Для чего нужна муфта в химии: Соединительные элементы как оборудование для химической лаборатории

Соединительные элементы как оборудование для химической лаборатории

Для того чтобы собрать химический прибор или установку, только химической посудой и приборами не обойтись. Сосуды должны соединяться друг с другом разными способами, под разными углами. Для этого существует большое количество соединительных элементов. Условно их можно разделить на следующие группы:
— соединительные трубки;
— переходы и насадки;
— изгибы;
— керны и муфты;
— алонжи
— пробки со сквозными каналами для закрепления воронок, соединительных трубок и других элементов без шлифов.

Соединительные трубки

Соединительные трубки выпускаются из стекла или мягких материалов: резины, силикона. Трубки выпускают разного диаметра, стеклянные могут быть прямыми или изогнутыми (Т-, U-, Г-образной формы), с отводами и без отводов.

Резиновые трубки дешевле и доступнее, но они подходят для работы не со всеми веществами; они стареют от взаимодействия с органическими растворителями и маслами, от воздействия ультрафиолета. Силиконовые трубки универсальнее, не боятся агрессивных веществ, растворителей, солнечного света, но стоят обычно дороже.

Стеклянные трубки часто снабжают утолщениями («оливами») на конце для надежного соединения с гибким шлангом (трубкой). Для перехода от соединительной трубки одного диаметра к соединительной трубке другого диаметра выпускается особая прямая трубка типа ТС-П с несколькими утолщениями разного диаметра по всей длине.

Другие соединительные элементы

В соответствии с требованиями российского ГОСТа соединительные элементы для химических установок изготавливают из качественного закаленного стекла толщиной не менее 1 мм. Если нижняя часть элемента не снабжена шлифом, то она должна быть оплавлена и обрезана под углом не более 60 градусов к центральной оси.

С помощью разнообразных соединительных элементов можно существенно расширить функционал имеющихся в лаборатории сосудов и приспособлений. Так, переходы нужны для того, чтобы соединять сосуды и приборы с пришлифованными горловинами разных диаметров. При монтировании установки и сборке пришлифованных соединений с использованием герметизирующей смазки следует помнить, что при вертикальном положении вверху должен располагаться элемент с муфтой, а внизу — с керном. При таком положении смазка не сможет попасть в реакционный сосуд.

Переходы

Переходы бывают не только прямыми, но и с изгибом, с отводом (для работы под вакуумом), с двумя или тремя горловинами, переходящими в одну. С помощью переходов и насадок можно обойтись без специализированных химических колб, предназначенных для перегонки и органического синтеза, позволяющих подключать к реакционному сосуду дополнительные приспособления.  

Изгибы

Изгибы представляют собой соединительные элементы для изменения направления.  Они помогают делать химические установки компактными, распределяя сосуды и приборы в пространстве нужным образом. Изгибы выпускаются типа керн-керн, керн-муфта, с разными углами изгиба.
К соединительным элементам «муфта/керн» ГОСТ относит элементы, на одном конце которого расположена муфта или керн, а на другом — олива под соединительный шланг. Эти элементы могут быть разного диаметра, прямыми или изогнутыми, с отводом или без.

Алонжи

Алонж — специальный конструкционный элемент для соединения холодильника с сосудом-приемником в установках дистилляции и органического синтеза. Верхняя часть алонжа — взаимозаменяемый конус «муфта» для герметичного соединения с холодильником. Нижняя часть для отвода конденсата может быть пришлифованной или без шлифа, она опускается в сосуд-приемник. Для перегонки под вакуумом алонж снабжается отводом для соединения с водоструйным насосом или линией вакуума. Алонжи выпускаются прямыми, изогнутыми, с отводами и без, разного диаметра.

Предлагаем выбрать соединительные элементы из широкого ассортимента нашего магазина. У нас можно купить силиконовые трубки и резиновые трубки по хорошим ценам; предлагаются различные соединительные элементы: алонжи, стеклянные трубки, изгибы и переходы, пробки с каналами и без. Естественно, в продаже широкий выбор химической посуды и другого лабораторного стекла.

Для чего нужны муфты химия

Опубликовано 12.06.2017 по предмету Химия от Гость >>

Ответ оставил Гость

Для подключения полного привода, стоит на вентиляторе двигателя

Нельзя всё время учиться. А для развлечения мы рекомендуем вам поиграть в отличную игру:

Соединительные муфты для пластиковых труб, при монтаже трубопровода применяются очень часто. Эта на первый взгляд простая деталь, которая на самом деле является важным элементом пластикового трубопровода.

Пластик, который почти заменил продукцию из металла и чугуна, проявил себя, как оптимальный вариант для прокладки сетей любого назначения.

Но, при монтажных работах возникает необходимость выполнить соединение участков трубопровода в единую сеть. И на помощь нам приходят соединительные муфты.

Что такое муфта и зачем она нужна?

Соединительная муфта для пластиковых труб является приспособлением, которое применяется для стыковки элементов сетей отопления или водоснабжения (и не только их). Ассортимент товара данной линейки чрезвычайно широк, и все эти элементы классифицируют по особенностям конструкции, по способу состыковки и другим признакам.

На современном строительном рынке предоставлено множество изделий, по этой причине проблем с выбором не должно возникнуть. Для работы можно приобрести виды самых сложных конфигураций.

Муфты в значительной степени упрощают соединение пластиковых магистралей, используемых в следующих системах:

• водопровода – как холодного, так и горячего;
• сливной системы;
• отопительной;
• нефте- и газо- проводах;
• сетей электротехнического назначения.

Говоря об этих приспособлениях, важно подметить, что они являются универсальными изделиями, которые могут быть переходником между конструкциями, которые имеют различные структурные особенности. Например при соединении гладкостенного участка с гофрированным.

Сфер, где применяют данные соединительные элементы достаточно много, основные из них это:

1. Жилищно – коммунальное хозяйство.
2. Сельское хозяйство.
3. Строительные отрасли.
4. Химпроизводство.
5. Нефтегазовая индустрия.

Помимо этого данный вид соединения часто используют при установке и подведении насосного оборудования.

Кроме этого, деталь нашла широкое применение в домашнем быту. Так, например, соединительная муфта для пластиковых труб на 32 мм монтируется в системах капельного полива. В пластиковую трубу с диаметром 32 мм устанавливают муфты и краны для подведения капельной ленты.

Так же в такую трубу монтируют муфты на 32 мм и мини краны для капельной садовой трубки. А для состыковки двух отрезков применяют зажимные муфты на 32 мм.

А соединительная муфта для пластиковых труб на 110 мм применяется для быстрого соединения частей магистрали большого объема. Материалом для изготовления изделий на 110 мм служат высококачественные виды пластика, которые отлично выдерживают высокие температуры, и служат продолжительное время.

Перечисленные достоинства фитингов на 110 миллиметров дополняет простой монтаж, который может выполнить любой человек.

Главные преимущества

Пластик относится к ряду новых «молодых» материалов, и он обладает многочисленными неоспоримыми преимуществами. К ним причисляют:

• экологическую безвредность;
• устойчивость к агрессивному влиянию химической среды;
• термоустойчивость;
• невысокая цена;
• простота монтажных работ;
• длительный срок службы;
• надежность.

Разновидности муфтовых соединений

Соединительные муфты, предназначенные для пластиковых труб, представляют виды, которые отличаются особенностями строения, техническими характеристиками и способом установки. Помимо муфт есть иные виды фитинговых деталей, которые ставят на пластиковые системы.

Так, например, для газовой магистрали могут использоваться терморезистентные или литые соединительные приспособления, а на канализационный трубопровод ставят гофрированные виды данных изделий.

Муфта, устанавливаемая на полиэтиленовый (ПЭ) трубопровод относиться к деталям, которые обеспечивают надежное и герметичное соединение с остальной арматурой. По назначению данные изделия классифицируют на:

1. соединительные (ремонтные). Этот вид деталей предназначается для герметичной и надежной стыковки элементов магистрали, и для устранения аварийных ситуаций.
2. Защитные. Уже с самого названия понятно, что эти фасонные элементы используются для защиты от повреждения полиэтиленовых материалов.

Особенности применения терморезисторных электросварных муфт

Для того, чтобы обеспечить различные варианты стыковки трубных изделий, предусмотрели следующие муфтовые устройства:

• Электрические, они же терморезисторные.
• Компрессионные и обжимные.

Терморезисторные фасонные детали имеют встроенный нагревательный элемент, который дает возможность получить неразъемное соединение. Наиболее надежным методом состыковки элементов трубопровода становиться сварной способ. Чтобы его выполнить задействуют электромуфты.

Особенностью терморезисторных приспособлений является их установка. Ее можно проделать только при помощи специального сварочного оборудования. Соединение выполняют с помощью проволоки из меди.

Она греется под влиянием электричества и приводит полиэтилен в расплавленное состояние, что далее приводит к образованию очень надежного стыка.

Чтобы применить такую фитинговую деталь необходимо следующее.

1. Выполнить подготовку трубного сортамента к сварным работам. При этом пластмассовый трубопрокат тщательно чиститься от загрязнения и пыли. Также в зоне планируемого стыка аккуратно снимают тонкий поверхностный слой полиэтилена.
2. Материал, подготовленный для работы, располагают на одной осевой прямой. Это относиться к частям магистрали и электромуфте.
3. К муфте подключают электричество.
4. Вмонтированный элемент для нагрева начинает прогревать деталь до нужного уровня температуры. Таким путем обеспечивается плавление торцевых поверхностей, которые контактируют.
5. Изделия из полиэтилена при нагреве расширяются, и плотно заходят друг на друга.
6. Далее отключается подача тока, и выполненная конструкция должна постоять в неподвижном состоянии до полного остывания.
7. По истечении двадцати минут выходит герметичный и прочный стык.

Электромуфты современного производства выгодны тем, что могут самостоятельно вести контроль всего процесса сварных работ и последующего остывания. Установка таких деталей целесообразна в условиях ограниченного пространства.

Использование данного варианта соединения называют приоритетным, когда стыковой вариант неудобный и непрактичный. Такими местами, как правило, становятся колодцы, каналы с плохим доступом, монтажные отверстия в фундаменте или стенке здания.

Еще одним преимуществом является то, что его уместно использовать при аварийных ситуациях, когда пластиковый или полипропиленовый трубопровод поврежден. И, когда дефект необходимо устранить в очень короткий срок.

Кроме всего, данное устройство легко монтируется, и выполнить работу может любой домашний мастер, не имеющий больших навыков.

Единственным недостатком в данном случае называют высокую цену устройства, что понятно, не каждому по карману. Стоимость этих товаров, куда выше, если сравнивать их с аналогами, но это с лихвой компенсирует быстрота монтажа и надежность получаемого соединения.

