ТРИЗ_Химия в решении противоречий. " триз Химия в физическом противоречии и способы его разрешения "
 Скачать 434.45 Kb.
|
|
" ТРИЗ: Химия в физическом противоречии и способы его разрешения " Маркосов С.А., ЦИТК «Алгоритм» г. Санкт-Петербург Аннотация. Настоящий материал является исправленной и дополненной версией двух статей, опубликованных ранее [1,2]. Известны административные (АП), технические (ТП) и физические противоречия (ФП). Разработанные способы их разрешения широко применяются при выполнении инновационных проектов. На практике часто приходится сталкиваться с химическими задачами, которые затруднительно разрешить без понимания механизма функционирования Технической Системы (ТС). В данной работе предпринята попытка анализа химического подхода в решении ФП и предложена методика, проиллюстрированная на нескольких примерах. Введение Химические эффекты довольно часто применяются в ходе выполнения инновационных проектов. Некоторая коллекция (порядка 100) учебных решений с применением химических эффектов представлена, в частности, в работе [3]. При этом число возможных химических эффектов, по нашим представлениям, существенно превышает число известных химических соединений (более 50 млн. на 2009 год [4]). Поэтому классификация химических приемов решения ФП представляет определенный практический интерес. Формулировка противоречия Теория говорит, что в случае адресования компоненту ТС, либо какому-либо его параметру противоречивых требований может быть сформулировано физическое противоречие (противоречие-задача): «Элемент должен быть в ТС/композиции, чтобы... и элемента не должно быть в ТС/композиции, чтобы...», либо, как вариант – «Плотность элемента должна быть высокой для того, чтобы... и плотность элемента должна быть низкой для того, чтобы...» В случае, когда для решения достаточно ввести (или исключить) элемент, представляющий собой макрообъект, который не претерпевает никаких преобразований состава, не возникает сложностей с анализом ситуации. Другое дело, когда решение противоречия требует изменения состава и структуры вещества – в этом случае компоненты ТС (нужные и ненужные) и их взаимодействие необходимо рассмотреть на молекулярном уровне. Таким образом, разрешение противоречия, сформулированного как физическое, требует анализа химических превращений в ТС, связанных с попытками решить это противоречие. Будем помнить, что мы рассматриваем вещество на молекулярном уровне, а это значит, что в случае жидких ТС жидкость может представлять собой, в частности, раствор с диссоциированными (полярные растворители, например, вода), либо недиссоциированными (неполярные растворители – углеводороды, сероуглерод) молекулами вещества. Газообразные ТС могут представлять собой смеси различных газов, либо смеси веществ в парообразном состоянии, для которых необходимо принимать во внимание парциальное давление паров, температуры кипения, вязкость и другие свойства. Способы разрешения противоречия Учитывая вышесказанное, способы разрешения противоречия сводятся к: 1) Добавлению новых веществ либо в результирующую, либо в исходную композицию (прекурсор). Как правило, результирующая композиция, к которой предъявляются противоречивые требования, получается из прекурсора, и часто именно модификация прекурсора наиболее эффективна, если нет надсистемных ограничений. Например, ряд неприятно пахнущих веществ в табачном дыме являются следствием наличия в табаке белковых соединений. В этом способе мы предлагаем сгруппировать решения по классам веществ, наиболее часто используемым в проектах: Сорбенты Модификаторы поверхности Катализаторы Вещества, выделяющие или поглощающие значительные количества энергии 2) Сепарации отдельных веществ из результирующей композиции либо из прекурсора. Решения по сепарации целесообразно разделить по группам, связанным с технологией, в частности: Хроматография Экстракция Фракционирование Флюидные технологии Возгонка Кристаллизация В качестве общей рекомендациимы предлагаем сфокусировать внимание в первую очередь на максимально простых композициях, из двух-трёх веществ, двигаясь от простого к сложному. Типичный формат инновационных проектов, как правило - единицы месяцев, что определяет масштаб исследований, не идущих в сравнение с классическими НИР, занимающих годы. Примеры химического разрешения ФП Выбор способа химического разрешения ФП может зависеть, например, от агрегатного состояния веществ, составляющих Техническую Систему (ТС). Способ 1, возможно, будет чаще использоваться в случае газов и твердых ТС, Способ 2 – применительно к жидкостям. Однако последнее слово, без сомнения, будет за условиями, в которых работают ТС, так как одно и то же вещество может оказаться