Атомарний кисень: корисні властивості. Що таке атомарний кисень?
Уявіть собі безцінну картину, яка була зіпсована руйнівним пожежею. Прекрасні фарби, ретельно нанесені в безлічі відтінків, зникли під шарами чорної кіптяви. Здавалося б, шедевр безповоротно втрачено.
наукове чарівництво
Але не варто впадати у відчай. Картина поміщається у вакуумну камеру, усередині якої створюється невидима потужна субстанція, звана атомарним киснем. Протягом декількох годин або днів повільно, але вірно наліт йде, і кольору починають з`являтися знову. Вкрита свіжим шаром прозорого лаку, картина повертається в колишню славу.
Може скластися враження, що це диво, але це наука. Метод, розроблений вченими в Гленновском дослідному центрі (МІЦ) НАСА, використовує атомарний кисень для збереження і відновлення творів мистецтва, яким інакше було б завдано непоправної шкоди. Речовина також здатне повністю стерилізувати хірургічні імплантанти, призначені для людського тіла, що значно знижує ризик запалення. Для пацієнтів з цукровим діабетом воно може поліпшити пристрій моніторингу глюкози, для якого буде потрібно лише частина крові, раніше необхідної для тестування, щоб хворі могли контролювати свій стан. Субстанція може текстурувати поверхню полімерів для кращої адгезії кісткових клітин, що відкриває нові можливості в медицині.
І це потужне речовина може бути отримано прямо з повітря.
Атомарний і молекулярний кисень
Кисень існує в декількох різних формах. Газ, який ми вдихаємо, називається Про2, тобто він складається з двох атомів. Є ще атомарний кисень, формула якого - O (один атом). Третя форма даного хімічного елемента - Про3. Це озон, який, наприклад, зустрічається в верхніх шарах атмосфери Землі.
Атомарний кисень в природних умовах на поверхні Землі тривалий час існувати не може. Він володіє надзвичайно високою реакційною здатністю. Наприклад, атомарний кисень у воді утворює перекис водню. Але в космосі, де є велика кількість ультрафіолетового випромінювання, молекули Про2 легше розпадаються, утворюючи атомарному форму. Атмосфера на низькій навколоземній орбіті на 96% складається з атомарного кисню. На зорі польотів космічних човників НАСА його наявність викликало проблеми.
Шкода на благо
За словами Брюса Бенкса, старшого фізика «Альфапорта», що займається дослідженнями космічної середовища в філії Гленновского центру, після перших кількох польотів шатла матеріали його конструкції виглядали так, як ніби були покриті памороззю (вони зазнали сильної ерозії і текстуруванню). Атомарний кисень вступає в реакцію з органічними матеріалами обшивки космічних апаратів, поступово ушкоджуючи їх.
МІЦ зайнявся розслідуванням причин заподіяння шкоди. В результаті дослідники не тільки створили методи захисту космічних апаратів від атомарного кисню, вони також знайшли спосіб використовувати потенційну руйнівну силу цього хімічного елемента для поліпшення життя на Землі.
Ерозія в космосі
Коли космічний корабель знаходиться на низькій навколоземній орбіті (куди виводяться пілотовані апарати і де базується МКС), атомарний кисень, що утворюється із залишкової атмосфери, може реагувати з поверхнею космічних апаратів, в результаті чого вони пошкоджуються. При розробці системи електропостачання станції були побоювання, що батареї сонячних елементів, зроблені з полімерів, піддадуться швидкого руйнування через дію цього активного окислювача.
гнучке скло
НАСА знайшло рішення. Група вчених з Гленновского дослідного центру розробила тонкопленочное покриття для сонячних батарей, яке було несприйнятливим до дії агресивного елемента. Діоксид кремнію, або скло, вже окислен, тому він не може бути пошкоджений атомарним киснем. Дослідники створили покриття з прозорого кремнієвого скла, настільки тонкого, що воно стало гнучким. Цей захисний шар міцно зчеплений з полімером панелі і захищає її від ерозії, не погіршуючи при цьому будь-яких її теплових властивостей. Покриття досі успішно захищає сонячні батареї Міжнародної космічної станції, а також використовувалося для запобігання фотоелементів станції «Мир».