Защитные муфтовые детали

Уже было описано, что защитные фитинги для пластиковой системы предназначены для защиты трубной конструкции от механических повреждений. Это цельнолитые приспособления, в которые монтируют трубу. В итоге таких действий трубный узел не контактирует с железобетоном, и его целостное состояние остается неизменным.

Применяют данные изделия для установки в железобетонную стенку колодца канализации. Они защищают входные и выходные конструкции, компенсируют нагрузку на пластиковую магистраль и сохраняют высокий уровень герметичности стыков.

Приспособление, которое устанавливается в стенку, фиксируется раствором из цемента, и создает нужное по размерам отверстие для прокладки трубопровода.

Основные предназначения данных фитингов.

1. Снижение силы внешнего влияния, образующиеся после вибрации, и изменения диаметра от температурного перепада, а так же после «осадки» стен.
2. Оформление посадочной зоны с гладкой поверхностью внутри.
3. Частичное нивелирование влияния на трубопровод изнутри.

Дополнительную компенсаторную функцию здесь выполняют кольца-уплотнители.

Профессиональные сантехники из данной линейки товаров по качеству выделяют приспособления, выполненные из трехслойного ПВХ со вспененной стенкой внутри. Хотя, аналоги, выполненные из ПВХ, тоже отличаются высокими техническими характеристиками.

Класс жесткости у данных товаров – SN4. И использовать их можно очень продолжительное время. При соблюдении условий эксплуатации такие устройства служат дольше 50 лет.

Защитные литые муфтовые приспособления ПНД – это специальные устройства для защиты. Они отличаются специальной конструкцией, где внешняя часть может проскальзывать, и оснащена специальными ребрами жесткости.

Они являются насечками, которые позволяют литому устройству прочно укрепляться в стенке. Внутри такого изделия имеется кольцо-уплотнитель, позволяющее плотно прилегать фитингу к трубе, и защищает часть внутри соединительного приспособления от засорения землей.

Защитные соединительные механизмы – это цельнолитые изделия, что позволяет им легко справляться с возложенными на них функциями.

Диаметры этих устройств можно встретить от 110 до 1200 мм. Этот объем абсолютно совпадает в объемом ПЭ трубопроводов. Длина, предлагаемых в продаже вариантов, варьируется от 150 до 510 мм.

Если для работы нужно приобрести муфтовую деталь других диаметров, то ее можно получить по спецзаказу. Практически все фирмы могут поставлять муфты с нестандартными габаритами.

Использование защитных приспособлений называют самым грамотным вариантом решения, так, как в процессе функционирования любая магистраль из пластика подвергается подвижкам и деформационным изменениям.

В результате этого колодец из бетона начинает разрушаться. Как следствие этого – разрушается и трубная конструкция. Но, если на ней стоят защитные виды муфт, то все такие колебания полностью нивелируются, потому, что они проходят в самом муфтовом устройстве.

Компрессионные устройства

Этот вид соединительных элементов для монтажа в отличие от электросварных приспособлений не нуждается в применение спецоборудования. Сварка в данной ситуации не нужна.

Используя компрессионные детали, можно создать разъемное соединение, которое в случае необходимости можно разобрать. Разбирать и собирать обратно такие стыки можно столь раз, сколько потребуется.

Компрессионные устройства подразделяются на:

• устройства, скрепляющие трубные изделия, у которых одинаковый диаметр;
• переходники для соединений магистралей различного объема;
• изделия с наружной резьбой;
• приспособления, на которых присутствует внутренний вид резьбы.

Изготавливают соединительные изделия данной линейки из экологически чистых материалов. Эта разновидность фитинговых приспособлений при монтаже не создает никаких сложностей. Чтобы соорудить надежный стык необходимо:

• выполнить подготовку муфтового устройства, для этого его частично разбирают, а накидную гайку отворачивают на 34 поворотов;
• подготавливают трубу, при этом ее поверхностную часть очищают от загрязнений фаскоснимателем или хорошо подточенным ножом;
• на трубе отмечается величину вхождения муфтовой детали в корпус;
• чтобы облегчить установку, компрессионный механизм рекомендуют намочить жидким мылом, или наложить на него спецсмазку;
• труба вводится в муфтовое устройство до указанной пометки, при этих действиях приходиться прикладывать определенную силу;
• далее накидная гайка затягивается до упора;
• чтобы создаваемое соединительное крепление получилось герметичным, необходимо, чтобы резьба была защищена фум – лентой.

Фланцевые соединительные элементы

Эти соединительные устройства способны обеспечить высокую герметичность создаваемого стыка на конструкции, и профессиональные мастера утверждают, что этот муфтовый механизм отличает достаточно простой монтаж. Уплотнителем на фланцевых муфтах служат специальные прокладки из паронита.

Так же в состав такого соединительного устройства включен металлический фланец и трубка из полиэтилена.

Цена на данную линейку соединительного товара является демократичной, что так же можно добавить к неоспоримым его достоинствам.

Порядок работы и особенности соединения

Действия по установке не вызовут особых трудностей, если все выполнять точно по правилам.

• Вначале необходимо начертить план сооружаемого трубопровода. При разработке схемы важно учесть каждый поворот и разводку на металлопластиковом или пластиковом трубопроводе. Чем точнее, будет схема будущей конструкции, тем легче будет выполнять все последующие действия.
• Следующим шагом является покупка нужных материалов. Их количество определяют по составленному плану.
• Если в работу взята зажимная муфта, то с ее помощью начало трубного изделия фиксируют к центральной сети. Такой фитинг состоит из двух полукруглых частей с фланцем для подводки трубы. Далее муфта одевается на заготовку и плотно притягивается болтами. Теперь через фланец сверлят отверстие для прохода жидкости.
• Далее к фланцу подводят первую заготовку, которую предварительно обрезают перпендикулярно. Крайняя часть трубы ставиться в муфтовую деталь (до соответствующей метки). До того, как вводить трубу, ее крайняя часть смазывается специальным клеем.
• Аналогично проводится процедура с частью детали, куда подводят подсоединение.
• После просыхания клея выполняют прижимание резьбовым концовиком.

Подготовка труб к соединению во всех случаях выполняется одинаково. Разница заключается только в методах, используемых для герметизации стыков на пластиковых конструкциях. Так, например, при действиях с электросварным фитингом клей не применяется.

В таких устройствах предусмотрена спираль для нагрева, которая воздействует на соединяемые элементы. При этом полиэтилен расплавляется, и отдельные участки надежно спаиваются между собою.

Соединительные муфтовые устройства для пластиковых магистралей в строительных магазинах имеются в изобилии. Они выполнены в разных конфигурациях, что дает возможность легко выбрать нужную деталь для прокладки любой сети, где разрешают установить пластиковые трубы.

1. для удержания пробирок на весу
2. не слишком плотно
3. гасить колпачком
4. поднести к синему и к оранжевому по очереди

Если ответ по предмету Химия отсутствует или он оказался неправильным, то попробуй воспользоваться поиском других ответов во всей базе сайта.

Муфты: определение, виды, назначение, классификация

Муфта — это цилиндрическое по форме устройство, соединяющее два вала, трубы или отрезка провода. Они используются для постоянного или временного соединения, могут быть управляемыми. Классификация устройств насчитывает десятки разновидностей. Они применяются во всех отраслях жизни человека.

Что такое муфта

Что такое муфта? Это механизм для соединения приводных валов или трубопроводов.

Для чего нужна муфта? Основная задача:

• механической — соединить два вала для передачи вращения;
• соединительной — соединить два участка трубопровода для создания единой герметичной трубы.

Механические муфты выполняют и другие вспомогательные функции, такие, как ограничение предельной мощности на валу, предотвращение реверсивного вращения и некоторые другие.

КПД муфты определяется ее конструкцией. Наибольшими значениями этого параметра обладают жесткие конструкции, передающие энергию без потерь.

Фрикционные и упругие разновидности допускают потерю от 2 до 15 % энергии.

Виды муфтовых соединений

Механические муфты имеют много подвидов. Все они относятся к постоянным разъемным соединениям.

Жесткие

Для крупных конструкций, например, гребных валов, они служат для постоянного соединения раздельно изготавливаемых и перевозимых секций в единое целое на судоверфи. Здесь используются жесткие соединения, фланцевые или втулочные с фиксирующим элементом.

Фланцевая муфта представляет собой фланец, выточенный или приваренный на торце вала. в отверстия фланца пропускаются болты или шпильки, которыми он притягивается к ответному фланцу на другой секции вала.

Все муфтовые соединения требуют строгой соосности сопрягаемых валов. При ее нарушении возникают напряжения изгиба и радиальные биения, деформирующие и разрушающие соединение.

Исключением служит кулачково-дисковый механизм. Он была разработана Джоном Олдэмом в начале XIX века специально для параллельных, но не соосных валов.

Упругие

Если в ходе работы на валу возникают вибрация и динамические нагрузки, для их поглощения используют упругие муфты. Они имеют эластичный компонент для поглощения энергии. В фланцевых -это полимерные втулки, надетые на болты или шпильки. В кулачковых упругий элемент выполняют в виде эластичного зубчатого колеса из плотных пластмасс.

Сцепные

Служат для периодического подключения и отключения ведомого вала от ведущего. В них одна часть муфты зафиксирована на одном валу, а вторая скользит вдоль другого вала, входя в зацепление я первой и выходя из него. По конструкции средин них различают:

• Зубчатые. В зацепление входят зубцы или кулачки.
• Фрикционные. Зацепление осуществляется за счет трения. Различают дисковые и конические муфты. Прижим осуществляется пружиной. Такие механизмы могут соединяться при вращающихся с разной скоростью валах, их используют для работы сцепления в транспортных средствах и ручных строительных механизмах с бензоприводом.
• Магнитные. Валы соединяются силой притяжения мощных постоянных магнитов такое соединение не требует физического контакта, поэтому вращение может предаваться через мембрану или стенку немагнитного сосуда на границе двух сред, например, газа и жидкости. Такие приводы используются для перемешивания жидкостей в пищевом и фармацевтическом производстве.
• Гидродинамические. Движение передается рабочей жидкостью от ведущей крыльчатки к ведомой. Крыльчатки вращаются в общей рабочей камере, но не соприкасаются. Лучше остальных гасят колебания и удары. Используется в автомобильных трансмиссиях.
• Электромагнитные. действуют аналогично, но силу зацепления обеспечивает электромагнит.

Виды муфт расположены в списке по мере убывания КПД.

