Кластерная химия открывает новую стратегию в гетерогенном катали-

зе, особенно в комбинации с туннельной сканирующей микроскопией. Игламикроскопа способна «копать» любые атомы в любом числе на любые грани,ребра, террасы любого кристалла, создавая разнообразные каталитическиереакторы и позволяя тестировать на них любые реакции. Это новое дыханиефундаментальной науки о катализе, ее будущее.

Распространенность, а, следовательно, значимость кластеров существенно больше, чем представлялось до недавнего времени. Так, было обнаружено, что жидкий аммиак кластеризован: он состоит из кластеров (NH₃)₇ –

одна молекула в центре, остальные на периферии. Хорошо известна кластер-

ная структура жидкой воды: молекулы воды объединяются в гекса, пента и

тетрамеры с близкими по энергии структурами типа призмы, клетки, «рас-

крытой книги».

Жидкие растворы этанола в воде также неоднородны: они

составлены из кластеров воды и спирта. Примечательно, что при содержанииспирта в воде40% доля кластера воды и спирта сравниваются. В жидкомбензоле также обнаружены признаки кластеризации. Возможно, что это общее явление, и тогда все жидкофазные реакции следует трактовать как реакции в микрореакторах.

 

 

Лекция 5.

ХИМИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Химия является главным создателем материалов для всех отраслей

науки и производства – от техники и металлургии до сельского хозяйства имедицины: в этом смысле химия стоит в центре науки. Разработка и созданиеновых веществ, препаратов и материалов, а также усовершенствование известных и существующих – главная задача современной химии. Она включает в качестве составных элементов синтез новых веществ и материалов, исследование их свойств и анализ поведения в различных условиях и режимахиспользования или эксплуатации. Эту область химии можно обобщенно называть химическим материаловедением.

Традиционной и всегда актуальной задачей остается создание сверх-

прочных неорганических материалов: стеклокристаллических материалов –ситаллов, керамики. В этом направлении достигнут значительный прогресс –созданы высококачественные оптические, термостойкие, полупроводниковыестекла с высокой механической прочностью, получены пленочные и чешуйчатые стекла, обладающие высокой эластичностью, тепловой и электрической прочностью. Разработаны способы получения пористых стекол с заданным диаметром пор и каналов (до 10 Å и меньше), которые могут использоваться как фильтрующие материалы (в частности, для фильтрации биомолекул, вирусов и т.д.).

Получены новые типы керамик с высокой механической, химической иэлектрической прочностью, с малым коэффициентом термического расширения: керамика становится незаменимым материалом для технических, электро- и радиотехнических целей. Получены стеклометаллы – аморфные, стеклообразные металлы, обладающие высокой химической стойкостью и стабильностью по отношению к коррозии.

Большие перспективы имеют композиционные неорганические материалы, в частности, волокнистые композиты с металлической и керамической матрицей.

Это уникальные материалы, удовлетворяющие двум противоречивым требованиям – повышению прочности при одновременном увеличении

трещиностойкости. Например, бороалюминиевый композит, созданный в Институте физики твердого тела АН СССР, имеет прочность в направлении армирования 100^-15- кГс/мм², модуль упругости ~25000 кГс/мм², плотность27 г/см³, т.е. этот материал имеет механические свойства хорошей стали, аплотность – алюминия.

Волокнистые керамические композиты характеризуются работой разрушения, на порядок, превосходящий работу разрушения

лучшей однородной керамики. На их основе можно создавать легкие композиты, выдерживающие жесткие тепловые и механические режимы эксплуатации.

Актуальны задачи создания легированных и коррозионно-устойчивых сплавов и материалов, неорганических полупроводников, фоторезисторов, приемников и фотоэлектрических преобразователей с высоким квантовым выходом преобразования и высокой селективностью и чувствительностью к различным областям оптического спектра, создание пьезо-, сегнетоэлектриков и других материалов для акустоэлектроники.