Элементы фундаментальная наука: Фундаментальная наука — это… Что такое Фундаментальная наука?

Зачем нужна фундаментальная наука: интервью академика Григория Трубникова

​​​Название этого подмосковного города стало символом выдающихся открытий в отечественной науке. Во времена СССР за работой физиков-ядерщиков следила вся страна, и даже школьник знал и мог (спасибо Алле Пугачёвой!) выговорить слово «синхрофазотрон». Именно в Дубне были впервые синтезированы 10 сверхтяжёлых элементов, включая самый последний на данный момент элемент таблицы Менделеева – оганесон, названный в честь нашего выдающегося физика Юрия Оганесяна.

Научный обозреватель «АиФ» съездил в знаменитый наукоград и спросил у директора Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) академика Григория Трубникова, каких открытий стоит ждать дальше, где они найдут применение и как нам остановить «утечку мозгов».

Эксперимент, похожий на фокус

— Григорий Владимирович, последний, 118-й, элемент был синтезирован ещё в начале «нулевых». Что дальше? Периодическая таблица закончилась?​

— Нет, конечно. По современным представлениям, в ней должно быть 170-175 элементов. Последний известный нам природный стабильный элемент – это уран, он имеет номер 82. Всё, что дальше, приходится создавать искусственно.

Чтобы синтезировать новый элемент, учёные бомбардируют (облучают) большим количеством ядер мишень из очень тяжёлых элементов. Синтез последних 4-5 элементов шёл долго, лет 15. Основная причина в том, что крайне мала вероятность того, что элемент возникнет. Плотность вещества и в пучке, и в мишени должна быть очень высокой.

Мишень для нас синтезируют американские партнёры: у них сейчас самый мощный в мире нейтронный реактор, он нарабатывает эту мишень минимум полгода. Это огромные затраты — на электроэнергию, на персонал, на само вещество. А пучок, которым бомбардируем, мы получаем на предприятии Росатома. И мишень, и пучок – это миллиграммы вещества. Дальше начинается эксперимент. На то, чтобы синтезировать, например, московий (115-й элемент), ушло 8 лет. Всё это время циклотроны работали, но за 8 лет мы получили всего 24 события. То есть три события в год! Это очень мало. Юрий Оганесян со своей командой задумался и понял, что нужно двигаться другим путём. Была построена лаборатория, оснащённая ускорителем с большей интенсивностью — чтобы не три события в год происходило, а три в день. Это циклотрон с уникальными параметрами. С конца 2020 г. он начал работу, а лаборатория получила название «Фабрика сверхтяжёлых элементов». Она позволит нам перейти к синтезу новых элементов — 119-го, 120-го, 121-го. Первые пристрелочные эксперименты начнём в конце этого года.

 

В поисках новых элементов: физики Ю. Оганесян и М. Иткис Фото: Из архива ОИЯИ

Есть второй момент. Чтобы синтезировать новые элементы, нужно изучить химические свойства тех, что были получены до них. А для этого надо продлить время их жизни. Сверхтяжёлый элемент живёт миллисекунды. Понятно, что ни о каком изучении свойств говорить тут не приходится. Фабрика сверхтяжёлых элементов позволит нам увеличить время их жизни. Она даст статистику почти на два порядка больше, чем у наших зарубежных коллег.

— С точки зрения обывателя это выглядит, словно некий фокус. Новый элемент возникает на доли секунды и исчезает. Физики ждут этого события годами, потом пишут огромные научные труды, получают за это премии, а самого элемента нет – он давно исчез. Какая от всего этого польза, например, народному хозяйству?

— Одно из прикладных применений – ядерные фильтры для очистки крови, лечение онкологических заболеваний с помощью радиофармпрепаратов. Это искусственно синтезированные изотопы, которых нет в природе. Сейчас такое лечение доступно в любом региональном центре. В опухоль в специальной капсуле помещается изотоп, и за счёт его распада и выделения радиоактивного излучения опухоль погибает.

Но о прикладном применении многих технологий учёные в момент их возникновения даже не догадываются. Приведу пример: в конце 1970-х в Европейском центре ядерных исследований был ускоритель, для которого разработали специальное стекло, реагирующее на инфракрасное излучение. Оно было нужно для детектора частиц. Никто тогда не подозревал, что оно пригодится где-то ещё. А сейчас такие стёкла стоят на всех гаджетах, мы их называем тач-скринами. То есть эта технология, которую физики когда-то изобрели для своих нужд, ждала 20 лет, пока талантливый бизнесмен не придумал устройство, которое реагирует на тактильные касания пальцем — смартфон. И теперь такие устройства используют даже в начальной школе для обучения.

— Неужели элементы, возникающие на миллисекунды, тоже могут найти прикладное применение?

— Через 15-20 лет наверняка. Как я сказал, о прикладном значении той или иной технологии поначалу невозможно догадаться. Кроме того, экономика зачастую к ней не готова — должно пройти время, чтобы возник спрос, появилась ниша.

Например, на коллайдере NICA, который мы скоро запустим, стоят детекторы, которые могут давать временное разрешение с точностью до пикосекунды — это 10-12 секунды. Где они будут в дальнейшем применены, пока трудно сказать. Но можно предположить. Современная спутниковая навигация даёт возможность зондировать поверхность Земли с точностью до 5-10 см. В ней используется наносекундная электроника. А когда появятся детекторы, работающие в пикосекундном диапазоне, из космоса можно будет распознавать объекты с точностью до 1-3 мм. Нужно это или нет? Конечно, нужно! Самая простая и «приземлённая» задача – безопасность, борьба с терроризмом. На их основе можно будет сделать системы распознавания образов (например, лиц в метро), которые будут работать в 10 раз быстрее, чем нынешние.

Магнит для молодёжи

— Учёные говорят, что упомянутый вами коллайдер NICA произведёт прорыв в «новую физику». Его даже называют «младшей сестрой» Большого адронного коллайдера. Что именно он даст?

— В мире всего 6 коллайдеров. Вообще, коллайдер — это устройство, в котором сталкиваются частицы. Каждый из них – это огромная установка с циклом жизни от 30 до 50 лет. Большой адронный коллайдер был создан для того, чтобы сталкивать частицы и раскалывать их на минимальные компоненты материи — на данный момент это кварки. У нашей установки NICA другие задачи – не просто столкнуть и расколоть частицы, а приблизить их на минимальное расстояние, чтобы они какое-то время «поварились», «покипели» вместе. Мы хотим «сварить этакую кашу» из кварков и глюонов, это позволит нам изучить те процессы, которые претерпевала Вселенная в первые микросекунды после Большого взрыва. Это одна из фундаментальных загадок, безумно интересная — понять, как образовалась ядерная материя и почему она такая, какой мы её наблюдаем. NICA – это своеобразная «машина времени». Сталкивая плотные, тяжёлые ядра, мы возвращаемся на 14 млрд лет назад, когда возникла наша Вселенная.

Но это фундаментальная наука. А если говорить о прикладной, то NICA будет в первую очередь решать задачи для нужд медицины и радиобиологии. Это использование пучков ядер как для лечения онкологических заболеваний, так и для подготовки к длительным космическим экспедициям – скажем, на Марс. Ведь прежде чем отправить туда живой организм, нужно убедиться, что его мозговая деятельность не будет нарушена в течение этих 3-4 лет. Облучая биологические ткани и животных (мышей, приматов), учёные оценят, как может повлиять космическое излучение на высшую нервную деятельность, на поведение, на работу центров зрения, слуха, осязания. На днях у нас пройдёт первое совещание большой международной коллаборации, где ключевыми партнёрами являются учёные, работающие на международные космические программы, а также лучшие нейробиологи и радиоонкологи мира.

Ещё одно применение пучков — материаловедение и исследование радиационной стойкости электронных компонентов. Для того, чтобы спутники связи и другие аппараты надёжно и устойчиво работали на орбите, их электроника должна быть защищена от космического излучения. Коллайдер NICA поможет защитить эти чипы. Наконец, есть такое направление исследований, как криогеника, работа со сжиженными газами. Мы на коллайдере используем гелий, азот, неон, водород при температурах, близких к абсолютному нулю. Технологии, которые «Газпром» сейчас применяет на Сахалине и Ямале для сжижения газа, были получены здесь, в Дубне. Сейчас этот сектор экономики: получение, хранение и транспортировка сжиженных газов, — активно развивается. Речь не только о природном газе, но, например, о водороде – он нужен для водородной энергетики.

 

— Одна из проблем российской науки – продолжающаяся «утечка мозгов». Проекты, подобные NICA, могут её решить?

— Безусловно. Такой мегапроект – это магнит для талантов. Когда комплекс будет запущен (а в полную силу он заработает в 2023 г.), он привлечёт около 2 тыс. новых специалистов. Это огромная цифра. И все эти люди будут делать науку здесь, на территории Российской Федерации, хотя физически не обязательно все будут находиться в Дубне.

На NICA поедут молодые учёные со всего мира. Но выгоду получит не только наука. В создании этого коллайдера активно задействована российская промышленность. Более 70% всего оборудования изготовлено в нашей стране, на предприятиях от Северодвинска до Урала и даже Владивостока. Этот проект не просто создаёт рабочие места – он вытаскивает промышленность на совершенно другой уровень технологий. Почему? Потому что те параметры, которые предъявляются к изготовленному оборудованию, опережают лет на 5-7 то, что сейчас может делать наша промышленность. Производя оборудование по нашим заказам, предприятия поднимают у себя уровень технологий. Это исключительно важная история для экономики страны.

— Вы сказали, что мишени для ваших экспериментов делают в США. Сложная политическая обстановка как-то отражается на научном сотрудничестве?

— Мы этого не ощущаем: как сотрудничали, так и сотрудничаем. Более того, партнёрская сеть ОИЯИ растёт. В этом году к нашим проектам впервые присоединились американские университеты — до этого мы работали с их национальными лабораториями и научными институтами.

Понятно, что у каждого государства есть своя политика, но в отношениях между учёными никакого похолодания не чувствуется. Более того, могу сказать, что политики заинтересованы в том, чтобы между учёными не было барьеров. Вот смотрите. Когда, например, встречаются два президента, у них есть некая повестка — список вопросов, которые надо обсудить. И едва ли её всегда можно назвать позитивной. Скорее всего, на 90% она состоит из вопросов, которые не имеют простого решения. Но в этой повестке обязательно будет несколько вопросов с позитивным исходом — это наука или культура. Умные политики всегда сохраняют их.