Безрезьбовое компрессионное зажимное соединение gebo

Зажимные фитинги системы Gebo не так давно появились на рынке, но уже завоевали заслуженную популярность там, где требуется соединить две стальных трубы. Они позволяют обойтись без трудоемких операций по сварке или нарезке резьбы, не всегда возможных из-за особенностей места установки. Так, например, если стык приходится на труднодоступное место, в нем невозможно нарезать резьбу. Или в месте стыка расположены легковоспламеняющиеся материалы. Еще один вариант- ремонт газовых труб после утечки. Сварку нельзя начать до полного проветривания помещения.

Фитинг Gebo представляет собой металлический корпус, с одного конца которого установлено зажимное приспособление. На корпусе нарезана резьба, на нее навинчивается гайка. Под гайкой расположено зажимное кольцо с коническим сечением, прижимное кольцо и прокладка из эластичного материала. Фитинг просто надевается на конец стальной трубы, Гайка завинчивается и кольца обжимают прокладку. Она плотно прижимается к поверхности трубы, надежно герметизируя соединение.

Муфты для ремонта

Служат для ремонта трубопроводов. используется два основных вида таких приспособлений:

• Стыковые. В месте неисправности вырезается кусок трубы, и вместо него вставляется ремонтная муфта. С двух сторон она имеет соединения: резьбовые, фланцевые или сварные. Ответные части соединений устанавливаются или формируются на концах трубопровода.
• Обжимные. Представляют собой хомут, надеваемый на поврежденный участок трубы. Под хомут подкладывается (или является его частью) слой уплотняющего упругого материала. Хомут затягивается, прижимая уплотняющий материал к повреждению и герметизируя его.

Обжимные служат средством оперативного, временного ремонта. Они не должны использоваться на постоянной основе. Могут устанавливаться только на жестких трубах (сталь, пластик) и подлежат замене на исправный участок трубы при первой возможности.

Стыковые применяются для постоянного ремонта жестких трубопроводов.

Для гибких шлангов малого давления (например, для садового полива или дренажного насоса) они могут использоваться и на постоянной основе. Используют их также и для сращивания кусков шланга.

Классификация муфт

По способу своего функционирования муфты подразделяются на

• механические;
• электрические;
• гидравлические;
• магнитные.

По возможности управления различают:

• постоянного зацепления;
• управляемые.

Управляемые муфты позволяют временно рассоединять валы с остановкой вращения или без таковой. По типу привода они подразделяются на:

• Механические. В качестве привода используется мускульная сила человека.
• Пневматические.
• Гидравлические. Требуют наличия на станке или механизме системы гидравлики.
• Электромагнитные. Наиболее современные, легко интегрируются в цифровые системы управления.
• Самоуправляемые. По достижении определенного условия (скорости вращения, крутящего момента или самопроизвольного реверса) срабатываем механизм, временно или постоянно расцепляющий валы. Служат в качестве предохранительных устройств. Из-за сложности конструкции, изготовления и обслуживания вытесняются автоматизированными системами с датчиками и электроприводом.

По упругости сцепки различают

• жесткие, осуществляют постоянное зацепление;
• компенсирующие, способны работать в условиях неполной соосности валов;
• упругие (компрессионные муфты), компенсируют крутильные или продольные колебания и удары, передаваемые от источника энергии;
• сцепные, управляемые механизмы для коммутации валов, к ним относятся кулачково- дисковые и фрикционные муфты.

В сложных случаях применяют комбинированные муфты, соединяющие в себе несколько классификационных признаков.

Распространенные ошибки установки

В электрике применяются так называемые термоусадочные муфты, используемые для электро- и гидроизоляции концов и стыков электрических проводов и кабелей. Они представляют собой отрезки трубок из специального пластика, сильно уменьшающегося в размерах при нагревании и обжимающего конец или стык провода до его полной герметизации.

Распространенными ошибками при их монтаже являются:

• неправильное цветовое обозначение фаз или контактов
• наличие воздушных пустот после усадки;
• перегрев муфты, ведущий к ее повреждению или разрыву;
• неправильный выбор начального диаметра муфты и нарушение герметичности из-за неполного обжатия.

Тщательное соблюдение технологии и простая внимательность при работе позволяет избежать досадных оплошностей

Назначение

Механические муфты предназначены для:

• передачи энергии между двумя валами, находящимися на единой оси либо под некоторым углом;
• подключение и отключение ведущего и ведомого вала;
• защиты агрегата от перегрузок;
• компенсации ударов и колебаний, возникающих при работе механизма.

Ремонтные муфты переназначены для сращивания двух труб или временной ликвидации утечки.

Муфты соединительные назначение и классификация | Полезные статьи

Рис. 1. Муфта соединительная кабельнаяМуфта соединительная кабельная (рис. 1) — специальный комплект соединительных и изолирующих материалов, который применяется для сращивания и ремонта одножильных и многожильных кабелей силовых, воздушных линий электропередач, кабелей связи и ВОК. Данный тип арматуры является достаточно прочным, с высокой степенью герметичности, позволяющей увеличить изоляционные способности соединительных элементов.

На современном рынке кабельной продукции муфта соединительная представлена различными производителями может быть чугунной, латунной и стальной, эпоксидной и свинцовой, холодной усадки и заливной, натяжной и термоусаживаемой. Все они рассчитаны на определенные параметры кабеля (тип кабеля, материал изоляции, наличие бронепокровов, рабочее напряжение и пр.) и используются в различных эксплуатационных условиях. К эксплуатационным особенностям относится способ внутренней или наружной прокладки, а также размеры арматуры — обыкновенные или малогабаритные. Ну и, конечно же, рабочее напряжение (1–110 кВ и выше) и безусловно, форма (V, Т, Х-образной) продукции.

Классификация муфт соединительных

Муфта соединительная в зависимости от вида установки и условий эксплуатации подразделяется на следующие типы:

• соединительные (С) — как соединяющие;
• стопорные (СТ) — как соединяющие и предотвращающие на вертикальных и наклонных трассах стекания кабельных масс;
• стопорно-переходные (СТП) — как соединяющие устройство кабелей с бумажной изоляцией различных типов;
• переходные (СП) — как соединяющие устройство кабеля с различными типами изоляции;
• ответвительные(О) — используемые как соединяющие и ответвляющие устройство для силовых кабелей(до 1 кВ).

Рис. 2 Кабельная термоусаживаемая муфта для кабелей на напряжение 6/10 кВНаиболее популярной на сегодня является муфта соединительная кабельная термоусаживаемая — благодаря высокому уровню эксплуатационных свойств (надежности, долговечности, эластичности, простоте монтажа). Муфта соединительная термоусаживаемая обладает стойкостью относительно воздействий внешней среды, сохраняя целостность соединения при любых погодных условиях. Примером может служить муфта СТп (рис. 2) для кабелей с пластмассовой и бумажной изоляцией с напряжением до 35 кВ.

Также для соединения кабелей до 35 кВ может применяться аналогичная муфта соединительная термоусаживаемая импортного производства — POLJ (Raychem).

От правильности выбора арматуры будет зависеть, как долго прослужит кабельная система и сохранит ли она свои технические характеристики за период эксплуатации.

муфта — это… Что такое муфта?

Электросварная муфта: устройство, сферы использования фитинга

Муфту электросварную относят к линейке полимерных фитингов (из полиэтилена, полипропилена или фторопласта). В составе конструкции присутствуют закладные электронагреватели. Изделия данного типа выполняют функцию соединителей между отдельными участками трубопроводов низкого давления. В процессе установки применяется автоматическая электромуфтовая сварка.

Устройство и специфика работы муфты

Среди перечисленных выше полимеров низкого давления обычно в качества материалы изготовления электросварной муфты выступает полиэтилен. Функцию закладных электрических нагревателей выполняют проводники с высоким сопротивлением.

Конструкция муфты включает в себя такие элементы:

• Полимерный корпус.
• Нити разогрева из меди или карбона. Быстрее греются карбоновые изделия, однако стоимость их выше.
• Проводники для клеммы.
• Индикатор для определения стадии процедуры сварки.
• Крепежи. Помогают выставить приспособление в нужном положении.

Снаружи корпуса имеется пара концов для коммутации со сварочным аппаратом. Используемые закладные элементы с высоким сопротивлением преобразуют электрическую энергию в тепловую. При достижении определенной температуры начинается плавка полимерного материала, который приобретает требуемую однородность. В остывшем состоянии характеристики конструкции приближаются к свойствам трубы.

Сферы применения

Электросварные муфты отличаются дешевизной, надежностью, простотой изготовления и установки. Это объясняет их большую популярность при организации трубопроводов различного типа.

Области применения муфт электросварного типа:

• системы канализаций;
• водопроводы;
• газовые магистрали;
• линии для перекачки химических продуктов, инертных к полиэтилену.

Рассматривая электросварные муфты в качестве соединителей для своего трубопровода, важно учитывать ограничения по их применению. Так, изделия данного типа не рассчитаны на рабочие среды с темперами выше + 40 градусов и рабочим давлением от 16 атм.

Вернуться назад

что это такое, назначение и применение, классификация, выбор

В процессе создания различных силовых сетей нередко возникает необходимость сращивания нескольких частей кабеля и подключения к электроприборам и аппаратам. Такие работы выполняются с помощью кабельного крепежа, представляющего собой комплект материалов и деталей, необходимых для надежной герметизации мест соединения или ответвления электрических проводников. Комплектность набора различна и зависит от параметров электрического тока, изоляционного покрытия и конструкции кабеля.

Назначение соединительной муфты для кабеля

Чтобы объединить отдельные участки силового кабеля, используют соединительные кабельные муфты. Конструкция и применяемые материалы позволяют обеспечить надежность и долговечность соединения. В зависимости от назначения они могут быть:

• ремонтными;
• переходными;
• ответвительными.

Муфта соединительная для кабеля является наиболее востребованной, так как чаще всего применяется при монтаже электрических линий. Главное требование, предъявляемое к крепежу такого типа, — это создание надежного и герметичного соединения. В связи с тем, что кабельная муфта эксплуатируется в неблагоприятных условиях, материал изготовления должен соответствовать повышенным требованиям по стойкости к влиянию внешней среды. В зависимости от условий эксплуатации муфты на кабель производятся цельными и разборными.

Соединительные муфты применяются для сращивания электрических линий различных классов напряжения. Они обеспечивают надежное соединение, герметизируют и предохраняют от повреждения место соединения одно- и многожильных силовых кабелей. При монтаже линий электропередач на вертикальных и наклонных трассах используется стопорный и стопорно-переходной кабельный крепеж. Он служит не только для соединения проводников, но и предотвращает стекание маслопропиточного состава.

Зная, что такое кабельная муфта соединительная, будет несложно подобрать необходимую модель для прокладки линии на воздухе или в земле. Большую долю составляют изделия, изготовленные по технологии холодной усадки.

