КЕРАМИКА ПРОМЫШЛЕННАЯ - изделия, получаемые путем спекания неорганических, неметаллических материалов и имеющие промышленное или техническое применение. Компонентами этих материалов обычно являются вещества с высокой температурой плавления или размягчения. Промышленную керамику образует большая группа материалов, имеющих специальное применение, отличное от бытового или декоративного. Как правило, к ней не относят стекла, эмали, строительные материалы и некоторые цементы и огнеупоры

См. ЭМАЛЬ.

Таблица 1. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ КЕРАМИКИ

Производство. Керамика получается нагревом до высокой температуры изделий, сформованных из уплотненного порошка. В случае традиционных материалов порошок обычно представляет собой смесь глины и других встречающихся в природе минералов. Процесс производства по существу один и тот же для всех видов промышленной керамики. Обычно берется тонкий порошок (размер частиц около 1 мкм), полученный размолом или из растворов путем химического осаждения, распыления или сублимационной сушки, и уплотняется давлением в пресс-форме, как правило, карбидовольфрамовой или стальной. К порошку можно добавлять немного органической связки (например, воска) для придания прессовке прочности и способности сохранять форму (см. также ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ). Впоследствии, во время обжига, связка выжигается. Затем форма заготовки может быть изменена путем резания, сверления или другого вида механической обработки

(см. также СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ).

ОБРАБОТКА КЕРАМИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК

Большая однородность упаковки порошка может быть достигнута посредством использования давления жидкости для его уплотнения в гибкой резиновой или пластмассовой форме. Таким способом могут быть получены крупные порошковые заготовки. Добавление к порошку значительного количества пластификатора (до 50%) делает смесь достаточно пластичной, так что при умеренных температурах (от 50 до 200° С) ее можно подвергнуть прессованию или литьевому формованию под давлением. Способ литья под давлением хорошо подходит для быстрого производства небольших изделий сложной формы.

См. также ПЛАСТМАССЫ. Суспензии порошков в воде, или шликеры, имеющие низкую вязкость, но содержащие большие объемы твердых материалов, легко получить путем добавления небольшого количества поверхностно-активного вещества (дефлокулянта, или диспергатора). Вода оттекает в пористые стенки пресс-формы, а внутри нее остается заготовка в виде влажного, но хорошо уплотненного порошка. Этот метод широко используется в производстве посуды. Его также применяют для изготовления турбинных лопаток из порошков нитрида кремния или карбида кремния. Все описанные выше процессы дают уплотненный и сформованный порошок (заготовку изделия). Уплотненные частицы затем спекаются путем нагрева, как правило, в электрической печи, с образованием твердого изделия. При высоких температурах (от 1000 до 1700° С) частицы твердых материалов слипаются подобно частицам меда при комнатной температуре. Время обработки варьируется от нескольких минут до нескольких часов. Спекание частиц приводит к образованию более плотного продукта, и изделие может уменьшиться в объеме на 20%. Уплотнение можно ускорить применением более высоких температур и более мелких частиц одного размера. Его также можно усилить, прилагая давление во время нагрева. Этот метод используют, когда требуется максимальная прочность. Обычно в зависимости от температуры, которая может достигать 2000° С и выше, применяют пресс-формы и пуансоны из графита или сплавов никеля. Для передачи давления на порошок можно применить инертный газ, например аргон или азот. При этом порошок часто заключают в тонкую стеклянную оболочку, которая размягчается при температуре прессования, или предварительно нагревают с переходом в такое состояние, в котором он непроницаем для газа. Широко используемый способ ускорить уплотнение - ввести в смесь небольшое количество вещества, которое образует жидкий растворитель для основного компонента при температуре печи. Производство алюмооксидной керамики с помощью силикатов - пример применения этого способа; силикаты магния и иттрия широко используются в производстве нитрида кремния. Процессы нагрева и прессования создают полностью уплотненную мелкозернистую однородную структуру. Содержание побочных и межзеренных фаз обычно сводится к минимуму. Примечательным исключением является намеренное внедрение частиц вторичной фазы, например диоксида циркония, для упрочнения материала и придания ему твердости. Недостаток межзеренных фаз, особенно тех, которые при охлаждении переходят в стеклообразное состояние, состоит в том, что они могут изменять свойства материала в нежелательном направлении. Жидкая фаза должна удаляться в процессе уплотнения. Она удаляется при кристаллизации межзеренной фазы или путем перехода в твердый раствор; оба способа использовались в случае сиалонов (материалов на основе нитрида кремния, содержащих кремний, алюминий, кислород, азот и другие элементы). Были попытки использовать уплотняющие добавки, которые не образуют жидкой фазы. Пример такой добавки - оксид магния, небольшое количество которого способствует уплотнению оксида алюминия, применяемого в производстве прозрачных колб натриевых ламп высокого давления. Тонкие керамические покрытия, прочно сцепленные с поверхностью металлов и других материалов, можно получить путем пламенного или плазменного напыления порошка. При этом достигаются весьма высокие температуры и скорости частиц порошка. Кинетическая энергия ударяющихся о подложку размягченных частиц достаточна, чтобы вызвать их дальнейшее расплавление и обеспечить сцепление с подложкой, которая остается холодной. Температура плазмы достигает 15 000° С и выше, температура пламени близка к 2500° С. Для получения керамического материала с хорошими свойствами надо, чтобы его микроструктура была мелкозернистой, однородной, свободной от дефектов и воспроизводимой. Главным условием этого является производство подходящих высококачественных порошков. Для реализации этой цели были исследованы два подхода. Первый состоит в использовании порошков чрезвычайно мелких частиц (размером 10-100 нм). Однако с такими порошками трудно работать, т.к. их частицы имеют склонность к слипанию. Второй подход состоит в получении сферических частиц диаметром КЕРАМИКА ПРОМЫШЛЕННАЯ1 мкм, которые стремятся расположиться регулярным и соразмерным образом, что приводит к образованию зернами регулярной структуры. Для реализации обоих подходов требуются технологические условия, трудно достижимые в традиционных отраслях керамической промышленности.