— То есть наука помогает сглаживать углы, служит средством дипломатии?

— Точно. Наука – это такой мостик в глобальной политике, с которого начинается любое потепление охлаждённых отношений. В этом её особая миссия.

Дмитрий Писаренко​

На фото: строящийся комплекс коллайдера NICA на территории института. Из архива ОИЯИ.​

​​

Основные направления фундаментальных исследований

Физика конденсированных сред

• Развитие теории конденсированных сред
• Структурные исследования конденсированных сред
• Физика магнитных явлений, магнитные материалы и структуры
• Физика полупроводников
• Физика твердотельных наноструктур, мезоскопика
• Физика низкоразмерных систем, физика поверхности и поверхностей раздела
• Физика низких температур, включая квантовые кристаллы и жидкости
• Сверхпроводимость
• Свойства веществ при высоких давлениях
• Физика диэлектриков
• Физика металлов
• Физическое материаловедение и новые материалы

Оптика и лазерная физика

• Классическая и квантовая оптика
• Нелинейные оптические явления, материалы и устройства
• Сверхбыстрые явления в оптике
• Взаимодействие лазерного излучения с веществом, в т.ч. в сверхсильных полях
• Волоконная оптика и оптическая связь. Интегральная оптика.
• Оптическая информатика, голография
• Развитие методов и применений спектроскопии, люминесценции. Прецизионные оптические измерения
• Физика лазеров и лазерных материалов
• Лазеры в физике, химии, биологии, медицине, экологии и технике
• Новые оптические материалы, технологии и приборы, их применение

Радиофизика и электроника, акустика

• Когерентные источники микроволнового излучения и их применение в науке и технике
• Физика твердотельных элементов и устройств генерации, усиления, преобразования и приема электромагнитных волн
• Разработка методов и средств генерации и приема излучения в терагерцовом диапазоне
• Физика нелинейных волн и нелинейная динамика
• Фундаментальные проблемы распространения радиоволн
• Акустика, в том числе нелинейная и низкочастотная, акустоэлектроника. Развитие методов акустической диагностики природных сред
• Наносекундная релятивистская электроника больших мощностей и ее применение в науке и технике
• Радиофизические методы диагностики окружающей среды

Физика плазмы

• Физика высокотемпературной плазмы и управляемый термоядерный синтез
• Физика лазерной плазмы и ее применение
• Физика низкотемпературной плазмы
• Плазменные процессы в геофизике и астрофизике
• Разработка плазменных устройств и их применение в науке и технике

Астрономия и исследование космического пространства

• Происхождение, строение и эволюция Вселенной
• Нестационарные звезды и звездные атмосферы
• Образование звезд и планетных систем и их эволюция
• Солнечная активность
• Исследование планет

Ядерная физика

• Физика элементарных частиц и квантовых полей
• Фундаментальная физика атомного ядра
• Физика космических лучей и ядерные аспекты астрофизики
• Физика и техника ускорителей заряженных частиц
• Ядерно-физические проблемы энергетики
• Создание ускорителей и интенсивных источников нейтронов, мюонов и синхротронного излучения для исследований по физике и в других областях науки, для технологических, медицинских, экологических и других применений

Постановление Президиума РАН от I июля 2003 г. № 233

 

Совет по науке и образованию

   Растущая политическая активность различных общественных слоев, грядущий выход на политическую арену поколений, сформировавшихся уже в условиях рыночной экономики, развертывающееся подключение граждан к управленческим процессам на базе современных информационных технологий приведут к радикальному усилению фактора общественных настроений в научной политике России. Макроэкономическая стабильность и социальная устойчивость институтов фундаментальной науки будут во многом определяться местом, занимаемым научной сферой в общественном сознании.

Адекватное восприятие социумом современного фундаментального научного поиска сталкивается с рядом серьезных проблем:

– углубляется объективное противоречие между сложностью объектов и методов научных исследований – с одной стороны, и способностью основной массы налогоплательщиков представить себе значимость проводимых работ – с другой. В современных российских условиях ситуация усугубляется падением качества образования, распространением лженаучных и антинаучных представлений, экономическими барьерами между наукой и обществом;

– наблюдается разрыв между приоритетами фундаментального поиска, определяемыми логикой научного познания, и областями сосредоточения общественного интереса к науке. Наличие значительного лага между затратами на фундаментальную науку и получением практической отдачи от ее результатов диссонирует с устремлениями значительной части российского населения в связи с дефицитом таких ценностей, как учет интересов будущих поколений, потребление нематериальных благ, вклад страны в прогресс человечества и т.п. Кроме того, качественных изменений в общественном восприятии науки требует развернувшаяся интенсификация междисциплинарных
исследований;

– фундаментальной науке все сложнее выдерживать конкуренцию в умах граждан с другими общественно-экономическими практиками.
 

Парадоксально, но появившиеся во многом благодаря научным результатам области человеческой деятельности в определенной степени угрожают стабильному функционированию исследовательских структур. Не в последнюю очередь это связано с увеличивающейся ценой достижения каждой «единицы» прироста фундаментального научного знания, а также с возможностью использования научных результатов в деструктивных, антиобщественных целях. Нынешнее информационно-культурное пространство России, к сожалению, в большой мере затушевывает непосредственную зависимость уровня национальной безопасности, степени сохранения и развития национальной идентичности от масштабов и качества научного потенциала.

Решение указанных проблем возможно на нескольких основных направлениях. Требуется активизация усилий самих ученых по популяризации результатов своей деятельности, передаче научных традиций новым поколениям, диффузии познавательных ценностей в различных социальных группах. Вклад в улучшение общественного имиджа исследовательской деятельности призван стать одним из важнейших индикаторов результативности функционирования научных сотрудников и коллективов.

Необходим интенсивный перевод исследовательской практики, современных научных достижений на доступный рядовым гражданам «язык» с широким участием специалистов средств массовой информации, педагогических работников, представителей культуры и искусства. Предполагается как возрождение традиционных жанров, например научной журналистики и кинодокументалистики, так и использование новых форм популяризации – создание интернет- порталов, проведение фестивалей науки.

Первостепенное значение для успешного позиционирования фундаментальной науки в обществе будет иметь углубление кооперации научно-экономической сферы с различными социально-экономическими институтами. Плодотворные контакты ученых с представителями бизнеса, государственных структур, общественных формирований и т.д. будут способствовать закреплению места науки в общественном сознании как неотъемлемого цементирующего элемента социально-экономического ландшафта страны. При этом чрезвычайно важно полноценное участие науки в формировании новой российской элиты, способной стать локомотивом модернизации, перехода к экономике и обществу знаний.

Сложность процессов социализации фундаментальной науки в современном российском обществе потребует проведения целенаправленной государственной политики, координирующей усилия различных властных структур, организаций государственного и негосударственного сектора в указанном направлении. Этот комплекс мер должен базироваться как на богатом мировом опыте популяризации науки, так и на лучших образцах отечественной научно-технической пропаганды.

Одной из первоочередных мер представляется организация регулярного социологического мониторинга отражения науки в общественном сознании. Он должен, в частности, выявлять:

– уровень и динамику общественного мнения и доверия к науке в демографическом, профессиональном, региональном и других разрезах;
– элементы научного пространства – фокусы концентрации общественного интереса к исследовательской деятельности;
– эффективность мер по популяризации науки и ее достижений.

Стратегическими целями популяризации фундаментальной науки выступают выдвижение когнитивных (базирующихся на знаниях) факторов на ведущее место в социально-экономической практике, всесторонняя интеграция научного и других видов общественного знания, формирование коллективного интеллекта как основы устойчивого развития российской нации в глобальном мире.

 

Российский ученый стал первым лауреатом премии ЮНЕСКО в области наук

https://ria.ru/20211103/yunesko-1757599085.html

Российский ученый стал первым лауреатом премии ЮНЕСКО в области наук

Российский ученый стал первым лауреатом премии ЮНЕСКО в области наук — РИА Новости, 03.11.2021

Российский ученый стал первым лауреатом премии ЮНЕСКО в области наук

Первая международная премия ЮНЕСКО-России имени Менделеева за достижения в области фундаментальных наук присуждена выдающемуся российскому ученому, мировому… РИА Новости, 03.11.2021

2021-11-03T17:19

2021-11-03T17:19

2021-11-03T18:05

наука

московская область (подмосковье)

дубна

юрий оганесян

объединенный институт ядерных исследований

юнеско

болонский университет

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155212/41/1552124128_0:315:2927:1961_1920x0_80_0_0_535d30c027aad2fb70f9501cda3b5dcb.jpg

МОСКВА, 3 ноя — РИА Новости. Первая международная премия ЮНЕСКО-России имени Менделеева за достижения в области фундаментальных наук присуждена выдающемуся российскому ученому, мировому лидеру в области синтеза новых сверхтяжелых химических элементов академику Юрию Оганесяну, сообщила пресс-служба ЮНЕСКО.Премии также удостоен профессор Винченцо Бальзани из Италии.Научный руководитель Лаборатории ядерных реакций имени Флерова Объединенного института ядерных исследований (Дубна, Московская область) Юрий Оганесян награжден премией «в знак признания его прорывных открытий, позволивших дополнить периодическую таблицу химических элементов Менделеева, а также за вклад в развитие фундаментальных наук в общемировом масштабе».»Деятельность профессора Оганесяна оказала принципиальное влияние на сферу синтеза и изучения новых химических элементов периодической системы. Он был ключевым участником ряда важных международных научных проектов, приведших в числе прочего к открытию сверхтяжелых химических элементов, в частности элемента с атомным номером 118″, — подчеркивается в пресс-релизе.В честь Оганесяна 118-й элемент был в 2016 году официально назван «оганессоном».Почетный профессор химии Болонского университета Винченцо Бальзани отмечен премией «в знак признания перспективности его выдающихся научных открытий в области базовых химических дисциплин, а также за многолетние усилия в деле поощрения международного сотрудничества, научного образования и содействия устойчивому развитию».Бальзани стоял у истоков развития неорганической и супрамолекулярной фотохимии. «Он внес огромный вклад в развитие научного образования и в осмысление науки как определяющего фактора достижения целей в области устойчивого развития, а также в изучение взаимосвязи между наукой и обществом, между развитием естествознания и сохранением мира», — поясняется в пресс-релизе.Премия будет вручена лауреатам в ходе церемонии, которая пройдет в Париже 15 ноября в рамках работы 41-й сессии Генеральной конференции ЮНЕСКО.Международная премия ЮНЕСКО-России имени Менделеева за достижения в области фундаментальных наук призвана привлечь внимание широкой общественности к важности развития этих научных дисциплин в интересах мирного процветания наших обществ. Премия была учреждена в 2019 году по инициативе России в целях содействия научному прогрессу, популяризации естественных наук и развитию международного сотрудничества.Она будет ежегодно присуждаться двум представителям естественно-научного сообщества в знак признания их выдающихся открытий, прорывных инновационных решений, а также активных усилий в деле популяризации фундаментальных наук, которые способствовали реальным социально-экономическим преобразованиям и развитию на уровне региона или в глобальном масштабе.

