстанавливается интродукцией
стоимость взрослой особи 20-30 руб выше в 20-30 раз
скорость выделения хитина не более16 часов

3-5 суток

Сопоставление некоторых характеристик рака Astacus astacus L. [7] и таракана Blaberus craniifer [8]. указанное в таблице 3, показывает, что тараканы более неприхотливы к условиям обитания, имеют период взросления гораздо меньший, чем у рака, и стоят намного дешевле.

Заключение

Данный способ производства хитина является весьма выгодным, благодаря высокой скорости размножения тараканов и низкой стоимости их разведения. Важным преимуществом указанной технологии является бóльшая скорость непосредственного выделения: для получения из экзоскелетов тараканов готового хитина требуется всего 16 часов, что во много раз меньше, чем длительность выделения хитина из других сырьевых источников (3-5 суток).

Таким образом, хитинсодержащие тараканы являются перспективным сырьём для получения хитина с высокой степенью чистоты.

Логическим направлением развития исследования является разработка наноматериалов на основе хитина для создания, например, легких и прочных контейнеров для космических исследований или даже скафандров для космонавтов.

Ссылки на источники

1.Гамзазаде А. Структурная неоднородность как фактор изменчивости свойств хитина и хитозана. М.: Высшая школа. – 2004.

2. Лебская Т., Толкачева В., Шаповалова Л. Научные и практические аспекты применения биологически активных веществ из морских животных. // Материалы отчетной сессии ПИНРО по итогам научно-исследовательских работ в 1998-1999 гг. Мурманск: ПИНРО. – 2000.

3. Материалы восьмой международной конференции Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана. М.: РосХит. – 2006.

4. Никольский А., Суворов А., Химия: учебник для вузов. СПб.: Химиздат, – 2001.

5. Хитин и хитозан: получение, свойства и применение. /под ред. Скрябина К.Г. и др. М.: Наука, – 2002.

6. Пищевые добавки от производителей и поставщиков по конкурентным ценам. URL: https://russian.alibaba.com/g/chitin-chitosan.html

7. Супрунович А., Макаров Ю. Культивируемые беспозвоночные. Пищевые беспозвоночные: мидии, устрицы, гребешки, раки, креветки. URL: http://ashipunov.info/shipunov/school/books/suprunovich1990_pischev_bespozv.pdf

8. Электронный каталог Catalogue of Life: 20th December 2017. URL: http://www.catalogueoflife.org/col/details/species/id/0dbfefc35bac71f71eef38c6515b266b

В статье описывается исследование эффективности использования минерала шунгита как сорбента и катализатора нейтрализации проливов ядовитого ракетного топлива на основе «гептила» в формате экспериментального моделирования процесса заражения и последующего обеззараживания почвы в условиях школьной лаборатории.

Введение

«Гептил» – 1,1-диметилгидразин, несимметричный диметилгидразин (НДМГ) является органическим производным гидразина H2N–NH2, которое образуется в результате замещения в молекуле гидразина атомов водорода на метильные радикалы –СН3 (рисунок 1) [1].

Рисунок 1. Модель молекулы и структурная формула НДМГ

«Гептил» – на сегодняшний день лучшее в мире ракетное топливо, с помощью которого на орбиту выводят космические корабли с "дешевой" себестоимостью пусков. Через некоторое время от ракетоносителя отделяется первая ступень и падает на землю. Поскольку топливо наливают с запасом, оно сгорает не полностью и после падения выливается до 1,5 тонн ядовитой жидкости [2]. «Гептил» – токсичное вещество I класса опасности обладает способностью кумулироваться в окружающей среде [3].

Северные ракетные площадки нашей страны расположены в арктической и субарктической климатических зонах, что определяет их труднодоступность и очень слабую способность к самоочищению. Загрязнение локализуется в радиусе 60-100 м от мест падения. Исследование загрязненных компонентами ракетного топлива зон показало, что уменьшение концентрации «гептила» в почве до уровня ПДК составляет более чем 20 лет. На полигоне "Плесецк" зафиксированы максимальные концентрации «гептила» в грунте 268,4 мг/кг (2 684 ПДК). При каждом новом запуске ракеты типа «Протон» ядовитый «гептил» продолжает наносить огромный вред природе и здоровью людей [4].

Существующие методы нейтрализации «гептила» дорогостоящи и малоэффективны для труднодоступных зараженных территорий Алтая, Якутии и Печорского края.