Применение. Главные области текущих и потенциальных применений промышленной керамики - машиностроение, электротехника и электроника. Два бытовых применения, отмеченных широким рыночным спросом, - магниты из ферритной керамики, используемые во всех телевизионных приемниках и видеотерминалах, и износостойкие уплотнительные кольца (керамика на основе оксида алюминия) водяных насосов для систем центрального отопления. Два приведенных ниже примера иллюстрируют разнообразие применений керамики и разработанных типов керамических материалов.

Машиностроение. Интерес к керамике основывается на ее высокотемпературных прочности и сопротивлению ползучести. Керамики на основе нитрида кремния, карбида кремния и диоксида циркония используются в дизельных и газотурбинных двигателях. Полностью керамический двигатель, работающий при очень высоких температурах, успешно испытан в лаборатории. Промышленная керамика широко используется при нормальных температурах в условиях, требующих от материала твердости, стойкости к истиранию и прочности. Из карбидокремниевой и алюмооксидной керамики изготавливают уплотнения насосов и детали клапанов, подверженные абразивному действию суспензий и жидкостей. Инструмент с режущей кромкой из корундовой керамики во многих областях металлообработки заменил инструмент на основе карбида вольфрама. Твердая, прочная нитридкремниевая керамика сиалоновой группы была разработана для таких специализированных применений, как высокоскоростная обработка резанием никелевых сплавов и чугуна, прокатка труб и вырубка угля. Существует широкий спрос на керамические материалы для нитепроводников с высокими механическими характеристиками.

Электротехника и электроника. Керамические материалы используются для изготовления изоляторов разнообразного назначения. Тонкие пластины из алюмооксидной керамики широко применяются как подложки для монтажа микропроцессоров и связанных с ними элементов и схем. Алюмооксидная керамика имеет хорошую долговременную электрическую и химическую стабильность при воздействии высокочастотных токов. Она достаточно прочна, чтобы выдерживать высокие тепловые и механические нагрузки, возникающие в условиях температур до 250° С, которые могут создаваться некоторыми электрическими приборами. Изоляторы из алюмооксидной керамики применяются в клистронах и магнетронах (см. также СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН). Отвод тепла, особенно от многослойных керамических приборов, улучшается при использовании керамики с высокой теплопроводностью, например оксидбериллиевой и нитридалюминиевой. Тонкие изолирующие пленки из керамических материалов дают возможность хранить большие электрические заряды в очень малом объеме. Сегнетоэлектрическая керамика, например титанатбариевая и титанатстронциевая, а также аналогичные материалы, содержащие небольшие добавки оксидов, например лантана и неодима, входят в эту категорию. Диэлектрические керамические материалы, позволяющие миниатюризовать конденсаторы, играют важную роль в развитии техники полупроводниковых электронных приборов.