https://rsport.ria.ru/20211027/yunesko-1756554969.html

https://ria.ru/20210209/elementy-1596685632.html

московская область (подмосковье)

дубна

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155212/41/1552124128_0:0:2732:2048_1920x0_80_0_0_ac46894e40e4f9837d13016ace22e535.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

наука, московская область (подмосковье), дубна, юрий оганесян, объединенный институт ядерных исследований, юнеско, болонский университет

17:19 03.11.2021 (обновлено: 18:05 03.11.2021)

Российский ученый стал первым лауреатом премии ЮНЕСКО в области наук

МОСКВА, 3 ноя — РИА Новости. Первая международная премия ЮНЕСКО-России имени Менделеева за достижения в области фундаментальных наук присуждена выдающемуся российскому ученому, мировому лидеру в области синтеза новых сверхтяжелых химических элементов академику Юрию Оганесяну, сообщила пресс-служба ЮНЕСКО.

Премии также удостоен профессор Винченцо Бальзани из Италии.

Научный руководитель Лаборатории ядерных реакций имени Флерова Объединенного института ядерных исследований (Дубна, Московская область) Юрий Оганесян награжден премией «в знак признания его прорывных открытий, позволивших дополнить периодическую таблицу химических элементов Менделеева, а также за вклад в развитие фундаментальных наук в общемировом масштабе».

«Деятельность профессора Оганесяна оказала принципиальное влияние на сферу синтеза и изучения новых химических элементов периодической системы. Он был ключевым участником ряда важных международных научных проектов, приведших в числе прочего к открытию сверхтяжелых химических элементов, в частности элемента с атомным номером 118», — подчеркивается в пресс-релизе.

27 октября, 18:32

В ЮНЕСКО дали максимальную оценку российской антидопинговой системе

В честь Оганесяна 118-й элемент был в 2016 году официально назван «оганессоном».

Почетный профессор химии Болонского университета Винченцо Бальзани отмечен премией «в знак признания перспективности его выдающихся научных открытий в области базовых химических дисциплин, а также за многолетние усилия в деле поощрения международного сотрудничества, научного образования и содействия устойчивому развитию».

Бальзани стоял у истоков развития неорганической и супрамолекулярной фотохимии. «Он внес огромный вклад в развитие научного образования и в осмысление науки как определяющего фактора достижения целей в области устойчивого развития, а также в изучение взаимосвязи между наукой и обществом, между развитием естествознания и сохранением мира», — поясняется в пресс-релизе.

Премия будет вручена лауреатам в ходе церемонии, которая пройдет в Париже 15 ноября в рамках работы 41-й сессии Генеральной конференции ЮНЕСКО.9 февраля, 15:10НаукаРоссийские ученые намерены открыть новые элементы таблицы МенделееваМеждународная премия ЮНЕСКО-России имени Менделеева за достижения в области фундаментальных наук призвана привлечь внимание широкой общественности к важности развития этих научных дисциплин в интересах мирного процветания наших обществ. Премия была учреждена в 2019 году по инициативе России в целях содействия научному прогрессу, популяризации естественных наук и развитию международного сотрудничества.

Она будет ежегодно присуждаться двум представителям естественно-научного сообщества в знак признания их выдающихся открытий, прорывных инновационных решений, а также активных усилий в деле популяризации фундаментальных наук, которые способствовали реальным социально-экономическим преобразованиям и развитию на уровне региона или в глобальном масштабе.

Отраслевая и фундаментальная наука совместно обследуют большие глубины

2 июля стартовала совместная экспедиция Российской Академии наук и Росрыболовства на НИС «Академик Лаврентьев» (РАН) по программе комплексных исследований экосистем гайотов и гор Императорского хребта. В научную команду из различных институтов РАН вошли и специалисты Тихоокеанского филиала ВНИРО (ТИНРО).

Экспедиция на Гамовских глубоководных свалах в подзоне Приморье и подводных поднятиях северо-западной части Императорского хребта будет проходить с июля по конец августа. После выполнения исследований в Японском море, судно направится через Охотское море к северным поднятиям Императорского хребта. Работы по изучению морской среды и ее обитателей будут вестись с применением нового оборудования комплекса ТПА «Comache» для глубоководных (до 6 тыс. метров) исследований. Ученые рассчитывают получить уникальные сведения о морских биологических и минеральных ресурсах поднятий и прилегающих глубоководных районов.

«Для науки очень полезны любые новые данные о малоизученных глубоководных и мезопелагических обитателях Тихого океана, – отметил заместитель директора ВНИРО — руководитель ТИНРО Алексей Байталюк. – Наши съемки по техническим возможностям обычно ограничены глубинами до 1-1,5 тыс. метров, поэтому мы рады, что интересы коллег из Академии наук совпадают с нашими. И очень хорошо, что к совместным комплексным работам мы привлекаем молодых специалистов, что позволит им развиваться всесторонне, не ограничиваясь только текущими повседневными задачами отраслевой науки. Это очень ценный опыт работы в рамках междисциплинарных исследований».

В задачи ученых ТИНРО входят отбор воды и донных отложений для определения биогенных элементов и микроэлементов, визуальное наблюдение за гидробионтами при помощи глубоководного аппарата, а также визуальное наблюдение и учет за морскими птицами и млекопитающими. Специалисты смогут ознакомиться с современными методами работы своих коллег, в том числе и на высокотехнологичном оборудовании.

Знаковая экспедиция стала одним из первых шагов в реализации долгосрочной программы сотрудничества Академии наук и научных организаций Федерального агентства по рыболовству, подписанной на Восточном экономическом форуме в 2018 г. руководителем Росрыболовства Ильей Шестаковым и президентом РАН Александром Сергеевым. Одним из приоритетов программы является направление «Мезопелагические рыбы и глубоководные гидробионты». Ресурсный потенциал этой группы весьма обширен – их биомасса измеряется миллионами тонн, а спектр применения достаточно широкий – от сырья для фармакологии до кормовой продукции для сельского хозяйства. Неудивительно, что их изучение стало одной из целей совместной работы фундаментальной и отраслевой науки. 

«Нам очень интересен практический опыт ТИНРО по изучению промысловых скоплений, который они десятилетиями нарабатывали в рыбохозяйственных экспедициях, поскольку наша общая задача заключается в определении возможностей рационального использования глубоководных объектов, – рассказал врио директора Национального научного центра морской биологии им. А.В. Жирмунского Вячеслав Одинцов. – О необходимости тщательного исследования и оценки уязвимости морских глубоководных экосистем для создания основы разумного управления промыслом договорились участники Северотихоокеанской комиссии по рыболовству (Комиссия СТО). Мы рассчитываем, что наши совместные экспедиции помогут решить эти задачи».

 

Российскому физику Юрию Оганесяну присудили премию им. Менделеева — Наука

ТАСС, 3 ноября. Международную премию ЮНЕСКО – России им. Менделеева за достижения в области фундаментальных наук присудили ученым Юрию Оганесяну и Винченцо Бальцани. Об этом пишет пресс-служба ЮНЕСКО. Церемония вручения премии состоится 15 ноября в штаб-квартире ЮНЕСКО в Париже.

Оганесяну премию присудили «в знак признания прорывных открытий, расширивших границы периодической таблицы, а также значительного вклада в содействие развитию фундаментальных наук в глобальном масштабе». Также награду вручат итальянскому химику Винченцо Бальцани.

Юрий Оганесян — специалист в области экспериментальной физики атомного ядра, исследований ядерных реакций, синтеза и исследования свойств новых элементов таблицы Менделеева, физики и техники ускорителей заряженных частиц, использования ускоренных тяжелых ионов в нанотехнологиях. Он является одним из основателей нового научного направления — физики тяжелых ионов (совместно с Флеровым). Автор открытия нового класса ядерных реакций — холодного слияния массивных ядер (1974), широко используемых в настоящее время в различных лабораториях мира для синтеза новых элементов, открыл реакции синтеза сверхтяжелых элементов (1975-1978), участвовал в работах по синтезу 104, 105 и 106 элементов таблицы Менделеева.

Под руководством Оганесяна в 2000-х годах в ОИЯИ были выявлены новые химические элементы — от 113 до 118 включительно. В результате этих открытий была обнаружена область стабильности сверхтяжелых ядер.

28 ноября 2016 года Международный союз теоретической и прикладной химии (The International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC) присвоил 118-му элементу таблицы Менделеева имя оганесон (символ — Og) — в честь Юрия Оганесяна. Он стал вторым ученым, после американского химика Гленна Сиборга, именем которого при жизни был назван химический элемент.

О премии

Международная премия ЮНЕСКО – России им. Менделеева в области фундаментальных наук была учреждена по инициативе Российской Федерации в 2019 году в целях содействия научному прогрессу, популяризации естественных наук и развитию международного сотрудничества. Учреждение премии стало весомым вкладом в проведение в 2019 году Международного года Периодической таблицы химических элементов. Премия финансируется правительством Российской Федерации.

В 2021 году премия вручается впервые. Каждый лауреат получит $250 тыс., золотую медаль и диплом.

Синергия научных идей

Комментируя присуждение награды, Оганесян подчеркнул, что учреждение премии имени такого выдающегося человека как Менделеев было блестящим решением.

«Это необычная премия, учрежденная в честь необычного человека. Ее уникальность состоит в том, что эта премия присуждается сразу в четырех областях науки: математика, физика, химия и биология, но при этом претендента может быть только два. Организаторы премии смогли тем самым отразить выдающийся и разносторонний научный талант самого Дмитрия Ивановича Менделеева, который, в том числе, был прекрасным лектором и с успехом занимался решением прикладных задач. Это смелый и абсолютно новаторский подход к оценке научной деятельности. Будущее научных открытий — за синергией научных идей из разных областей науки», – отметил лауреат.