и газом, и жидкостью, и твердым. В любом случае, формулирование и разрешение противоречий следует начинать с теоретической возможности реализации Способа 1 и затем переходить в область технологии Способа 2. Пример 1 Рассмотрим технологию приготовления крема для кондитерских изделий в промышленности. С точки зрения структуры крем – это пена, устойчивость которой связана с реологией компонентов, важнейшим из которых является масло либо жир. Следуя принятым в России терминам и определениям, жидкий жир называется маслом, а твёрдый – жиром. Таким образом, мы можем сформулировать противоречие: Растительные масла, чтобы их использовать в качестве основы крема должны быть твёрдыми, чтобы обеспечить реологию продукта и не должны быть твёрдыми, чтобы обеспечить выживаемость масличных растений в наших широтах. Здесь не обойтись без краткого экскурса в химию триглицеридов. Рис. 2. Структурная формула триглицеридов. R′, R″ и R″′ – условное изображение жирных кислот с различной длиной углеродной цепи. Химически растительные масла представляют собой смесь эфиров глицерина и жирных карбоновых кислот, причем количество атомов углерода в молекуле кислоты и набор кислот (насыщенных и ненасыщенных) в молекуле эфира определяет не только химические, но и физические свойства вещества. Если постараться выразить закономерность просто, то можно сказать: чем длиннее цепи насыщенных жирных кислот в молекуле эфира, тем выше температура его плавления, а наличие ненасыщенных связей в молекуле кислоты понижает эту температуру. При этом масла подсолнечника, кукурузы, сои при комнатной температуре жидкие, а пальмовое масло – твёрдое. Это оттого, что в жидких маслах больше ненасыщенных жирных кислот с недлинными углеродными цепочками, а в пальмовом масле больше насыщенных жирных кислот и углеродные цепи подлиннее. Однако вернемся к кондитерскому крему. Итак, чтобы обеспечить необходимую реологию крема, масло должно быть твёрдым. Но оно не может быть твёрдым, потому что в средних широтах не растут пальмы, которые дают твёрдый жир, а растет подсолнечник, кукуруза и соя, которые дают жидкое масло. Здесь мы подходим к решению противоречия и можем видеть реализацию двух подходов – можем добавить вещество к исходной ТС (растительному маслу) (Способ 1) и выделить вещество из исходной ТС (Способ 2). Как мы писали выше, в обоих случаях изменения в ТС произойдут на молекулярном уровне. Это значит, что надо добавить некое вещество, которое модифицирует жидкое масло, сделав его твёрдым. Как следует из химии триглицеридов, надо ненасыщенные жирные кислоты превратить в насыщенные, что повысит температуру плавления триглицерида и, как следствие, сделает его твёрдым при комнатной температуре. Ненасыщенные жирные кислоты получили свое название от двойных (или тройных) ненасыщенных связей, а это связано с дефицитом водорода в молекуле жирной кислоты. Следовательно, вещество, которое нужно добавить к маслу – это водород. Процесс описывается реакцией гидрогенизации и представляет собой насыщение масла водородом на катализаторе при повышенной температуре. В ходе химической реакции ненасыщенные жирные кислоты превращаются в насыщенные и жидкое масло становится твёрдым продуктом, который называется саломас. Саломас использовался в приготовлении разнообразных маргаринов, а они, в свою очередь, шли на приготовление кремов в кондитерской промышленности. Позже был реализован и Способ 2, в ходе которого фракционированием исходного продукта выделялись твёрдые триглицериды, пригодные для изготовления кондитерского крема. Пример 2 Естественное любопытство человека и необходимость выполнять работы под водой поставили перед инженерами задачу – обеспечить водолазу дыхание под водой и на глубине. Проблема заключалась в том, что при использовании на глубине сжатого воздуха азот из этого воздуха растворялся в крови и тканях (в том числе – в мозговом веществе) человека и при быстром подъёме с глубины начинал выделяться в виде пузырьков прямо в сосудах, закупоривая их и нарушая естественный кровоток (газовая эмболия). Болезнь назвали кессонной. Водолаз мог погибнуть или, в лучшем случае, стать инвалидом. Для предотвращения заболевания водолазы были вынуждены проводить долгие часы на декомпрессионных остановках на различных глубинах для постепенного выведения азота из крови, что снижало эффективность глубоководных работ. Проблемы, связанные с азотом, не исчерпываются кессонной болезнью, он еще вызывает азотное опьянение, опасное для водолаза потерей самоконтроля под водой. Однако мы рассмотрим только недостаток, связанный с кессонной болезнью. Таким образом, можно сформулировать противоречие: У водолаза на глубине должен быть воздух, для того, чтобы