См. также

СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСТВО;

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ. Приложение электрического поля к сегнетоэлектрическим кристаллам некоторого типа приводит к изменению их формы и наоборот. Это свойство цирконат-титанатов свинца очень ценно для таких устройств, как преобразователи, тензодатчики, акселерометры, датчики давления, микрофоны, головки звукозаписи - воспроизведения, гидролокаторы и ультразвуковые очистители (см. также УЛЬТРАЗВУК). Сегнетоэлектрические керамические материалы применяются также как пироэлектрические датчики в приборах теплового видения и в электрооптических приборах, где приложенное электрическое поле изменяет оптические характеристики материала.

Магнитные материалы. Ферриты, содержащие барий или стронций, широко применяются в качестве дешевого материала для постоянных магнитов в различных устройствах, например электродвигателях. Большие количества таких ферритов используются также в видеотехническом, радиотехническом и микроволновом оборудовании. Ферриты из оксида железа с добавками других оксидов применяются в тех случаях, когда требуется высокая чувствительность к изменению приложенного электрического поля. Марганцово-цинковые ферриты используются как материалы для сердечников трансформаторов, настроечных приборов и головок магнитозаписи. Никель-цинковые ферриты применяются в микроволновых устройствах. Порошкообразные ферриты составляют основу многих типов магнитозаписывающей ленты, магнитных дисков и плат, используемых для хранения информации.

См. также ИНФОРМАЦИИ НАКОПЛЕНИЕ И ПОИСК.

Биокерамика. Использование керамических заменителей частей человеческого тела в последние десятилетия неуклонно растет. Чистая (99,9%) алюмооксидная керамика применяется для протезирования тазобедренных суставов и зубов. Специально приготовленную пористую алюмооксидную керамику удается соединять с живой тканью. Такая керамика, как кальцийгидроксофосфатная, устойчива к биодеградации и к тому же совместима с костной тканью. Ортопедические и зубные имплантанты используются для реконструкции костей в случаях частичной потери костной ткани из-за травмы или болезни. Керамика на основе фосфатов натрия и кальция медленно разрушается и рассасывается в ходе нормальных биохимических процессов в теле, пока не останется только естественная кость.

См. также БИОМЕДИЦИНСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ.

Броня. Очень твердые и прочные керамические листы и пластины, изготовленные из оксида алюминия, карбида бора или нитрида кремния, гасят большую часть энергии удара высокоскоростной поражающей частицы, например пули. Керамические пластины закрепляются на подкладке из алюминия или другого легкого, гибкого материала. Керамические броневые листы и пластины используются для защиты человеческого тела, а также военных самолетов и вертолетов.

Оконные материалы. Кристаллическая керамика более прочна и огнестойка, чем обычные стекла. Оконные материалы из алюмооксидной керамики используются в условиях высоких температур и высоких механических напряжений, например в качестве колб натриевых ламп высокого давления. Не оставляющие царапин "стекла" для ручных часов изготавливаются из прозрачных монокристаллов оксида алюминия. Монокристаллический оксид алюминия, содержащий различные примеси, является также лазерным материалом.

См. ЛАЗЕР.

Атомная энергетика. Керамика применяется вместо металлов в ядерных реакторах. Топливные таблетки из диоксида урана используются в реакторах, рабочие температуры которых слишком высоки для металлического урана. Дисковые прокладки из оксида алюминия помещают между топливным блоком и дном металлического контейнера в качестве теплоизолятора. Система регулирования реактора должна включать поглотители нейтронов, такие, как бор, поэтому во многих таких системах применяется карбид бора.

Датчики и пускатели. Постоянно растет число применений, где требуется контроль содержания загрязняющих газов в воздухе и других газовых смесях. Системы контроля должны обеспечивать непрерывное поступление данных о концентрациях всех загрязняющих газов. Для этой цели используются керамические газовые датчики. Обычно они изготавливаются из полупроводящей оксидной керамики, например диоксидтитановой, оксидоловянной или оксидцинковой. Подобные датчики могут обнаруживать низкие концентрации таких газов, как окись углерода, кислород, сероводород и окислы азота, и запускать регулирующие системы.