Химия — фундаментальная и прикладная | Научные открытия и технические новинки из Германии | DW

В сегодняшнем выпуске радиожурнала речь пойдёт о химии – об исследованиях сугубо фундаментальных, не сулящих в ближайшем будущем конкретных выгод или бытовых удобств, и об исследованиях сугубо прикладных, способных облегчить нам повседневную жизнь, сделать её более комфортной и безопасной.

Учёные продолжают, в частности, погоню за всё более тяжёлыми элементами периодической системы Менделеева. В природе они не встречаются, поэтому исследователи пытаются синтезировать их искусственно. Атомы большинства этих элементов столь нестабильны, что практически мгновенно распадаются. Это чрезвычайно затрудняет доказательство самого факта успешного получения элемента, не говоря уже об изучении его свойств. В этом смысле элемент 112 может считаться исключением. На Первом Европейском химическом конгрессе, прошедшем в конце августа в Будапеште, группа швейцарских исследователей выступила с докладом об успешных опытах с этим не имеющим пока названия элементом. Профессор Бернского университета Хайнц Геггелер (Heinz Gäggeler) говорит:

Это весьма необычный элемент – нам впервые удалось изучить химические свойства элемента из группы сверхтяжёлых металлов.

Для получения сверхтяжёлых трансурановых элементов используются ядерные реакции, а для этого необходимы мощные ускорители частиц. Так, элемент 112 был впервые синтезирован в 1996-м году немецкими учёными, работающими на линейном ускорителе тяжёлых ионов в Дармштадте. Исследователи облучали мишень из свинца-208 ионами цинка-70. Полученные при этом атомы элемента 112 просуществовали лишь несколько десятых долей секунды – слишком мало для химических опытов. Теперь же российские учёные предложили иной путь. В Объединённом институте ядерных исследований в Дубне мишень было решено изготовить из плутония-242, а бомбардировать её ионами кальция-48. По словам профессора Геггелера, сама по себе идея вместо свинца и цинка использовать плутоний и кальций показалась ему поначалу не слишком продуктивной, поскольку такая пара должна была в процессе синтеза дать ещё более тяжёлый элемент с порядковым номером 114. Так, собственно, и произошло. Однако уже спустя полсекунды полученный изотоп претерпел альфа-распад и превратился в элемент 112. Мы были бы на седьмом небе от счастья, если бы могли таким методом получать новый элемент в макроколичествах, – говорит профессор Геггелер, – но это, конечно, чистая утопия:

К сожалению, при этом синтезе за весь период облучения мишени, которое продолжалось 2 месяца, нам удалось получить ровно 2 атома элемента 112. Причём период полураспада этого изотопа составил 4 секунды, по есть спустя 4 секунды один из 2-х полученных нами атомов снова распался.

Впрочем, этого времени всё же оказалось достаточно для проведения одного эксперимента, в ходе которого полученные атомы были перенесены струёй инертного газа в криогенную камеру, оборудованную сенсорами с золотым покрытием. Характер взаимодействия атомов элемента 112 с атомами золота позволил учёным ответить на вопрос, действительно ли новый сверхтяжёлый элемент обладает теми свойствами, которые вытекают из его положения в периодической таблице. Ведь там он находится в той же группе, что и ртуть, а значит, должен проявлять сходные химические свойства – в частности, прочно соединяться с золотом. Между тем, некоторые учёные выражали сомнения на сей счёт, – говорит профессор Геггелер:

Существуют теоретические прогнозы химиков, согласно которым элемент 112 – в силу так называемых релятивистских эффектов, вытекающих из теории относительности Эйнштейна, – должен вести себя как инертный газ. Одна из главных целей эксперимента и состояла в том, чтобы проверить, насколько верен этот прогноз. Мы убедились в том, что этот экстремальный прогноз не имеет ничего общего с действительностью.

Тем не менее, релятивистские эффекты всё же имеют место, и именно ими объясняются отклонения от строгой периодичности в системе элементов. В области сверхтяжёлых трансурановых элементов эти эффекты проявляются всё чаще, так что для элементов с порядковым номером выше некоторого – пока науке неизвестного – числа тот самый принцип, на котором построена таблица Менделеева, окажется уже недействительным. Профессор Геггелер поясняет:

Вопрос в том, где та точка, за которой элементы уже не будут подчиняться периодическому закону. В известной мере мы как раз и ищем тот ключевой элемент, который ознаменует собой этот перелом.

А теперь от этих высоких материй перейдём к более приземлённым вещам. Химики и материаловеды давно присматриваются к биологическим волокнам, натуральным нитям, производимым некоторыми животными – прежде всего, насекомыми и пауками. Но если шёлк – продукт, выделяемый гусеницами бабочек-шелкопрядов, – люди начали использовать в 3-м тысячелетии до нашей эры, то паутина, выделяемая пауками и паутинными клещами, применения до сих пор не нашла. Что, конечно, очень странно, – говорит профессор Дейвид Каплан (David Kaplan), заведующий кафедрой биомедицинского инжиниринга университета Тафтса в Медфорде, штат Массачусетс:

Паутинная нить пауков-кругопрядов считается одним из самых прочных волокон в природе. По механическим свойствам она не уступает лучшим из искусственно синтезированных волокон, включая и такие материалы как «кевлар» или «спектра».

Между тем, это те волокна, из которых сегодня изготовляются бронежилеты. Поэтому профессор Каплан и его коллеги решили искусственно синтезировать новое высокопрочное волокно, взяв за образец паутинную нить обитающего в США золотого паука-ткача (Nephila clavipes). Однако поскольку производство осуществляется методами генной инженерии в биореакторах, учёным удалось заставить трансгенные бактерии производить молекулы модифицированного паутинного белка со встроенным в них дополнительным белковым фрагментом – пептидом R5, позаимствованным у одного из видов диатомовых водорослей (Cylindrotheca fusiformis). Эти водоросли представляют собой одноклеточные организмы, заключённые в твёрдую оболочку из двуокиси кремния – вещества, используемого в качестве сырья для получения кварцевого стекла. Профессор Каплан поясняет:

Мы хотели улучшить свойства паутинной нити – в этом состояла главная идея. В результате нам удалось создать композитный материал, в котором белковое волокно упрочнено минеральными компонентами.

Исследование такого композита под электронным микроскопом показало, что двуокись кремния образует некую наноструктуру из бусинок наподобие грозди винограда, висящей на белковых волокнах. Разработчики особо подчёркивают, что в этом материале им удалось реализовать более гомогенное распределение частиц, чем это было бы возможно при обычном перемешивании компонентов в растворе. Продукт этой необычной гибридизации профессор Каплан намерен использовать в трансплантологии – прежде всего, для изготовления костных имплантатов. Так что выбор двуокиси кремния не случаен: ведь соединения, относящиеся к классу так называемых биоактивных стёкол, стимулируют деление клеток костной ткани в организме человека. То есть имплантат из материала, созданного профессором Капланом, не только гораздо прочнее аналогов, но и способствует регенерации костной ткани. Кроме того, метод получения такого материала – в отличие от технологии производства того же «кевлара» – не причиняет ущерба окружающей среде: вместо органических растворителей используется вода, реакция идёт при комнатной температуре. Сегодня учёные во главе с профессором Капланом работают над тем, чтобы создать гибриды гена, кодирующего паутинный белок, с генами, кодирующими белки, осуществляющие захват из растворов других минеральных компонентов. А завершим мы сегодняшний разговор на химические темы рассказом о сугубо прикладном исследовании. Группа научных сотрудников факультета химии и биохимии университета Южного Иллинойса в Карбондейле во главе с профессором Бакулом Дейвом (Bakul Dave) задалась целью улучшить один из видов изделий так называемой «бытовой химии», а именно – чистящие и моющие средства. Как известно, одним из важнейших компонентов жидких стиральных средств являются ферменты. Главное достоинство этих биокатализаторов – в том, что они обеспечивают высокое качество стирки, а главный недостаток – в том, что со временем они теряют эффективность, причём происходит это весьма быстро. Именно с этим недостатком современных моющих средств и решили покончить американские исследователи. Но поскольку ассортимент ферментных добавок весьма широк – одни удаляют жиры, другие – белки, третьи – крахмал и так далее, – учёные поначалу остановили свой выбор лишь на одной категории ферментов. Профессор Дейв говорит:

Эти ферменты относятся к классу протеаз. Они получили довольно широкое распространение в производстве моющих средств благодаря своей способности расщеплять белковые молекулы, разрезать их на мелкие фрагменты. Это и позволяет им удалять с белья пятна белкового происхождения.

Ферменты не ядовиты и легко поддаются биологическому расщеплению, что само по себе хорошо, однако у этой медали есть и обратная сторона: воздействие света, высоких температур или химических реактивов негативно отражается на эффективности ферментов. Скажем, содержащиеся в моющих средствах тензиды – растворители жиров, входящие и в состав обычного мыла, – могут полностью нейтрализовать ферменты. Конечно, это происходит не мгновенно, но уже через несколько месяцев снижение активности моющего средства становится заметно. Чтобы затормозить этот процесс, профессор Дейв разработал особый материал, внешне напоминающий стекло, но обладающий множеством мельчайших пор. Эта стеклоподобная губка способна вбирать в себя молекулы ферментов и этим защищать их от вредного воздействия внешней среды. Учёный поясняет:

Поскольку ферменты заключены в поры, агрессивные компоненты стирального порошка не так легко добираются до них. Кроме того, поры ещё и механически стабилизируют молекулы ферментов. Дело в том, что нейтрализация любого фермента связана с изменением пространственной структуры его молекулы: ведь ферменты по своей химической природе – белки, и их функции зависят не только от того, какие аминокислоты и в какой последовательности входят в состав их молекул, но и от пространственной структуры этих молекул. Поры нашего стеклоподобного материала столь тесны, что удерживают молекулы ферментов в свёрнутом состоянии, и это их стабилизирует.