обеспечивать его жизнедеятельность и у водолаза не должно быть воздуха, потому что при быстром подъёме с глубины он заболевает кессонной болезнью. Для решения противоречия воспользуемся Способом 2 – сепарация вещества. Для дыхания водолазу, как и любому человеку, требуется только кислород. Однако дышать чистым кислородом человек может только при пониженном давлении (около 300 мм Hg), при нормальном давлении вскоре наступает так называемое кислородное опьянение и затем смерть. В воздухе кроме кислорода присутствует инертный разбавитель – азот, однако при подъёме с глубины он опасен. Следовательно, мы можем переписать противоречие, обострив его: Для дыхания водолаза на глубине у него должен быть азот, чтобы разбавить кислород и сделать дыхание безопасным и у водолаза не должно быть азота, потому что при подъёме с глубины он становится опасен. Вещество, которым можно воспользоваться, должно быть газообразным при температуре использования, быть инертным и безопасным для человека. Велико значение растворимости газа в крови и тканях человеческого организма и его вязкость – иными словами – возможное количество поглощенного газа и скорость его вывода. Наиболее привлекательными с этой точки зрения выглядят инертные газы – элементы восьмой группы Периодической системы и безусловный лидер - гелий. Благородный, действительно инертный газ, имеющий растворимость (в крови и тканях человека) и вязкость значительно меньше (в разы), чем у азота. Таким образом, в газовых смесях, предназначенных для водолазов, работающих на больших глубинах, кислород в безопасной концентрации смешан с гелием, что значительно уменьшило опасность возникновения кессонной болезни. Пример 3 Есть вещество, без которого не может обойтись ни одна ТС – это вода. Вода есть на Земле повсюду, в малых количествах она присутствует даже там, где, казалось бы, ей нет места – в нефти, в ее компонентах, в смолах, то есть в неполярных веществах (ее антагонистах), она даже растворяет металлы – вспомним серебряную воду, которая не портится благодаря бактерицидным свойствам ионов серебра, которое она растворила. В этом примере рассмотрим два случая с водой – когда она есть, но не нужна и когда она нужна, но ее не должно быть. Например, химики изучают гидролизующиеся вещества – это соединения, которые разлагаются под действием воды. В этом случае присутствие воды не позволит изучить вещество в чистом виде, что требует обеспечить особые условия для работы и хранения подобных веществ. Хранят эти вещества в специальном сосуде (эксикаторе), в котором находится осушитель – вещество, которое связывает воду, находящуюся в воздухе внутри эксикатора, например, силикагель. Однако требуется какой-то знак, который покажет, что силикагель из эксикатора надо сменить, так как он насыщен водой и больше не может эффективно ее связывать. Таким образом, мы можем сформулировать противоречие: Воды не должно быть в воздухе эксикатора для того, чтобы он работал и вода должна быть в воздухе эксикатора для того, чтобы можно было контролировать его работоспособность. Обратим внимание на Способ 1 – введение нового вещества в исходную композицию. Мы можем воспользоваться реакцией образования кристаллогидрата сернокислой меди – обычным медным купоросом. Дело в том, что пока сернокислая медь обезвожена, она имеет бледно-голубую окраску, но стоит ее увлажнить, как цвет соединения становится интенсивно-синим. Значит, если ввести в состав гранул силикагеля немного осушенного купороса, изменение интенсивности окраски гранул подскажет нам, что старый осушитель пора менять. Второй случай из пищевой промышленности. При разработке рецептур выпечных изделий необходимо обеспечить определённую влажность изделий. Это обеспечивает органолептические свойства продукта – проще говоря, его консистенцию и вкус. Однако высокая влажность может значительно сократить сроки годности выпечных изделий – микробиологическая порча скоро сделает эти булочки несъедобными. Попробуем сформулировать противоречие: Вода должна быть в выпечных изделиях для обеспечения необходимых вкусовых качеств и её не должно быть в изделиях, чтобы обеспечить требуемые сроки годности. Мы воспользуемся тем же приёмом из Способа 1 – введем новое вещество, которое модифицирует воду, находящуюся в выпечке. Дело в том, что микробиологической порче способствует только так называемая свободная вода. Она не ассоциирована ни с каким определённым соединением и может свободно мигрировать внутри мякиша, что обеспечивает микроорганизмы требуемым количеством влаги, а питания для них в булочке и так с лихвой. Обратим внимание на гидрофильные (водолюбивые) соединения, которые могут быть использованы в пище. Самое важное их свойство