Atómový kyslík: užitočné vlastnosti. Čo je atómový kyslík?

Predstavte si neoceniteľný obraz, ktorý bol pokazený ničivým ohňom. Jemné farby, nenápadne nanesené v rôznych odtieňoch, zmizli pod vrstvami čiernych sadzí. Zdá sa, že majstrovské dielo je nenávratne stratené.

Vedecká mágia

Ale nezúfajte. Obrázok je umiestnený vo vákuovej komore, v ktorej je vytvorená neviditeľná silná látka nazývaná atómový kyslík. Počas niekoľkých hodín alebo niekoľkých dní pomaly, ale určite odišiel a farby sa začnú znova zobrazovať. Pokrytá s novou vrstvou jasného laku sa obraz vráti k svojej bývalej sláve.

Zdá sa, že toto je kúzlo, ale to je veda. Metóda vyvinutá vedcami v Glennovskom výskumnom centre (GIC) NASA používa atomový kyslík na zachovanie a obnovu umeleckých diel, ktoré by inak boli nenapraviteľne poškodené. Látka je tiež schopná úplne sterilizovať chirurgické implantáty určené pre ľudské telo, čo výrazne znižuje riziko zápalu. Pre pacientov s cukrovkou môže zlepšiť zariadenie na monitorovanie glukózy, ktoré vyžaduje len časť krvi predtým potrebnú na testovanie, aby pacienti mohli kontrolovať stav. Látka môže textúru povrchov polymérov pre lepšiu priľnavosť kostných buniek, čo otvára nové možnosti v medicíne.

A táto silná látka sa dá získať priamo zo vzduchu.

Atómový a molekulárny kyslík

Kyslík existuje v niekoľkých rôznych formách. Plyn, ktorý dýchame, sa nazýva O ₂ , to znamená, že sa skladá z dvoch atómov. Existuje tiež atómový kyslík, ktorého vzorec je O (jeden atóm). Tretia forma tohto chemického prvku je O3. Ide o ozón, ktorý sa vyskytuje napríklad v horných vrstvách zemskej atmosféry.

Atómový kyslík v prírodných podmienkach na povrchu Zeme nemôže existovať dlho. Má mimoriadne vysokú reaktivitu. Napríklad atómový kyslík vo vode tvorí peroxid vodíka. Ale vo vesmíre, kde je veľké množstvo ultrafialového žiarenia, molekuly O2 sa ľahšie rozpadajú a vytvárajú atómovú formu. Atmosféra na nízkej obežnej dráhe Zeme je 96% zložená z atómového kyslíka. Na začiatku misií vesmírnej raketoplány NASA jej prítomnosť spôsobila problémy.

Poškodenie dobrému

Podľa Bruce Banks, prvý fyzik spoločnosti Alpaport, ktorý študuje priestorové prostredie v pobočke Glenn Center, po prvých niekoľkých raketoplánu, materiály jeho štruktúry vyzerali, akoby boli zakryté mrazom (boli silne erodované a textúrované). Atómový kyslík reaguje s organickými materiálmi na pokrytí vesmírnych vozidiel a postupne ich poškodzuje.

Mestské informačné centrum uskutočnilo vyšetrovanie príčin škôd. V dôsledku toho výskumníci nielen vytvorili metódy na ochranu kozmickej lode od atómového kyslíka, ale tiež našli spôsob využitia potenciálnej deštruktívnej sily tohto chemického prvku na zlepšenie života na Zemi.

Erozia v priestore

Keď je kozmická loď na obežnej dráhe s nízkou zemou (kde odchádzajú posádky s posádkou a kde je založené ISS), atómový kyslík vytvorený zo zvyškovej atmosféry môže reagovať s povrchom kozmickej lode, v dôsledku čoho sú poškodené. Pri vývoji napájacieho systému stanice existovali obavy, že akumulátory solárnych článkov vyrobené z polymérov by prechádzali rýchlou deštrukciou kvôli pôsobeniu tohto aktívneho oxidačného činidla.

Pružné sklo

NASA našla riešenie. Skupina vedcov z Výskumného centra Glenn vyvinula tenkú filmovú vrstvu pre solárne články, ktorá bola imunná voči pôsobeniu agresívneho prvku. Oxid kremičitý alebo sklo je už oxidovaný, takže nemôže byť poškodený atómovým kyslíkom. Výskumníci vytvorili povlak z priehľadného kremíkového skla tak tenký, že sa stal flexibilným. Táto ochranná vrstva pevne priľne k polyméru panelu a chráni ho pred eróziou bez toho, aby došlo k narušeniu jeho tepelných vlastností. Poťah stále úspešne chráni solárne články Medzinárodnej vesmírnej stanice a tiež sa používa na ochranu fotobuniek stanice Mir.

