Четвертым объектом изучения химической науки является самоорганизация предбиологических систем.

Химики давно пытались понять, каким образом из неорганической безжизненной материи возникает органическая как основа жизни на Земле. Поэтому в 20 веке в свете общих эволюционных представлений в естествознании развивается новая наука – эволюционная химия, наука о самоорганизации и саморазвитии химических систем.

В рамках эволюционной химии изучаются процессы самопроизвольного синтеза новых химических соединений, являющихся более сложными и высокоорганизованными продуктами по сравнению с исходными веществами.

Начало этой науки положено при разработке теории биохимической эволюции, объясняющей происхождение жизни на Земле в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам.

Первой стадией биохимической эволюции считается химическая эволюция, или абиогенез, которая, согласно этой теории, протекала в три этапа:

первый этап – синтез низкомолекулярных органических соединений из газов первичной атмосферы;

второй этап – полимеризации мономеров с образованием цепей белков и нуклеиновых кислот;

третий этап – образование фазово-обособленных систем органических веществ, отделенных от внешней среды мембранами.

В процессе развития нашей планеты происходил отбор химических элементов в биотических и абиотических системах.

Основу живых систем составляют 6 элементов, получивших название органогенов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера.

Их общая весовая доля в организме составляет более 97%.

За ними следуют 11 элементов, которые принимают участие в построении многих физиологически важных компонентов биосистем: натрий, калий, кальций, магний, железо, кремний, алюминий, хлор, медь, цинк, кобальт.

Их весовая доля в организме – 1,6%.

Есть еще 20 элементов, участвующих в построении и функционировании отдельных специфических биосистем, доля которых составляет 1%.

Участие всех остальных элементов в построении биосистем практически не зафиксировано.

В абиотической среде также есть свидетельства об отборе элементов. Более 99% всех природных соединений содержат те же 17 элементов, на долю всех остальных приходится менее 1% соединений.

Если говорить о химической картине мира в целом, учитывая как природные, так и синтетические продукты, то оказывается, что в настоящее время известно около 8 млн химических соединений.

Из них 96% - органические соединения, 4% - неорганические.

Большую часть вещества во Вселенной составляют водород и гелий. Более тяжелые элементы существуют во Вселенной в очень малых количествах: например, наша звезда – Солнце – содержит не более 2% тяжелых элементов.

 

Лекция 5 НАНОТЕХНОЛОГИИ

 

На сегодняшний день в мире нет стандарта, описывающего, что такое нанотехнологии и нанопродукция.

В Еврокомиссии создана специальная группа, которой разрабатывает классификацию нанопродукции.

На территории Российской Федерации понятие нанотехнологий установлено в ГОСТ Р 55416-2013 «Нанотехнологии. Часть 1. Основные термины и определения».

НАНОТЕХНОЛОГИЯ - совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.

НАНОТЕХНОЛОГИЯ – это область фундаментальной и прикладной науки и техники с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемой манипуляции отдельными атомами и молекулами.

 

Среди подходов к определению понятия «нанотехнологии» имеются следующие:

1. знание и управление процессами, как правило, в масштабе 1 нм, но не исключающее масштаб менее 100 нм в одном или более измерениях, когда ввод в действие размерного эффекта (явления) приводит к возможности новых применений;

2. использование свойств объектов и материалов в нанометровом масштабе, которые отличаются от свойств свободных атомов или молекул, а также от объемных свойств вещества, состоящего из этих атомов или молекул, для создания более совершенных материалов, приборов, систем, реализующих эти свойства.

 

Практический аспект нанотехнологий включает в себя производство устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и наночастицами.

Подразумевается, что не обязательно объект должен обладать хоть одним линейным размером менее 100 нм. Это могут быть и макрообъекты, атомарная структура которых контролируемо создаётся с разрешением на уровне отдельных атомов или содержащие в себе нанообъекты. В более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов.

Нанотехнологии качественно отличаются от традиционных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул или агрегатов молекул (например, силы Ван-дер-Ваальса, квантовые эффекты.

 

Нанотехнология и в особенности молекулярная технология это новые, очень мало исследованные дисциплины. Основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее, проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных достижений позволяет относить её к высоким технологиям

Развитие современной электроники идёт по пути уменьшения размеров устройств. С другой стороны, классические методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройства уменьшается ненамного, зато экономические затраты возрастают экспоненциально.

Нанотехнология является следующим логическим шаг развития электроники и других наукоёмких производств.

 

Во второй половине 20 века был дан старт реализации нескольких долговременных научных программ.

Выполнение этих программ продолжается в настоящее время, а завершение работ планируется в середине 21 века.

Программа 1. К осмическая программа, подразумевающая исследования, как ближайшего космоса, так и отдаленных уголков Вселенной.

В результате реализации этой программы объединенным усилием научных коллективов разных стран мира были созданы международные космические станции, на которых используется новейшее оборудование, изготовленное в различных лабораториях.

Программа 2. Грандиозная по замыслу международная программа «Геном человека», целью которой является расшифровка генного кода человека. Параллельно развиваются программы «Геномы животных».

Программа 3. Комплекс международных экологических программ, международные программы мониторинга объектов окружающей среды.

4. Программа «Развитие нанотехнологий» -пример тесной связи науки и техники - интереснейшая и перспективнейшая научная программа.