Предполагается, что разработанный американскими учёными материал будет выпускаться в виде мелкодисперсного порошка, «заряженного» ферментами, и добавляться в жидкие моющие средства. Лабораторные эксперименты показали, что молекулы ферментов, заключённые в микропоры этого стеклоподобного материала, при температуре до 80-ти градусов Цельсия сохраняли активность на протяжении целого часа. Тот же фермент, не защищённый чудо-материалом, полностью терял свои моющие свойства уже через 15 минут. Таковы результаты эксплуатационных испытаний. Что же касается повышения допустимых сроков складирования и хранения стиральных средств, содержащих ферменты, то на этот вопрос призваны были дать ответ долгосрочные эксперименты, проводимые в реальном времени. Профессор Дейв говорит:

Максимальный срок, который мы испробовали, составил полтора года. Так что мы можем с полным основанием утверждать, что, по меньшей мере, в течение полутора лет ферменты сохраняют свою стабильность. Но мы полагаем, что это далеко не предел и что при комнатных температурах моющие средства с добавками нашего порошка могут храниться очень-очень долго.

Впрочем, обеспечение стабильности ферментов – это ещё не всё. Главное – чтобы в нужный момент эти ферменты выполнили предназначенную им функцию. Иными словами, микропористые стеклоподобные губки должны обладать способностью вовремя отдать молекулы ферментов в раствор. Это достигается за счёт того, что новый материал самостоятельно реагирует на изменение внешних условий – в данном конкретном случае, на наличие – а вернее, на концентрацию, – воды в окружающей среде. Пока моющее средство представляет собой неразбавленный концентрат, то есть в условиях относительно низкого содержания воды, поры стеклогубки остаются столь узкими, что молекулы фермента не могут их покинуть, – поясняет профессор Дейв:

Но когда мы начинаем растворять стиральный порошок, вода проникает в наш стекломатериал, и тот набухает, что приводит к увеличению размера пор. В результате фермент уходит в раствор. Но это, повторяю, происходит только при наличии достаточного количества воды. В концентрированном состоянии наше моющее средство ферменты не выделяет.

Для производства такой набухающей микропористой стеклогубки химики из Иллинойса использовали так называемый «золь-гель процесс». Речь идёт об особой технологии получения материалов с определёнными химическими и физико-механическими свойствами, в ходе которой образуется золь с его последующим переводом в гель. Тут, видимо, следует напомнить, что золи и гели, или коллоиды, – это дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой, в которых размеры частиц дисперсной фазы – так называемых мицелл – не превышают одной десятой миллиметра. При этом в золях частицы равномерно заполняют весь объём и свободно и независимо участвуют в броуновском движении, а в гелях – частицы образуют некую пространственную структуру. Соответственно, типичные золи – это водные растворы биополимеров, латексы, а типичные гели – это студенистые тела вроде желатинового студня, способные сохранять форму и обладающие прочностью, упругостью и пластичностью. Золь-гель процесс позволяет, например, синтезировать стекло при комнатной температуре – правда, в данном случае речь идёт не об обычном кварцевом стекле. Чтобы материал лучше набухал, исследователи ввели в его состав ещё один компонент, изрядно напоминающий силикон или каучук. Микропористая стеклогубка американских химиков сочетает свойства обоих материалов, – говорит профессор Дейв:

Это что-то среднее между стеклом и резиной. Не столь гибкое и эластичное, как резина, но и не столь твёрдое и хрупкое, как стекло. Как я и сказал, именно что-то среднее.

Профессор Дейв надеется, что ему удастся, слегка видоизменив набухающий стекломатериал, приспособить его и для других сфер применения – например, для включения в средства ухода за кожей. По расчётам учёного, это повысит эффективность таких средств.

Фундаментальные науки: эпидемиология и генетика | Christiani MGH Исследования

Учебник по общественному здравоохранению

Общественное здравоохранение направлено на улучшение жизни людей посредством профилактики и лечения заболеваний и других состояний, связанных со здоровьем. Эпидемиология имеет решающее значение для практики общественного здравоохранения, обеспечивая основу для изменений в медицинской практике и государственной политике, которые могут принести пользу всему населению.

Эпидемиология изучает особенности здоровья и болезней населения.Его цель — выявить связи между заболеванием и воздействием, которые определят оптимальные подходы к профилактике заболеваний (политические меры и / или профилактическая медицина) и лечению (клиническая практика). Являясь краеугольным камнем исследований в области общественного здравоохранения, эпидемиологи также используют дисциплины биологии, биостатистики и социальных наук для наиболее глубокого анализа.

Причинно-следственные связи — это ассоциации, полученные строгим научным методом. Эпидемиологи собирают данные и используют широкий спектр биомедицинских и психосоциальных теорий, чтобы создать или расширить теорию, проверить гипотезы и сделать обоснованные утверждения о том, какие отношения являются причинными.Наиболее известная причинно-следственная связь — это связь между воздействием табака и развитием рака легких. Однако большинство заболеваний и исходов являются результатом очень сложной сети составляющих причин, а не модели «одна причина — один следствие».

Дизайн исследования

Чтобы изучить взаимосвязь между заболеванием и воздействием, эпидемиологи используют различные типы дизайна исследования.

1. Исследования «случай-контроль» (например, наши исследования рака) отбирают участников на основании статуса заболевания (например, больных раком и больных без него).Участники исследования должны быть близки по возрасту, социально-экономическому статусу и другим аналогичным характеристикам населения. Эти исследования ретроспективно анализируют потенциальное воздействие в обеих группах и измеряют любые ассоциации на основе вероятности воздействия и развития болезни (так называемое отношение шансов). Исследования «случай-контроль» обычно более быстрые и эффективные, чем проспективные исследования, но чувствительны к систематическим ошибкам и идентификации соответствующей контрольной группы.
2. Когортные исследования (например, наше исследование ALI / ARDS) отбирают участников на основе статуса воздействия.Все участники когорты находятся в группе риска по выбранному исходу, и за ними наблюдают с течением времени, чтобы оценить степень их заболеваемости. Примером этого может быть отбор участников на основе факторов риска, связанных с развитием ОРДС, с последующим отслеживанием их, чтобы увидеть, не разовьется ли у них ОРДС. Затем рассчитывается относительный риск для определения вероятности заболевания на основе воздействия. Эта оценка риска является более действенной мерой воздействия, чем отношение шансов, используемое в исследованиях случай-контроль, однако когортные исследования более дорогостоящие.

Гены являются наследственными единицами, которые обеспечивают строительные блоки для всех функций поддержания жизни. Гены закодированы в длинных цепях ДНК, которые указывают на определенные черты, некоторые из которых могут быть видимыми (например, цвет глаз или волос), а некоторые — нет, например, группа крови или повышенный риск заболевания. Генетическая изменчивость может быть вызвана одной другой буквой генетического кода, однонуклеотидным полиморфизмом (SNP).

Взаимодействие с окружающей средой в сочетании с генами определяют результаты здоровья человека.Болезни и недомогания редко являются единственным результатом генетики или окружающей среды. Окружающая среда может сыграть решающую роль в развитии болезни. Взаимодействие с окружающей средой может включать воздействие опасных химических веществ, плохое питание и другие факторы, влияющие на то, как гены обрабатывают информацию. Изменения (мутации) в ДНК в результате воздействия окружающей среды могут изменить способность организма лечить и / или отражать болезнь.

Молекулярная эпидемиология и генетические исследования на молекулярном уровне фокусируется на вкладе генетических и экологических факторов риска в развитие болезней среди населения.Эта область улучшает понимание конкретных путей, генов и молекул, которые влияют на восприимчивость к болезням.

Полногеномные исследования ассоциации (GWAS) ищут различные вариации в геноме человека, которые могут повлиять на развитие болезни. Эти исследования проводятся путем изучения однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) — единичных мутаций ДНК, которые влияют на индивидуальную изменчивость и восприимчивость к болезням. Было обнаружено около 800 ассоциаций SNP для 150 заболеваний и признаков, но эти ассоциации в основном полезны для идентификации молекулярных путей заболевания, а не для поиска генов, которые предсказывают риск.Есть надежда, что успешный GWAS ускорит разработку лекарств и диагностических средств.

Определение элемента — Химический словарь

Что такое элемент?

Элемент — это вещество, все атомы которого имеют одинаковое количество протонов. Другими словами, это то, что все атомы конкретного элемента имеют одинаковый атомный номер.

Элементы представляют собой простейшие химические вещества, поэтому их нельзя расщепить с помощью химических реакций.Элементы могут быть заменены на другие элементы только ядерными методами.

Хотя все атомы элемента должны иметь одинаковое количество протонов, они могут иметь разное количество нейтронов и, следовательно, разные массы. Когда атомы одного и того же элемента имеют разное количество нейтронов, их называют изотопами.

Как правильно определять элементы

В 1913 году химия и физика были перевернуты вверх ногами. Некоторые крупные игроки, в том числе Дмитрий Менделеев, серьезно говорили об элементах легче водорода и элементах между водородом и гелием.Визуализация атома была общедоступной, и оправдание Менделеева периодической таблицы, основанной на атомных весах элементов, разваливалось по швам.

Это история о том, как Генри Мозли принес свет во тьму.

Самые многочисленные элементы

Имея только один протон, водород является самым простым и легким элементом, за ним следует гелий с двумя протонами. Атомы кислорода состоят из восьми протонов.

При 75 процентах водород является самым распространенным элементом во Вселенной, за ним следует гелий (23 процента), затем кислород (1 процент).Все остальные элементы составляют оставшийся 1 процент.

В земной коре кислород (47%) является наиболее распространенным элементом, за ним следуют кремний (28%) и алюминий (8%).

Имена и номера элементов
Все элементы были названы. Некоторые из этих названий нам знакомы, например, азот и натрий, а некоторые менее знакомы, например, диспрозий и рентгений.

Мы также можем назвать элементы, используя их атомные номера. Например, элемент 1 — водород, элемент 2 — гелий, элемент 3 — литий, элемент 8 — кислород и т. Д.

Сколько там элементов?
В настоящее время принято 118 элементов.

Мы используем периодическую таблицу для упорядоченного отображения всех элементов.

Древние и современные элементы
Некоторые элементы известны тысячи лет, и мы не знаем, кто их открыл. Это сурьма, мышьяк, углерод, медь, железо, золото, свинец, ртуть, серебро, сера и олово.

Все остальные элементы были открыты с 1669 года: это был год, когда Хенниг Бранд стал первым известным человеком, открывшим новый элемент — фосфор.

Объединение элементов
Элемент может объединяться с одним или несколькими другими элементами для образования соединений, которых миллионы. Например, одним из наиболее известных соединений является вода, химически записанная как H ₂ 0, что означает, что вода состоит из двух атомов водорода, химически связанных с одним атомом кислорода.

