Задача 4 (ш, т). водородная связь

Известно, что в космосе могут существовать твердые тела, образованные, отчасти, благодаря водородным связям (например, кометы). Однако обнаружить этих связи в космосе довольно трудно. Вместо этого мы предлагаем несколько другую задачу. В школьной химии про водородную связь говорится, что она на порядок слабее ковалентной, однако это знание даётся “в готовом виде”. Предложите схему как можно более простого, но при этом наглядного, опыта, позволяющего напрямую измерить её энергию.

Задача 5 (Ш). Криптонит для растений

Известно, что чуть ли не единственной слабостью Супермена, уроженца далекой планеты Криптон является криптонит. Из множества разновидностей этого вещества внимание привлекает золотой криптонит, вызывающий неспособность клеток воспринимать солнечный свет. Предложите химические соединения, которые можно использовать как аналоги золотого криптонита для растительных клеток, но которые бы при этом не убивали сами клетки.

Задача 6 (Ш, Т). Химия за пределами Земли

В астрономических исследованиях в последнее время наиболее популярны комета Чурюмова-Герасименко и Плутон. В какие реакции на этих объектах могут вступать органические соединения? Рассмотрите не менее трех конкретных реакций различного типа. Как можно обнаружить их протекание (удаленно или находясь непосредственно на объекте)? Для кометы рассмотрите разницу между ходом реакций, проходящих в перигелии и афелии ее орбиты.

Задача 7 (Ш, Т). Химия и путешествия во времени

Космические путешествия часто ассоциируются со всевозможными временны́ми парадоксами, например, путешествиями во времени. Представьте, что вы, пролетев сквозь кротовую нору и вернувшись на Землю, попали в прошлое (например, Средневековье или Древний Рим). Какие современные знания по химии вам бы пригодились в первую очередь, чтобы обеспечить себе комфортное существование?

Задача 8 (Т). Радиоактивные батарейки

Одним из источников электроэнергии в космосе являются РИТЭГи — радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Их основным достоинством является длительность автономной работы, которая очень важна для космических миссий, особенно для тех, что проходят вдали от Солнца. Например, действующим веществом в РИТЭГе New Horizons является плутоний. Однако на Земле есть большое количество радиоактивных отходов, постепенно распадающихся и испускающих энергию. Можно ли их использовать для изготовления РИТЭГов? Если да, то предложите устройство источника тока для беспилотного и пилотируемого космического аппарата, функционирующего на основе радиоактивных отходов. Какие материалы вы будете использовать для его корпуса, и как вы будете преобразовывать излучение топлива в электричество? Рассмотрите требования к такому элементу, если предполагается устанавливать его на пилотируемых аппаратах.

Задача 9 (Ш, Т). Принцип Ле-Шателье: «универсальный закон природы и на других планетах»

Одна из формулировок принципа Ле-Шателье гласит «если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия, то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия». Этот принцип можно использовать не только для описания химических реакций, но и экосистем, а с небольшими поправками будет справедлив на космическом корабле или других планетах. Рассмотрите случаи гомогенных и гетерогенных систем (переберите случаи для всех трех стандартных агрегатных состояний). Какие факторы и как будут влиять на сдвиг равновесия в этих системах? Придумайте красочные и простые опыты (как минимум по 1 опыту) для их реализации на базе школьной лаборатории, которые могут продемонстрировать принцип Ле-Шателье. Один из опытов проведите экспериментально. Может ли нарушаться принцип Ле-Шателье (если да, то приведите пример)?

Задача 10 (Ш, Т). Подарок для инопланетян

На одной из встреч с инопланетянами посол земного альянса решил подарить подарок, представляющие собой панно, которое показывало земной пейзаж, и при этом могло менять цвет при изменении внешних условий. Рассмотрите варианты, при каких условиях, предложенное вами панно может менять цвет (не менее 5 факторов). Прежде всего, стоит остановиться на изменении цвета при изменении влажности, температуры, длины волны света. Желательно, чтобы панно могло изменять цвет полностью, а также частично при изменении внешних условий. Хотя бы один из эффектов продемонстрируйте экспериментально.