применительно к нашей задаче – это способность связывать воду, образуя с водой гели. В быту широко известны представители этого класса – желе и студни. Гидрофильных веществ довольно много – это полисахариды, наиболее известными являются крахмалы, желатин, камеди растительного происхождения, пектины (яблочный, цитрусовый), агар-агар, патока и тому подобное [5]. Эти вещества вводят в рецептуры и они при выпекании связывают воду, оставляя ее в изделии. Пример 4 Каждый из нас сталкивался с необходимостью вымыть руки и мы знаем, что для этого необходимо, по крайней мере, два вещества – мыло и вода. Опыт говорит нам, что этот процесс проходит по-разному: иногда руки не удается отмыть с первой попытки, иногда возникает ощущение «перемытости». Попробуем проанализировать проблемы, возникающие при мытье рук. Рассматриваемая ТС состоит из мыла, воды, загрязнения и кожи. В надсистеме – человек и воздух. Рассмотрим поверхность руки. Руки, как и все тело человека, покрыто кожей – самым большим и сложным по устройству органом человека. Вес её доходит до 15 килограммов, а поверхность до 2 м2 [6]. Но главное – не это. Кожа человека – это первая линия обороны нашего организма против болезнетворной микрофлоры, окружающей нас. Эта защитная функция организма реализована природой с помощью так называемой «кислотной мантии» - кожа покрыта кожным салом, рН которого у здорового человека равен 3,8 - 5,6. Теперь понятно, что когда мы моем руки, мы, в первую очередь, смываем с поверхности кожи кожное сало с приставшими к его поверхности частичками загрязнений. Сформулируем физическое противоречие (ФП): При мытье рук мы должны удалить с поверхности кожи кожное сало с частичками загрязнений для того, чтобы руки были чистыми, и не должны удалять кожное сало с рук для того, чтобы организм не лишился защиты от болезнетворной микрофлоры. Чтобы разрешить это противоречие, надо ответить на вопрос – как обеспечить мытье рук, одновременно понизив степень удаления кожного сала? Дело в том, что наша кожа в верхних слоях представляет собой ороговевшие частички, склеенные жиром (липидами). Кожное сало при чрезмерном воздействии щелочных растворов полностью удаляется с поверхности кожи, щёлочь разрушает «жировой клей» и при этом повреждаются верхние слои кожи. По сути, требуется согласование частей технической системы – при недостатке мыла руки не удается тщательно вымыть, при его избытке руки «перемываются», то есть удаляется лишнее кожное сало и верхние частички кожи. Однако вернемся к химии мытья рук. Функция воды на первый взгляд очевидна – это перенос загрязнений от руки до, условно, раковины. Однако что делает мыло? И что это такое с химической точки зрения? Напомним, что предвестником мыла был щёлок, который получался при смешивании золы (ее всегда было в достатке – печи топили дровами) и воды. Получающийся раствор имел щелочную реакцию (откуда и название), им мылись и стирали бельё. Мыло научились получать (первоначально) из животных жиров и щёлока. Это был уже твёрдый продукт, которым пользоваться было безусловно удобнее, чем щелочным раствором. Итак, химически, мыло – это вещество, которое получается при взаимодействии щёлочи и жира, т.е. жирной (карбоновой) кислоты. Привычное нам твёрдое мыло – натриевые соли жирных кислот. При попадании в воду эти соли гидролизуются (так как образованы сильной щелочью и слабыми кислотами) и раствор становится щелочным – рН мыльных растворов равен 8-9 и выше. При этом изменяется еще один параметр воды – уменьшается поверхностное натяжение, что облегчает проникновение раствора в капиллярные зазоры на границе раздела фаз. Для нашего случая – это зазор между ороговевшими частичками кожи и кожным салом на ее поверхности. Все это пространное отступление нам требовалось для того, чтобы пояснить, что известное нам мыло – это прекурсор, функция которого при попадании в воду - образовать щёлочь, которая, взаимодействуя с кожным салом, будет способствовать переносу частичек кожного сала с загрязнениями на его поверхности в воду. Теперь мы можем переформулировать ФП в химических терминах, усилив его: Мыльный раствор должен быть крепким (сильно щелочным) для того, чтобы эффективно переносить в раствор загрязнённое кожное сало и не должен быть крепким для того, чтобы не удалять с поверхности кожи лишнее кожное сало и частички кожи. Решить это противоречие можно, применив раствор с регулируемой щелочностью – вначале высокой, затем с исчезающе малой. Воспользуемся Способом 1а: Модификация прекурсора. Давайте проанализируем проблему химически: Можно ли получить щелочной раствор, ничего не растворяя в воде? Можно ли вымыться водой без мыла? Нам не остается ничего другого, как дважды ответить