 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
126
Значительная часть населения земного шара прямо или косвенно связана с химическими
технологиями. Так, к концу 80-х годов XX в. только в одной стране – США – в химической
индустрии и родственных отраслях было занято более 1 млн. человек, в том числе свыше 150000
ученых и инженеров-технологов. В те годы в США продавали химической продукции примерно
на 175–180 млрд. долл. в год.
Химические технологии и связанная с ними индустрия вынуждены реагировать на стремление
общества сохранить окружающую среду. В зависимости от политической атмосферы такое
стремление может колебаться от разумной осторожности до паники. В любом случае
экономическое следствие – рост цен на продукцию, обусловленный затратами на достижение
желаемой цели сохранения окружающей среды, на обеспечение безопасности рабочего персонала,
на доказательства безвредности и эффективности новых продуктов и т. п. Разумеется, все эти
затраты оплачивает потребитель и они существенно отражаются на конкурентоспособности
выпускаемой продукции.
Представляют интерес некоторые цифры, касающиеся выпускаемой и потребляемой
продукции. В начале 70-х годов XX в. средний горожанин использовал в повседневной жизни
300–500 разнообразных химических продуктов, из них около 60 – в виде текстильных изделий,
примерно 200 – в быту, на рабочем месте и во время отдыха, примерно 50 медикаментов и столько
же продуктов питания и средств приготовления пищи. Технология изготовления некоторых
пищевых продуктов включает до 200 различных химических процессов.
Около десяти лет назад насчитывалось более 1 млн. разновидностей продукции, выпускаемой
химической промышленностью. К тому времени общее число известных химических соединений
составляло более 8 млн., в том числе примерно 60 тыс. неорганических соединений. Сегодня
известно более 18 млн. химических соединений. Во всех лабораториях нашей планеты ежедневно
синтезируется 200–250 новых химических соединений. Синтез новых веществ зависит от
совершенства химических технологий и в значительной степени от эффективности управления
химическими превращениями.
6.2. Управление химическими процессами
Успехи в развитии современной химии во многом определяются степенью управления
химическими превращениями, которые непосредственно зависят от химической реакционной
активности реагентов. Повышению степени управления химическими процессами способствует
внедрение новых экспериментальных методов химических превращений с применением
современных технических средств контроля и анализа сложных молекулярных структур.
В упрощенном понимании химию можно представить как науку о превращениях одного набора
химических веществ в другой. Такое превращение (химическая реакция) на молекулярном уровне
означает перегруппировку одного набора молекул в другой. Химическая реакция начинается со
смешивания реагентов и заканчивается образованием конечных продуктов. В большинстве
случаев она включает ряд промежуточных стадий, и для полного понимания механизма реакции
нужны сведения о промежуточных молекулах, образующихся на каждой стадии, протекающей,
как правило, очень быстро. Если 20–30 лет назад технические средства эксперимента позволяли
проследить за промежуточными молекулами с временем жизни около одной миллионной доли
секунды, то современные лазерные источники излучения существенно расширили временной
диапазон исследований от 10
-6
до 10
-15
с. Сейчас физики умеют получать лазерные импульсы
длительностью менее 5 фемтосекунд (1 фс = 10
-15
)
и уже приближаются к аттосекундам
(1 ас = 10
-18
с). За основополагающие работы в области фемтохимии американец египетского
происхождения Ахмед Зивейл удостоен Нобелевской премии по химии 1999 г. Свои первые
экспериментальные исследования сверхбыстрых реакций, инициируемых лазерным импульсом
феттосекундной длительности, он начал в конце 80-х годов с изучения распада молекул цианида
йода.
Электромагнитное излучение играет важную роль не только в детальном исследовании
промежуточных процессов химических превращений, но и в их инициировании. Например,
видимое или ультрафиолетовое излучение, поглощаемое некоторыми молекулами, сообщает им
энергию, достаточную для изменения распределения электронной плотности, ослабления
химических связей и возникновения новой молекулярной структуры, которую трудно получить в
реакциях даже при термическом или другом воздействии.