DOE объясняет … Изотопы | Министерство энергетики

Семья людей часто состоит из связанных, но не идентичных людей. У элементов также есть семейства, известные как изотопы.Изотопы являются членами семейства элементов, которые имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов.

Число протонов в ядре определяет атомный номер элемента в Периодической таблице. Например, углерод состоит из шести протонов и имеет атомный номер 6. В природе углерод встречается в виде трех изотопов: углерода 12, который имеет 6 нейтронов (плюс 6 протонов равняется 12), углерода 13, который имеет 7 нейтронов, и углерода 14, который имеет 8 изотопов. нейтроны. Каждый элемент имеет свое количество изотопов.

Добавление даже одного нейтрона может резко изменить свойства изотопа. Углерод-12 стабилен, то есть никогда не подвергается радиоактивному распаду. Углерод-14 нестабилен и подвергается радиоактивному распаду с периодом полураспада около 5730 лет (это означает, что половина материала исчезнет через 5730 лет). Этот распад означает, что количество углерода-14 в объекте служит часами, показывающими возраст объекта в процессе, называемом «углеродным датированием».

Изотопы обладают уникальными свойствами, которые делают их полезными в диагностике и лечении.Они важны для ядерной медицины, разведки нефти и газа, фундаментальных исследований и национальной безопасности.

Департамент науки и изотопов Министерства энергетики США

Изотопы необходимы для исследований, торговли, медицинской диагностики и лечения, а также для национальной безопасности. Однако изотопы не всегда доступны в достаточном количестве или по разумным ценам. Программа DOE Isotope решает эту задачу. Программа производит и распределяет дефицитные радиоактивные и стабильные изотопы, включая побочные продукты, избыточные материалы и связанные с ними изотопные услуги.Программа также поддерживает инфраструктуру, необходимую для производства и поставки приоритетных изотопных продуктов и связанных с ними услуг. Наконец, он проводит исследования и разработки новых и усовершенствованных технологий производства и обработки изотопов.

Факты об изотопах

• Все элементы имеют изотопы.
• Есть два основных типа изотопов: стабильные и нестабильные (радиоактивные).
• Известно 254 стабильных изотопа.
• Все искусственные (лабораторные) изотопы нестабильны и, следовательно, радиоактивны; ученые называют их радиоизотопами.
• Некоторые элементы могут существовать только в нестабильной форме (например, уран).
• Водород — единственный элемент, изотопы которого имеют уникальные названия: дейтерий для водорода с одним нейтроном и тритий для водорода с двумя нейтронами.

Ресурсы и связанные термины

Научные термины могут сбивать с толку. DOE Explains предлагает простые объяснения ключевых слов и концепций фундаментальной науки. В нем также описывается, как эти концепции применяются к работе, которую проводит Управление науки Министерства энергетики США, поскольку это помогает Соединенным Штатам преуспевать в исследованиях по всему научному спектру.

Определение элемента и примеры — Биологический онлайн-словарь

Определение элемента

существительное
множественное число: элементы
элемент, ˈel.ɪ.mənt

( биохимия ) Вещество, которое не может быть разложено на химически более простые вещества и состоят из атомов, все с одинаковым числом протонов. Latin elementum («рудимент»)

Химический элемент

Химический элемент относится к чистому веществу одного типа атомов.Атом — это мельчайшая единица материи и фундаментальный строительный блок химического элемента. Элемент будет иметь такое же количество протонов в своих атомных ядрах. Это означает, что все атомы, составляющие элемент, будут иметь одинаковое количество протонов. Например, углерод — это элемент, состоящий из атомов, имеющих одинаковое количество протонов, то есть 6. Обычными примерами элементов являются железо, медь, серебро, золото, водород, углерод, азот и кислород.

В настоящее время 94 являются натуральными элементами, а 24 — синтетическими.Таким образом, всего выявлено 118 элементов. В природе встречаются элементы, имеющие атомный номер ниже или равный 94. Те, что имеют атомный номер выше 94, созданы искусственно.

Процессы, которые, как полагают, изначально породили природные элементы, — это нуклеосинтез во время Большого взрыва , звездный нуклеосинтез, взрывной нуклеосинтез в сверхновых и расщепление космических лучей.

Элементы человеческого тела

Наиболее распространенными элементами в живых организмах являются углерод, водород, кислород и азот.В организме человека по массе наиболее распространены следующие элементы: кислород (65%), углерод (18,5%), водород (9,5%), азот (3,2%), кальций (1,5%) и фосфор (1%). . Эти основные элементы составляют 99% массы человеческого тела. 0,85% состоит из других элементов, таких как калий (0,4%), сера (0,3%), натрий (0,2%), хлор (0,2%) и магний (0,1%).

Вещества

Вещество относится к тому, что имеет определенный химический состав и особые свойства и состоит из элементов в сочетании с другими или теми же элементами.Все соединения являются веществами, но не все вещества являются соединениями, поскольку чистые элементы также являются химическими веществами.

Элементы образуют соединение . Например, комбинация натрия и хлора атомов приводит к образованию поваренной соли или хлорида натрия . Элементы в соединении удерживаются вместе химическими связями. Многие из элементов, которые встречаются в природе на Земле, химически соединены. Некоторые из важнейших для жизни соединений — это вода, хлорид натрия, углекислый газ и т. Д.
Аллотроп элемента относится к любому из множества веществ, образованных только одним типом элемента, хотя эти вещества могут различаться по структуре. Например, углерод образует аллотропы, такие как уголь, графит и алмазы. Они состоят только из одного типа элементов — углерод .

Сплавы — это вещества, изготовленные из смеси металла и одного или нескольких других металлов или неметаллических элементов. Примерами сплавов являются латунь (медь и цинк), бронза (в основном медь и олово) и белое золото (золото и обычно никель, марганец или палладий).

Минералы

Минерал представляет собой химическое соединение, часто в кристаллической форме, и обычно абиогенное , то есть не образуется в результате деятельности живых организмов. Тем не менее, чистый минерал будет типом минерала, состоящего из элементов в несвязанной форме, но с отчетливой минеральной структурой. Примерами чистых минералов являются золото, серебро, углерод, алюминий, кобальт, медь, свинец, железо, ртуть, кремний, сера, олово, цинк и т. Д.

В контексте питания минерал определяется как химический элемент, который необходим как важное питательное вещество.Минералы — лишь одна из четырех групп незаменимых питательных веществ; другие — витамины, незаменимые жирные кислоты и незаменимые аминокислоты. У человека основными элементами являются (1) объемные элементы, (2) макроминералы и (3) микроэлементы. Основные элементы , которые составляют основную часть рациона человека, — это углерод, водород, кислород и азот. Макроминералы , которые также необходимы, но в относительно меньших количествах, чем основные элементы, — это кальций, фосфор, калий, натрий, хлор и магний.Микроэлемент — это химический элемент, необходимый для выживания, но необходимый в очень малых количествах. Примерами микроэлементов являются сера, железо, хлор, кобальт, медь, цинк, марганец, молибден, йод и селен.

Изотопы

Изотоп относится к любой из различных форм элемента (таким образом, имеющих одинаковое количество протонов), но имеющих другое количество нейтронов в своих ядрах. Это означает, что изотопы будут иметь один и тот же атомный номер, но другое массовое число.Углерод, например, имеет три изотопа: углерод-12 , углерод-13 и углерод-14 . Радиоактивные изотопы называются радиоизотопами . Радиоизотоп распадается на другие элементы в результате процесса, называемого радиоактивным распадом. Процесс происходит, когда нестабильное атомное ядро ​​радиоизотопа теряет энергию из-за испускания излучения. Все элементы содержат радиоизотопы, хотя некоторые из них были произведены искусственно.

Радиоизотопы имеют множество применений.В биологии их можно использовать для мониторинга биологических процессов, таких как репликация ДНК. Они также используются для мониторинга загрязнителей и измерения стока воды, например, от дождя и снега. Они также полезны для измерения возраста окаменелостей, горных пород и минералов. В ядерной медицине радиоизотопы используются для лечения и диагностики.

Другие биологические определения

Термин «элемент» в общем контексте относится к фундаментальному компоненту составного объекта.Примером этого является термин элемент сита . У покрытосеменных флоэма — это сосудистая ткань, участвующая в процессе транслокации. Он состоит из следующих основных компонентов: ситового элемента, клетки-компаньона, склеренхимы флоэмы и паренхимы флоэмы. Элемент сита — это основная проводящая ячейка во флоэме. Это живая клетка с протопластом, хотя ядро ​​в зрелом возрасте отсутствует.

См. Также

Дополнительная литература

---

© Biology Online.Содержание предоставлено и модерируется Biology Online Editors

---

Интерактивная периодическая таблица элементов

Щелочные металлы

Щелочные металлы образуют группу I периодической таблицы. Их название относится к щелочным веществам, которые образуются при взаимодействии этих элементов с водой. Наиболее распространенными из этих элементов являются натрий и калий. Рубидий, литий и цезий встречаются реже и составляют 0,03, 0,007 и 0,0007 процента земной коры.

Эти элементы очень реактивны и обычно встречаются в природе уже в сочетании с другими элементами.Они имеют серебристый блеск, высокую пластичность и отлично проводят электричество и тепло. Щелочные металлы имеют низкие температуры плавления от 28,5 ° до 179 ° C.

Щелочноземельные металлы

Щелочноземельные металлы образуют группу 2 периодической таблицы. За исключением радия, все элементы этой группы используются в коммерческих целях. Магний и кальций — два из шести самых распространенных элементов на Земле, которые необходимы для некоторых геологических и биологических процессов.

Эти элементы имеют блестящий серо-белый цвет. Они хорошо проводят электричество и имеют более высокие температуры плавления и кипения, чем щелочные металлы. Диапазон температур плавления составляет от 650 ° до 1287 ° C, а температуры кипения — от 1090 ° до 2471 ° C.

Постпереходные металлы

Постпереходные металлы обычно считаются элементами групп 13, 14 и 15. Все классификации включают элементы галлий, индий, олово, таллий, свинец и висмут. Однако, в зависимости от того, как определяется «постпереход», эта категория может содержать от шести до 22 элементов.

Пост-переходные металлы имеют много общего с металлами, включая ковкость, пластичность и проводимость тепла и электричества, но обычно они более мягкие и имеют более низкие температуры плавления и кипения, чем переходные металлы. Они обладают низкой механической прочностью, образуют ковалентные связи и проявляют кислотно-щелочной амфотеризм.

