Химия — одна из важнейших наук, которая даёт нам возможность понять мир. Жизнь — это химия: вокруг нас постоянно проходят химические процессы, даже в нашем организме. Реакции проходят как без нашего ведома, так и под чётким руководством экспертов. Благодаря химикам появилось множество материалов, лекарств и веществ, необходимых для жизни.
Ежегодно в последнее воскресенье мая отмечается День химика. Этот праздник отмечают работники химической и нефтехимической промышленности, студенты, аспиранты и преподаватели. А сегодня мы рассказываем вам о жизни химико-технологического факультета Тверского государственного университета.
Химико-технологический факультет ТвГУ осуществляет подготовку специалистов по направлению «Химия» и специальности «Фундаментальная и прикладная химия», в рамках которой ведётся подготовка специалистов по специализациям: «Органическая химия», «Физическая химия», «Аналитическая химия». Кроме того, кафедра органической химии отвечает за подготовку специалистов с присвоением дополнительной квалификации «Преподаватель».
— Это уникальный факультет, так как на сегодняшний день на нём реализуются все уровни высшего образования: бакалавриат, специалитет, магистратура и аспирантура, успешно работает совет по защите докторских и кандидатских диссертаций, издаётся журнал «Вестник Тверского государственного университета, серия «Химия». Это сильный и профессиональный коллектив преподавателей, из которых 5 докторов наук, 20 кандидатов наук. Это 4 выпускающих кафедры, которые достаточно активны и в научной деятельности, — рассказывает декан химико-технологического факультета, заведующая кафедрой неорганической и аналитической химии, кандидат химических наук, доцент Мариана Александровна Феофанова.
«Что для вас химия и почему вы выбрали эту сферу?», — спросили мы у Марианы Александровны.
— Для меня химия — это жизнь! И потому, что физиологически это цепочки взаимосвязанных биохимических реакций, и потому, что моя жизнь последние, без малого, полвека неразрывно связана с химико-биолого-географическим, химическим, а теперь химико-технологическим факультетом Тверского госуниверситета, который я с отличием закончила ещё в 1983 году. Со школьных лет меня привлекали структурные формулы и графические изображения звуков, моё внутреннее «Я» всегда чувствовало, что химия и музыка — это моё, ведь музыка — гармония звуков, а химия — познание гармонии самой природы. Моя подпись тому подтверждение — это скрипичный ключ. Химик химика и музыкант музыканта всегда поймут независимо от того, на каком языке каждый из них разговаривает.
Химики изучают процессы превращения различных веществ и законы, по которым происходят эти превращения. Это одна из самых интересных профессий в мире науки.
Из года в год количество выпускников, сдающих ЕГЭ по химии, растёт. Почему же все направления обучения, связанные с этим предметом, становятся популярными, ведь химия — один из достаточно непростых предметов школьной программы?
— Ответ прост: химия — наука, имеющая огромное значение для удовлетворения наших основных потребностей в воде, чистом воздухе, пище, здоровье, энергии, одежде. Она объединяет огромный спектр самых разных направлений, таких как биология, физика, математика, медицина, экология. Химия вокруг нас, даже человеческие эмоции — это результат химических реакций нашего организма, — говорит декан факультета.
О своём выборе профессии рассказывает студентка 2 курса направления «Химия» химико-технологического факультета ТвГУ Ксения Васильева:
— Химию я выбрала в 16 лет, совершенно не задумываясь. Когда этот предмет только появился в школе, он сразу же дался мне легко. В то время как все одноклассники с трудом принимали химию, я как-то даже и не учила этот предмет — всё само получалось. Для меня химия — это сфера деятельности, в которой я чувствую себя уверенно, а с каждым семестром ощущаю себя специалистом всё больше и больше.
Сейчас у студентов 2 курса направления «Химия» три основные дисциплины: аналитическая химия, органическая химия и физика. Как говорит Ксения, на парах студенты всегда работают: почти все занятия посвящены практике. Но бывают, конечно, и теоретические занятия, на которых «силы затрачиваются столько же, сколько и на работу руками», отмечает Ксения. Так как большая часть учебного процесса посвящена практическим занятиям — проведению химических опытов, мы поинтересовались у Ксении, какие опыты проводят студенты и с чем они связаны.
— На 1 курсе опыты были посвящены скорости и равновесию реакций неорганической химии, также окислительно-восстановительным процессам различных элементов. На 2 курсе мы занимаемся качественным и количественным анализом веществ и изучением химических и физических свойств углеводородов.