За словами Бенкса, сонячні батареї успішно витримали більш ніж десятирічне перебування в космосі.
Приборкання сили
Провівши сотні тестів, які були частиною розробки покриття, стійкого до атомарному кисню, група вчених з Гленновского дослідного центру набула досвіду в розумінні того, як діє ця хімічна речовина. Експерти побачили інші можливості застосування агресивного елемента.
За словами Бенкса, групі стало відомо про зміну хімії поверхні, про ерозію органічних матеріалів. Властивості атомарного кисню такі, що він здатний видалити будь-яку органіку, вуглеводень, який не так просто реагує зі звичайними хімічними речовинами.
Дослідники виявили безліч способів його використання. Вони дізналися, що атомарний кисень перетворює поверхні силіконів в скло, що може бути корисно при створенні компонентів з герметичним ущільненням без їх прилипання один до одного. Даний процес розроблявся для герметизації Міжнародної космічної станції. Крім того, вчені виявили, що атомарний кисень може відновлювати і зберігати пошкоджені твори мистецтва, покращувати матеріали конструкцій літальних апаратів, а також приносити користь людям, так як може бути використаний в безлічі біомедичних застосувань.
Камери і портативні пристрої
Існують різні способи впливу атомарного кисню на поверхню. Найчастіше використовуються вакуумні камери. За розміром вони варіюються від коробки для взуття до установки 1,2 х 1,8 х 0,9 м. За допомогою мікрохвильового або радіочастотного випромінювання молекули O2 розбиваються до стану атомарного кисню. У камеру поміщають зразок полімеру, рівень ерозії якого свідчить про концентрацію діючої речовини всередині установки.
Відео: Перекис водню. Унікальні ліки. Від усіх хвороб-перекис водню.
Іншим способом нанесення речовини є портативний пристрій, що дозволяє направити вузький потік окислювача на конкретну мету. Можливе створення батареї таких потоків, здатних покрити більшу площу оброблюваної поверхні.
У міру проведення подальших досліджень все більше число галузей промисловості проявляє зацікавленість у використанні атомарного кисню. НАСА організувало безліч партнерських, спільних і дочірніх підприємств, які в більшості випадків стали успішними в різних комерційних областях.
Атомарний кисень для організму
Дослідження сфер застосування даного хімічного елемента не обмежується космічним простором. Атомарний кисень, корисні властивості якого визначено, але ще більше їх належить вивчити, знайшов безліч медичних застосувань.
Він використовується для текстурування поверхні полімерів та робить їх здатними зростатися з кісткою. Полімери зазвичай відштовхують клітини кісткової тканини, але хімічно активний елемент створює фактуру, посилює адгезію. Це обумовлює ще одну користь, яку приносить атомарний кисень, - лікування захворювань опорно-рухової системи.
Даний окислювач також може використовуватися для видалення біологічно активних забруднень з хірургічних імплантатів. Навіть при сучасній практиці стерилізації з поверхні імплантатів буває складно прибрати всі залишки бактеріальних клітин, які називаються ендотоксинами. Ці речовини органічні, але не живі, тому стерилізація не спроможна їх видалити. Ендотоксини можуть викликати послеімплантаціонное запалення, яке є однією з основних причин больових відчуттів і потенційних ускладнень у пацієнтів з встановленим імплантатом.
Відео: Водень. СПА Капсула. Онкологія головного мозку. Атомарний водень. Японські розробки. Фролов
Атомарний кисень, корисні властивості якого дозволяють очистити протез і видалити всі сліди органічних матеріалів, значно знижує ризик післяопераційного запалення. Це призводить до поліпшення результатів операцій і зменшення болю у пацієнтів.
Полегшення для хворих на діабет
Технологія також використовується в датчиках глюкози і інших медико-біологічних моніторах. У них застосовуються акрилові оптичні волокна, текстуровані атомарним киснем. Така обробка дозволяє волокнам фільтрувати червоні кров`яні тільця, забезпечуючи сироватці крові більш ефективний контакт з компонентом хімічного зондування монітора.