Лантаноиды

Лантаноиды составляют 15 металлических химических элементов с атомными номерами от 57 до 71. Названные лантаноидами, поскольку они химически подобны лантану, эти элементы и актиниды образуют категорию редкоземельных элементов.Несмотря на это прозвище, этих химических веществ в земной коре довольно много. Например, церий занимает 25-е место по распространенности.

Лантаноиды быстро окисляются во влажном воздухе, быстро растворяются в кислотах и ​​медленно реагируют с кислородом при комнатной температуре. Эти элементы используются в сверхпроводниках и компонентах гибридных автомобилей, в основном в качестве магнитов и батарей. Они также используются при производстве специального стекла.

Актиниды

15 металлических элементов с атомными номерами от 89 до 104, от актиний до лоуренсия, называются актинидами.Все эти элементы радиоактивны, относительно нестабильны и выделяют энергию в виде радиоактивного распада. Однако они могут образовывать стабильные комплексы с лигандами, такими как хлорид, сульфат, карбонат и ацетат.

Их радиоактивность, токсичность, пирофорность и ядерная критичность делают актиниды опасными в обращении. Уран и плутоний использовались на атомных станциях и в атомном оружии. Некоторые актиниды естественным образом встречаются в морской воде или минералах, но актиниды с атомными номерами от 95 до 104 являются искусственными, создаваемыми с помощью ускорителей частиц.

Галогены

Галогены — это неметаллические элементы, входящие в группу 17 Периодической таблицы: фтор, хлор, бром, йод и астатин. Это единственная группа, элементы которой при комнатной температуре включают твердые, жидкие и газовые формы вещества. Когда галогены реагируют с металлами, они образуют ряд полезных солей, включая фторид кальция, хлорид натрия, бромид серебра и иодид калия.

Поскольку галогены не имеют полной оболочки на один электрон, они могут сочетаться со многими различными элементами.Они обладают высокой реакционной способностью и в концентрированных количествах могут быть смертельными. В коммерческих целях галогены используются в дезинфицирующих средствах, осветительных приборах и компонентах лекарств.

Благородные газы

Благородные газы образуют группу 18 первых шести периодов таблицы Менделеева. Они бесцветные, без запаха, вкуса и негорючие. Первоначально считалось, что их атомы не могут связываться с другими элементами или образовывать химические соединения, но с тех пор это было опровергнуто.

Некоторые из этих газов считаются очень распространенными на Земле, и все они присутствуют в атмосфере Земли.За исключением гелия и радона, благородные газы могут быть извлечены из воздуха с помощью сжижения и фракционной перегонки. Гелий добывают из скважин с природным газом, а радон является продуктом радиоактивного распада.

Группы

Когда Дмитрий Менделеев создал периодическую таблицу в конце 19 века, он сгруппировал элементы по атомному весу. При группировке по весу поведение элементов проявлялось через равные промежутки времени или периоды. Столбцы современной периодической таблицы представляют группы элементов, а строки представляют периоды.Группы пронумерованы от 1 до 18. Можно ожидать, что элементы в одной группе будут вести себя аналогичным образом, потому что они имеют одинаковое количество электронов на своей внешней оболочке.

Периоды

Хотя элементы в одной строке или периоде имеют общее количество электронных оболочек, свойства элементов более тесно связаны с группой (вертикальные столбцы), к которой они принадлежат.

Что такое элементы? — Видео и стенограмма урока

Что такое элемент?

Элемент — чистое вещество, которое не может быть разбито химическими методами на более простые компоненты.Например, элемент золото нельзя разделить ни на что иное, кроме золота. Если бы вы продолжали бить по золоту молотком, части стали бы меньше, но каждая часть всегда будет золотой.

Вы можете представить себе каждый элемент, имеющий свой уникальный отпечаток, который делает его отличным от других элементов. Элементы состоят только из одного типа атома . Атом — это самая маленькая частица элемента, обладающая теми же свойствами, что и этот элемент. Все атомы определенного элемента имеют одинаковый химический состав, размер и массу.

Всего 118 элементов. Многие элементы встречаются на Земле естественным образом; однако некоторые из них создаются в лаборатории учеными с помощью ядерных процессов.

Элементы записываются как символы

Вместо того, чтобы писать полное имя элемента, элементы часто записываются как символы. Например, O — это символ кислорода, C — символ углерода, а H — символ водорода. Не все элементы имеют только одну букву в качестве символа, но имеют две буквы — например, Al — это символ алюминия, а Ni — символ никеля.Первая буква всегда заглавная, а вторая — нет. Названия символов не всегда соответствуют буквам в имени элементаля. Например, Fe — это символ железа, а Au — символ золота. Эти имена символов являются производными от латинских названий этих элементов.

Элементы как строительные блоки материи

Элементы — это строительные блоки всей материи. Материя — это все, что занимает место. Он включает в себя все, что мы видим, а также то, что мы не видим, например, воздух.

Элементы — это ингредиенты, из которых состоит весь мир, который мы видим. Как и в кулинарии, количество и типы ингредиентов, которые вы комбинируете, могут дать совершенно другой результат. Например, если вы смешаете сахар, муку, масло и яйцо, вы получите вкусное печенье. Но если вы начнете все сначала и смешаете только сахар, муку и молоко, вы получите совсем другой результат; получится аппетитная глазурь.

Как и при приготовлении ингредиентов, количество и типы элементов, которые вы комбинируете, могут дать совершенно другой результат.Например, если вы объедините один атом углерода и один атом кислорода, вы получите окись углерода, ядовитый газ. Но если вы объедините один атом углерода, три атома кислорода и один атом серы, вы получите нечто совершенно другое; вы получите мел. Конечно, соединить элементы вместе намного сложнее, чем приготовить!

Все живые организмы состоят примерно из двух десятков различных элементов, таких как азот, кислород, водород, фосфор и кальций. Эти строительные блоки соединяются вместе, чтобы сформировать наши волосы и кости в нашем теле.Элементы также составляют неживые вещи, такие как ваш мобильный телефон, ваши видеоигры и вашу одежду.

Резюме урока

В этом уроке мы обсудили, что такое элемент и как элементы являются строительными блоками всей материи. Элемент представляет собой чистое вещество, которое не может быть разбито химическими методами на более простые компоненты. Материя — это все, что занимает место. На Земле 118 элементов, и эти элементы составляют мир вокруг вас. Он включает в себя то, что мы можем видеть, и то, что мы не видим.Вы также узнали, что элементы часто записываются как элементарные символы. Например, водород записывается как H , а никель — как Ni . Но символы не всегда совпадают с буквами в имени элементаля. Например, золото обозначается аббревиатурой Au .

Результаты обучения

После просмотра этого урока вы должны уметь:

• Определить элемент, атом и материю
• Признать, что элементы можно записывать как символы и комбинировать для получения разных результатов

Понимание элементов — Урок — TeachEngineering

(1 Рейтинг)

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 6 (5-7)

Требуемое время: 15 минут

Зависимость урока: Нет

Тематические области: Химия, Физические науки

Ожидаемые характеристики NGSS:

---

Поделиться:

Резюме

Студенты изучают периодическую таблицу и свойства элементов.Они изучают основное определение элемента и 18 элементов, которые составляют большую часть материи во Вселенной. Периодическая таблица описывается как один из методов организации элементов. Также рассмотрены концепции физических и химических свойств. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Инженеры используют свойства материи, чтобы решить, какие материалы использовать при создании и строительстве вещей.Например, металлы обладают определенными свойствами, которые позволяют им сгибаться или не сгибаться, расширяться и сжиматься, а также удерживать определенное количество веса. Инженеры также используют химические свойства различных элементов для разработки смесей и веществ для новых лекарств и продуктов.

Цели обучения

• Различают физические и химические свойства.
• Опишите расположение элементов в периодической таблице элементов.
• Опишите, как инженеры используют знания о физических и химических свойствах элементов при выборе материалов для продуктов.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными предметами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект Д2Л (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука

Ожидаемые характеристики NGSS
МС-ПС1-1.Разработайте модели для описания атомного состава простых молекул и расширенных структур. (6-8 классы) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Щелкните здесь, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям.
Этот урок посвящен следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Пересекающиеся концепции
Разработайте модель для прогнозирования и / или описания явлений. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Вещества состоят из атомов разных типов, которые по-разному сочетаются друг с другом. Атомы образуют молекулы размером от двух до тысяч атомов. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Твердые вещества могут быть образованы из молекул или они могут быть расширенными структурами с повторяющимися субъединицами Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Явления времени, пространства и энергии можно наблюдать в различных масштабах, используя модели для изучения слишком больших или слишком маленьких систем. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Больше подобной программы

Предварительные знания

Студенты должны знать основные свойства и структуру атома.

Введение / Мотивация

Мы хотим узнать больше о свойствах вещества или объекта, чтобы мы могли определить, какие инструменты и материалы использовать при проектировании и создании вещей в качестве инженеров. Например, мелки и маркеры обладают разными свойствами, но они оба дают цвет. Какие свойства у мелка? (Напишите ответы на доске. Возможные ответы: твердая, сухая, восковая текстура, тает, разные цвета и т. Д.) Хорошо, а какие свойства у маркера? (Запишите ответы на доске в новом списке. Возможные ответы: гладкий кончик, сладкий запах, кислый запах, разные цвета, влажный и т. Д.) Мы решаем, будем ли мы раскрашивать картинку мелком или маркером, в зависимости от на конечный результат, который мы хотим. Конечным результатом также является то, как инженеры выбирают, какие материалы они будут использовать для разработки чего-либо.

Свойства вещества можно разделить на две категории: физические и химические.В объекте можно наблюдать физические свойства, такие как размер, форма, цвет и даже температуру кипения. Химические свойства — это способность соединяться с другим веществом и образовывать новое вещество, например, когда вода и железо соединяются, образуя ржавчину. Перечисленные нами свойства — физические или химические? Это физические свойства, потому что они не превращаются во что-то другое.