Основная часть

Чтобы предотвратить вытекание «гептила» и заражение почвы нужно использовать вещество, способное одновременно и сорбировать «гептил», и разлагать его на безопасные продукты. Цель данной работы – исследование эффективности использования минерала шунгита как сорбента и катализатора нейтрализации «гептила».

Шунгит – древняя горная порода, почти на 30% состоящая из особой аллотропной формы углерода – фуллерена C60 (рисунок 2).

Рисунок 2. Фуллерен С60: структура и внешнее включение.

Учёные объясняют уникальные свойства шунгита его необычной структурой, её основой являются многослойные фуллереновые глобулы размером около 10 нм, образующие в породе матрицу, в которой равномерно распределены дисперсные алюмосиликаты со средним размером около 1 мкм. Такая, практически наноразмерная, структура очень активна в окислительно-восстановительных реакциях, обладает сорбционными и каталитическими свойствами [5]. Оказавшись на поверхности шунгита, «гептил» разлагается на составляющие – его молекула как будто рвется на части, и из них, как из элементов конструктора, образуются практически безвредные вещества: метан, азот и вода, при недостатке шунгита добавляются ди- и триметиламины, их токсичность всё же в десять раз меньше, чем у «гептила» [6].

В рамках исследования была смоделирована и экспериментально апробирована методика процесса нейтрализации в почве пролива ракетного топлива на основе «гептила» с применением шунгита. Технология моделирования состояла из двух этапов: качественного и количественного анализов.

На этапе качественного анализа прорастили экспериментальный посев гороха PisumsativumL в почве одного типа и одинаковой массы. Затем осуществили единовременный полив 1-ой и 2-ой серии ростков раствором «гептила» одинаковой концентрации, одинакового объема. Во 2-ой серии почву сразу обработали одинаковым избыточным количеством шунгита, 1-ю серию оставили необработанной. В течение 2-х недель единовременно поливали все ростки одинаковым объемом воды и наблюдали за ростом гороха. Экспериментальный посев хранился в одинаковых условиях. Состояние ростков фотографировали в начале эксперимента, через неделю и через две недели. Наблюдения за развитием ростков гороха в течение 14 дней показали, что ростки гороха 1-ой серии (без шунгита) заметно отстают в росте и развитии зеленой массы от ростков гороха 2-ой серии (обработанной шунгитом). Через 3 дня взяли пробы почвы каждой серии; усреднили пробы в пределах серии (смешали в одну пробу образцы данной серии) для количественного определения «гептила» в почвах.

На этапе количественного анализа была проведена водная экстракция «гептила» из почвенной пробы, содержание «гептила» в экстракте определялось спектрофотометрическим методом.

Ввиду отсутствия в структуре «гептила» хромофорных групп, он не поглощает в ультрафиолетовой и видимой областях спектра, что делает невозможным его прямое определение, поэтому была проведена предварительная дериватизация – процесс введения хромофорных групп в молекулу «гептила». В результате получили гидразон – соединение с похожей химической структурой, нос отличающейся от исходного вещества способностью к светопоглощению [7]. В данном исследовании в качестве дериватизирующего агента был взят коричный альдегид OHC–CH = CH – C6H5.

В продукте реакции – гидразоне коричного альдегида (рисунок 3)

(СH3)2N–NH2 + OHC–CH = CH – C6H5 "

" (СH3)2N–N=HC–CH = CH – C6H5 + H2O

присутствует хромофорная группа: сопряжение ароматического цикла – C6H5 и азометиновой группы –N=HC–.

Рисунок 3. Раствор гидразона коричного альдегида (внешний вид продукта)

Воздушно-сухую навеску почвы 1-ой серии (зараженную «гептилом»), так называемую пробу 1, массой 50 г поместили в коническую колбу объемом 250 мл, добавили 50 мл дистиллированной воды, закрыли пробкой и интенсивно перемешивали в течение 20 минут. После отстаивания осторожно, не взбалтывая, отфильтровывали через бумажный фильтр 50 мл экстракта [6]. Фильтрат разбавили в 10 раз дистиллированной водой, чтобы снизить концентрацию «гептила» до нужного соотношения с коричным альдегидом (1:800) в последующей реакции образования гидразона. Добавили 5 мл рабочего раствора коричного альдегида. Установили кислотность среды при помощи индикатора, добавлением смеси этилового спирта и щавелевой кислоты (4:1) достигли pH~4,5-5,5 (кислотность подзолистых почв лесной зоны). Далее выдерживали раствор на кипящей водяной бане (термостатировали) в течение 10 минут до появления желтой окраски гидразона, затем раствор медленно охлаждали до комнатной температуры [8].