Работы по стыковке проводников с бумажной изоляцией упростило появление термоусаживаемых трубок и перчаток. В большинстве случаев эти элементы входят в комплектацию электрических изделий. Термоусаживаемые трубки образовывают более прочный изоляционный слой, предупреждают разматывание бумажной обмотки и делают процесс коммутации более комфортным.

Проводники стыкуются болтовыми соединителями, которые помещаются в термотрубки. Этот способ удобен при установке соединительно-переходных муфт, где сращиваются проводники с различными видами изоляции. С помощью трубок не только выравнивается толщина изоляционного слоя, но и обеспечивается экранирование зоны стыковки.

Виды соединительных кабельных муфт

Кабельная арматура, применяемая для строительства линий электропередач, определяется следующими характеристиками:

• тип соединения;
• материал изготовления;
• параметры передаваемой электроэнергии;
• место монтажа;
• габаритные показатели;
• число жил и форма.

Кроме того, в зависимости от применяемого материала различают следующие виды кабельных муфт:

• эпоксидные;
• свинцовые;
• термоусадочные;
• чугунные;
• латунные;
• резиновые.

Эпоксидный крепеж предназначен для соединения кабеля, прокладываемого в шахтах, тоннелях и траншеях. Изделие имеет наружный металлический либо асбестовый корпус. После соединения жил он заливается эпоксидным составом.

Свинцовая кабельная арматура применяется для стыковки кабелей с металлической либо алюминиевой оплеткой. Выпускается 2 типоразмера: нормальный и малогабаритный. Изготавливается из свинцовых труб диаметром 60-110 мм, длиной 450-650 мм и зависит от сечения кабеля. Такая арматура имеет большую массу. Свинцовые и эпоксидные муфты практически не подвержены внешнему воздействию и могут использоваться при прокладке под землей.

Самым распространенным и простым методом монтажа кабельной соединительной арматуры является термоусадочная конструкция. После установки муфты на соединяемый участок ее нагревают строительным феном или горелкой до появления эффекта обсадки. Материал трубки характеризуется высокими изоляционными свойствами, а широкий интервал усадки материала дает возможность соединения кабеля с разным сечением жил.

Резиновые муфты применяются для соединения гибких неэкранированных проводников. При этом место соединения остается гибким. Для установки изделия нагрев не требуется. Герметичность места стыковки обеспечивается заливкой специальным компаундом.

Рекомендации по выбору и монтажу

Монтаж концевых муфт проводится при подсоединении электрических приборов и аппаратов. В электрических сетях напряжением более 1 кВ различают крепеж внутренней и наружной установки. При более низком напряжении устройство муфты обеспечивает установку как в закрытом помещении, так и на открытом воздухе.

Чтобы получить надежное сочленение кабелей, необходимо правильно подобрать крепеж для выполнения работ. Для этого надо знать следующие характеристики:

1. Напряжение кабельной линии, на которой будет монтироваться электрическая арматура.
2. Тип изоляционного покрытия проводников, которое может быть выполнено из разных материалов (пластмасса или промасленная бумага). От этого зависит комплектация устройства.
3. Количество жил и их сечение. Определяются по марке кабеля или берутся из проектной документации.
4. Наличие бронеленты. Установка кабельного крепежа требует заземления брони.
5. Тип монтажа концевых муфт. При выборе концевой заделки необходимо знать место установки последней (внутри или снаружи здания). Арматура отличается наличием (отсутствием) и количеством антитрекинговых термоусаживаемых изоляторов.
6. Комплектация изделия. Поставка может быть выполнена с болтовыми соединителями и наконечниками либо без них.

Надежная стыковка кабелей обеспечивается применением термоусаживаемых соединительных устройств. Они не только создают дополнительную изоляцию в месте установки, но и позволяют стыковать проводники разного сечения.

Для монтажа электрической арматуры последовательно снимаются все слои изоляционного материала вплоть до покрытия жил. Установка термоусаживаемых муфт не требует пайки проводников. Контакт обеспечивается благодаря применению болтовых соединителей.

При подключении электроустановок к проходящим линиям необходимо создать ответвление провода. Для этого используются ответвительные сжимы и клеммные колодки. Применение прокалывающих зажимов обеспечивают герметичность стыковки и не требуют снятия изоляции с магистрального провода. Усилие зажима регулируется срывными головками зажимных болтов.

Проводник заземления концевых муфт устанавливается с использованием непаянной системы защиты, имеющейся в комплекте поставки. Для предохранения от коррозии места контакта соединение проводника со стальной оболочкой уплотняется герметизирующей лентой.

Монтаж муфт холодной усадки не требует нагрева, что положительно сказывается на времени проведения работ. Такие устройства способны сохранять гибкость кабеля. Они могут противостоять температурным циклическим нагрузкам и смещению грунта в разных погодных условиях.

14.12: Константы взаимодействия идентифицируют связанные протоны

5.5A: Источник спин-спинового взаимодействия

Спектры ^-1 H-ЯМР, которые мы видели до сих пор (метилацетата и пара -ксилола), несколько необычны в том смысле, что в обеих этих молекулах каждый набор протонов генерирует один сигнал ЯМР. Фактически, спектры ^–1 H-ЯМР большинства органических молекул содержат сигналы протонов, которые «расщеплены» на два или более субпиков. Однако это поведение расщепления не является усложнением, оно фактически дает нам больше информации о молекуле нашего образца.

Рассмотрим спектр 1,1,2-трихлорэтана. В этом и во многих последующих спектрах мы демонстрируем увеличение отдельных сигналов, чтобы можно было распознать шаблоны разделения сигналов.

Сигнал при 3,96 ppm, соответствующий двум протонам H _a , разделен на два субпика равной высоты (и площади) — это называется дублетом . С другой стороны, сигнал H _b при 5,76 ppm разделяется на три субпика, причем средний пик выше двух внешних пиков — если бы мы интегрировали каждый субпик, мы бы увидели, что область под средний пик вдвое больше, чем каждый из внешних пиков.Это называется триплет .

Источником расщепления сигнала является явление, называемое спин-спиновое взаимодействие , термин, который описывает магнитные взаимодействия между соседними, неэквивалентными ЯМР-активными ядрами. В нашем примере 1,1,2-трихлорметана протоны H _a и H _b связаны друг с другом спиновой связью. Вот как это работает, сначала посмотрим на сигнал H _a : помимо экранирования соседними валентными электронами, на каждый из протонов H _a также влияет небольшое магнитное поле, создаваемое соседним H _b ( помните, каждый вращающийся протон похож на крошечный магнит).Магнитный момент H _b будет выровнен с B ₀ в (чуть более чем) половине молекул в образце, в то время как в оставшейся половине молекул он будет противоположен B ₀ . «Войлок» B _eff по H _a будет немного слабее, если H _b выровнен с B ₀ , или немного сильнее, если H _b выровнен с B ₀ . Другими словами, в половине молекул H _a экранировано H _b (таким образом, сигнал ЯМР немного смещен в сторону поля), а в другой половине H _a экранировано H _b (и сигнал ЯМР немного сдвинулся в слабое поле).То, что в противном случае было бы одиночным H _{, пик} был разделен на два субпика (дублет), один в верхнем поле и один в нижнем поле исходного сигнала. Эти идеи можно проиллюстрировать схемой расщепления , как показано ниже.

Теперь давайте подумаем о сигнале H _b . Магнитная среда, в которой находится H _b , находится под влиянием полей обоих соседних протонов H _a , которые мы назовем H _a1 и H _a2 .Здесь есть четыре возможности, каждая из которых равновероятна. Во-первых, магнитные поля как H _a1 , так и H _a2 могут быть выровнены с B ₀ , что снимет экранирование H _b , немного смещая его ЯМР-сигнал. Во-вторых, оба магнитных поля H _a1 и H _a2 могут быть выровнены напротив поля B ₀ , которое будет экранировать H _b , слегка смещая его резонансный сигнал в более сильное поле. Третий и четвертый, H _a1 может быть противопоставлен B ₀ и H _a2 , или H _a1 противопоставлен B ₀ и H _a2 с B ₀ .В каждом из последних двух случаев экранирующий эффект одного протона H _a нейтрализует эффект удаления экранирования другого протона, а химический сдвиг H _b не изменяется.

Итак, в конечном итоге сигнал для H _b представляет собой триплет , средний пик которого в два раза больше, чем два внешних пика, потому что существует двух способов, которыми H _a1 и H _a2 могут отменить друг друга.

Теперь рассмотрим спектр этилацетата:

Мы видим неразделенный «синглетный» пик на 1.833 ppm, что соответствует атомам водорода ацетила (H _a ) — это аналогично сигналу для атомов водорода ацетата в метилацетате, который мы рассматривали ранее. Этот сигнал не расщеплен, поскольку в молекуле нет соседних атомов водорода. Сигнал при 1,055 м.д. для атомов водорода H _c разделяется на триплет двумя соседними атомами водорода H _b . Объяснение здесь такое же, как объяснение триплетного пика, которое мы видели ранее для 1,1,2-трихлорэтана.

Водород H _b дает сигнал квартета при 3,915 ppm — обратите внимание, что два средних пика выше, чем два внешних пика. Эта модель расщепления является результатом эффекта спиновой связи соседних трех атомов водорода H _c и может быть объяснена анализом, аналогичным тому, который мы использовали для объяснения структур дублетов и триплетов.

Пример 5.6

1. Объясните, используя стрелки влево и вправо для иллюстрации возможных комбинаций ядерных спиновых состояний для атомов водорода H _c , почему сигнал H _b в этилацетате разделен на квартет.
2. Коэффициент интегрирования дублетов составляет 1: 1, а триплетов — 1: 2: 1. Какова степень интеграции квартета H _b в этилацетате? (Подсказка — используйте иллюстрацию, которую вы частично нарисовали, чтобы ответить на этот вопрос.)

Решение

К настоящему времени вы, вероятно, узнали шаблон, который обычно называют правилом n + 1 : если набор атомов водорода имеет n соседних, неэквивалентных атомов водорода, он будет разделен на n + 1 подпик.Таким образом, два атома водорода H _b в этилацетате расщепляют сигнал H _c на триплет, а три атома водорода H _c расщепляют сигнал H _b на квартет. Это очень полезная информация, если мы пытаемся определить структуру неизвестной молекулы: если мы видим триплетный сигнал, мы знаем, что соответствующий водород или набор атомов водорода имеет двух «соседей». Когда мы начнем определять структуры неизвестных соединений, используя спектральные данные ^–1 H-ЯМР, станет более очевидным, как можно использовать такую ​​информацию.

Здесь необходимо подчеркнуть три важных момента. Во-первых, разделение сигнала происходит только между неэквивалентными атомами водорода — другими словами, H _a1 в 1,1,2-трихлорэтане составляет , а не , разделенное на H _a2 , и наоборот.

