Фонд развития Химической Физики

Сегодня 130 лет со дня рождения Николая Николаевича Семёнова! Имя Семёнова — это фундамент, на котором до сих пор стоит современная химическая физика. Его работы по цепным реакциям, горению и тепловому взрыву изменили само понимание того, как протекают химические процессы. Семёнов показал, что за, казалось бы, хаотичными явлениями скрываются строгие закономерности. Именно такой взгляд на науку, глубокий и смелый, двигает исследования вперёд. Для нас это не просто юбилей выдающегося учёного, но и повод вспомнить, что большие открытия рождаются там, где есть любопытство, научная честность и готовность думать на шаг дальше. С благодарностью — к наследию Николая Николаевича Семёнова. И с уважением — к учёным, которые продолжают эту традицию сегодня.

#азбука_химфизики — С = Столкновение 💥 Кажется, что столкновение — это что-то про удар, резкое соприкосновение и хаос. Но в химической физике столкновения — это основа почти всего, что происходит с молекулами и атомами. 🔭 Именно при столкновениях частицы обмениваются энергией, меняют направление движения, возбуждаются, «успокаиваются» или вступают в реакцию. Проще говоря, без столкновений не было бы ни горения, ни образования новых веществ, ни многих процессов в атмосфере, плазме и живых системах. 📈 Но важно не только само столкновение, а то, каким оно было. Одни столкновения проходят почти незаметно: частицы просто разлетаются, слегка изменив траекторию. Другие приводят к передаче энергии. А некоторые запускают химическую реакцию — если энергии и взаимной ориентации молекул оказалось достаточно. 👨‍🔬 Поэтому для химфизика столкновение — это не случайный «контакт», а целое событие с множеством параметров: скорость, энергия, угол, ориентация, внутреннее состояние частиц. 🔍 Изучая столкновения, ученые понимают, как именно на микроскопическом уровне устроены процессы, которые мы потом видим как пламя, взрыв, свечение, реакцию или даже стабильность вещества. ✍️ Столкновение — это момент, когда в мире молекул что-то может измениться.

💡 Светоотражатель из ПТФЭ: как гамма-облучение улучшает отражение света 👨‍🔬 Ученые ФИЦ ХФ РАН совместно с коллегами из ОИЯИ, ФИЦ ПХФ и МХ РАН и НИЯУ МИФИ запатентовали способ изготовления светоотражателя на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) — материала, более известного многим как тефлон. 🔍 Разработка относится к области оптического приборостроения и может применяться в самых разных направлениях: от фотометрии и экспериментальной ядерной физики до систем очистки воздуха от биоаэрозолей. ⚙️ В чем суть технологии? Сначала из пластины блочного ПТФЭ формируют заготовку методом микрофрезерования, а затем подвергают ее гамма-облучению изотопом кобальта-60 на воздухе при температуре 55–65 °C. Ключевой параметр процесса — поглощенная доза излучения от 0,1 до 15 кГр. Почему это работает? Облучение вызывает на поверхности полимера радиационно-индуцированную кристаллизацию. В результате формируются новые структурные элементы — сферолиты, грани которых эффективнее рассеивают и отражают свет. Дополнительную роль играет и развитие микрошероховатости поверхности за счет радиационного окисления, что также повышает отражательные характеристики материала. ✔️ Итог — получение светоотражателя с высокой отражающей способностью в широком спектральном диапазоне: от 250 до 850 нм. ❕ Это важно, поскольку такой диапазон охватывает и ультрафиолетову, и видимую, и часть ближней инфракрасной области. При этом технология не только эффективна, но и сравнительно проста по реализации. ➡️ Исследователи показали, что именно диапазон доз 0,1–15 кГр является оптимальным: при больших дозах начинают накапливаться продукты радиолиза и деструкции ПТФЭ, что, наоборот, ухудшает оптические свойства материала. 👍 Такие разработки показывают, как тонкая настройка структуры полимера на микроуровне позволяет получать материалы с заданными функциональными свойствами — в данном случае с улучшенной способностью отражать свет для научных и прикладных задач. 📋 Подробности

