Что такое молекулярная инженерия? Кратко

Молекулярная инженерия, или нанотехнология, занимается мельчайшими объектами, размер которых измеряется в миллиардных долях метра (примерно одна стотысячная толщины человеческого волоса). С помощью нанотехнологий создаются новые материалы с полезными свойствами, такие как, например, невидимое покрытие для выхлопных труб автомобилей толщиной в 3 микрометра (миллионная часть метра), защищающее их от коррозии.

В оптике нанопокрытия для очков защищают стекла от повреждений и царапин, а также облегчают их очищение. Нанотехнологии позволяют также создавать более прочные материалы, используемые в производстве легких теннисных ракеток и велосипедов. Некоторые ученые все же опасаются, что наночастицы в таких изделиях могут вызывать ран легких.

Наномашины и наноботы пока находятся на стадии разработки. В будущем крошечные наносенсоры на упаковке смогут определить, нет ли в продукте опасных патогенов, вызывающих отравление. А наноботы смогут путешествовать по нашим венам и восстанавливать ДНК поврежденных клеток или искать и уничтожать опухоли.

Что такое молекулярная геометрия? Кратко

Молекулярная геометрия описывает общую форму молекулы с точки зрения расположения ее атомов. Простую форму имеют линейные молекулы, как, например, углекислый газ (0=С=0), а также тетраэдрические молекулы, такие как метан, состоящий из атома углерода, окруженного четырьмя атомами водорода, которые образуют тетраэдр.

Треугольно-бипирамидальные молекулы имеют форму двух пирамид, соединенных у основания, а октаэдрические молекулы похожи на восьмиугольник. Такие молекулы входят в состав такого сложного соединения, как гексафторид серы (SF6).

Изомеры — это химические соединения, у которых одинаковая химическая формула, но разное молекулярное строение. Например, фруктоза — это изомер глюкозы, они имеют одинаковую формулу С6Н1206, но их атомы расположены по-разному. Бывает, что два изомера зеркально отражают друг друга, и тогда их молекулы называют «хиральными», а два изомера — энантиомерами. Хиральные молекулы составляют большинство аминокислот, которые формируют белок. 

Что такое метаматериалы? Кратко

Метаматериалы — искусственно созданные материалы, обладающие необычными, не встречающимися в природе свойствами. Один из таких материалов способен маскироваться под окружающую обстановку, совсем как герои научно-фантастических фильмов.

Метаматериалы специально создаются так, чтобы управлять светом. Иногда они чередуют мельчайшие слои и образуют вещество с отрицательным коэффициентом преломления, искажает свет в неожиданных направлениях. В теории такие материалы способны скрыть объект, направляя лучи света вокруг него, а затем снова вести по прямой линии. Таким образом, объект будет невидим для человека, стоящего напротив него.

Исследования находятся на начальной стадии, и пока рано говорить об изобретении плаща-невидимки. Но в любом случае данная технология пригодится для микроскопов будущего. Она откроет возможность находить мельчайшие вирусы и молекулы, так как у таких микроскопов не будет дифракционного предела, который не позволяет рассмотреть мельчайшие объекты с помощью техники

Что такое металлы. Кратко

В химии металлом называется элемент или сплав, в котором часть электронов не прикреплена к ядрам атомов, а свободно перемещается по всему кристаллу. Благодаря этому движению электронов металлы хорошо проводят электричество и тепло. Железо и алюминий — два самых распространенных металла на Земле.

Обычно металлы обладают большей плотностью по сравнению с неметаллами. Они легко образуют положительно заряженные ионы, теряя электроны, но способность вступать в химические реакции у металлов разная, что показано в диаграмме. Так, железо ржавеет в течение нескольких лет, превращаясь в оксид железа под воздействием окружающей среды, а калий без примесей окисляется за считанные секунды. Некоторые металлы, такие как платина и золото, вообще не вступают в реакции с окружающей средой. Другие, как алюминий и титан, образуют тонкую оксидную пленку, которая защищает их от дальнейшего окисления.

Примечательно, что астрономы называют металлом любой элемент во Вселенной тяжелее водорода и гелия.

Что такое композитные материалы? Кратко

Композиты — это материалы, состоящие из двух или более веществ без однородного их смешивания. Пример композита — железобетон, в составе которого есть цемент, позволяющий прочно соединить гравий и песок, а порой и стальная арматура — для придания дополнительной надежности. Древесина — это природный композит, состоящий из волокон целлюлозы в матрице сложного полимера лигнина.

Как правило, композиты — это легкие материалы, обладающие высокой прочностью и жесткостью. Обычно одно вещество (матрица или связующий материал) окружает и стягивает части другого, более прочного вещества (армирование). В стеклопластике, например, пластиковая матрица армируется нитями стекла.

Для производства самолетов инженерам требуются легкие прочные материалы, устойчивые к нагрузке на высоте. Один из таких материалов — армированный углеродным волокном пластик, он похож на стеклопластик, только прочнее. При строительстве космических кораблей используются еще более экзотичные материалы, созданные специально для того, чтобы выдерживать экстремально низкие температуры на орбите Земли и в космосе.