Во-вторых, расщепление происходит главным образом между атомами водорода, разделенными тремя связями. Вот почему атомы водорода H _a в этилацетате образуют синглет — ближайшие водородные соседи находятся на расстоянии пяти связей, что слишком далеко для возникновения взаимодействия.

Иногда мы видим расщепление с четырьмя и даже с пятью связями, но в этих случаях магнитное влияние одного набора атомов водорода на другой набор гораздо более тонкое, чем то, что мы обычно наблюдаем при расщеплении трех связей (подробнее о том, как количественная оценка взаимодействий сцепления приведена в разделе 5.5B). Наконец, расщепление наиболее заметно, когда атомы водорода связаны с углеродом. Водороды, которые связаны с гетероатомами (например, спиртом или аминогруппами), слабо связаны — или совсем не связаны — со своими соседями.Это связано с тем, что эти протоны быстро обмениваются с растворителем или другими молекулами образца.

Ниже приведены еще несколько примеров информации о химическом сдвиге и структуре расщепления для некоторых относительно простых органических молекул.

Пример 5.7

1. Сколько сигналов протонов вы ожидаете увидеть в спектре ¹ H-ЯМР триклозана (распространенного антимикробного агента, содержащегося в детергентах)? Для каждого из сигналов протонов предскажите картину расщепления.Предположим, что вы видите только 3-связь.

Решение

Пример 5.8

Предскажите структуру расщепления для сигналов ¹ H-ЯМР, соответствующих протонам в местах, указанных стрелками (структура соответствует структуре нейромедиатора серотонина).

Решение

5.5B: Константы взаимодействия

Химики количественно определяют эффект спин-спиновой связи, используя так называемую константу связи , которая сокращенно обозначается заглавной буквой J .Константа связи — это просто разница, выраженная в Гц, между двумя соседними субпиками в разделенном сигнале. Для нашего дублета в спектре 1,1,2-трихлорэтана, например, два субпика разделены на 6,1 Гц, и поэтому мы записываем ³ J _a-b = 6,1 Гц.

Верхний индекс 3 говорит нам, что это взаимодействие взаимодействия трех связей, а нижний индекс a-b говорит нам, что мы говорим о сцеплении между H _a и H _b .В отличие от значения химического сдвига , константа связи, выраженная в Гц, одинакова независимо от напряженности приложенного поля ЯМР-магнита . Это связано с тем, что сила магнитного момента соседнего протона, который является источником явления спин-спинового взаимодействия, не зависит от величины приложенного поля , а не .

Если мы внимательно посмотрим на триплетный сигнал в 1,1,2-трихлорэтане, мы увидим, что константа взаимодействия — «промежуток» между субпиками — равна 6.1 Гц, как у дублета. Это важная концепция! Константа связи ³ J _a-b количественно определяет магнитное взаимодействие между наборами водорода H _a и H _b , и это взаимодействие имеет одинаковую величину в любом направлении . Другими словами, H _a влияет на H _b в той же степени, что H _b влияет на H _a . При рассмотрении более сложных спектров ЯМР идея о константах взаимного взаимодействия может быть очень полезной для определения взаимосвязей между наборами протонов.

Константы взаимодействия между наборами протонов на соседних sp ³ -гибридизованных углеродах обычно находятся в диапазоне 6-8 Гц. Для протонов, связанных с sp ² -гибридизированными атомами углерода, константы взаимодействия могут находиться в диапазоне от 0 Гц (отсутствие взаимодействия вообще) до 18 Гц, в зависимости от схемы связывания.

Для виниловых водородов в конфигурации транс мы видим константы взаимодействия в диапазоне ³ Дж = 11-18 Гц, в то время как цис водородов связываются в диапазоне ³ Дж = 6-15 Гц.Связь по 2-связям между атомами водорода, связанными с одним и тем же углеродом алкена (называемыми геминальными атомами водорода), очень тонкая, обычно 5 Гц или ниже. Орто атомов водорода на бензольном кольце соединяются с частотой 6-10 Гц, в то время как связь по 4-связи с частотой до 4 Гц иногда наблюдается между мета атомами водорода.

Тонкое (2-3 Гц) соединение часто наблюдается между протоном альдегида и соседом по трем связям. В таблице 4 перечислены типичные постоянные значения.

5.5C: Комплексная муфта

Во всех примерах спин-спинового взаимодействия, которые мы видели до сих пор, наблюдаемое расщепление является результатом связывания одного набора атомов водорода с всего одним соседним набором атомов водорода.Когда набор атомов водорода соединяется с двумя или более наборами неэквивалентных соседей, результатом является явление, называемое комплексным взаимодействием . Хорошей иллюстрацией является спектр ¹ H-ЯМР метилакрилата:

Во-первых, давайте сначала рассмотрим сигнал H _c , центр которого составляет 6,21 ppm. А вот и повнимательнее:

При таком увеличении становится очевидным, что сигнал Hc фактически состоит из четырех субпиков.Почему это? H _c связан как с H _a , так и с H _b , но с двумя разными константами связи . И снова диаграмма расщепления может помочь нам понять, что мы видим. H _a — это транс к H _c по двойной связи и разбивает сигнал H _c на дублет с константой связи ³ J _ac = 17,4 Гц. Кроме того, каждый из этих субпиков дублета H _c снова разделяется H _b (сцепление geminal ) на еще два дублета, каждый с гораздо меньшей константой связи ² J _bc = 1 .5 Гц.

Результатом этого «двойного разбиения» является шаблон, называемый дублетом дублетов , сокращенно « dd ».

Сигнал для H _a при 5,95 ppm также представляет собой двойной дублет с константами связи ³ J _ac = 17,4 Гц и ³ J _ab = 10,5 Гц.

Сигнал для H _b при 5,64 ppm разделен на дублет H _a , cis связью с ³ J _ab = 10.4 Гц. Каждый из полученных субпиков снова разделяется на H _c с той же постоянной связи geminal ² J _bc = 1,5 Гц, которую мы видели ранее, когда смотрели на сигнал H _c . Общий результат снова представляет собой дублет дублетов, на этот раз с двумя «суб-дублетами», расположенными немного ближе из-за меньшей константы связи для взаимодействия цис . Вот расширенный фактический сигнал H _b :

Пример 5.9

Постройте диаграмму расщепления для сигнала H _b в спектре ¹ H-ЯМР метилакрилата. Покажите значение химического сдвига для каждого подпика, выраженное в Гц (предположим, что резонансная частота TMS равна точно 300 МГц).

Решение

При построении диаграммы расщепления для анализа сложных паттернов связи обычно легче сначала показать большее расщепление, а затем более тонкое (хотя обратный результат даст тот же конечный результат).

Когда протон связан с двумя различными соседними наборами протонов с идентичными или очень близкими константами взаимодействия, часто возникает картина расщепления, которая, по-видимому, следует простому правилу некомплексного расщепления « n + 1». В спектре 1,1,3-трихлорпропана, например, мы ожидаем, что сигнал для H _b будет разделен на триплет H _a и снова на дублеты H _c , что приведет к «тройка дублетов».

H _a и H _c не эквивалентны (их химические сдвиги разные), но оказывается, что ³ J _ab очень близко к ³ J _bc .Если мы выполним анализ диаграммы расщепления для H _b , мы увидим, что из-за перекрытия субпиков сигнал выглядит квартетом и во всех смыслах и целях следует правилу n + 1.

По аналогичным причинам пик H _c в спектре 2-пентанона выглядит как секстет, разделенный на пять объединенных протонов H _b и H _d . Технически этот «секстет» можно рассматривать как «тройку квартетов» с перекрывающимися субпиками.

Пример 5.10

Какую картину расщепления вы ожидаете для сигнала, соответствующего H _b в молекуле ниже? Предположим, что J _ab ~ J _bc . Нарисуйте диаграмму разделения для этого сигнала и определите относительные значения интегрирования каждого подпика.

Решение

Во многих случаях сложно полностью проанализировать сложную схему расщепления. В спектре толуола, например, если мы рассматриваем только 3-связное взаимодействие, мы ожидаем, что сигнал для H _b будет дублетом, H _d — триплетом, а H _c — триплетом.

Однако на практике все три ароматические протонные группы имеют очень похожие химические сдвиги, и их сигналы существенно перекрываются, что затрудняет такой детальный анализ. В этом случае мы бы назвали ароматическую часть спектра мультиплетом .

Когда мы начинаем пытаться анализировать сложные модели расщепления в более крупных молекулах, мы понимаем, почему ученые готовы платить большие суммы денег (сотни тысяч долларов) за приборы ЯМР с более высоким полем.Проще говоря, чем сильнее наш магнит, тем большее разрешение мы получаем в нашем спектре. В приборе на 100 МГц (с магнитом с напряженностью поля приблизительно 2,4 Тесла) «окно» частоты 12 ppm, в котором мы можем наблюдать сигналы протонов, имеет ширину 1200 Гц. Однако в приборе на 500 МГц (~ 12 Тесла) окно составляет 6000 Гц — в пять раз шире. В этом смысле приборы ЯМР похожи на цифровые фотоаппараты и телевизоры высокой четкости: лучшее разрешение означает больше информации и более четкое изображение (и более высокие ценники!).

.

Quadrupolar Coupling — Chemistry LibreTexts

Ядра со спином \ (I> \ dfrac {1} {2} \) составляют более 2/3 активных ядер ЯМР. Эти ядра обладают квадрупольным моментом, который связан с градиентом электрического поля, что приводит к значительному уширению пиков. Эта страница посвящена пониманию происхождения квадрупольного момента и его влияния на форму линии ЯМР. Он будет разработан путем тяжелой математической обработки, однако иллюстрации и подписи дадут наглядное представление о математической обработке.

Квадрупольный момент

Общие сведения о квадруполе

Чтобы полностью понять квадрупольное взаимодействие, мы должны сначала установить, что такое квадруполь. Проще говоря, квадруполь можно представить как два диполя. Однако, в отличие от диполя, квадруполь не будет взаимодействовать с симметричным полем, поскольку силы и последующие крутящие моменты на кваруполе будут компенсироваться.

Квадруполь

Если есть несимметричное поле, на квадруполь действует сила, т.е.е., градиент электрического поля. Затем мы можем определить квадрупольный момент как тенденцию квадруполя вращаться вокруг оси. Из-за трехмерной природы квадруполя его можно описать тензором второго ранга Q, где

\ [Q = \ begin {bmatrix} Q_ {xx} & Q_ {xy} & Q_ {xz} \\ Q_ {yx} & Q_ {yy} & Q_ {yz} \\ Q_ {zx} & Q_ {zy } & Q_ {zz} \ end {bmatrix} \]

Квадруполь может затем взаимодействовать с градиентом электрического поля (EFG). Градиент электрического поля обозначается буквой V и также описывается тензором второго ранга.