🫡 Открываем новую рубрику #азбука_химфизики Это короткий и понятный гид по ключевым терминам, идеям и явлениям химической физики. Здесь будем шаг за шагом разбирать базовые понятия без лишней сложности, чтобы за формулами и научными терминами было видно, как устроены процессы в веществе и почему химическая физика помогает понимать мир глубже. 🧪 ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ — это минимальный энергетический порог, который системе нужно преодолеть, чтобы реакция вообще пошла. Проще говоря: мало того, что реагентам «выгодно» превратиться в продукты, им еще нужно добраться до состояния, в котором старые связи уже начинают разрушаться, а новые — формироваться. ☝️ Именно поэтому далеко не каждая химическая реакция идет сама собой быстро. С точки зрения термодинамики продукт может быть выгоднее исходных веществ, но если между ними стоит высокий энергетический барьер, система может очень долго оставаться в исходном состоянии. Классический бытовой пример — горючие вещества. Бумага или бензин вполне способны окислиться кислородом воздуха, но без искры, нагрева или пламени процесс часто не стартует. Не потому, что реакция невозможна, а потому что ей нужно помочь преодолеть барьер. В химической физике энергия активации — это один из ключей к пониманию скорости процессов. 📈 Чем выше этот барьер, тем меньше частиц при данной температуре смогут его преодолеть, а значит, тем медленнее будет идти реакция. И наоборот: если барьер низкий, реакция может идти заметно быстрее. Именно поэтому нагрев так сильно влияет на кинетику — он увеличивает долю молекул, у которых хватает энергии на «удачную попытку». Но здесь особенно важно вот что: энергия активации — это не просто число из уравнения. За ней стоит вполне физический смысл. Когда молекулы сталкиваются, они не превращаются в продукты мгновенно. Сначала система должна пройти через очень неустойчивую конфигурацию, в которой прежнее состояние уже теряет устойчивость, а новое еще не оформилось до конца. Этот участок реакционного пути и связан с тем самым энергетическим подъемом. Именно поэтому катализаторы так важны: они не «добавляют энергии» реакции, а предлагают ей другой маршрут — с более низким барьером. В результате одна и та же химическая задача решается легче. Для химической физики это принципиальный сюжет: мы постоянно пытаемся понять, как устроен этот барьер, от чего он зависит, как меняется в поле, на поверхности, в растворе, в плазме, в наноструктуре или в биомолекулярной системе. ✍️ Если совсем коротко, энергия активации — это цена входа в химическое превращение. И очень многое в поведении вещества определяется именно тем, насколько эта цена высока. В следующий раз, когда будете смотреть, как одна реакция идет бурно, а другая как будто «не хочет начинаться», можно мысленно представить не каприз вещества, а вполне конкретный энергетический барьер, который частицы пытаются взять.

🔬 «Наноловушки» для извлечения золота из электронных отходов Химики Томского политеха вместе с коллегами из Китая создали двумерные органические каркасы со встроенными «наноловушками», которые захватывают ионы золота и под видимым светом восстанавливают их до металла. Метод позволяет извлекать до 99,2% золота даже из сложных смесей и выглядит как более экологичная альтернатива традиционным технологиям переработки электронного лома. 📖 Advanced Materials 🧪 Создан простой способ отличать разные типы коллагена Учёные предложили метод распознавания коллагена I и III типов по соотношению всего двух аминокислот в спектрах. Подход может пригодиться для анализа биотканей, диагностики нарушений соединительной ткани и создания биомедицинских материалов. 📖 Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 🧪 Фотокатализаторы из диоксида титана сделали на шаблоне овечьей шерсти Специалисты Института катализа СО РАН и ИГХТУ синтезировали фотокатализаторы на основе допированного TiO₂, используя овечью шерсть как биотемплат. Полученные материалы работают не только под ультрафиолетом, но и в видимой области, что делает их перспективными для очистки воды и воздуха. 📖 Journal of Alloys and Compounds 💡 Наносенсор на основе углеродных точек и нейросети проверит воду на тяжёлые металлы В МГУ разработали систему, где углеродные точки меняют люминесценцию в зависимости от состава раствора, а нейросеть по спектру сразу определяет концентрации семи загрязнителей. Разработка может стать основой портативных анализаторов для сточных и природных вод. 📖 Scientific Reports ⚡️ Физики ИТМО нашли способ сверхбыстро управлять светом с помощью лазера Исследователи показали, что экситон-поляритонами в фотонном волноводе можно управлять сверхкороткими лазерными импульсами менее чем за пикосекунду. Такой подход важен для будущих фотонных чипов, оптических модуляторов и вычислительных систем для ИИ. 📖 Applied Physics Letters 💧 Предложен новый подход фотокаталитического получения водорода Международная группа с участием российских учёных показала, как скручивание двух слоёв нитрида углерода меняет распределение электронов и открывает путь к новым фотокатализаторам для получения водорода. Работа лежит на стыке твистроники, физхимии и материаловедения. 📖 Computational Materials Science 🪥 Мезопористый силикагель предложили для охлаждения дата-центров Химики Института катализа СО РАН показали, что мезопористый силикагель может использовать низкопотенциальное бросовое тепло серверов для дополнительного кондиционирования. По расчётам авторов, это способно снизить энергопотребление дата-центров примерно на 22%. 📖 Energy 💥 Светящиеся наночастицы помогут измерять температуру микрочипов Учёные создали люминесцентные наночастицы с ионами эрбия и иттербия для бесконтактной термометрии микроэлектроники. Материал точно работает в диапазоне 25–110 °C и может применяться не только в микросхемах, но и в биомедицине для измерения температуры клеток. 📖 Applied Materials Today 💨 Сибирские химики нашли способ перерабатывать глицерин в поглотители CO₂ Исследователи из Института катализа СО РАН используют никелевые катализаторы, чтобы превращать побочный продукт биодизеля — глицерин — в аминовые абсорбенты для улавливания углекислого газа. Это направление может быть полезно для технологий декарбонизации и «зелёной» химии. 📖 Sustainable Chemistry and Pharmacy 📸 Фото: Ирина Баранова (Научная Россия), ФИЦ «Институт катализа СО РАН», Кирилл Лаптинский (НИИЯФ МГУ), Дмитрий Григорьев (ИТМО)