ЛИТЕРАТУРА

Яффе Б. и др. Пьезоэлектрическая керамика. М., 1974 Августинник А.И. Керамика. Л., 1975 Эванс А., Лэнгдон Т. Конструкционная керамика. М., 1980 Балкевич В.Л. Техническая керамика. М., 1984

Составить слова из слова керамика промышленная

МОЮЩИЕ СРЕДСТВА (детергенты) - вещества, усиливающие моющее действие воды. Первыми детергентами были мыла, полученные из встречающихся в природе веществ. Но сейчас под детергентами обычно понимают синтетические вещества, по моющему действию сходные с мылом. Синтетические моющие средства используются в быту, в промышленности их применяют для отбеливания текстиля, при крашении и аппретировании тканей, на стадиях очистки и травления металлов, для стерилизации оборудования в пищевой промышленности, а также в производстве косметики. Наиболее распространенные синтетические моющие средства - сульфонаты натрия. Существуют их многочисленные разновидности, несколько различающиеся по свойствам. Для специальных целей используются и другие соединения. Использование мыла всегда осложняется, если вода жесткая. При стирке в ней приходится расходовать много мыла, чтобы достичь ощущения "мылкости". Это объясняется присутствием в воде солей типа гидрокарбоната кальция, которые реагируют с мылом, образуя нерастворимые соединения. Лишь после того как растворенные соли удалены реакцией с мылом, прибавление дополнительных количеств мыла приводит к проявлению его моющих свойств. Если после стирки мылом прополоскать ткань в жесткой воде, на ней осаждается нерастворимое и трудно удалимое "кальциевое мыло", которое портит ее вид. Поэтому в районах с жесткой водой в прачечных приходится устанавливать оборудование для умягчения воды. Громадное преимущество почти всех синтетических моющих средств перед мылом состоит в том, что в жесткой воде они действуют не хуже, чем в мягкой. Производство синтетических моющих средств, предназначенных для текстильной промышленности, начиналось в основном в Германии, а синтетических детергентов бытового назначения - в США вскоре после Второй мировой войны, причем их сбыт рос чрезвычайно быстро и в 1953 сравнялся по объему с продажей мыла, а затем быстро превзошел ее.

Моющие средства для стирки и домашнего хозяйства. Имеющиеся в продаже моющие средства редко представляют собой чистые вещества. Обычно они содержат и другие компоненты, например, умягчители воды и отбеливатели, которые увеличивают их эффективность. Кусок "мыла" для мытья лица и рук может быть действительно мылом, а может быть и синтетическим моющим средством или сочетанием того и другого. Для мытья посуды предназначаются относительно мягкие детергенты, поскольку при этом приходится погружать руки в моющий раствор. В посудомоечной машине можно использовать более сильные средства. Для усиления действия моющих средств применяют различные фосфаты, силикаты и бораты. В моющих средствах для стирки белья, помимо собственно детергента, используют еще два рода веществ. Одни из них - отбеливатели - окисляют и тем самым разрушают некоторые виды загрязнителей и красящих веществ. Классическим окислителем для этих целей служит хлор. В современных стиральных порошках используют более избирательные отбеливатели, основанные на броме, пероксиборате (часто называемом перборатом) и монопероксисульфате. Другие - так называемые усилители белизны или осветлители - делают выстиранное белье буквально "белее белого". Известно, что предмет является совершенно белым, если отражает весь свет, падающий на него. Поэтому в стиральные порошки добавляют "бесцветный краситель", который обеспечивает не только полное отражение видимого света, но и частичное превращение ультрафиолетового (невидимого) света в белый или голубоватый. В результате ткань становится "ослепительно белой". Для удаления грязи с кухонной раковины также применяется моющий порошок. Он содержит сильные моющие средства, отбеливатели и абразивы. Для очистки непригорающих сковород, покрытых тефлоном, используют моющие порошки с низкой абразивностью. Особо эффективные смеси, содержащие сильные щелочи, предназначены для удаления пригара в печах. Жесткая вода создает серьезные проблемы и при мытье волос. В этом случае полезными оказываются синтетические моющие средства сульфатного типа - алкилсульфаты C12H25OSO3Na, которые смывают природные жиры.