Оптическую плотность анализируемой пробы измеряли на спектрофотометре в кювете с толщиной поглощающего слоя 1 см при длине волны 415 нм относительно «нулевого» раствора – дистиллированной воды. [7].

Исследования проводились на УФ спектрофотометре UV-2600 (производитель "Shimadzu ", Япония) в лаборатории спектральных методов исследования Центра коллективного пользования "Спектроскопия и анализ органических соединений" Института органического синтеза УрО РАН.

Все действия повторили с навеской почвы 2-ой серии (зараженной «гептилом», но обработанной шунгитом), проба 2. В качестве образца сравнения детектировали аттестованный раствор «гептила» с концентрацией 0,0001 мг/л, проба 3.

Сравнили полученные результаты измерений оптической плотности, используя спектры на рисунке 4. Оптическая плотность раствора сравнения – аттестованного раствора «гептила» (синяя линия) равна 0,02; раствора вытяжки из почвы с «гептилом» без шунгита (серая линия) – 0,0075; раствора вытяжки из почвы с «гептилом», обработанной шунгитом (желто-зеленая линия) – 0,0025.

Рисунок 4. Спектры фотометрического определения «гептила» в пробах почв.

По данным спектров сделали количественные расчеты концентрации «гептила» в почве серий 1,2.

Массовую долю «гептила» в каждой пробе рассчитывали методом сравнения оптических плотностей двух растворов с использованием расчетной формулы из закона Бугера-Ламберта-Бера [7]:

А = I / I0 или A = abх

a – коэффициент погашения, постоянная, зависящая от длины волны λ, л/моль см

b – длина оптического пути, см

х – массовая доля, мг/кг

Оптические плотности измеряли относительно «нулевого» раствора в тех же кюветах при той же длине волны, т.е. ab = const. Значение оптической плотности первого раствора равно: А1 = abх1, значение оптической плотности второго раствора равно: А2 = abх2,разделив одно выражение на другое получим: А12 = х12, в данном эксперименте х1 =0,0001, А1 = 0,02; тогда

для пробы №1:0,02/0,0075 = 0,0001/х2, откуда х2 равно 0,00004 мг/кг или 0,04 мкг/кг, для пробы №2:0,02/0,0025 = 0,0001/х2,откуда х2 равно 0,0000125 мг/кг или 0,0125 мкг/кг.

Таблица 1

Содержание «гептила» в почве через 3 дня

проба оптическая плотность при 415 нм (А2) массовая доля «гептила», мкг/кг (х2)
№1 почва + «гептил» 0,0075 0,04
№2 почва + «гептил» + шунгит 0,0025 0,0125

Таким образом, концентрация «гептила» в почве пробы №2 меньше, чем в почве пробы №1 в 0,04/0,0125 = 3,2 раза

Экономическая оценка затрат показала следующие результаты. Шунгит – дешевый материал, ежегодная добыча которого исчисляется многими тысячами тонн.Прогнозные ресурсы по всем месторождениям составляют около 1 млрд. тонн [9]. Стоимость «сырого» шунгита в Интернет-магазине 80-100 рублей за 1 кг.

Для нейтрализации 2,5 мг «гептила» в данном эксперименте было израсходовано 50 г шунгита, следовательно, на 1,5 т остатка «гептила» в упавшей ступени ракеты потребуется 30 т шунгита, затраты составят 3 млн. руб.В пересчете на 19 запусков с космодрома Плесецк в 2017 году получается это около 60 млн. руб. Это гораздо меньше, чем затраты на ликвидацию экологических последствий от выжигания остатков топлива или обработки хлорной известью «гептилового пятна», после чего почва оказывается «мертвой» в среднем на 20 лет.

Заключение

Таким образом, исследование процесса нейтрализации «гептила» шунгитом, с учетом эффективности его действия, доступности и экономически разумных затрат, доказывает целесообразность применения шунгита в качестве «противоядия» ракетному топливу, содержащему «гептил».

Перспективой развития исследования является разработка конструкции топливного фильтра на основе шунгита, что решит проблему пролива ядовитого топлива и заражения почвы труднодоступных территорий.

