Новый кристаллический материал позволит аквалангистам плавать без кислородных баллонов
Подводное плавание - это очень увлекательное занятие, которое, к сожалению, ограничено по времени количеством кислорода, содержащегося в баллонах акваланга. Но что, если бы аквалангист получил возможность брать необходимый ему кислород прямо из окружающей среды, как это делают почти все виды морских и речных животных? И именно для этого можно использовать новый кристаллический материал, синтезированный учеными из университета Южной Дании (University of Southern Denmark).
Новый чудо-материал может поглотить объем чистого кислорода в 160 раз превышающий объем его кристалла. Для сравнения, одна столовая ложка такого материала может поглотить весь кислород, содержащийся в объеме воздуха стандартной жилой комнаты. Материал способен поглощать кислород из воздуха и кислород, растворенный в соленой и пресной воде, а извлекается поглощенный кристаллом кислород в нужном месте и в нужное время при помощи достаточно простых методов.
"Наше открытие имеет огромное значение для людей, страдающих от заболеваний легких, которые вынуждены всюду таскать за собой тяжелые баллоны высокого давления с кислородом" - рассказывает профессор Кристин Маккензи (Christine McKenzie), - "Кроме этого, такой материал позволит дайверам оставить дома свои кислородные баллоны. Необходимый им кислород будет извлекаться при помощи наших кристаллов прямо из воды и для этого потребуется всего несколько небольших кристаллов, в которых может содержаться достаточный для дыхания объем кислорода".
Основой кристаллического поглощающего материала является кобальт, связанный с молекулами определенных органических соединений. "Наличие кобальта дает материалу необходимую ему молекулярную и электронную структуру, которая позволяет ему эффективно поглощать кислород из окружающей среды" - рассказывает профессор Маккензи, - "Наличие небольших количество определенных металлов является необходимым условием для эффекта поглощения кислорода, и наш случай также не является исключением".
Материал может выдержать достаточно большое количество циклов поглощения и высвобождения кислорода. Когда материал наполняется поглощенным кислородом, он меняет свой цвет, интенсивность которого является индикатором количества поглощенного кислорода. Извлекается кислород путем незначительного нагрева материала или помещения его в среду вакуума, а сейчас ученые работают в направлении разработки технологии высвобождения кислорода при помощи света, что значительно упростит его практическое использование.
"Когда материал полностью насыщается кислородом, его можно сравнить с кислородным баллоном высокого давления" - рассказывает профессор Маккензи, - "Только в нашем случае давление отсутствует полностью, а объем хранимого в материале кислорода превышает в три раза объем кислорода, который может вместиться в баллон под высоким давлением".
Да и на меньших высотах будет полезен при борьбе с отеком легких.
— 63 чатла.
— Мы месяц по галактике «Маму» попоём, и планета у нас в кармане. А ещё месяц — и воздух купим.
— 93 чатла.
Об этом я слышал-читал лет 35 назад.
Так что, могу сказать уверено: Сии мЕчты - это бред сивой кобылы, периодически перепеваемый молодыми жеребятами. :)
Если материалы научного издания Chemical Science для Вас пустой звук, примите глубочайшие соболезнования.
Я достаточно ясно написал, что ТАКОЕ УЖЕ ПРОЗВУЧАЛО лет 35 назад (тогда подготавливалась первая советская экспедиция "Эверест-82").
А сейчас, ну как можно поверить этой ахинее:
Новый чудо-материал может поглотить объем чистого кислорода в 160 раз превышающий объем его кристалла. Для сравнения, одна столовая ложка такого материала может поглотить весь кислород, содержащийся в объеме воздуха стандартной жилой комнаты.
Получается, что объём стандартной жилой комнаты равен объёму 160 ложек.
Пройдёт еще 35 лет. И эти "материалы научного издания Chemical Science" окажутся пустым звуком.
А по существу вопроса скажу следующее.
Во-первых, "материал может поглотить объем чистого КИСЛОРОДА в 160 раз превышающий объем его кристалла". Комнатный воздух содержит 21% кислорода, т.ч. объем стандартной жилой комнаты уже возрастает до ~800 ложек.
Но согласен, все равно не сходится.
Поэтому копаем дальше. В статье есть ссылка на первоисточник (http://news.discovery.com/adventure/new-crystal-could-let-divers-breathe-underwater-141002.htm), в котором цифра 160 не фигурирует. Однако на русскоязычном сайте приведено видео, где сказано, что "the brown oxyform of the crystals contain 160x the O2 concentration of air". Т.е. видим неточность перевода. В оригинале говорится о кратности увеличении концентрации, а не о кратности поглощаемого объема.