Действие детергентов. Мыло известно уже тысячи лет, но только относительно недавно химики поняли, почему оно обладает моющими свойствами. Механизм удаления грязи в сущности один и тот же для мыла и синтетических моющих средств. Рассмотрим его на примере поваренной соли, обычного мыла и алкилбензолсульфоната натрия, одного из первых синтетических детергентов. При растворении в воде поваренная соль диссоциирует на положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные хлорид-ионы. Мыло, т.е. стеарат натрия (I), сходные с ним вещества, а также алкилбензолсульфонат натрия (II) ведут себя подобным же образом: они образуют положительно заряженные ионы натрия, но их отрицательные ионы, в отличие от хлорид-иона, состоят примерно из пятидесяти атомов.

Мыло (I) можно представить формулой Na+ и C17H35COO-, где 17 атомов углерода с присоединенными к ним атомами водорода вытянуты в извилистую цепочку. Алкилбензолсульфонат натрия (Na+ C12H25C6H4SO3-) имеет примерно столько же атомов углерода и водорода. Однако расположены они не в виде извилистой цепочки, как в мыле, а в виде разветвленной структуры. Значение этого различия станет ясно позднее. Для моющего действия важно то, что углеводородная часть отрицательного иона нерастворима в воде. Однако она растворима в жирах и маслах, а ведь именно благодаря жиру грязь прилипает к вещам; и если поверхность полностью очищена от жира, грязь не задерживается на ней. Как показано на рисунке, отрицательные ионы (анионы) мыла и алкилбензолсульфоната склонны концентрироваться на поверхности раздела воды и жира. Водорастворимый отрицательно заряженный конец остается в воде, тогда как углеводородная часть погружена в жир. Чтобы поверхность раздела была наибольшей, жир должен присутствовать в виде мельчайших капелек. В результате образуется эмульсия - взвесь капелек жира (масла) в воде (III).

Если на твердой поверхности имеется пленка жира, то при контакте с водой, содержащей детергент, жир покидает поверхность и переходит в воду в виде мельчайших капель. Анионы мыла и алкилбензолсульфоната находятся одним концом в воде, а другим - в жире. Грязь, удерживаемая пленкой жира, удаляется при полоскании. Так в упрощенном виде можно представить себе действие моющих средств. Любое вещество, склонное собираться на поверхности раздела масло - вода, называют поверхностно-активным веществом. Все поверхностно-активные вещества являются эмульгаторами, потому что способствуют образованию эмульсии масла в воде, т.е. "смешению" масла и воды; все они обладают моющими свойствами и образуют пену - ведь пена является как бы эмульсией воздушных пузырьков в воде. Но не все эти свойства выражены у них одинаково. Есть поверхностно-активные вещества, которые обильно образуют пену, но являются слабыми моющими средствами; есть и такие, которые почти не пенятся, но представляют собой прекрасные моющие средства. Синтетические детергенты - это синтетические поверхностно-активные вещества с особо высокой моющей способностью. В промышленности термин "синтетическое моющее средство", как правило, означает композицию, включающую поверхностно-активный компонент, отбеливатели и другие добавки. Мыло, алкилбензолсульфонаты и многие другие моющие средства, где именно анион растворяется в жирах, называют анионоактивными. Имеются также поверхностно-активные вещества, в которых жирорастворимым является катион. Их называют катионоактивными. Типичный катионный детергент, хлорид алкилдиметилбензиламмония (IV)

является солью четвертичного аммония, содержащей азот, связанный с четырьмя группами. Хлорид-анион всегда остается в воде, поэтому его называют гидрофильным; углеводородные группы, связанные с положительно заряженным азотом, являются липофильными. Одна из этих групп, C14H29, похожа на длинную углеводородную цепочку в мыле и алкилбензолсульфонате, но она присоединена к положительному иону. Такие вещества называют "обратными мылами". Некоторые из катионоактивных детергентов обладают сильным антимикробным действием; их применяют в составе моющих средств, предназначенных не только для мытья, но и для дезинфекции. Однако если они вызывают раздражение глаз, то при их использовании в аэрозольных составах это обстоятельство должно быть отражено в инструкции на этикетке. Еще один тип моющих средств - неионные детергенты. Жирорастворимая группа в детергенте (V) представляет собой нечто вроде жирорастворимых групп в алкилбензолсульфонатах и мылах, а остаток - это длинная цепь, содержащая множество кислородных атомов и OH-группу на конце, которые являются гидрофильными. Обычно неионные синтетические моющие средства проявляют высокую моющую способность, но слабо образуют пену.