Как грозы и штормы в тропосфере влияют на ионосферу — и почему это важно для связи и навигации Ученые из Калининградского филиала Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова РАН изучили, как мощные метеорологические процессы в нижней атмосфере могут вызывать возмущения в ионосфере. 🌩 Речь идет о внутренних гравитационных волнах — это волны, которые возникают в атмосфере, например, во время сильных штормов, и способны распространяться вверх, от тропосферы к термосфере и ионосфере. Несмотря на то что источник находится сравнительно низко, эффект может проявляться на высотах в сотни километров. 📊 Исследователи оценили, как такие волны влияют на F2-слой ионосферы — область с максимальной электронной плотностью, которая играет ключевую роль в распространении радиоволн. Для этого использовали численное моделирование, учитывающее диффузию ионосферной плазмы и возмущения нейтрального ветра, вызванные атмосферными волнами. Расчеты показали, что в геомагнитно-спокойных условиях возмущения нейтрального ветра с периодом в несколько часов могут заметно менять параметры ионосферы: ➡️ электронная плотность в максимуме F2-слоя уменьшается примерно на 12%; ➡️ высота максимума F2-слоя увеличивается примерно на 10 км. 🌧 Иными словами, сильные метеорологические явления в тропосфере способны «откликаться» в верхней атмосфере и менять ее состояние. Такие эффекты могут влиять на радиосвязь, распространение коротких волн и работу спутниковых навигационных систем. 📖 Подробнее о работе

🎓 Директор Фонда «Развитие химической физики», Осыченко Алина Анатольевна, проходит обучение по Программе развития кадрового управленческого резерва в области науки, технологий и высшего образования (стратегический уровень). 🏛 Программа реализуется Министерством образования и науки, и сейчас проводится обучение шестого потока участников, прошедших конкурсный отбор. 💼 Задача программы – формирование кадрового управленческого резерва из наиболее мотивированных и компетентных специалистов научного, технического или образовательного профиля. 📈 Программа стратегического уровня подразумевает участие в четырех образовательных модулях, и модули проходят в разных регионах страны. Алина Осыченко поделилась впечатлениями о прошедшем модуле: «Первый модуль Программы проходил на федеральной территории «Сириус». Было 80 участников – руководителей лабораторий, директоров, проректоров – приехавших из разных уголков России. В обучение входят лекции и командная проектная работа, а на финальном этапе обучения нужно будет защитить свой проект. Особенно ценно то, что программа расширяет круг профессиональных знакомств и формирует новые горизонтальные связи. Помимо интенсивного обучения, у нас была спортивная и культурная программа. Мы катались по санно-бобслейной трассе на непрофессиональном снаряде - вучке. Эта подушка с бортиками развивает скорость до 85 км/ч, и едешь ты по олимпийской трассе. В камерном зале концертного центра «Сириус» мы слушали концерт классической музыки с участием молодых талантливых музыкантов. Было еще одно интересное мероприятие: стратегическая сессия со школьниками, обучающимися в Сириусе. Вместе с ребятами мы обсуждали важные вопросы, касающиеся развития нашей страны, и искали пути их решения. Я с нетерпением жду следующий модуль Программы и уверена, что смогу получить немало ценных знаний и навыков.»