Ссылки на источники

1. Терней А. Современная органическая химия. URL: http://bookfi.net/book/470278

2. Греков А.П., Веселов В.Я. Гидразин космический. Журнал «Химия и жизнь», №7. – 1979. URL: http://www.hij.ru/read/hot-topics/heptyl/2707/

3. ГОСТ 12.1.007-76. Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности (с Изменениями N 1, 2)URL: http://docs.cntd.ru/document/5200233

4. Мотылев С. Водный гиацинт в гептиловом болоте. Журнал «Химия и жизнь», №11. – 2002. URL: http://www.hij.ru/read/hot-topics/heptyl/2680/

5. Мосин О. Шунгит – природный нанотехнологический материал. URL: http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=3304

6. Максименко О. Победа шунгита над гептилом. Журнал «Химия и жизнь», №12. – 2006. URL: http://www.hij.ru/read/hot-topics/heptyl/2468/

7. Смоленков А., Родин И., Шпигун О. Спектрофотометрические и флуориметрические методы определения гидразина и его метилированных аналогов. / Журнал аналитической химии. Т.67, №2. URL: http://naukarus.com/spektrofotometricheskie-i-fluorimetricheskie-metody-opredeleniya-gidrazina-i-ego-metilirovannyh-analogov

8. Струков В., Темердашев З., Шпигун О., Киселёва Н. Способ определения несимметричного диметилгидразина в водных растворах. Патент РФ №2276350, МПК (6) G 01 N 21/78.

URL: http://bd.patent.su/2276000-2276999/pat/servl/servlet543c.html

9. Филиппов М. Шунгитоносные породы Карелии: черная олонецкая земля, аспидный сланец, антрацит, шунгит. – Петрозаводск: Из-во Карельского НЦ РАН, 2004. – 488 с.

Семинар о новом фандрайзинге в рамках Уральской школы наставников.

Тема семинара: "Новый фандрайзинг или где взять ресурсы для наставничества и реализации проектов".

Вопросы:
- Почему фандрайзинг перестал работать?
- Где искать глобальных игроков?
- Как сформировать претензию на ресурсы?

Семинар полезен наставникам, кураторам, тьюторам, трекерам, которые претендуют на высокий уровень жизни, реализацию современных технологоческих и кружковых проектов.

Разработка простейшего гранатомета и демонстрация реактивной тяги учащимся

Вывод: в домашних условиях возможно создать макет ракетного двигателя, в устройстве максимально напоминающем боевое оружие.

Научный интерес в экспериментах над типом используемых жидкостей и его количества в применяемом объеме. Навыки работы с электрическими устройствами.

План:

1.Описание реактивной тяги.

2.Примеры в природе.

3.Примеры в технике.

4.Ракетный двигатель.

5.Ручной гранатомет. Принцип работы. Свойства газов.

6.Эксперимент.

7.Вывод

ссылка на проект:

https://drive.google.com/file/d/1gbot7s8cIZhVGpJR4...

ссылка на текст проекта:

https://drive.google.com/file/d/1-_iHXvHlJYXd-8Z4U...

Многим людям не хватает витаминов, микроэлементов, и минеральных солей, особенно в зимнее время. Времени и места на посадку и взращивание высоковитаминной зелени то же не хватает. Почему бы не создать универсальную установку с микроконтроллером , которая сама будет выращивать зелень? То есть пользователь посадил ростки в ячейки установки, и забыл о ней. Для экономии места установку можно поставить в дальний угол квартиры, либо на холодный балкон.

Оглавление

Введение 1. Теоретическаячасть

1.1 Системыглубоководныхкультур

1.2 Техникапитательногослоя

1.3 Системыпериодическогозатопления

2. Практическаячасть

2.1Краткаяхарактеристикаэлементовраствора

2.1.7 Конструированиесистемы

Выводы

Введение

Название «гидропоника» происходит от двух греческих слов: ponos – труд и hydor – вода, и дословно означает «работающая вода». Гидропонику (беспочвенный метод культивирования растений) можно назвать технологией будущего.

Как оказалось гидропоника существовала еще в древности! Хорошим примером является одно из семи чудес света Висячие сады «Семирамиды» или «Аманис» — именно так звали жену Навуходоносора 2 царя Вавилона, ради которой и были построены эти необычные сады в пустыне на берегу реки Ефрат. Сады были обеспеченны искусственной системой водоснабжения из реки обогащенной кислородом и минералами.

Создание оптимальных условий для роста и развития растений обеспечивает получение очень высоких урожаев, лучшего качества и за более короткие сроки- Это и есть преимущество гидропоники над почвой

Актуальность. В современном мире население России испытывает гиповитаминоз

На прилавках магазинов зелень не самого лучшего качества.

Люди, ведущие ЗОЖ сталкиваются со сложностями при выращивание зелени.