В конце 1950-х годов обнаружено неожиданное и неприятное явление. Во многих промышленных населенных пунктах канализация стала переполняться пеной. Облака грязной пены громоздились над стоками, ветер разносил хлопья пены по окрестностям. Это создавало угрозу здоровью, поскольку пена из канализации могла быть источником инфекции. Более того, во многих странах (в США - особенно на Лонг-Айленде) что-то случилось с подземными водами, используемыми для водоснабжения: водопроводная вода стала пениться. Было очевидно, что причина в синтетических моющих средствах: после 1953 их стали покупать больше, чем мыло. Но остался вопрос: почему же ничего подобного не случалось раньше? Были обнаружены почвенные бактерии, способные "переваривать" молекулы мыла, но синтетические моющие средства бактерии не могли метаболизировать. Липофильная часть молекулы мыла (I) представляет собой неразветвленную цепочку углеродных атомов, каждый из которых связан только с двумя соседними атомами углерода. А в алкилбензолсульфонате натрия (II) липофильная часть имеет разветвленную цепь углеродных атомов. Стирке это не мешает, но в природных жирах, из которых делают мыло, такая структура не встречается. Поэтому-то бактерии не могли с ней справиться. Проблема была решена путем замены разветвленной цепи в алкилбензолсульфонате на неразветвленную. Такой детергент (VI) поддается биодеградации, т.е. расщепляется микроорганизмами. По своей структуре он достаточно близок к линейной цепи мыла, и бактерии могут с ним справиться. Таким образом, линейный алкилбензолсульфонат помог решить неприятную проблему.

Последние успехи в разработке моющих средств для стирки связаны с применением ферментов. Ферменты - это вещества, производимые живыми организмами, которые способны катализировать биохимические реакции, т.е. они ускоряют реакцию, но сами при этом не изменяются. Определенные ферменты катализируют реакции, подобные тем, которые идут при переваривании пищи, поэтому они очень эффективны для удаления пятен от травы, яиц, молока, шоколада, детской пищи и соусов. Ферменты, используемые в составе моющих средств, безвредны и применяются в очень малых количествах. В конце 1960-х - начале 1970-х годов возникла новая проблема, отчасти связанная с широким использованием моющих средств. Речь идет об эвтрофикации, или старении, озер. Эвтрофикацию обычно относят к загрязнениям окружающей среды, хотя процесс этот естественный. Если под загрязнением окружающей среды понимается выброс в водоемы, атмосферу или почву веществ, вредных для растительного и животного мира, то эвтрофикация, напротив, вызывает избыточное накопление необходимых для жизни веществ, например нитратов и фосфатов. Фосфаты, используемые в моющих средствах, участвуют в питании растений. Когда богатые фосфатами сточные воды попадают в озеро, начинается ускоренный рост водорослей и других водных растений. При этом расходуется кислород, растворенный в водоеме. Озеро "задыхается", и от недостатка кислорода может погибнуть рыба. Отходы жизнедеятельности человека и животных также способствуют эвтрофикации водоемов. Основной же вклад вносят удобрения, смываемые с сельскохозяйственных угодий. Моющие средства не единственный источник фосфатов в озерах, а фосфаты - не единственная причина эвтрофикации, тем не менее, предпринимаются усилия по замене фосфатов в составе детергентов, в частности, нитрилтриацетатом.

ЛИТЕРАТУРА

Неволин Ф.В. Химия и технология синтетических моющих средств. М., 1971 Бухштаб З.И. Технология синтетических моющих средств. М., 1988

Составить слова из слова моющие средства

УГЛЕРОДА ЦИКЛ - круговорот углерода, - циклическое перемещение углерода между миром живых существ и неорганическим миром атмосферы, морей, пресных вод, почвы и скал. Это один из важнейших биогеохимических циклов, включающий множество сложных реакций, в ходе которых углерод переходит из воздуха и водной среды в ткани растений и животных, а затем возвращается в атмосферу, воду и почву, становясь снова доступным для использования организмами. Поскольку углерод необходим для поддержания любой формы жизни, всякое вмешательство в круговорот этого элемента влияет на количество и разнообразие живых организмов, способных существовать на Земле.