Таким образом получаем, что концентрация кислорода в кристалле достигает величины 99.51%. Сам по себе результат уже потрясающий, т.к. используемые сейчас в медицине кислородные концентраторы выдают до 95%.
Ну а величины объемного коэффициента нет ни в одном источнике. Только на обоих языках указывается, что одной ложки достаточно для захвата кислорода в объеме жилой комнаты. Не верить оснований нет. Противоречий не вижу.
Ну а спектр применений просто огромен. Доведут до ума - озолотятся.
Изолирующие дыхательные аппараты (ИДА) предназначены для защиты органов дыхания, лица и глаз от любой вредной примеси в воздухе независимо от ее концентрации, при выполнении работ в условиях недостатка или отсутствия кислорода, а также при наличии вредных примесей, не задерживаемых фильтрующими противогазами.
Принцип действия ИДА основан на изоляции органов дыхания, очистке выдыхаемого воздуха от диоксида углерода и воды и обогащении его кислородом без обмена с окружающей средой.
СОСТАВ, УСТРОЙСТВО, МАРКИРОВКА
Изолирующий дыхательный аппарат (ИДА) состоит из лицевой части, регенеративного патрона, дыхательного мешка и клапана избыточного давления.
В комплект ИДА входят сумка, незапотевающие пленки, мешок для хранения собранного аппарата и формуляр с паспортом. В зависимости от типа аппарата в его комплект могут входить: жесткий каркас для дыхательного мешка, накладные утеплительные манжеты, мембраны переговорного устройства, приспособление для дополнительной подачи кислорода, нагрудник и чехол.
Лицевая часть (шлем-маска или маска) предназначена для изоляции органов дыхания, лица и глаз от окружающей среды, направления выдыхаемой газовой смеси в регенеративный патрон, подведения очищенной от диоксида углерода и паров воды и обогащенной кислородом газовой смеси к органам дыхания. Состоит из корпуса, очкового узла, соединительной трубки, обтюратора и системы крепления на голове, а также может оборудоваться переговорным устройством и креплением для работы под водой. Лицевые части ИДА изготовлены из резины серого цвета.
Регенеративный патрон предназначен для получения необходимого для дыхания кислорода, а также для поглощения содержащихся в выдыхаемом воздухе диоксида углерода и паров воды. Регенеративный патрон выполнен из жести, снаряжен регенеративным продуктом на основе надперекисных соединений щелочных металлов, имеет пусковое устройство и два гнезда ниппелей для присоединения дыхательного мешка и лицевой части.
Пусковое устройство предназначено для запуска регенеративного патрона при включении аппарата. Состоит из набора деталей, осуществляющих вскрытие ампулы с раствором кислоты и производство первых порций необходимого для дыхания кислорода. В дальнейшей работе аппарата не участвует.
Назначение элементов лицевых частей ИДА аналогично назначению элементов лицевых частей фильтрующих противогазов, отличие состоит в том, что лицевые части ИДА не имеют клапанов.
Дыхательный мешок является резервуаром для выдыхаемой газовой смеси и кислорода, выделяемого регенеративным патроном. Изготовлен из прорезиненной ткани, имеет клапан избыточного давления и фланец для присоединения к регенеративному патрону.
Клапан избыточного давления предназначен для выпуска избытка газовоздушной смеси из аппарата, а также для автоматического удержания в дыхательном мешке необходимого для дыхания объема смеси при любом положении аппарата под водой и на суше.
Приспособление для дополнительной подачи кислорода предназначено для экстренного наполнения под водой дыхательного мешка кислородом, выделяемым брикетом дополнительной подачи кислорода.
Каркас предназначен для размещения в нем дыхательного мешка при использовании ИДА и крепления регенеративного патрона.
Нагрудник предназначен для закрепления составных частей и элементов аппарата, а также для его размещения и закрепления на теле человека.
Чехол предназначен для защиты дыхательного мешка от повреждений. Изготовлен из прорезиненной ткани по форме мешка.
Сумка предназначена для ношения, защиты и хранения ИДА. Она имеет плечевой и поясной ремни с пряжками для регулировки длины, корпус, крышку и карманы для размещения составных частей комплекта ИДА. На сумке имеется рамка, куда вставляют бирку. - солдат без бирки как ....
