Вчера на закрытие года в ХимЦентре традиционно делали мороженое на жидком азоте (20% сл...
Вчера на закрытие года в ХимЦентре традиционно делали мороженое на жидком азоте (20% сливки 200 г + сгущеное молоко 50 г + пара капель лимонного сока, взбить, потом заморозить) и ученики спросили про крионику. Отвечая, я понял, что у них в голове смешана крионика и криогеника. Первое - попытки заморозить смертельно больных людей для будущего оживления. Второе - раздел химии, физики и технологии о работе при сверхнизких температурах. Главный символ этой области - жидкий азот, кипящий примерно при -196 °C. Он инертен, сравнительно дешев (я покупал по 140 руб/литр) и позволяет быстро охлаждать материалы, реакционные смеси... и готовить мороженое. При этом его нельзя считать безобидной "холодной водой": жидкий азот вызывает тяжелые криоожоги. Мне как-то в кроссовок попал - недели три ожог не проходил. Самое, пожалуй, важное применение криогеники в химии - замедление реакций. При низкой температуре уменьшается тепловое движение молекул, поэтому многие побочные процессы резко тормозятся. Правило Вант-Гоффа "при увеличении температуры на 10 градусов реакция ускоряется в 2-4 раза" работает и вниз. При -70 °C и ниже хранят нестабильные вещества и биологические образцы. В оргсинтезе холод часто нужен для управления селективностью реакции. Например, реакции с литийорганическими соединениями, сильными основаниями или очень активными электрофилами часто проводят при -78 °C в бане сухой лед-ацетон. При низкой температуре можно получить продукт кинетического контроля реакции, который при нагревании (вернее при н.у.) превратился бы в более устойчивый "термодинамический" продукт. Тут нужен отдельный пост про термодинамику/кинетику, наверное...) Криогеника полезна и при работе с газами. Пары можно сконденсировать в охлаждаемой криоловушке, отделить от других компонентов или очистить от летучих примесей. Когда азота достаточно (в моем студенчестве его было сложно достать в нужных количествах) криоловушки используют, чтобы улавливать пары растворителей, защищать насосы и работать с веществами, чувствительными к воздуху и влаге. Отдельная большая область - криогенное измельчение. Многие полимеры и биологические материалы при комнатной температуре мягкие, а если охладить их жидким азотом, они становятся хрупкими и легче превращаются в порошок. Те же ионообменные смолы я дробил исключительно в азоте. Воздействие жидкого азота на окружающие вещества хорошо иллюстрирует понятие температуры стеклования. Многие полимеры (пластик, каучук и пр.) бывают в трех "агрегатных" состояниях: вязкотекучем (это когда он почти жидкий), твердом высокоэластичном (как ПЭ пакет) и хрупком стекловидном, когда сегменты полимерных цепей при охлаждении теряют подвижность. Полиэтилен, полипропилен, полистирол, силиконы и эпоксидные материалы при криогенных температурах ведут себя по-разному, потому что отличаются структурой цепей, степенью кристалличности и температурой стеклования. Стоит учитывать, что чехол от сотового зимой не только хуже защищает, но и может натурально расколоться сам. ...О, кстати хороший допвопрос для экзамена у 3 курса по высокомолекулярным соединениям 11 июня. У некоторых материалов при охлаждении ниже критической температуры электрическое сопротивление исчезает, возникает сверхпроводимость, это используют, в том числе, в ЯМР. В аналитической химии криогеника используется для подготовки проб и повышения качества измерений. Криофокусировка в газовой хроматографии позволяет сконцентрировать летучие вещества, а затем быстро высвободить их при нагревании, увеличив чувствительность прибора. Криогеника нужна и для спектроскопии. При низких температурах уменьшаются тепловые колебания молекул и кристаллических решеток, поэтому спектральные линии часто становяся более узкими и информативными.. В промышленности криогеника используется при разделении воздуха. Собственно, низкотемпературная ректификация (перегонка) и позволяет получать кислород, азот и аргон в больших масштабах.