\ [V = \ begin {bmatrix} V_ {xx} & V_ {xy} & V_ {xz} \\ V_ {yx} & V_ {yy} & V_ {yz} \\ V_ {zx} & V_ {zy } & V_ {zz} \ end {bmatrix} \]

EFG генерируются в твердых и жидких телах электронами в образце.

Квадруполярные ядра

Внутри ядра атома протоны и последующий заряд ядра могут быть распределены симметрично или асимметрично. Если распределение заряда является симметричным, спин I ядра равен 1/2, а взаимодействие ядра с градиентами электрического поля не зависит от направления.Однако если распределение заряда асимметрично, I> 1/2, и градиент электрического поля может взаимодействовать с ядром и проявлять крутящий момент на ядре. Эти ядра известны как квадрупольные ядра. Следует отметить, что градиент электрического поля создается электронами, присутствующими в образце. Следовательно, эти ядра обладают квадрупольным моментом Q.

Рис. \ (\ PageIndex {1} \): распределение заряда для сферических и несферических ядер

Хотя расчеты квадрупольного момента для данных ядер выходят за рамки этой страницы, моменты для ядер были рассчитаны и несколько примеры перечислены ниже.

Q можно рассматривать как коэффициент трения между вращениями электрического поля молекулы.Чем больше значение Q , тем сильнее асимметричное ядро ​​будет взаимодействовать с неоднородным градиентом электрического поля. Это приводит к переориентации ядерного спина в ядре. Исключением является кубическая симметрия (T _d или O _h ), где градиент электрического поля является симметричным, что не приводит к общему влиянию на несферическое ядро.

Уровней энергии вращения

Поскольку спин квадрупольного ядра больше, чем I = 1/2, мы развиваем несколько уровней энергии (2I + 1), и поэтому ожидаются множественные переходы.В полуцелых спиновых системах (например, 3/2, 5/2, 7/2) все еще существует переход от -1/2 до 1/2, известный как центральный переход. Другие переходы известны как сателлитные переходы. Хороший пример приведен ниже:

Бор-11 ( ¹¹ B) — классический пример спектральных изменений, вызванных квадрупольным моментом. При ядерном спине I = \ (\ frac {3} {2} \) и Δ m = ± 1 разрешенных переходов образуются 4 состояния: m = \ (\ frac {3} { 2} \), \ (\ frac {1} {2} \), — \ (\ frac {1} {2} \), — \ (\ frac {3} {2} \).Однако возможны только 3 перехода:

\ [\ dfrac {3} {2} \ leftrightarrow \ dfrac {1} {2} \, \] Спутниковый переход

\ [\ dfrac {1} {2} \ leftrightarrow- \ dfrac {1} {2} \] Центральный переход

\ [- \ dfrac {1} {2} \ leftrightarrow- \ dfrac {3} {2} \] Спутниковый переход

Хотя можно ожидать, что эти переходы происходят на одних и тех же уровнях энергии, в последнем разделе мы увидим, что это не так!

Вывод гамильтониана

Если мы рассмотрим рисунок ниже, мы можем описать электростатическое взаимодействие между электроном, который имеет несферическое распределение заряда, и протонами ядра посредством кулоновского взаимодействия, такого что

\ [U = — \ sum_ {p = 1} ^ Z \ dfrac {e ^ 2} {| \ vec {r_p} — \ vec {r_e} |} \]

, где Z — атомный номер, а r _p и r _e — расстояния между протонами и электронами.2Q} {4I (2I-1)} \ vec {I} \ cdot Q \ cdot \ vec {I} \]

Разложение гамильтониана

Классическое расширение

Для тех, кто не хочет углубляться в сложную трактовку квадрупольного гамильтониана, мы можем трактовать гамильтониан полуклассически и получить выражение для квадрупольного гамильтониана. Взаимодействие квадруполя с градиентом поля в произвольной системе отсчета (PAS градиента электрического поля) может быть описано как

\ [\ hat {H} _ {Q} = \ dfrac {eQ} {2I (2I-1) \ hbar} \ hat {I} \ cdot V \ cdot \ hat {I} \]

Мы можем фактически переписать это выражение, чтобы учесть описание EFG, которое было дано в декартовых компонентах, если мы заменим операторы спина на их декартовы аналоги.2qQ} {\ hbar} \]

Это известно как константа квадрупольной связи и является общепринятым термином в литературе по ЯМР. Однако читатели должны быть осторожны, так как в литературе встречается несколько различных определений. Расширение гамильтониана выполнено с использованием теории возмущений. Было показано, что экспериментальные спектры могут быть точно рассчитаны с использованием первого и второго возмущений гамильтониана. Используя эту информацию, гамильтониан может быть расширен в терминах полярных координат и повышающих и понижающих операторов.4 \ theta \ cos4 \ phi] \].

Иллюстративный рисунок, показывающий, как меняются уровни энергии в соответствии с квадрупольными взаимодействиями Зеемана, первого и второго порядков, показан ниже для ядра со спином ³ / ₂ . Интересно, что приближение первого порядка не влияет на центральный переход, в то время как переход второго рода обратно пропорционален ларморовской частоте. С увеличением поля влияние второго рода на центральный переход уменьшается.

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \).Расщепление уровней энергии квадрупольного ядра. Диаграмма переходит от отсутствия магнитного поля к зеемановскому расщеплению, к квадрупольному возмущению первого порядка и, наконец, квадрупольному возмущению второго порядка. Значения уровня энергии соответствуют приведенным выше уравнениям.

Четырехполюсные линии

Сигнал квадрупольного ядра показывает очень характерный порошковый узор. Глядя на уровни энергии, легко увидеть, что может произойти несколько переходов.Для ядра со спином 1 переходы от -1 до 0 и от 0 до 1. Эти два перехода проявляются в виде двойного рогового порошкового рисунка, каждый из которых представляет собой переход. Разница в интенсивностях обусловлена ​​ориентацией кристаллитов относительно магнитного поля. Если кристаллит выровнен с полем B ₀ , то после приложения импульса \ (\ frac {\ pi} {2} \) он будет лежать в плоскости x-y и, следовательно, будет вносить полный вклад в сигнал. Если кристаллит ориентирован под некоторым углом относительно оси B ₀ и приложен импульс, он не будет обрабатываться так долго и, следовательно, не будет обнаруживаться так долго и давать меньший сигнал.2 \ theta-1) \]

отсюда легко понять, почему наблюдаются два рога. m равно 1 (красный) или -1 (синий), что меняет знак квадрупольного возмущения на ларморовскую частоту.

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \). Двурогая квадрупольная картина расщепления дейтерия. Синяя линия соответствует переходу от 1 к 0, а красная линия соответствует переходу от 0 к 1. Уменьшение интенсивности связано с ориентацией ядер после подачи импульса.

Для ядер, таких как ⁸⁷ Rb, которые имеют несколько переходов, порошковые структуры более сложные.Подобно CSA, форма линии зависит от величины \ (\ chi \) и \ (\ eta \), как показано на рисунке ниже.

Рисунок \ (\ PageIndex {8} \). Влияние C _{q и \ (\ eta \) на форму статической формы линии для квадрупольного ядра ⁸⁷ Rb.}

Обычно сателлитные переходы в квадрупольных спектрах не наблюдаются. Частота симметричного перехода, например от -1/2 до 1/2 в квадрупольных ядрах, может быть представлена ​​суммой полиномов Лежандра ранга 0 2 и 4 или математически как

.

\ [\ nu_ {m, -m} = \ sum \ limits_ {l = 0,2,4} ({\ alpha, \ beta, \ gamma) C_l (I, m) P_l \ cos \ theta_ {MA} } \]

где

\ [C_0 (I, m) = 2m [I (I + 1) -3m ^ 2] \]

\ [C_2 (I, m) = 2m [8I (I + 1) -12m ^ 2-3] \]

\ [C_4 (I, m) = 2m [18I (I + 1) -34m ^ 2-5] \]

\ [P_2 (\ cos \ theta) = \ dfrac {1} {2} (3 \ cos ^ 2 \ theta-1) \]

\ [P_4 (\ cos \ theta) = \ dfrac {1} {8} (35 \ cos ^ 4 \ theta-30 \ cos ^ 2 \ theta + 3) \]

Взаимодействия второго и четвертого рангов также имеют связанные частоты.2-90 \ eta_Q \ cos2 \ phi + 120 \].

Эти уравнения более полезны с математической точки зрения и становятся важными при обсуждении импульсных последовательностей квадрупольных ядер.

Эффекты магнитного поля и центр тяжести

На характер квадрупольного взаимодействия сильно влияет магнитное поле. Ниже приведен рисунок, на котором показана полевая зависимость резонанса Ga в \ (\ beta \) — Ga ₂ O ₃ . Читателю следует обратить внимание на две вещи. Во-первых, обратите внимание на то, как сужается спектр с увеличением поля.Это показывает, что эффект центрального перехода обратно пропорционален \ (\ omega_0 \). Во-вторых, обратите внимание на смещение центра тяжести пика. По мере увеличения поля пик смещается в сторону увеличения поля, хотя положение изотропного пика, обозначенное пунктирной линией, остается постоянным.

Квадрупольные моменты: эффекты в спектрах ЯМР

Как упоминалось ранее, квадрупольное ядро ​​эффективно релаксирует неоднородным электрическим полем, которое является продуктом взаимодействия молекул растворенного вещества с дипольным растворителем.Эта релаксация зависит от взаимодействия градиента электрического поля на ядре. Когда ядро ​​находится в молекуле, которая окружена несферическим распределением электронной плотности, оно создает градиент. Градиент поля q описывает отклонение электронного зарядового облака от сферической симметрии. Значение q оказывается равным нулю, если группы вокруг квадрупольного ядра имеют кубическую симметрию, например, в точечной группе T _d . Однако, если молекула, не являющаяся общественностью, имеет ось симметрии третьего или более высокого порядка, отклонение от сферической симметрии выражается величиной q. Два параметра, q, градиент поля , и η, асимметричный параметр, становятся необходимыми только , если высшая ось симметрии точечной группы молекулы имеет симметрию третьего порядка или меньше. В зависимости от молекулы могут иметь место определенные сокращения, в результате которых асимметричный параметр η становится равным нулю. Это вызвано комбинацией очень специфических валентных углов и распределения заряда в анализируемой молекуле. В конечном итоге эффективность релаксации зависит от величины градиента электрического поля, q .