🔭 Поверхность потенциальной энергии – это модель, которая показывает, как меняется энергия молекулы при изменении положения её атомов. 🧬 У любой молекулы есть множество возможных геометрий, но не все они одинаково выгодны с точки зрения энергии. Одни конфигурации более устойчивы, другие – менее, а переход из одного состояния в другое может требовать дополнительной энергии. Именно это и описывает поверхность потенциальной энергии. Если представить её в виде ландшафта, то: 🔘 энергетические минимумы соответствуют наиболее устойчивым структурам; 🔘 подъёмы отражают менее выгодные конфигурации; 🔘 седловые области связаны с переходными состояниями, через которые система проходит в ходе химической реакции. Такой подход особенно важен для понимания механизмов реакций. Анализ поверхности потенциальной энергии помогает ответить на вопросы: 1️⃣ Какая структура молекулы наиболее стабильна? 2️⃣ Возможен ли переход между двумя состояниями? 3️⃣ Каков энергетический барьер реакции; 4️⃣ Почему один путь превращения реализуется легче, чем другой. 📈 С точки зрения химической физики, химическая реакция – это не просто «разрыв одних связей и образование других», а движение системы по сложному энергетическому рельефу. ⛓ Для простых молекул этот рельеф можно описать достаточно наглядно. Для многоатомных систем он становится многомерным, поэтому исследователи обычно анализируют не всю поверхность сразу, а её ключевые участки: минимумы, переходные состояния и траектории между ними. 📕 Поверхность потенциальной энергии — это энергетическая карта молекулы, которая помогает понять её строение, устойчивость и возможные пути химических превращений.

🗂 Пока мы подводим итоги 1 этапа конкурса, делимся с вами работой Романа Шилова, магистра 2 курса СПбГУ – победителя прошлого года в студенческой номинации. 💡 Тема работы: «Люминесцентные водорастворимые сенсоры на основе блок-сополимеров комплексов платины(II) и поливинилпирролидона: синтез, спектральные характеристики и агрегационно-индуцированная эмиссия» 🧪 Роман разработал метод получения водорастворимых платинсодержащих сенсоров, которые проявляют агрегационно-индуцированную эмиссию в ближней инфракрасной области. Такие системы особенно интересны для задач, где важны чувствительность, работа в водной среде и перспективы биомедицинского применения. 🔬 В основе подхода – RAFT-сополимеризация комплексов Pt(II), содержащих винильную группу, с поливинилпирролидоном. Полученные комплексы и блок-сополимеры были подробно охарактеризованы целым набором физико-химических методов, а их фотофизические свойства исследованы как в растворе, так и в твёрдой фазе. 🧪 Один из важных результатов работы – показано, что в водном растворе сополимеры образуют мицеллы, а время жизни их эмиссии зависит от pH среды. Это делает такие соединения перспективными кандидатами для использования в качестве рН-сенсоров в биомедицинских исследованиях. Особую ценность работе придаёт её новизна. Полученные сенсоры сочетают сразу несколько значимых характеристик: ▪️ фосфоресценцию в БИК-области, ▪️ высокие квантовые выходы эмиссии, ▪️ хорошую растворимость в воде. Для БИК-излучателей низкие квантовые выходы – частая проблема, однако в данной работе удалось обойти это ограничение. Кроме того, подход к приданию водорастворимости гидрофобным излучателям через сополимеризацию с поливинилпирролидоном впервые применён для соединений платины. 🧑‍🔬 Важно отметить и личный вклад автора: Роман самостоятельно выполнял поиск и анализ литературы, синтез и очистку комплексов Pt(II), их сополимеризацию, интерпретацию результатов физико-химических исследований и изучение фотофизических свойств всех полученных соединений. 📖 Подробнее о работе в Aggregate