Нам удалось побывать в лаборатории химико-технологического факультета, где Ксения продемонстрировала некоторые из опытов, которые ставятся в рамках учебного процесса. Проводимые опыты носят свои названия: «Хоттабыч», «Пена» и «Вулкан».
Два из них, «Хоттабыч» и «Пена», проводятся с концентрированным пероксидом водорода. Эти опыты нужны для видимого обнаружения кислорода в ходе реакции разложения пероксида водорода. Обе реакции каталитические. Пероксид водорода — достаточно опасное для кожи вещество, которое оставляет ожоги, поэтому работать с ним нужно предельно осторожно. Давайте посмотрим, как проходит работа в лаборатории.
Ксения ставит сразу два опыта, для этого она аккуратно открывает ёмкость с пероксидом водорода и добавляет некоторое количество этого вещества сначала в пробирку для проведения опыта «Пена», а затем в колбу для опыта «Хоттабыч».
Катализатором для первой реакции служит иодид калия. Однако для того, чтобы увидеть реакцию, сначала Ксения добавляет к пероксиду водорода каплю моющего средства — мыльный раствор делает кислород видимым для нашего глаза. И, наконец, к смеси добавляется катализатор — реакция разложения запущена. Пузырьки выделившегося кислорода обволакиваются слоем молекул мыла и поднимаются на поверхность. Соприкасаясь друг с другом, они образуют ячеистую структуру — пену. Пена — желтоватого оттенка, это говорит о том, что в пене присутствуют ионы йода.
Для проведения опыта «Хоттабыч» Ксения добавляет к 25% раствору пероксида водорода диоксид марганца. Этот катализатор способствует интенсивному выделению парообразной воды и кислорода.
Завершив проведение этих двух опытов, Ксения приступает к подготовке третьего — «Вулкана». Для этого на термостойкую поверхность студентка насыпает горкой дихромат аммония. Это вещество имеет красивый оранжевый цвет. Затем Ксения пипеткой добавляет каплю этилового спирта в центр «горки» и поджигает. Спирт возгорается, а дихромат аммония начинает разлагаться с выделением азота и паров воды. Из «вулкана» начинают вырываться яркие оранжевые искры с обильным образованием серо-зеленого «вулканического пепла» — оксида трёхвалентного хрома.
Вы, наверное, заметили, что на Ксении во время проведения опытов надет халат. Для работы в лаборатории необходимо соблюдать основные правила. Одно из самых главных — сюда нельзя заходить без халата. «Многие ребята из нашего корпуса спрашивают, зачем мы такие крутые ходим в халатах всегда. Ответ прост — без халата и убранных волос нельзя входить в лабораторию». Пить и есть на рабочем месте тоже нельзя, потому что еда и вода могут поглотить частицы веществ, находящихся в воздухе, а это совсем не безопасно.
Чтобы начать работать в лаборатории, для начала с ней необходимо познакомиться. В самый первый день студенты разбираются с техникой безопасности: что делать, если поранился, обжёгся или разлил что-то, а также изучают химическую посуду, потому что на каждой кафедре она разная.
Студенты пользуются колбами различной формы, пробирками, пипетками, бюретками, грушами, стаканами. Пробирки нужны для того, чтобы определять течение реакции, а колбы, например, для количественного анализа веществ. В лаборатории органической химии существует очень много необычной посуды, например, холодильники. Это лабораторный прибор для конденсации паров жидкостей при перегонке или нагревании.
Холодильник представляет собой стеклянную трубку различной конфигурации. Внешняя часть холодильника имеет два боковых отвода. Через них с помощью резиновых шлангов холодильник соединяют с водопроводным краном. Один из них — нижний — присоединяют к крану, а другой — верхний — отводят в раковину. Холодильник соединяется с колбой-приёмником при помощи специального приспособления — аллонжа, позволяющего направлять стекающую жидкость.
— Из приборов я пользовалась pH-метром, аналитическими весами, потенциометром, спектрофотометром, центрифугой и рефрактометром. С помощью спектрофотометра мы на парах определяем длину волны раствора, а также оптическую плотность. Дальше по этим величинам можем определить концентрацию вещества. Центрифуга отделяет осадок от раствора. Рефрактометр — это прибор для определения показателя преломления жидкости, — рассказывает Ксения.