Задача 11 (Ш). Кристаллы на других планетах

Сходные по своей химической природе вещества могут выглядеть для неискушенного исследователя очень похоже. Что же говорить о минералах и кристаллах, которые могу иметь самые причудливые формы. На других же планетах при их необычных условиях: будь то разреженная атмосфера или большое количество углекислого газа, или высокое давление, - эти изменения могут привести к совершенно другим и необычным формам, которые без подробного изучения распознать не удастся. Однако на прежде чем переходить к непосредственной высадке на планету и добыче весьма уникальных кристаллов удобно теоретически оценить их возможность образования. Какой формы бывают кристаллы и от чего это зависит (приведите не менее нескольких факторов)? От чего зависит скорость роста кристаллов? Попробуйте в домашних или лабораторных условиях вырастить кристаллы на трехмерной основе разного цвета и формы.

Задача 12 (Т). Корпус для космического корабля

Своевременная регистрация микроповреждений различных материалов является актуальной задачей современности. Особенно это актуально для тех областей, где вовремя не устраненные повреждения могут привести к фатальным последствиям. Даже микроповреждения поверхности космического корабля могут привести к фатальным последствиям, например, при его прохождении через атмосферу планеты. Идеально бы, чтобы можно было регистрировать повреждения в режиме реального времени. Так, одним из физических методов, позволяющим идентифицировать разрушение кристаллических тел является триболюминесценция. Предложите методы, которые бы позволили регистрировать микроповреждения обшивки космического корабля, а также материалы, повреждения которых можно регистрировать. Рассмотрите материалы, реально использующиеся на космических кораблях.

Задача 13 (Т). Источник питания

Не так давно в продаже появились интересные источники питания - батарейки DURACELL TURBO MAX. По сути своей это обыкновенные щелочные батарейки без возможности перезарядки, но они обладают встроенным индикатором заряда. Аналогичные источники питания очень удобны, легки и могут быть легко использованы для любых портативных устройств, которые очень могут пригодиться космонавтам на других планетах. В связи с этим есть несколько вопросов:

1. Расскажите об устройстве и принципе работы щелочных батареек.

2. Можно ли в принципе данную батарейку перезарядить? С какими трудностями придется столкнуться на этом пути?

3. В чем принцип работы индикатора заряда на батарейках упомянутой выше марки?

4. Можно ли предложить аналогичную встроенную систему индикации заряда для литий-ионных аккумуляторов?

Задача 14 (Т). Звездные войны

Уже более 35 лет прошло с момента экранизации первого фильма “Звездные войны”, однако до сих пор он приковывает к себе внимание зрителей по всему миру. Фантастическая вселенная, множество планет, необычные существа, межгалактические сражения – все это завораживает миллионы людей. Однако, самым известным атрибутом любого джедая является, конечно, световой меч. Предложите варианты химических реакций или веществ, которые могли бы давать подобное свечение в видимом спектре, находясь, например, в кварцевой трубке. Учтите, что должна быть возможность контроля начала и окончания этого свечения.

Задача 15 (Ш, Т). Камни, упавшие с неба

Большинство метеоритов распадается при входе в атмосферу Земли. Однако части метеоритов периодически долетают до земли. Подавляющее большинство метеоритов, которые были найдены на земле, имеют вес от нескольких граммов, до нескольких килограммов и имеют различный состав: так, известны каменные, железные, железно-каменные метеориты и другие. До появления выплавки чугуна метеоритное железо было единственным источником железа, из которого изготавливались инструменты и оружия. Да и очень долгое время метеоритное железо по свойствам было гораздо лучше, чем «болотное» железо – оно гораздо медленнее коррозировало и разрушалось.

Что такое метеоритное железо? Чем оно отличается от самородного железа и железа, которое получают в химической лаборатории? Что такое легирование как оно влияет на свойства металла (приведите примеры)? Какие еще способы улучшения свойств сплавов на основе железа существуют (рассмотрите не менее 3 случаев)?

Задачи № 1-8 взяты из комплекта 2015-2016 учебного года региональных турниров Межрегионального химического турнира, задачи № 8-15 составлены методической комиссией Новосибирского турнира юных химиков.