Na2O2 + CO2 + H2O = 2NaHCO3 + O2
Вот только отдаст ли?
:)
Ключевое здесь - оригинальная работа опубликована в научном журнале (великолепном, но не для революционных работ). Будь у идеи хоть малейший шанс быть реализованной - вы бы никогда не увидели этой работы, а только результат в магазине. Будь идея революционная - её бы протолкнули в журнал "подороже" (IF > 12). 8.6 - очень круто для химической работы, но с ног не валит.
абстракт, для тех кто поймёт, здесь: http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2014/SC/C4SC01636J#!divAbstract
Глядя на молекулу сразу могу сказать - она слишком большая, чтобы хранить значимое количество кислорода для дыхания :)
Проблема со всеми субстанциями для хранения газов в том, что туда газ либо легко входит, либо легко выходит, либо и то и другое, но не держится. Скомбинировать три свойства трудно, поэтому работа опубликована в хорошем журнале.
Ну так это не первое вещество с подобными свойствами.
Я бы пожалуй взялся бы на его основе сконструировать искусственные жабры, извлекающие кислород из воды и переносящие его в воздух для дыхания.
Потребляемая мощность, скорее всего, была бы менее 1 киловатта, а по весу, удалось бы уложиться килограммов в пятьсот (не считая источника питания).
Для производства опытного образца хватило бы 50-ти миллионов долларов.
Не подскажите, к кому можно обратиться за деньгами?
П.С. А без внешнего источника энергии эта штука работать не будет.
Или я что-тo пропустил, и термодинамику и кинетику уже отменили?
http://kp.ua/life/435485-u-daiverov-poiaviatsia-zhabry
Или это тоже очередная утка??
Вся шумиха, чистый самопиар учёных, которые успешно это сделали через жаждущего сенсанций безмозглого журналюгу. В самой научной статье никакой рекламы, естественно, нет.
Одна молекула вещества (мол.масса ок. 2000 г/моль) обратимо связывает две молекулы кислорода (2*32 г/моль), т.е. порядка 3% .
А фокусы с объёмами вообще на дурака рассказ, не знающего школьных курсов физики и химии. 1 моль газа при н.у. занимает объём 22.4 л. Т.е. 2 кг чудо-вещества с плотностью 1.57 г/см3 имеют объём ок. 1.3 л и поглотят 44.8 л кислорода. Разница в объёмах примерно 35 раз. А 160 раз это потенциально возможный теоретический вариант, если все нитратные лиганды в будущем удастся заместить на кислород.
Ни о какой замене кислородных баллонов и речи быть не может (в нём масса газа больше 20% от массы баллона), не говоря уже про искусственные жабры. В перспективе, может быть, подобные вещества лишь приблизятся по кпд к баллону и это без учёта веса всяких неизбежных доп.устройств.
В общем, место этой сенсации в мусорной корзине :).
***
Не забываем про баллоны, усиленные кевларом, т.к. просто "баллон" говорить некорректно, в плане массы.
http://www.sdelanounas.ru/blogs/38649/
ИСпользуется только кислород
Аполлон-11, в скафандрах дышали чистым кислородом
в истребителях в маску летчика подается чистый кислород
никто еще легкие не сжег
только под пониженным давлением. Но это как раз не проблема.
Проблемы могут быть у дайверов, но симптомы там совершенно другие и со "сгоранием" легких никак не связаны.
Эээ... просветите тёмного, а как же "азотный наркоз" при глубоководном погружении?
А азотная интоксикация на глубинах от 50 м по форме и, скорее всего, по механизму развития является неким аналогом алкогольной интоксикации.
Но Вы же при этом не будете утверждать, что алкоголь необходим организму. Так же и с азотом.
а вот азот в нормалльных условиях никак не работает в организме, но на глубине, под огромным давлением он накапливается и действует на организм .. не на пользу.
Вы не на глубине можете вдохнуть любой другой газ и почувствовать его негативное влияние на вас ( угарный газ,метан и тд), но это не означает, что эти газы необходимы для дыхания человека
Сжечь, конечно, не получиться. А получить кислородное отравление тоже нельзя?
При давлении в одну атмосферу без последствий можно дышать чистым кислородом до 12 часов. Через сутки начинается раздражение легких.
При давлении в 2 атмосферы воздействие распространяется на нервную систему, вызывая головокружение и тошноту. Через несколько часов наступают конвульсии, сходные с эпилептическим припадком.