ЦИКЛОМ УГЛЕРОДА называют круговорот этого элемента между живыми организмами и неорганической средой. На схеме показаны основные процессы цикла.

Источники и резервы углерода. Основной источник углерода для живых организмов - это атмосфера Земли, где данный элемент присутствует в виде диоксида углерода (углекислого газа, СО2). В течение многих миллионов лет концентрация СО2 в атмосфере, по-видимому, существенно не менялась, составляя ок. 0,03% веса сухого воздуха на уровне моря. Хотя доля СО2 невелика, его абсолютное количество поистине огромно - ок. 750 млрд. т. В атмосфере СО2 переносится ветрами как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Диоксид углерода присутствует в воде, где он легко растворяется, образуя слабую угольную кислоту Н2СО3. Эта кислота вступает в реакции с кальцием и другими элементами, образуя минералы, называемые карбонатами. Карбонатные породы, например известняк, находятся в равновесии с диоксидом углерода, который содержится в контактирующей с ними воде. Аналогичным образом количество СО2, растворенного в океанах и пресных водах, определяется его концентрацией в атмосфере. Общее количество растворенных и осадочных углеродсодержащих веществ оценивается примерно в 1,8 трлн. т. Углерод в соединении с водородом и другими элементами является одним из основных компонентов клеток растений и животных. Например, в организме человека он составляет ок. 18% массы тела. Многочисленность и очень широкое распространение живых организмов не позволяют удовлетворительно оценить общее содержание в них углерода. Можно, однако, приблизительно оценить суммарное количество углерода, связываемого растениями, а также выделяемого в процессе дыхания растений, животных и микроорганизмов. Установлено, что зеленые растения поглощают в год ок. 220 млрд. т CO2. Почти такое же количество этого вещества выделяется в неорганическую среду в процессе дыхания всех живых организмов, а также в результате разложения и сгорания органических веществ. При определенных условиях разложения и сгорания созданных живыми организмами веществ не происходит, что ведет к накоплению углеродсодержащих соединений. Так, например, древесина живых деревьев может быть на 3-4 тысячелетия надежно защищена от микробного разложения и от пожара корой, способной противостоять действию микробов и огня. Древесина же, попавшая в торфяное болото, сохраняется еще дольше. В обоих случаях связанный в ней углерод оказывается как бы в ловушке и надолго выводится из круговорота. В условиях, когда органическое вещество оказывается захороненным и изолированным от воздействия воздуха, оно разлагается только частично и содержащийся в нем углерод сохраняется. Если впоследствии в течение миллионов лет эти органические остатки подвергаются давлению вышележащих отложений и нагреванию за счет земного тепла, значительная часть его превращается в ископаемое топливо, например в каменный уголь или нефть. Ископаемое топливо образует природный резерв углерода. Несмотря на интенсивное его сжигание, начавшееся с 1700-х годов, неизрасходованными еще остаются примерно 4,5 трлн. т.

Фотосинтез. Основной путь, посредством которого углерод из мира неорганического перемещается в мир живого, - это осуществляемый зелеными растениями фотосинтез. Данный процесс представляет собой цепь реакций, в ходе которых растения поглощают из атмосферы или воды диоксид углерода, связывая его молекулы с молекулами специального вещества - акцептора СО2. В ходе других реакций, идущих с потреблением солнечной (световой) энергии, происходит расщепление молекул воды и использование высвобождающихся ионов водорода и связанного СО2 в синтезе богатых углеродом органических веществ, в том числе акцептора СО2. На каждую молекулу СО2, которую поглощает растение, чтобы синтезировать органические вещества, выделяется молекула кислорода, образованная при расщеплении воды. Предполагается, что именно таким путем образовался весь свободный кислород атмосферы. Если бы процесс фотосинтеза на Земле внезапно прекратился и нарушился углеродный цикл, то, согласно имеющимся расчетам, весь свободный кислород исчез бы из атмосферы примерно за 2000 лет.

