1. «Поющая колба». Выделение энергии в ходе химических реакций происходит обычно в виде теплоты, света или других электромагнитных излучений. Обсудите возможность выделения энергии химической реакции в виде звуковых колебаний. Предположите возможность применения такого эффекта.

2. «Сам себе радар». Предложите состав для покрытия автомобилей, который способен изменять цвет в зависимости от скорости автомобиля. Предположите возможность регулирования скорости, при которой будет происходить цветовой переход.

3. «Молекулярные машины». Предложите и обоснуйте принцип, который позволяет создавать механические устройства молекулярных размеров, способных к осуществлению заранее запланированных механических движений. На основании каких процессов и взаимодействий основана работа таких машин? Предложите способ управления и контроля такими машинами.

4. «Генная инженерия». Молекула ДНК отрицательно заряжена при рН=7, что не позволяет ей проникнуть через клеточную мембрану, которая тоже имеет отрицательный заряд. Предложите метод упаковки-введения-распаковки молекулы ДНК, который позволил бы внедрять в живую клетку молекулы ДНК без повреждения клеточной мембраны.

Нами были предложены решения этих задач и составлены следующие доклады:

1. «Поющая колба». Согласно представлениям классической химии, изменение свойств системы при протекании химических процессов происходит непрерывно и сопровождается выделением или поглощением энергии, количество которой определяется природой реагирующих веществ и их физическим состоянием. Реакции осуществляются только при столкновении молекул реагентов и, согласно классическим представлениям, имеет место непрерывное изменение концентрации реагирующих веществ и, следовательно, происходит монотонное изменение физических параметров системы.

Обычно при изучении химических и физико-химических процессов исследуются тепловые эффекты. Однако принципиальных запретов на то, чтобы энергия в ходе химических реакций и физико-химических процессов выделялась в виде механического движения, электромагнитного излучения и других формах, не существует. Поскольку химические реакции связаны с изменением геометрии молекул, изменением степени упорядоченности вещества, а иногда сопровождаются и фазовыми переходами, то в реакционной среде неизбежно должны генерироваться акустические (звуковые) сигналы.

Так как любые реальные реагирующие системы (жидкости, стекла, кристаллы) имеют определенную внутреннюю структуру, то при протекании химических реакций и физико-химических процессов последняя неизбежно должна меняться. Причем этот переход происходит в небольших объемах вещества и должен сопровождаться скачками в изменении физических параметров. Таким образом любой химический и физико-химический процесс должен характеризоваться ступенчатым изменением температуры, концентрации и других параметров. Величина этих ступенек (скачков) чрезвычайно мала и она определяется надмолекулярной структурой вещества.

Изменение состояния системы на одну ступеньку обязательно должно сопровождаться акустическими колебаниями и другими эффектами. Это должно происходить при протекании процессов и в гомогенных системах, в частности, в жидких растворах, поскольку жидкости имеют ближний порядок в расположении структурных элементов.

Это явление позволяет по-новому взглянуть на известные факты и дать логическое объяснение некоторым ранее непонятным экспериментальным данным. Например, Н. А. Козырев наблюдал изменение хода времени вблизи сосуда Дьюара, в котором находилась горячая вода, или когда в воде растворялся сахар или другое вещество. Поскольку такие процессы сопровождаются акустическими импульсами, а они влекут за собой возникновение электромагнитных излучений, то вместе взятые (акустические и электромагнитные колебания) будут воздействовать на кварцевые часы, установленные вблизи реакционного сосуда, что приведет к изменению их хода, т.е. время как таковое не меняется, а меняются показания прибора (часов) в пределах того промежутка времени, когда реакционная система находится в метастабильном состоянии.

Явление генерации акустических колебаний в химических реакциях и физико-химических процессах может найти широкое применение, как прикладное, так и для проведения научных исследований. Например, при удачном выборе системы можно создать устройство, аналогичное лазеру, но излучающее акустические колебания. Явление генерации акустических колебаний при протекании химических реакций и физико-химических процессов может успешно использоваться для исследования кинетики процессов, поскольку количество акустических импульсов в единицу времени характеризует скорость реакции. Данное явление может найти применение для создания приборов контроля за ходом реакции, при этом отпадает необходимость отбирать пробы реакционной среды для анализа.

Перспективно использование обнаруженного явления для контроля за развитием различных микробиологических процессов.

Наиболее широкой и важной областью использования эффекта генерации акустических колебаний является исследование метастабильных состояний веществ. Известными физико-химическими методами в большинстве случаев невозможно получить информацию о том, как далеко данная система находится от состояния равновесия и с какой скоростью будет происходить процесс перехода в равновесное состояние. Поскольку характер акустических сигналов зависит от структурных особенностей среды, в которой протекают процессы, то на этом основании могут быть разработаны средства для структурных исследований. При этом, что существенно, можно контролировать мутные непрозрачные среды, содержащие большое количество разнообразных компонентов, без предварительного разделения пробы на фракции.

2. «Сам себе радар». Скорость автомобиля соотносится со скоростью вращения колес или другой, связанной с движением механики, далее вращение передается на ротор электрогенератора. Получаем прямую зависимость тока/напряжения от скорости автомобиля. Теперь нужно преобразовать электрическую величину в адекватную ей оптическую. Т. е. задача создания индикатора с цветовой шкалой скорости. Таким покрытием может быть электролюминофор. Соответствующие изменения (частота возбуждения) электрического поля (преобразованного) отображаются люминофорами (перемена спектра).

Электролюминофор - неорганический порошок, который преобразует энергию электрического поля в световую, состоящий из активированных соединений на основе сульфидов цинка. Светится под действием электрического поля. Является самым сложным в производстве из всех типов люминофоров.

Среднее время свечения вещества находится между 6 и 8 тысячами часов!

Сам материал сравнительно недорог. Питание подается из так называемого инвертора – небольшой коробочки, в которую прячут батарейки и собственно управление зажиганием областей люминофора.

С помощью управления когда и какому месту зажигаться, можно создавать неповторимые световые эффекты, эффекты движения.