Невидимые метки, видимые под УФ: серебро(I) включает фосфоресценцию 👩‍🔬 Победительница студенческой номинации прошлого конкурса фонда – Арина Ольбрых (старший лаборант, ИНЭОС им. А.Н. Несмеянова РАН). Её работа показывает, как циклический пиразолатный комплекс серебра(I) превращает обычные органические молекулы в яркие «маяки» и открывает путь к защитным меткам. О чем работа 🔬 В Лаборатории гидридов металлов ИНЭОС РАН в 2018 году была предложена концепция «хозяина» – ЦПК Ag(I) [Ag(3,5-(CF3)2Pz]3 для связывания самых разных органических «гостей». Идея закрепилась в сообществе. Опираясь на неё, Арина показала: в «сэндвич»-аддуктах ЦПК с 1,1’-бифенилом и его галогенпроизводными полностью меняется характер излучения гостя. ➡️ При возбуждении 340–350 нм возникает синяя флуоресценция (λ_эм = 400–430 нм) вместо слабой УФ-люминесценции (350–370 нм). ➡️ При λ_возб < 320 нм появляется зелёная фосфоресценция (λ_эм = 480–540 нм). Аналогичный эффект показан для пиридинсодержащих халконов. Почему это работает Фосфоресценцию запускают три фактора: (1) спин-орбитальные взаимодействия тяжёлого атома Ag, (2) снижение колебательной релаксации за счёт инкапсуляции гостя в комплексе, (3) эффективность заселения триплетов, ограниченная правилами симметрии. Наиболее показателен несимметричный 4-фтор-4’-хлорбифенил: полосы флуоресценции и фосфоресценции сопоставимы по интенсивности – база для материалов с настраиваемым излучением от зелёного до УФ. Практическая применимость Раствор смеси ЦПК и бифенила можно наносить на поверхность: бесцветная днём надпись даёт зелёное свечение при 254 нм и синее при 365 нм – технологичная основа для защитных маркировок и антиподделочных меток. Исследование выполнено автором совместно с коллегами ИНЭОС РАН и ФИАН. Работа опубликована в Inorganic Chemistry Frontiers. 📢 Приём заявок на новый конкурс Фонда «Развитие химической физики» открыт до 15 февраля! Если вы работаете с полимерными и композитными материалами для медицины – подавайте заявку и становитесь героем следующей истории.

🩸 Искусственные кровеносные сосуды на основе отечественных фторполимеров 📃 Коллектив ученых из ТПУ, ИОА СО РАН, ТГУ и НМИЦ им. В.А. Алмазова показал: сосудистые каркасы, полученные методом электроформования из российских фторполимеров, обладают сочетанием свойств, необходимым для успешной имплантации. Искусственная «трубка» должна: 🔹 иметь открытую взаимосвязанную пористость → интеграция с тканями и эндотелизация; 🔹 иметь низкую свободную энергию поверхности → меньше турбулентности и адсорбции белков/клеток, ниже риск тромбоза; 🔹 быть прочной и эластичной → сопротивление аневризмам и разрывам. Почему именно фторполимеры? 🔬 Фтор в цепи = химическая стойкость, термостабильность, биоинертность и гидрофобность – именно то, что нужно сосудистым имплантатам длительного срока службы. Что было сделано в рамках исследования: ➡️ Сформировали сосудистые матриксы из трёх отечественных фторполимеров: ▪️ ПТФЭ, ▪️ ПВДФ, ▪️ сополимер ВДФ–ТеФЭ. ➡️ Проверили структуру стенки, поверхностную энергию, прочность/относительное удлинение и взаимодействие с человеческими мезенхимальными стволовыми клетками. Ключевые результаты: ✅ Все образцы – это микроволокнистые каркасы с открытой пористостью, пригодной для эндотелизации. ✅ У всех – низкая поверхностная энергия благодаря фторсодержащей химии → потенциал снижения тромбообразования. ✔️ Лучший баланс прочности и растяжимости показал ВДФ–ТеФЭ → минимизация риска аневризм при сохранении гибкости. 📖 Подробнее о работе 🏆 Если вы тоже работаете в области полимерных композиторов для медицины, напоминаем о приёме научных работ на конкурс Фонда «Развитие химической физики». Срок – до 15 февраля. Общий призовой фонд – 3 000 000 ₽ – отличная возможность получить поддержку своих исследований! 📌 Подать заявку на участие