Системы гидропоники очень дорого стоят, некоторые люди ,желающие разводить растения на гидропонной системе не могут себе этого позволить.

Цель работы – Создать универсальную гидропонную систему с автоматическим, удаленным управлением.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1.Изучить литературные источники по избранной теме исследования.

2.Сконструировать систему.

3.Написать программное обеспечение для системы.

4.Подобрать наилучшую культуру для выращивания.

5.Подобрать стимулятор роста, безопасный для людей.

6.Создать эффективный гидропонный раствор.

7.Разработать инструкцию по применению системы.

Объекты исследования. В работе было использовано несколько вариантов гидропонных систем.

В основе принципа отбора почвенных конструкций мы исходили из представления о её пригодности для развития растений и способности устойчивого автономного функционирования в течение длительного промежутка времени.

В практической части мы создали питальный раствор, нашли наилучший стимулятор роста, выбрали наилучшие растения. Создали систему, которая способна автономно функционировать и управляться удаленно.

Таблица 1. Подбор наилучшего состава раствора.

на 10 литровраствор 1раствор 2раствор 3
NH4NO30.20.10.5
KNO30.50.30.7
Ca(H2PO4)20.70.41.4
MgSO40.40.20.8
Fe2(SO4)30.060.020.1
H3BO30.010.0090.08
MnSO40.00450.00250.043
ZnSO40.00020.000020.002
CoSO40.00010.000020.001
CuSO40.00020.000020.001
вытяжка из ламинарии1.514
РезультатРастения быстро набирают массу. Гнили растений и цветения раствора замечено не было.Растения растут медленно. Не гниют, раствор не зацвел.Растения на 3 день пожелтели, а раствор зацвел 

Наилучшим стал раствор номер 1.

Поиск наилучшего стимулятора роста.

Таблица 1. Подбор стимулятора роста.

 ускорение ростаценабезопасность использованияСовместимость с составляющими питательного раствора.
корневин-+++
гетероауксин++++
гуминовые препараты+- ( на поздних стадиях развития растения)-++- (раствор темнеет и цветет)
циркон +++- (разлагается под УФ)

По результатам сравнения подошел гетероауксин.

Под эти критерии подошёл гетероауксин.

Преимущества этого стимулятора роста

1. Этот стимулятор вызывает растяжению клеточных мембран, в случае разрыва начинается активное деление клеток, следовательно ускоряет и рост растения.

2. Цена весьма низкая. Всего 15 рублей за упаковку.

3. Это вещество безопасно для людей и животных.

4. Гетероауксин инертен к составляющим раствора.

Конструирование универсальной гидропонной системы.

Гидропонная система состоит из таких узлов конструкции как:

1.Корпус из каркаса и толстой пленки, светоотражающий фольги.

2.Гидропонная система из труб диаметром 110 мм,50 ,32мм, насоса, компрессора, фильтра, сетчатых горшков.

3. Автоматика состоит из системы на ардуино, она отвечает за автономную работу системы (поддержание температуры, влажности, освещения).

4. Система удаленного мониторинга и управления на Расбери пи3. Она сообщается с Ардуино. Температуру , освещение, влажность можно регулировать с любой точки мира, где есть доступ в интернет.

5. Система освещения из лампы ДНАТ (обладает красно-синим спектром), светодиодов красного и синего света, лучшего для жизнедеятельности растений.

6. Система обеззараживания на кварцевой лампе.

Сравнение скорости роста растений в почве и гидропонной системе

Таблица 3. Рост растений в гидропонной системе ( мм сутки).

в нашем растворе
в течении 5 дней
руккола
кресс-салатлистовой салат
длина листа2.5 мм в сутки
4 мм сутки2 мм сутки
длина корня1 мм сутки0.5 мм сутки0.8 мм сутки
цвет листасветло-зеленыйсветло-зеленыйтемно-зеленый

Таблица 4. Рост растений в почве (мм сутки).

в нашем растворе
в течении 5 дней
руккола
(почва)
 кресс-салат
(почва)
листовой салат
(почва)
длина листа1.6 мм сутки 3 мм сутки1 мм сутки
длина корня3 мм сутки 1 мм сутки3 мм сутки
цвет листасветло-зеленый светло-зеленыйсветло-зеленый


Выводы

Мы создали систему, которая способна функционировать автономно с удаленным управлением в течении двух месяцев,

Наш раствор показал высокую эффективность при выращивании зелени.

Подписка на новости
Контакты

Адрес: г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка 145, к. 1119 (на карте)

Тел.: +7 (343) 355-93-88

info@cosmoport.club