Podľa Bankov, solárne panely úspešne vydržali viac ako desať rokov pobytu vo vesmíre.

Skrotenie moci

Po dokončení stoviek testov, ktoré boli súčasťou vývoja povlaku odolného voči atómovému kyslíku, skupina vedcov z Výskumného centra Glenn získala skúsenosti s pochopením toho, ako táto chemikália funguje. Odborníci videli ďalšie možnosti použitia agresívneho prvku.

Podľa Bankov sa skupina dozvedela o zmene povrchovej chémie, erózii organických materiálov. Vlastnosti atómového kyslíka sú také, že dokáže odstrániť akúkoľvek organickú látku, uhľovodík, ktorý tak ľahko nereaguje s konvenčnými chemikáliami.

Vedci našli veľa spôsobov, ako ich použiť. Naučili sa, že atómový kyslík transformuje silikónové povrchy na sklo, čo môže byť užitočné pri vytváraní komponentov s utesneným tesnením bez toho, aby sa na seba navzájom spájali. Tento proces bol navrhnutý na utesnenie Medzinárodnej vesmírnej stanice. Okrem toho vedci zistili, že atómový kyslík môže obnoviť a chrániť poškodené predlohy, zdokonaliť materiály leteckých konštrukcií a priniesť úžitok aj ľuďom, pretože sa dá použiť v rôznych biomedicínskych aplikáciách.

Kamery a prenosné zariadenia

Existujú rôzne spôsoby ovplyvnenia atómového kyslíka na povrchu. Vákuové komory sú najčastejšie používané. Rôzne rozmery sa pohybujú od obalu topánky po inštaláciu 1,2 x 1,8 x 0,9 m. Pomocou mikrovlnného žiarenia alebo rádiofrekvenčného žiarenia sa molekuly O2 rozkladajú na atómový kyslík. Vzorka polyméru sa umiestni do komory, ktorej úroveň erózie indikuje koncentráciu účinnej látky vo vnútri jednotky.

Ďalším spôsobom použitia látky je prenosné zariadenie, ktoré vám umožňuje nasmerovať úzky prúd okysličovadla na konkrétny cieľ. Je možné vytvoriť batériu takých prúdov, ktoré môžu pokrývať veľkú plochu ošetreného povrchu.

Ako pokračuje ďalší výskum, rastúci počet priemyselných odvetví má záujem používať atómový kyslík. NASA zorganizovala mnoho partnerstiev, spoločných podnikov a dcérskych spoločností, ktoré sa vo väčšine prípadov stali úspešnými v rôznych komerčných oblastiach.

Atómový kyslík pre telo

Štúdium rozsahu tohto chemického prvku nie je obmedzené na vesmír. Atómový kyslík, ktorého užitočné vlastnosti sú určené, ale ešte viac sa majú študovať, zistili mnohé medicínske aplikácie.

Používa sa na textúrovanie povrchu polymérov a umožňuje ich spálenie s kosťami. Polyméry zvyčajne odpudzujú kostné bunky, ale chemicky aktívny prvok vytvára textúru, ktorá zvyšuje priľnavosť. To spôsobuje ďalšiu výhodu, ktorú prináša atómový kyslík - liečba ochorení muskuloskeletálneho systému.

Tento oxidačný prostriedok sa tiež môže použiť na odstránenie biologicky aktívnych kontaminantov z chirurgických implantátov. Aj pri súčasnej praxi sterilizácie z povrchu implantátov je ťažké odstrániť všetky zvyšky bakteriálnych buniek nazývané endotoxíny. Tieto látky sú organické, ale nie živé, takže sterilizácia ich nedokáže odstrániť. Endotoxíny môžu spôsobiť zápal po implantácii, čo je jedna z hlavných príčin bolesti a potenciálnych komplikácií u pacientov s implantátom.

Atómový kyslík, ktorého užitočné vlastnosti umožňujú vyčistiť protézu a odstrániť všetky stopy organických materiálov, významne znižuje riziko pooperačného zápalu. Výsledkom sú zlepšené chirurgické výsledky a znížená bolesť u pacientov.

Úľava pre diabetikov

Táto technológia sa používa aj v senzoroch glukózy a iných biomedicínskych monitoroch. Používajú akrylové optické vlákna, textúrované atómovým kyslíkom. Táto liečba umožňuje vláknami odfiltrovať červené krvinky, čo zabezpečuje účinnejší kontakt s chemickým senzorom monitora.