По мнению Ксении, химикам присущи такие качества, как рассудительность, усидчивость, аккуратность, внимательность. При работе в лаборатории эти качества особенно важны. Поначалу студенты сталкиваются с трудностями, ведь нужно быть аккуратным и точно отмерять вещества, так как это влияет на погрешность опыта, важно ко всему приноровиться. Спустя время к этому уже привыкают и не путаются, точное ли количество отлили или отсыпали.
Студенты химико-технологического факультета занимаются и научно-исследовательской работой. Мы поинтересовались, каким исследованием занимается сейчас Ксения. Она охотно с нами поделилась.
— Сейчас я пишу курсовую работу по теме: «Метод мониторинга содержания тяжёлых металлов в воде». Такая тема мне показалась очень актуальной в наше время, поэтому я планирую в будущем опираться на неё, может быть, даже в дипломе.
О научной деятельности кафедр нам рассказала декан факультета Мариана Александровна Феофанова. Одним из основных направлений научной работы кафедры биохимии и биотехнологии является исследование современных физико-химических характеристик для оценки качества продуктов питания. Научно-исследовательская тематика работ включает в себя рецептурный расчёт и проектирование готовых изделий с заданными свойствами, а также функциональных изделий для различных групп населения.
На кафедре органической химии ведутся разработки новых электролитов для современного типа аккумуляторных батарей высокой ёмкости на основе новых функциональных материалов, проводятся исследования в области получения квантовых точек (наночастиц полупроводников) для применения в телевизорах и мониторах сегодняшнего поколения (дисплеи на квантовых точках).
Научные направления кафедры неорганической и аналитической химии связаны с синтезом и исследованием оптических изомеров биологически активных аминополикарбоновых кислот (комплексонов) и их металлокомплексов; синтезом и исследованием металлокомплексов некоторых типов лекарственных веществ (антибиотиков, гипогликемических препаратов, антикоагулянтов) с целью изучения возможностей их применения в медицине и для разработки химических сенсоров для контроля качества лекарственных форм. Наряду с экспериментальными методами активно используются методы компьютерного моделирования структуры и свойств изучаемых соединений.
Работы проводятся в сотрудничестве с учёными Ивановского государственного химико-технологического университета, Института элементорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН, Changchun Institute of Applied Chemistry Chinese Academy of Sciences, LNM Institute for Information Technology (Jaipur, India).
Разработки кафедры физической химии закладывают научные основы создания новых материалов с заданными свойствами. Научная работа проводится в области комплексных исследований структуры и свойств полимерных растворов, гелей и сверхпрочных волокон. Такие работы позволяют улучшить характеристики разрабатываемых конструкционных морозостойких материалов и определяют диапазон условий их использования, сроки эксплуатации, синтеза, изучения строения и свойств супрамолекулярных гидрогелей на основе комплексов серебра и биолигандов, используемых в медицинских целях. Эта тематика уточняет свойства уже используемых препаратов, расширяет спектр их действия, даёт возможность создавать новые формы лекарственных веществ. Осуществляемый биоэкомониторинг окружающей среды с использованием физико-химических методов анализа растительных объектов позволяет изучить экологическую обстановку в определенном месте с помощью анализа произрастающей в нём растительности и составить план мероприятий по устранению возможных экологических катастроф.
Профессиональная деятельность любого химика связана не только с химическими превращениями. Химия — это основная составляющая многих современных технологий, поэтому химики востребованы практически во всех сферах промышленности: фармацевтической, пищевой, перерабатывающей, косметической, нефтеперерабатывающей, а также на таможне, в медицине, в научных лабораториях и центрах проведения экспертиз. На любом производстве разрабатываются новые и оптимизируются действующие методики и технологии, проводится контроль качества как исходного сырья, так и готовой продукции.
— Если вам действительно нравится предмет химия, приходите на наш факультет, на 3 курсе вы сможете выбрать одно из трёх направлений: аналитическая химия, органическая химия и физическая химия, — говорит Ксения Васильева, — Здесь вы можете найти себя. Самое главное, что профессия химика востребована, и без работы вы не останетесь в любом городе страны. Мой совет абитуриенту — выбирайте, как чувствуете, и не бойтесь!
За подготовку материала пресс-служба ТвГУ благодарит декана химико-технологического факультета Мариану Александровну Феофанову и студентку 2 курса направления «Химия» Ксению Васильеву.
Автор фото и текста: Ольга Борисова.