Уширение линии в спектре ЯМР является следствием быстрой ядерной квадрупольной релаксации квадрупольного ядра. Рассмотрим аналогичную ситуацию: химический обмен. Известно, что быстрое изменение спинового состояния ядер вызывает уширение спектра. Точно так же скорости ядерной квадрупольной релаксации квадрупольного ядра соответствуют промежуточной скорости химической релаксации. Эффект очевидного уширения также влияет на спектры других ядер, присоединенных к квадрупольному ядру, включая протоны.В некоторых случаях быстрые времена квадрупольной релаксации ядра (T ₁ ) могут вызывать обширное гомогенное уширение (как следствие легко расслабляющихся ядер, как видно на рисунке 2), что делает сигнал протонов квадрупольного ядра полностью незаметным в ЯМР ¹ H. спектр. T ₁ определяется двумя факторами: электрическим квадрупольным моментом ( Q ) и наличием градиента электрического поля ( q ) поперек ядра.

Распространенным подходом к разрешению квадрупольных эффектов на спектрах ЯМР в состоянии раствора является повышение температуры при сборе данных ЯМР.В этом случае времена корреляции молекулярной переориентации короче, чем в нормальном временном масштабе, поэтому однородное уширение линии может быть уменьшено. К сожалению, температура, необходимая для создания этого подвижного сужения, недопустимо высока для многих образцов, которые сочли бы эту технику необходимой.

Список литературы

1. Смит Д.А.С., Спектроскопия ядерного квадрупольного резонанса: общие принципы. J. Chem. Эд . 1971 , 48 , (1), 39.
2. Драго, Рассел С. «Квадрупольные моменты» Физические методы для химиков. Ft. Деньги: Паб Saunders College, 1992.

.

3. Пюйкко П. Спектроскопические ядерные квадрупольные моменты. Mol. Phys . 2001 , 99 , (19), 1617.
4. Геротанассис И.П., Калодимос К.Г., ЯМР-экранирование и периодическая таблица . J. Chem. Эд . 1996 , 73 , 801. DOI: 10.1021 / ed073p801
5. Laidler, K.J., Meiser, J.Х., Святилище, Б. «Магнитное взаимодействие, приводящее к спектральным последствиям» Физическая химия. Нью-Йорк: Houghton Mifflin Company., 2003.

.

6. Харрис, Р.К., Манн, Б.Е., ЯМР и периодическая таблица , Acadademic Press, Нью-Йорк, 1978.
7. ie.lbl.gov/toipdf/mometbl.pdf

Авторы и авторство

• Деррик К. Касеман (Калифорнийский университет в Дэвисе) и Меган МакКенни (UCDavis)

.

19 Классные химические реакции, доказывающие, что наука увлекательна

Химия может быть одной из самых завораживающих, но также и опасных наук. Смешивание определенных химикатов может вызвать довольно неожиданные реакции, которые могут быть интересны для демонстрации. Хотя некоторые реакции можно наблюдать ежедневно, например, смешивание сахара с кофе, некоторые требуют контролируемых условий для визуализации эффектов. Но есть некоторые химические реакции, наблюдать за которыми просто потрясающе, и их легко провести в химических лабораториях.

В целях вашей безопасности самый простой выход — посмотреть видео с такими впечатляющими химическими реакциями, прежде чем вы подумаете об их воспроизведении, чтобы лучше понять уровень риска и необходимые меры предосторожности.

Вот список из 19 самых потрясающих химических реакций, которые доказывают, что наука всегда крута.

1. Полиакрилат натрия и вода

Полиакрилат натрия — это суперабсорбентный полимер. Подводя итог реакции, ионы полимера притягивают воду путем диффузии.Полимер поглощает воду за секунды, что приводит к почти мгновенному превращению в гелеобразное вещество. Именно это химическое вещество используется в подгузниках для поглощения отработанной жидкости. Технически это не химическая реакция, потому что химическая структура не меняется и не происходит реакции с молекулами воды. Скорее, это демонстрация поглощения в макроуровне.

2. Диэтилцинк и воздух

Диэтилцинк — очень нестабильное соединение.При контакте с воздухом он горит с образованием оксида цинка, CO2 и воды. Реакция происходит, когда диэтилцинк вступает в контакт с молекулами кислорода. Химическое уравнение выглядит следующим образом:

Zn (C2H5) 2 + 5O2 → ZnO + 4CO2 + 5h3O

3. Цезий и вода

Источник: Giphy

Цезий — один из наиболее реактивных щелочных металлов. При контакте с водой он реагирует с образованием гидроксида цезия и газообразного водорода. Эта реакция происходит так быстро, что вокруг цезия образуется пузырек водорода, который поднимается на поверхность, после чего цезий подвергается воздействию воды, вызывая дальнейшую экзотермическую реакцию, таким образом воспламеняя газообразный водород.Этот цикл повторяется до тех пор, пока не будет исчерпан весь цезий.

4. Глюконат кальция

Глюконат кальция обычно используется для лечения дефицита кальция. Однако, когда он нагревается, он вызывает огромное расширение молекулярной структуры. Это приводит к образованию пены, напоминающей серую змею, вызванной испарением воды и дегидратацией гидроксильных групп внутри соединения. Говоря менее научным языком, при нагревании глюконат кальция быстро разлагается. Реакция следующая:

2C ₁₂ H ₂₂ CaO ₁₄ + O ₂ → 22H ₂ O + 21C + 2CaO + 3CO ₂

5.Трииодид азота

Вы можете приготовить это соединение дома, но имейте в виду, что это очень опасно. Соединение образуется в результате осторожной реакции йода и аммиака. После высыхания исходных компонентов образуется NI3, который является очень реактивным соединением. Простое прикосновение пера вызовет взрыв этого опасного контактного взрывчатого вещества.

6. Дихромат аммония

Когда дихромат аммония воспламеняется, он разлагается экзотермически с образованием искр, золы, пара и азота.

7. Перекись водорода и иодид калия

Когда перекись водорода и иодид калия смешиваются в надлежащих пропорциях, перекись водорода разлагается очень быстро. В эту реакцию часто добавляют мыло, чтобы в результате образовалось пенистое вещество. Мыльная вода улавливает кислород, продукт реакции, и создает множество пузырьков.

8. Хлорат калия и конфеты

Мармеладные мишки — это, по сути, просто сахароза.Когда мармеладные мишки попадают в хлорат калия, он вступает в реакцию с молекулой глюкозы в сахарозе, что приводит к сильно экзотермической реакции горения.

9. Реакция Белоусова-Жаботинского (BZ)

Реакция BZ образуется при осторожном сочетании брома и кислоты. Реакция является ярким примером неравновесной термодинамики, которая приводит к красочным химическим колебаниям, которые вы видите на видео выше.

10.Окись азота и сероуглерод

Реакция, часто называемая «лающей собакой», представляет собой химическую реакцию в результате воспламенения сероуглерода и закиси азота. Реакция дает яркую синюю вспышку и очевидный звук глухой. Реагенты реакции быстро разлагаются в процессе горения.

11. Сплав NaK и вода

Сплав NaK представляет собой металлический сплав, образованный смешением натрия и калия вне воздуха, обычно в керосине.Этот чрезвычайно реактивный материал может реагировать с воздухом, но еще более бурная реакция происходит при контакте с водой.

12. Термит и лед

Вы когда-нибудь думали, что смешение огня и льда может привести к взрыву?

СВЯЗАННЫЕ: 11 ЛУЧШИХ ХИМИЧЕСКИХ КАНАЛОВ НА YOUTUBE

Вот что происходит, когда вы получаете небольшую помощь от Thermite, который представляет собой смесь алюминиевого порошка и оксида металла. Когда эта смесь воспламеняется, происходит экзотермическая окислительно-восстановительная реакция, т.е.е. химическая реакция, в которой энергия высвобождается в виде электронов, которые переходят между двумя веществами. Таким образом, когда термит помещается на лед и воспламеняется с помощью пламени, лед немедленно загорается, и выделяется большое количество тепла в виде взрыва. Однако нет какой-либо убедительной научной теории о том, почему термит вызывает взрыв. Но одно ясно из демонстрационного видео — не пробуйте это дома.

13.Осциллирующие часы Бриггса-Раушера

Реакция Бриггса-Раушера — одна из очень немногих колеблющихся химических реакций. Реакция дает визуально ошеломляющий эффект за счет изменения цвета раствора. Для инициирования реакции смешивают три бесцветных раствора. Полученный раствор будет циклически менять цвет с прозрачного на янтарный в течение 3-5 минут и в итоге станет темно-синим. Три раствора, необходимые для этого наблюдения, представляют собой разбавленную смесь серной кислоты (H ₂ SO ₄ ) и йодата калия (KIO ₃ ), разбавленную смесь малоновой кислоты (HOOOCCH ₂ COOH), моногидрат сульфата марганца. (МнСО ₄ .H ₂ O) и крахмал vitex и, наконец, разбавленный пероксид водорода (H ₂ O ₂ ).

14. Supercool Water

Возможно, вы не заморозите окружающую среду, как Эльза в фильме «Холодное сердце», но вы определенно можете заморозить воду прикосновением к этому классному научному эксперименту. Эксперимент с супер холодной водой заключается в охлаждении очищенной воды до -24 ° C (-11 ° F). Охлажденную бутылку можно медленно вынуть и постучать по дну или по бокам, чтобы запустить процесс кристаллизации.Поскольку очищенная вода не имеет примесей, молекулы воды не имеют ядра для образования твердых кристаллов. Внешняя энергия, обеспечиваемая в виде крана или удара, заставит молекулы переохлажденной воды образовывать твердые кристаллы посредством зародышеобразования и запустит цепную реакцию по кристаллизации воды по всей бутылке.

15. Феррожидкость

Ферромагнитная жидкость состоит из наноразмерных ферромагнитных частиц, взвешенных в жидкости-носителе, такой как органический растворитель или вода.Изначально обнаруженные Исследовательским центром НАСА в 1960-х годах в рамках исследования по поиску методов контроля жидкостей в космосе, феррожидкости при воздействии сильных магнитных полей будут создавать впечатляющие формы и узоры. Эти жидкости могут быть приготовлены путем объединения определенных пропорций соли Fe (II) и соли Fe (III) в основном растворе с образованием валентного оксида (Fe ₃ O ₄ ).

16. Гигантский пузырь из сухого льда

Сухой лед всегда является забавным веществом для разнообразных экспериментов.Если вам удастся найти немного сухого льда, попробуйте в этом эксперименте создать гигантский пузырь из простых материалов. Возьмите миску и наполовину наполните ее водой. Смочите жидкое мыло водой и перемешайте. Пальцами намочите края миски и добавьте в раствор сухой лед. Окуните полоску ткани в мыльную воду и протяните ее по всему краю миски. Подождите, пока пары сухого льда не задержатся внутри пузыря, который начнет постепенно расширяться.