Відео: Хімія 15. Склад марганцівки - Академія цікавих наук
За словами Шарона Міллера, інженера-електрика в відділенні космічного середовища та експериментів Гленновского дослідного центру НАСА, це робить тест більш точним, і при цьому для виміру рівня цукру в крові, що тестується потрібно набагато менший об`єм крові. Можна зробити укол практично на будь-якій ділянці тіла і отримати достатню кількість крові, щоб встановити рівень цукру.
Ще один спосіб отримати атомарний кисень - перекис водню. Вона є набагато сильнішим окислювачем, ніж молекулярний. Це пояснюється тим, з якою легкістю розкладається перекис. Атомарний кисень, що утворюється при цьому, діє набагато енергійніше молекулярного. Цим і обумовлюється практичне застосування перекису водню: руйнування молекул барвників і мікроорганізмів.
Відео: Совершенно секретно: Жива і мертва вода.
реставрація
Коли твори мистецтва наражаються на небезпеку незворотного пошкодження, для видалення органічних забруднень може бути використаний атомарний кисень, який залишить в цілості матеріал картини. Процес видаляє всі органічні матеріали, такі як вуглець або сажа, але, як правило, не діє на фарбу. Пігменти в основному мають неорганічне походження і вже окислені, а це означає, що кисень їх не зашкодить. Органічні барвники також можуть бути збережені при ретельному відліку часу впливу. Полотно перебуває в цілковитій безпеці, так як атомарний кисень контактує тільки з поверхнею картини.
Твори мистецтва поміщаються в вакуумну камеру, в якій утворюється даний окислювач. Залежно від ступеня пошкодження картина може залишатися там від 20 до 400 годин. Для спеціальної обробки пошкодженої ділянки, що потребує реставрації, також може бути використаний потік атомарного кисню. Це виключає необхідність розміщувати художні роботи у вакуумній камері.
Копоть і помада - не проблема
Музеї, галереї та церкви почали звертатися в МІЦ, щоб зберегти і відновити свої твори мистецтва. Дослідницький центр продемонстрував здатність реставрувати пошкоджену картину Джексона Поллака, зняти губну помаду з полотна Енді Уорхола і зберегти пошкоджені димом полотна церкви Святого Станіслава в Клівленді. Команда Гленновского дослідного центру використовувала атомарний кисень для відновлення фрагмента, який вважався втраченим, - багатовікової давності італійської копії картини Рафаеля «Мадонна в кріслі», що належить єпископальної церкви Св. Альбана в Клівленді.
За словами Бенкса, даний хімічний елемент дуже ефективний. У художній реставрації він працює відмінно. Правда, це не те, що можна придбати в пляшці, але зате набагато ефективніше.
вивчення майбутнього
НАСА на оплатній основі працювало з безліччю сторін, зацікавлених в атомарному кисні. Гленновскій дослідний центр обслуговував приватних осіб, чиї безцінні твори мистецтва були пошкоджені в результаті домашніх пожеж, а також корпорації, що шукали можливості застосування цієї речовини в біомедичних додатках, такі як LightPointe Medical з Іден-Прері, штат Міннесота. Компанія виявила безліч застосувань атомарного кисню і збирається відшукати ще більше.
За словами Бенкса, залишилося чимало недосліджених областей. Було відкрито значну кількість застосувань для космічної техніки, але, ймовірно, ще більше їх число таїться поза космічних технологій.
Космос на службі у людини
Група вчених сподівається продовжити вивчення способів використання атомарного кисню, а також вже знайдених перспективних напрямків. Багато технологій були запатентовані, і команда МІЦ сподівається, що компанії будуть ліцензувати і комерціалізувати деякі з них, що принесе ще більше користі людству.
При певних умовах атомарний кисень може заподіяти ушкодження. Завдяки дослідникам НАСА, ця речовина в даний час вносить позитивний внесок в освоєння космосу і життя на Землі. Будь то збереження безцінних творів мистецтва або оздоровлення людей, атомарний кисень є найсильнішим засобом. Робота з ним винагороджується сторицею, а її результати стають видні негайно.