И физические, и химические свойства основаны на поведении элементов, составляющих объект.Элемент — это нечто, состоящее из атомов того же типа, которые состоят из протонов, электронов и нейтронов. Например, свинец элемента состоит из всех атомов свинца и ничего больше. Хотя существует более 100 элементов, 18 из них составляют большую часть известной вселенной. Некоторые из этих 18 элементов, о которых вы, возможно, уже слышали: водород, гелий, углерод, кислород, азот, натрий, магний, фосфор и сера. Можете ли вы придумать что-нибудь, в котором есть один из этих элементов или их комбинация? Итак, вода и воздух состоят из элементов, которые мы только что перечислили.Фактически, водород составляет 90% всего вещества во Вселенной. Углерод — это элемент, который содержится во всем живом.

Элементы можно расположить по-разному; однако наиболее распространенным способом является то, что мы называем периодической таблицей элементов. Элементы расположены в периодической таблице в зависимости от их свойств (как физических, так и химических, хотя в основном химических). Периодическая таблица организует элементы на основе двух основных вещей: количество оболочек, которые элемент имеет для своих электронов, определяет строки (периоды), в которых размещается элемент, а количество электронов в самой внешней оболочке элемента определяет столбец ( group), где размещается элемент.Точка или группа, в которую помещен элемент, многое говорят нам о свойствах этого элемента. Сегодня мы узнаем об этом больше.

Инженеры учитывают физические и химические свойства материалов при проектировании практически всего, включая здания и новые лекарства. Инженеры хотят проектировать крепкие здания. Они также хотят, чтобы лекарства были безопасными и эффективными. Например, металлы обладают определенными свойствами, которые позволяют им сгибаться или не сгибаться, расширяться и сжиматься, а также удерживать определенное количество веса.Если бы инженеры проектировали мост через реку, они бы выбрали металл, который был бы прочным и несколько гибким. Тем не менее, они будут следить за тем, чтобы не выбирать металл, который слишком сильно расширяется или сжимается при различных погодных условиях. Это потому, что если мост слишком сильно увеличится или уменьшится в размерах, он может обрушиться, что может привести к травмам людей и повреждению окружающих конструкций.

Предпосылки и концепции урока для учителей

Материя часто определяется физическими свойствами.Физические свойства — это атрибуты, которые можно наблюдать в объекте. Некоторые примеры свойств включают цвет, запах, размер, вес, текстуру, плавучесть, точку кипения, точку плавления, точку замерзания и форму. Материя также определяется химическими свойствами. Это атрибуты, которые влияют на химическое состояние вещества. Например, одним химическим свойством может быть способность соединяться с другим элементом в химической реакции.

Рис. 1. Первые 18 элементов периодической таблицы.

Элементы

Элемент — это вещество, которое не может быть расщеплено химическими реакциями.Самая маленькая частица элемента — это атом, состоящий из протонов, электронов и нейтронов. Например, чистое золото состоит из атомов золота и ничего больше. Если вы добавите или вычтите протон из ядра атома, вы создадите совершенно новый элемент. Например, если вы вычесть один протон из атома золота, у вас будет платина. Если вы добавляете или вычитаете нейтрон из ядра атома, то новый элемент не создается, вместо этого вы создаете новый изотоп . Углерод-14 является изотопом углерода, имеет два дополнительных нейтрона, радиоактивен и используется для датирования углерода.

Было открыто или создано более 100 элементов, но в этом уроке основное внимание уделяется первым 18 элементам, которые составляют большую часть материи Вселенной. Самые легкие элементы — водород и гелий. Водород также считается первым элементом, появившимся на Земле.

В настоящее время более 20 элементов не получены естественным путем, а были искусственно синтезированы людьми. Элементы можно классифицировать по-разному, включая название, символ, атомный номер, атомную массу, точку кипения и точку плавления; однако наиболее распространенной таблицей элементов является таблица Менделеева, в которой элементы организованы по химическим свойствам.

На рис. 1 перечислены первые 18 элементов периодической таблицы.

Периодическая таблица

Периодическая таблица Менделеева была впервые создана в 1869 году химиком Дмитрием Менделеевым. Это диаграмма известных элементов, организованная в виде большой сетки со строками и столбцами. Элементы размещены в строках, которые называются периодами из-за их схожих характеристик. Все элементы в периоде имеют одинаковое количество оболочек для своих электронов. Элементы в верхнем ряду имеют одну оболочку, во втором ряду — две оболочки и так далее по таблице максимум семь.Учащиеся могут узнать больше о периодической таблице с помощью соответствующего задания «Инженерия» и «Периодическая таблица», где они будут также работать в качестве инженеров-аниматоров, чтобы создать персонажа супергероя на основе одного из элементов.

Элементы также помещены в столбцы или группы , которые имеют одинаковое количество электронов на их внешних оболочках. Элементы в первом столбце имеют один электрон на своей внешней оболочке, во втором столбце — два электрона и так далее. Некоторые особые группы существуют в периодической таблице, включая благородные газы в группе 18 (или 8, если не считать переходных элементов), которые имеют полные внешние валентные оболочки.Это означает, что им не нужны электроны для завершения оболочки, и поэтому они очень нереактивны. Кроме того, всем галогенам в группе 17 (или 7) не хватает одного электрона, который заполняет их внешние оболочки. Все эти элементы связываются с водородом с образованием кислот, таких как соляная кислота.

Рис. 2. Периодическая таблица природных элементов. Copyright

Copyright © Департамент внутренних дел США, Геологическая служба США http://pubs.usgs.gov/circ/c1143/html/fig9.jpg

Сопутствующие мероприятия

Закрытие урока

Сегодня мы говорили о физических и химических свойствах элементов и о том, насколько они важны для инженеров.Кто помнит, в чем разница между физическими и химическими свойствами? (Выслушайте ответы студентов.) Что ж, физические свойства — это те, которые можно наблюдать в объектах, такие как размер, форма, цвет и даже температура кипения или плотность. Химические свойства имеют дело с химическим состоянием объектов, например их способностью соединяться с другими веществами в реакциях. Мы также узнали, что элементы расположены в периодической таблице на основе физических и химических свойств (хотя в основном химических).То, как элементы расположены в строках и столбцах в периодической таблице, говорит нам о них больше.

Важно, чтобы инженеры использовали свои знания о свойствах элементов и материалов при создании новых технологий. Давайте выберем один предмет в этом классе и перечислим его свойства. Представьте, каким был бы этот объект, если бы он был сделан из совершенно других материалов. Это то, что могут сделать инженеры при создании конструкции, улучшающей существующую технологию.

Словарь / Определения

химическое свойство: характеристика вещества, влияющая на химическую структуру вещества.

элемент: Вещество, которое не может быть разрушено химическими реакциями.

изотоп: любые атомы химического элемента с одинаковым атомным номером и почти идентичным химическим поведением, но с разным числом нейтронов в ядре.

Физические свойства: характеристика вещества, такая как точка кипения, точка плавления, точка замерзания, плотность, цвет или запах.

Оценка

Оценка перед уроком

Вопрос для обсуждения : Задайте классу несколько вопросов, чтобы заставить учащихся задуматься о предстоящем уроке.После запроса ответов объясните, что на эти вопросы будут даны ответы во время урока.

• Что такое атом? (Ответ: фундаментальный строительный блок материи. Каждый атом состоит из отрицательно заряженных электронов и ядра, состоящего из положительно заряженных протонов и нейтрально заряженных (ни положительно, ни отрицательно заряженных) нейтронов.)
• Назовите один атом, который вы можете найти в этом классе.

Определите это : В небольших группах предложите учащимся участвовать в открытом обсуждении.Напомните им, что все идеи следует с уважением выслушивать. Спросите у студентов:

• Как бы вы описали «свойство» объекта? (Ответы могут быть разными. Возможные ответы: запахи, без запаха, липкие, большие, маленькие, красные и т. Д.)

Оценка после введения

Словарь : Попросите учащихся записать следующие словарные слова на листе бумаги или в своих научных журналах, а затем разработать свои собственные определения этих слов на основе того, что они уже выучили.Условия использования:

• элемент (Вещество, которое не может быть расщеплено химическими реакциями.)
• физическое свойство (характеристика вещества, такая как точка кипения, точка плавления, точка замерзания, плотность, цвет или запах.)
• химическое свойство (характеристика веществ, влияющая на химическую структуру вещества).

Итоги урока Оценка

Инженерная модернизация Подобно закрытию урока, попросите учащихся (действующих в качестве инженеров) выбрать предмет в классе (доску, стул, стол и т. Д.) И спроектировать предмет, который можно заменить, используя материалы, отличные от материала, из которого он изготовлен. товар в настоящее время изготовлен.Попросите учащихся перечислить преимущества переделки и решить, лучше ли их замена оригинала. Напомните учащимся, что инженеры часто переделывают уже существующие элементы, чтобы улучшить их.

Мероприятия по продлению урока

Исследование : Назначьте каждому учащемуся отдельный элемент из периодической таблицы (предпочтительно из первых 18) и попросите их исследовать, где этот элемент присутствует (то есть, какие предметы в классе состоят из этого элемента и т. Д.)). Попросите учащихся подсчитать, сколько строк в периодической таблице имеют их элементы, чтобы увидеть, сколько оболочек имеют элементы для их электронов. Попросите учащихся подсчитать столбцы (слева в таблице), в которых расположены их элементы в таблице, чтобы увидеть, сколько электронов находится во внешней оболочке элементов.

Другие игры с элементами: Предложите учащимся поиграть в игры с элементами в лаборатории Джефферсона: http://education.jlab.org/indexpages/elementgames.php

использованная литература

Pearson Education, Inc., Сеть семейного образования, «Протон Дон», по состоянию на 31 августа 2006 г. http://www3.funbrain.com/cgi-bin/pt.cgi?A1=s&A2=1&ACOMMON=1&submit=Play+Proton+Don

Thomas Jefferson National Accelerator Facility — Управление естественнонаучного образования, естественнонаучного образования, игр и головоломок, «Element Games», по состоянию на 31 августа 2006 г. http://education.jlab.org/indexpages/elementgames.html

Министерство внутренних дел США, Геологическая служба США, Publications Warehouse, 16 августа 2006 г., по состоянию на 12 сентября 2006 г.http://pubs.usgs.gov/circ/c1143/html/fig9.jpg

Winter, Mark, Университет Шеффилда, «WebElementsTM Periodic Table Scholar Edition», по состоянию на 12 сентября 2006 г.

авторское право

© 2006 Регенты Университета Колорадо.

Авторы

Брайан Кей; Дарья Котыс-Шварц; Малинда Шефер Зарске; Джанет Йоуэлл

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано за счет гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.

No related posts.