17. Змея фараона

Змея фараона — это простая демонстрация фейерверка.Когда тиоцианат ртути воспламеняется, он распадается на три продукта, и каждый из них снова распадается на еще три вещества. Результатом этой реакции является растущий столб, напоминающий змею, с выделением пепла и дыма. Хотя все соединения ртути токсичны, лучший способ провести этот эксперимент — в вытяжном шкафу. Также существует серьезная опасность пожара. Однако самое простое решение — посмотреть видео, если у вас нет доступа к материалам.

18. Эффект Мейснера

Охлаждение сверхпроводника ниже температуры перехода сделает его диамагнитным.Это эффект, при котором объект будет отталкиваться от магнитного поля, а не тянуться к нему. Эффект Мейснера также привел к концепции транспортировки без трения, при которой объект может левитировать по рельсам, а не прикрепляться к колесам. Однако этот эффект также можно воспроизвести в лаборатории. Вам понадобится сверхпроводник и неодимовый магнит, а также жидкий азот. Охладите сверхпроводник жидким азотом и поместите сверху магнит, чтобы наблюдать левитацию.

19. Сверхтекучий гелий

Охлаждение гелия до достижения его лямбда-точки (-271 ° C) сделает его сверхтекучим, известным как гелий II. Эта сверхтекучая жидкость образует тонкую пленку внутри контейнера и будет подниматься против силы тяжести в поисках более теплого места. Тонкая пленка имеет толщину около 30 нм, в ней капиллярные силы превышают силу тяжести, которая удерживает жидкость в контейнере.

.

Что такое химия? | Живая наука

Вы можете думать о химии только в контексте лабораторных тестов, пищевых добавок или опасных веществ, но область химии включает в себя все, что нас окружает.

«Все, что вы слышите, видите, обоняние, вкус и прикосновение, связано с химией и химическими веществами (материей)», согласно Американскому химическому обществу (ACS), некоммерческой научной организации по развитию химии, учрежденной США. Конгресс. «А слышание, видение, дегустация и прикосновение — все это связано с запутанной серией химических реакций и взаимодействий в вашем теле.»

Итак, даже если вы не работаете химиком, вы занимаетесь химией или чем-то, что связано с химией, практически со всем, что вы делаете. В повседневной жизни вы занимаетесь химией, когда готовите, когда используете уборку. моющие средства, чтобы вытереть столешницу, когда вы принимаете лекарства или разбавляете концентрированный сок, чтобы вкус не был таким интенсивным.

Связанный: Вау! Огромный взрыв «сахарной ваты» в детской химической лаборатории

Согласно ACS, химия — это изучение материи, определяемой как все, что имеет массу и занимает пространство, а также изменения, которые материя может претерпеть, когда она находится в различных средах и условиях.Химия стремится понять не только свойства материи, такие как масса или состав химического элемента, но также то, как и почему материя претерпевает определенные изменения — трансформировалось ли что-то из-за того, что оно объединилось с другим веществом, замерзло, потому что оно было оставлено на две недели в морозильник или изменил цвет из-за слишком большого количества солнечного света.

Основы химии

Причина, по которой химия затрагивает все, что мы делаем, заключается в том, что почти все, что существует, можно разбить на химические строительные блоки.

Основными строительными блоками в химии являются химические элементы, которые представляют собой вещества, состоящие из одного атома. Каждое химическое вещество уникально, состоит из определенного количества протонов, нейтронов и электронов и идентифицируется по названию и химическому символу, например «C» для углерода. Элементы, которые ученые обнаружили на данный момент, перечислены в периодической таблице элементов и включают как элементы, встречающиеся в природе, такие как углерод, водород и кислород, так и созданные человеком, например Лоуренсий.

Связанный: Как элементы сгруппированы в периодической таблице?

Химические элементы могут соединяться вместе, образуя химические соединения, которые представляют собой вещества, состоящие из нескольких элементов, таких как диоксид углерода (который состоит из одного атома углерода, соединенного с двумя атомами кислорода), или нескольких атомов одного элемента, как газообразный кислород (который состоит из двух атомов кислорода, соединенных вместе). Эти химические соединения могут затем связываться с другими соединениями или элементами, образуя бесчисленное множество других веществ и материалов.

Химия — это физическая наука

Химия обычно считается физической наукой в ​​соответствии с определением Британской энциклопедии, поскольку изучение химии не связано с живыми существами. Большая часть химии, связанной с исследованиями и разработками, такими как создание новых продуктов и материалов для клиентов, относится к этой сфере.

Но, по мнению Биохимического общества, различие как физика становится немного размытым в случае биохимии, которая исследует химию живых существ.Химические вещества и химические процессы, изучаемые биохимиками, технически не считаются «живыми», но их понимание важно для понимания того, как устроена жизнь.

Химия — это физическая наука, что означает, что она не касается «живых» существ. Один из способов, которым многие люди регулярно занимаются химией, возможно, даже не осознавая этого, — это приготовление пищи и выпечка. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Пять основных разделов химии

Согласно онлайн-учебнику химии, опубликованному LibreText, химия традиционно делится на пять основных направлений.Существуют также более специализированные области, такие как пищевая химия, химия окружающей среды и ядерная химия, но в этом разделе основное внимание уделяется пяти основным субдисциплинам химии.

Аналитическая химия включает в себя анализ химикатов и включает качественные методы, такие как изучение изменений цвета, а также количественные методы, такие как изучение точной длины волны света, которую химическое вещество поглощает, вызывая это изменение цвета.

Эти методы позволяют ученым охарактеризовать множество различных свойств химических веществ и могут принести пользу обществу разными способами.Например, аналитическая химия помогает пищевым компаниям делать замороженные обеды вкуснее, обнаруживая, как химические вещества в продуктах питания меняются с течением времени при их замораживании. Аналитическая химия также используется для мониторинга состояния окружающей среды, например, путем измерения химических веществ в воде или почве.

Биохимия , как упоминалось выше, использует химические методы, чтобы понять, как биологические системы работают на химическом уровне. Благодаря биохимии исследователи смогли составить карту генома человека, понять, что различные белки делают в организме, и разработать лекарства от многих болезней.

Связано: Раскрытие генома человека: 6 молекулярных вех

Неорганическая химия изучает химические соединения в неорганических или неживых объектах, таких как минералы и металлы. Традиционно неорганическая химия рассматривает соединения, которые не , а содержат углерод (которые охватываются органической химией), но это определение не совсем точное, согласно ACS.

Некоторые соединения, изучаемые в неорганической химии, такие как «металлоорганические соединения», содержат металлы, которые связаны с углеродом — основным элементом, изучаемым в органической химии.Таким образом, такие соединения считаются частью обеих областей.

Неорганическая химия используется для создания множества продуктов, включая краски, удобрения и солнцезащитные кремы.

Органическая химия занимается химическими соединениями, содержащими углерод — элемент, который считается необходимым для жизни. Химики-органики изучают состав, структуру, свойства и реакции таких соединений, которые наряду с углеродом содержат другие неуглеродные элементы, такие как водород, сера и кремний.Органическая химия используется во многих областях, как описано в ACS, таких как биотехнология, нефтяная промышленность, фармацевтика и пластмассы.

Физическая химия использует концепции физики, чтобы понять, как работает химия. Например, выяснение того, как атомы движутся и взаимодействуют друг с другом, или почему некоторые жидкости, включая воду, превращаются в пар при высоких температурах. Физические химики пытаются понять эти явления в очень малом масштабе — на уровне атомов и молекул — чтобы сделать выводы о том, как протекают химические реакции и что придает конкретным материалам их уникальные свойства.

Согласно ACS, этот тип исследований помогает информировать другие отрасли химии и важен для разработки продуктов. Например, физико-химики могут изучать, как определенные материалы, такие как пластик, могут реагировать с химическими веществами, с которыми материал предназначен для контакта.

Чем занимаются химики?

Химики работают в различных областях, включая исследования и разработки, контроль качества, производство, защиту окружающей среды, консалтинг и право. Согласно ACS, они могут работать в университетах, в правительстве или в частном секторе.

Вот несколько примеров того, чем занимаются химики:

Исследования и разработки

В академических кругах химики, выполняющие исследования, стремятся получить дополнительные знания по определенной теме и не обязательно имеют в виду конкретное приложение. Однако их результаты все еще могут быть применены к соответствующим продуктам и приложениям.

В промышленности химики, занимающиеся исследованиями и разработками, используют научные знания для разработки или улучшения конкретного продукта или процесса.Например, пищевые химики улучшают качество, безопасность, хранение и вкус пищи; химики-фармацевты разрабатывают и анализируют качество лекарств и других лекарственных форм; а агрохимики разрабатывают удобрения, инсектициды и гербициды, необходимые для крупномасштабного растениеводства.

Иногда исследования и разработки могут включать не улучшение самого продукта, а скорее производственный процесс, связанный с его изготовлением. Инженеры-химики и инженеры-технологи разрабатывают новые способы упростить производство своей продукции и сделать ее более рентабельной, например, увеличить скорость и / или выход продукта при заданном бюджете.

Охрана окружающей среды

Химики-экологи изучают, как химические вещества взаимодействуют с окружающей средой, характеризуя химические вещества и химические реакции, присутствующие в естественных процессах в почве, воде и воздухе. Например, ученые могут собирать почву, воду или воздух в интересующем месте и анализировать их в лаборатории, чтобы определить, загрязнила ли деятельность человека окружающую среду или повлияет ли на нее иным образом. Некоторые химики-экологи также могут помочь восстановить или удалить загрязнители из почвы, по словам У.С. Бюро статистики труда.

Связано: Почему удобрения опасны (инфографика)

Ученые с опытом работы в области химии окружающей среды могут также работать в качестве консультантов в различных организациях, таких как химические компании или консалтинговые фирмы, предоставляя рекомендации о том, как можно выполнять практические действия и процедуры. соответствие экологическим нормам.

Закон

Химики могут использовать свое академическое образование, чтобы давать советы или защищать научные вопросы.Например, химики могут работать в сфере интеллектуальной собственности, где они могут применять свои научные знания к вопросам авторского права в науке, или в области экологического права, где они могут представлять группы с особыми интересами и подавать заявки на одобрение регулирующих органов до того, как начнется определенная деятельность.

Химики также могут выполнять анализы, помогающие правоохранительным органам. Судебные химики собирают и анализируют вещественные доказательства, оставленные на месте преступления, чтобы помочь установить личности причастных к делу людей, а также ответить на другие жизненно важные вопросы о том, как и почему было совершено преступление.Судебные химики используют широкий спектр методов анализа, таких как хроматография и спектрометрия, которые помогают идентифицировать и количественно определять химические вещества.

Дополнительные ресурсы:

.