Земля. Большая часть поверхности нашей планеты покрыта водой, а это километры. Жизнь на поверхности планеты – это десяток километров.
Поверхность нашего любимого тела. Эпителий – слой клеток, выстилающий поверхность и полости тела, а также слизистые оболочки внутренних органов, пищевого тракта, дыхательной системы, мочеполовые пути. Кроме того, образует большинство желез организма.
Поверхность кристалла – монослой атомов. Есть поверхностная энергия и энергия объема твердого тела.
Топохимия изучает твердофазные реакции, протекающие локально на границах раздела фаз, в определенных участках твердого тела. Типичная топохимия: выщелачивание горных пород, восстановление металлов из руд, обжиг, некоторые стадии фотографического процесса, химическое травление.
Начальные топохимики – гончары. Путь топохимии от обжига глины к молекулярно-лучевой эпитаксии.
Эпитаксия – это закономерное нарастание одного кристаллического материала на другой, т.е. ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого. Строго говоря, рост всех кристаллов можно назвать эпитаксиальным: каждый последующий слой имеет ту же ориентировку, что и предыдущий. Различают гетероэпитаксию, когда вещества подложки и нарастающего кристалла различны (процесс возможен только для химически не взаимодействующих веществ, например, так изготавливают интегральные преобразователи со структурой кремний на сапфире), и гомоэпитаксию, когда они одинаковы. Ориентированный рост кристалла внутри объема другого называют эндотаксией. Эндотаксия наблюдается, например, при кристаллизации, коррозии.
Гетеропереходы. Это и есть поверхностные эффекты. Нобелевский лауреат Ж.И. Алферов: «Естественно это то, что гетеро…». Все лазерные проигрыватели и прочие минимизирующие электронные устройства – топохимия! Может быть, откажетесь, нелюбители химии?
Ваша крыша – это топохимия! Почему она сделана из асбеста или ондулина? Потому что химики все узнали. Асбест – это рак, а ондулин – легко и несгораемо.
Можно почитать: Продан Е.А. Неорганическая топохимия. Минск: Наука и техника, 1986.
Может не надо сжигать уголь? Углехимия.
Углехимия изучает происхождение, состав, строение, свойства твердых горючих ископаемых, а также методы их переработки. Углехимия – теоретическая основа коксохимии, процессов переработки торфа и сланцев, газификации и гидрогенизации углей.
Самая простая углехимия – это С + О2 = СО2 + тепло.
Этим путем мы успешно движемся со времен английских каминов и пароходов. Но перед Вами иллюстрация фразы Д.И. Менделеева: «Сжигать нефть и уголь – то же, что топить печь ассигнациями». Итак, цепочки:
уголь – светильный газ, аммиак (азотные удобрения), кокс (сталь), каменноугольная смола;
каменноугольная смола – толуол, тротил (взрыв), нафталин (и меха целы), тринитронафталин (взрыв), красители, бензол, фенол;
бензол – анилин, красители;
фенол – пластмассы, фенацетин (лекарство), салициловые препараты (аспирин), красители, пикриновая кислота (взрыв).
Богато! Но мы и так богатенькие потому и сжигаем. Доля угля в энергобалансе России в 2005 году составила около 18% (среднемировой показатель – 39%). Так мало не потому что химичим, а просто заместили нефтегазовым топливом. Хрен редьки не слаще.
А вот аспект безопасности. Многие грешат на атомные электростанции (АЭС). Опасно! Чернобыль! Фукусима! Но, более 60% угольных шахт России взрывоопасны (газ и угольная пыль), почти в 50% возможно самовозгорание угля. Так что аварии на шахтах неизбежны в отличие от АЭС, где их можно избежать. Уровень профессиональных заболеваний шахтеров в 9 раз превышает средние показатели по промышленности России. Я не говорю о горах золо-шлаковых отходов и выбросах парниковых газов – эти темы уже всю плешь проели.
Тем не менее, из современного теплового баланса уголь не выбросишь, а следовательно есть текущие научные задачи:
- Теоретическое моделирование и экспериментальное исследование строения и структуры угля и установление их взаимосвязи с его реакционной способностью.