При давлении в 7 атмосфер дышать чистым кислородом можно не более 5 минут (при этом кислород приобретает кисло-сладкий вкус).
Что нужно сделать, чтобы восстановить необходимое содержание диоксида углерода в лёгких? Ответ очевиден: отдых, снижение сердцебиения (пульс) до спокойного, задержка дыхания. Можно подышать, прижав к губам полиэтиленовый пакет.
углекислый газ - это продукт "переработки" кислорода в организме.
при этом часть его поступает со вдохом . Его в атмосфере 0,0395 %
Какая роль углекислого газа ?
именно он дает позыв на вдох. Не малое кол-во кислорода, но именно большое кол-во углекислого газа.
про подышать в поэлитилиновый пакет при гипервентиляции, которую не удается остановить - это совершенно верно
Аппарат с замкнутым циклом дыхания состоит из дыхательного мешка (так называемое противолегкое), надевающегося на грудь, и баллона, заполненного чистым кислородом.
Противолегкое - это большой гибкий резиновый мешок, который при дыхании расширяется и сжимается. Между ртом ныряльщика и противолегким располагается сепаратор углекислого газа, заполненный натровой известью, удаляющий выдыхаемый ныряльщиком углекислый газ. В противолегкое подается кислород на замену потребленному.
Т.к. схема замкнутая, газ не выделяется в воду и не образует пузырьков, что важно в ситуации, когда ныряльщик не должен выдавать своего присутствия.
Также при такой схеме воздушный баллон делается в 5 раз меньше стандартного аквалангистского.
В итоге практическое значение всё это будет иметь при соблюдении ряда условий:
1) Подводом энергии (например нагревом) должна сопровождаться только стадия поглощения газа, иначе с собой придётся тащить источник, в итоге смысл теряется, например источник откажет.
2) количество поглощенного газа на единицу массы итогового "субстрата" должно как минимум не уступать обычному баллону, а вообще-то его превосходить.
3) Стоимость должна быть не выше
4) Объем должен быть меньше
А теперь вопрос - насколько реально всё это совместить?
Помимо спорта есть много других сфер, где необходим концентрированный кислород.
Например, больницы с радостью избавятся от баллонов с кислородом. Пункт 1 для них не проблема. Машины скорой помощи, санавиация.
Страдающие бронхолегочными заболеваниями будут рады бесшумному концентратору кислорода для домашнего применения, который не будет мешать нормальному сну.
Космос и авиация (как армейская так и гражданская) наверняка будут заинтересованы.
Опять же..в лавинное снаряжение можно встроить. Сразу уходит проблема с их перевозкой в самолетах.
Пожарные..Да и вообще на случай самоспасения в пожаре можно держать дома такой комплект.
Ну, в этой-то теме мы ведем речь как раз в разрезе дайвинга и альпинизма. Про цену согласен, но массовость применения технологии возможна только при выполнении пункта 3, иначе продукт не выйдет из ниши эксклюзива. А массовость - одна из основных составляющих успеха. Потому и включил.
Про больницы не соглашусь. Вернее не со всем. Пункт 1 не проблема пока есть энергия, а вот когда энергии по каким-либо причинам нет, полностью самодостаточный баллон становится панацеей.
Кроме того, должен выполняться еще ряд условий о которых я не упомянул. Во-первых процесс поглощения\выделения должен быть достаточно простым, то есть из серии: нагрели до 50 градусов - пошел сосать кислород из воздуха, нагрели до 80 - выделяется. Иначе как таковые концентраторы кислорода потеряют изрядную долю смысла. Во-вторых вопрос в скорости выделения газа. Его и накопить можно много, и прочие условия соблюсти, но если процесс очень медленный, то во многом (по крайней мере для дыхания) бесполезен.
Про лавинку - полностью солидарен, однако здесь уже будут вопросы масса\объем на первом месте
правда, другой редактор все же напечатал )
astronauts have also been observed, which may be
partially contributed to high oxygen concentrations
during space flights.
***
У астронавтов кислород приводил-таки к нарушениям. Ну и не забываем, что организм на высоте - это вам не на уровне моря. Организм уже находится под серьезной нагрузкой. Мне мужик рассказывал, что шел на Эверест и ему дали плохую смесь, от чего испытывал проблемы. Ни один из знакомых врачей сюда еще не заходил. Подождем их.
Вот что значит, дать людям ненужные знания в большом объеме ...