См. также ФОТОСИНТЕЗ.

Другие реакции. Зеленое растение использует углерод образуемых им органических веществ разными способами. Например, он может накапливаться в составе крахмала, запасаемого в клетках, или целлюлозы - основного структурного материала растений и питательного вещества для многих других организмов. И крахмал и целлюлоза усваиваются в качестве пищи только после расщепления на составляющие их 6-углеродные сахара (т.е. сахара, содержащие по шесть атомов углерода в молекуле). В отличие от крахмала - нерастворимого высокомолекулярного соединения - 6-углеродные сахара легко растворимы и, перемещаясь по растению, служат источником энергии и материалом для роста и обновления клеток, а также для их восстановления в случае повреждений. Проростки, например, расщепляют запасенные в семени крахмал и жиры, получая из них более простые органические вещества, используемые в процессе клеточного дыхания (для высвобождения их энергии) и для роста. У животных поглощенная пища подвергается аналогичному процессу переваривания. Прежде чем ее основные компоненты могут быть усвоены, они должны быть преобразованы: углеводы - в 6-углеродные сахара, жиры - в глицерин и жирные кислоты, белки - в аминокислоты. Эти продукты переваривания служат животному источниками энергии, высвобождаемой при дыхании, а также строительными блоками, необходимыми для роста организма и обновления его компонентов. Подобно растениям, животные способны переводить питательные вещества в форму, удобную для запасания. Аналог крахмала у животных - это гликоген, образуемый из излишков 6-углеродных сахаров и накапливаемый в качестве энергетического резерва в печени и мышечных клетках. Избыток сахара может превращаться также в жирные кислоты и глицерин, которые вместе с такими же веществами, поступающими с пищей, используются для синтеза жиров, накапливаемых в ткани. Таким образом, процессы синтеза обеспечивают запасание богатых углеродом и связанной энергией веществ, что позволяет организму выживать в периоды нехватки пищи. Одна из характерных особенностей всего живого - постоянная потребность в энергии. Организм получает энергию посредством дыхания - целой серии процессов, в ходе которых сложные углеродсодержащие молекулы превращаются в простые. Большинство растений и животных способно только к аэробному дыханию, т.е. они поглощают кислород из воздуха, образуя диоксид углерода и воду в качестве конечных продуктов. Однако существуют некоторые бактерии, простейшие и даже многоклеточные животные (кишечные паразиты), являющиеся анаэробами: они способны жить в отсутствие кислорода в среде; при этом конечными продуктами их анаэробного дыхания (брожения разных типов) тоже служит диоксид углерода и вода. Очень немногие организмы (например, дрожжи) могут быть как аэробами, так и анаэробами. В аэробных условиях дрожжи образуют в качестве конечных продуктов диоксид углерода и воду, а в анаэробных - диоксид углерода и этиловый спирт. Таким образом, независимо от типа дыхания оно всегда ведет к высвобождению углерода в форме диоксида, который затем снова вовлекается в глобальный цикл. После своей смерти растения и животные становятся пищей для т.н. редуцентов - организмов, осуществляющих разложение органического вещества. Большая часть редуцентов представлена бактериями и грибами, клетки которых выделяют наружу, в свое непосредственное окружение, небольшие количества пищеварительной жидкости, расщепляющей субстрат, а затем потребляют продукты такого "переваривания". Как правило, редуценты имеют ограниченный набор ферментов и соответственно используют в качестве пищи и источника энергии только немногие типы органических веществ. Обычные дрожжи, например, перерабатывают только 6- и 12-углеродные сахара, содержащиеся в разрушенных клетках перезрелых фруктов или в густом (с мякотью) соке, полученном при их раздавливании. Однако при достаточной длительности воздействия разнообразных редуцентов все углеродсодержащие вещества растений или животных в конце концов разрушаются до диоксида углерода и воды, а высвобожденная энергия используется организмами, осуществляющими разложение. Многие искусственно синтезированные органические соединения тоже подвержены биологическому разрушению (биодеградации) - процессу, в ходе которого редуценты получают энергию и необходимый строительный материал, а в атмосферу выделяется углерод в форме диоксида углерода.

Составить слова из слова углерода цикл