Podľa Sharona Millera, elektroinžiniera v oddelení pre kozmické prostredie a experimenty v Glenovskom výskumnom stredisku NASA, je tento test presnejší a na meranie hladiny cukru v krvi testovanej osoby je potrebné oveľa menšie množstvo krvi. Môžete urobiť zásah prakticky na ktorejkoľvek časti tela a získať dostatok krvi na stanovenie hladiny cukru.

Ďalším spôsobom získavania atómového kyslíka je peroxid vodíka. Je to oveľa silnejší oxidant než molekulárny. To je spôsobené ľahkosťou, s akou sa peroxid rozkladá. Atómový kyslík, vytvorený v tomto prípade, pôsobí oveľa energičtějšie ako molekulárny kyslík. To je dôvod praktickej aplikácie peroxidu vodíka: deštrukcia molekúl farbív a mikroorganizmov.

obnovenie

Ak sú umelecké diela vystavené nebezpečenstvu nevratného poškodenia, atómový kyslík sa môže použiť na odstránenie organických kontaminantov, čo ponechá obrazový materiál bezpečný. Proces odstraňuje všetky organické materiály, napríklad uhlík alebo sadze, ale spravidla nemá vplyv na farbu. Pigmenty sú väčšinou anorganického pôvodu a už sú oxidované, čo znamená, že kyslík ich nepoškodí. Organické farbivá môžu byť tiež uložené pri starostlivom započítaní času expozície. Plátno je úplne bezpečné, pretože atómový kyslík je v kontakte len s povrchom obrazu.

Umelecké diela sú umiestnené vo vákuovej komore, v ktorej je vytvorený tento oxidant. V závislosti od stupňa poškodenia môže zostať obraz po dobu 20 až 400 hodín. Na špeciálne ošetrenie poškodenej oblasti, ktorá potrebuje obnovenie, môže byť použitý aj prúd atómového kyslíka. Tým sa eliminuje potreba umiestniť umelecké diela vo vákuovej komore.

Sadze a rúž - nie je problém

Múzeá, galérie a kostoly sa začali kontaktovať mestské informačné centrum, aby zachovali a obnovili svoje umelecké diela. Výskumné centrum preukázalo schopnosť obnoviť poškodený obraz Jacksona Pollacka, odstrániť rúž z plátna Andyho Warhola a zachrániť tabakové škvrny poškodené dymom kostola sv. Stanislaja v Clevelande. Tím výskumného centra Glenn použil atomový kyslík na obnovenie fragmentu, ktorý bol považovaný za stratený, pred pár storočiami talianska kópia Rafaelovej maľby Madonna v kresle, ktorú vlastnil biskupský kostol sv. Alban v Clevelande.

Podľa Banky je tento chemický prvok veľmi účinný. V umeleckej obnove funguje perfektne. Je pravda, že to nie je niečo, čo možno zakúpiť v fľaši, ale oveľa efektívnejšie.

Učenie sa o budúcnosti

NASA nahraditeľným spôsobom spolupracovala s mnohými stranami, ktoré majú záujem o atómový kyslík. Výskumné centrum spoločnosti Glennovsky slúžilo jednotlivcom, ktorých neopísateľné umelecké diela boli poškodené domácimi požiarmi, ako aj korporácie, ktoré hľadajú používanie tejto látky v biomedicínskych aplikáciách, ako napríklad LightPointe Medical z Eden Prairie v Minnesote. Spoločnosť objavila mnoho použití atómového kyslíka a nájde ešte viac.

Podľa Banky existuje veľa nepreskúmaných oblastí. Zistil sa veľký počet aplikácií pre vesmírnu technológiu, ale pravdepodobne ešte viac sa skrýva mimo kozmických technológií.

Priestor v službách človeka

Skupina vedcov dúfa, že bude pokračovať v štúdiu spôsobov používania atómového kyslíka, ako aj už nájdených sľubných smeroch. Mnohé technológie boli patentované a tím GIC dúfa, že spoločnosti budú licencovať a komercializovať niektoré z nich, čo prinesie ešte väčší prínos pre ľudstvo.

Za určitých podmienok môže atómový kyslík spôsobiť poškodenie. Vďaka výskumníkom NASA táto látka momentálne prispieva k prieskumu priestoru a života na Zemi. Či je to zachovanie cenných umeleckých diel alebo zlepšovanie ľudí, atómový kyslík je najsilnejším prostriedkom. Práca s ním je odmenená stokrát a jej výsledky sú okamžite viditeľné.