Курсовая работа: Новые научные направления современной химии и их прикладное использование

- разработка метода полярографии;

- создание фундаментальной пограничной дисциплины — квантовой химии;

- расшифровка структуры (двойной спирали) дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК);

- синтез дендримеров (молекулы, построенные по фрактальному типу - когда всё вещество составлено одной гигантской молекулой (по принципу алмаза));

- синтез неметаллических (в том числе стеклообразных) полупроводников;

- синтез неметаллических (керамических) высокотемпературных сверхпроводников;

- создание мультисенсорных систем типа «электронный нос», «электронный язык» на основе неселективных сенсоров, разработка методов распознавания образов (с применением искусственных нейронных сетей) при интеграции химии, физики, математики.

Подводя итог вышесказанному, можно выделить основные направления развития химии в 21 веке:

- компьютерная химия, компьютерное моделирование молекул (молекулярный дизайн) и химических реакций;

- спиновая химия;

- синтез и исследование наноструктур, развитие и применение нанотехнологий;

- синтез полимерных полупроводников;

- химия чрезвычайно быстротекущих реакций (фемтохимия);

- синтез фуллеренов и нанотрубок;

- развитие химии одиночной молекулы;

- развитие электроники на молекулярном уровне;

- создание «молекулярных машин»;

- электровзрывная активация пульпы и растворов;

- создание и развитие «химической медицины», решение проблемы «химического бессмертия».

В следующей части курсовой работы рассмотрены подробнее некоторые перспективные направления современной химии.

2 Основные направления развития химии в ХХI

2.1 Компьютерное моделирование молекул (молекулярный дизайн) и химических реакций

Компьютерное моделирование химических реакций - это сформировавшаяся на стыке теоретической физики, прикладной вычислительной математики и химии область знаний, в которой создана количественная теория строения и основных свойств многоатомных молекул и реакций между ними. Пройдя довольно длительную историю развития, компьютерная химия дала возможность понять, как устроен микромир на молекулярном уровне. Она позволила с достаточно высокой степенью достоверности производить численный прогноз. На основании такого прогноза можно судить, во-первых, о самой возможности существования или иной молекулярной системы как устойчивой совокупности атомов. Во-вторых, об индивидуальных характеристиках таких систем (геометрическое строение, распределение заряда внутри молекулы и др.). В-третьих, о преимущественных направлениях тех или иных химических реакций. Создание мощного программного обеспечения наряду с самим развитием ЭВМ сделало такой прогноз практически доступным широкому кругу исследователей разных направлений.

Основными направлениями компьютерной химии являются:

- создание принципиально новых компьютерных программ поиска и отбор новых эффективных веществ;

- количественный анализ связи структура-активность для широкого спектра ФАВ.

Стало реальным говорить о так называемом инженерном уровне расчетов, когда достоверность прогноза достигает 80-90 процентов. При этом прогноз делается за столь короткий промежуток времени, что испытать массу вариантов можно быстрее, чем провести натурный эксперимент. Соответствующие методы получили столь большое распространение, что составили основу так называемого молекулярного дизайна, или моделирования молекул. Современный исследователь-химик уже не может ограничиться лишь традиционными химическими знаниями, навыками и экспериментами. Параллельно и даже с некоторым опережением должно проводиться моделирование химических систем. Сейчас уже можно смело говорить о двух равноправных сторонах одного и того же исследовательского процесса.

Компьютер реально становится таким же инструментом исследования, как и привычный химический или физико-химический эксперимент. И расчет, и эксперимент, следовательно, может проводить один и тот же человек.

Владение методами компьютерной химии становится, таким образом, необходимым требованием к любому современному специалисту-химику. Более того, современные компьютерные программы обладают высокой сервисностью, поэтому работать с ними может, в принципе, любой школьник-старшеклассник. Основным экспериментальным методом изучения электронных уровней молекулы служит спектроскопия. Например, с помощью ультрафиолетовой, оптической и фотоэлектронной спектроскопии определяют положение уровней энергии слабосвязанных электронов. Энергии наиболее глубоких электронов измеряют, применяя рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию. Исследование энергетического спектра молекул является сравнительно простой и точной процедурой.