утвердительно. Только воду надо модифицировать, преобразовав часть ее в новое вещество. Известно, что в процессе активации воды в электрохимической ячейке образуется два раствора: в катодной области – щелочной католит, в анодной – кислый анолит. Эти электролиты насыщены, в частности, ионами ОН – и Н 3 О + и высокоактивными радикалами и, в силу этого, термодинамически неравновесны [7 ]. Это значит, что их свойства изменяются во времени. По некоторым данным, католит в закрытой ёмкости нейтрализуется в течение 1 месяца. В случае контакта с внешней средой это время существенно меньше. Таким образом, используя вместо мыла и воды только жидкость из катодного пространства установки для электрохимической обработки, мы получаем водный электролит, обладающий моющими свойствами. Преимущество католита перед обычным мылом заключается в том, что его моющую способность можно регулировать, так как она зависит от параметров раствора, подающегося на установку и напряжения в разрядном промежутке. В ходе выполнения этого проекта в лаборатории ВНИИЖиров (г. Санкт- Петербург) были проведены исследования моющей способности католита, которые показали, что по этому параметру он сравним с туалетным мылом. Использование моющей способности католита, в частности, также запатентовано [8]. Пример 5 Обратим внимание на широко представленную на потребительском рынке жевательную резинку. Ее состав принципиально не менялся довольно давно и представляет собой эластичную основу (синтетический каучук, в который иногда добавляют натуральные смолы), подсластитель (сахар, либо его заменители), ароматизатор и какие-либо фунциональные добавки – например, отбеливающие, противокариесные, либо способствующие восстановлению зубной эмали. Проблемы производства и потребления связаны с тем, что основа жевательной резинки плохо удерживает в себе ароматизаторы. Ароматизаторы функционально должны иметь высокую летучесть, чтобы быстро обеспечивать требуемую интенсивность запаха. Однако это приводит к большим потерям на испарение в процессе производства, а во время жевания резинка быстро теряет вкус. Попробуем сформулировать ФП: Ароматизатор должен быть нелетучим для того, чтобы его потери в процессе производства были минимальными и ароматизатор должен быть летучим для того, чтобы потребитель почувствовал его аромат. Причины, обусловливающие это противоречие, связаны с природой вещества. Основа жевательной резинки представляет собой неполярное вещество, тогда как, например, ароматизаторы – полярны. В довершение ко всему, чтобы ароматизатор хорошо выполнял свою функцию, его летучесть должна быть высокой, то есть – химически – это должны быть небольшие подвижные молекулы и вещество должно иметь низкую температуру кипения. Эти обстоятельства и приводят к высоким потерям и недостаточной функциональности ароматизаторов. Обострим противоречие, переформулировав его в химических терминах: Ароматизатор должен быть неполярным веществом для того, чтобы хорошо удерживаться в основе жевательной резинки и должен быть полярным и слабо удерживаться в основе для того, чтобы потребитель хорошо чувствовал его аромат. Мы видим, что к молекуле одного и того же компонента ТС предъявляются прямо противоположные требования – быть полярной и неполярной. Воспользуемся Способом 1б: Добавление прекурсора. Задача, стоящая перед нами, может быть квалифицирована, как маскирующая. Надо скрыть полярную природу вещества, чтобы в момент создания ТС вещество выглядело, как неполярное, но в момент потребления оно стало полярным. В ходе выполнения консультационного проекта нами было предложено «спрятать» небольшие молекулы ароматизатора «внутри» модифицированной молекулы крахмала (циклодекстрина), которая имеет вид кольца [9,10]. Геометрические размеры полостей в молекулах α-, β- и γ-Циклодекстринов Во рту в процессе жевания жевательная резинка будет обработана ферментом амилазой (его много в слюне), который разрушит крахмал и молекулы ароматизатора будут освобождены. Таким образом, пока циклодекстрин не разложен, то есть, не обработан амилазой слюны, ароматизатор находится в полости молекулы и его летучесть низка (потери малы), а в процессе жевания ароматизатор постепенно высвобождается и жевательная резинка не теряет свой аромат быстро. Пример 6 Уже не одну сотню лет человечество пользуется преимуществами, которое дает простое силикатное стекло – инертный и прозрачный материал для посуды, упаковки и остекления в жилище. Все хорошо, вот только если бы это стекло не надо было мыть... Пока окна в домах имели открывающиеся рамы, никаких проблем с мытьем окон не было. Все изменилось, когда стали строить высотные дома и небоскребы. По соображениям безопасности эти окна нельзя было открывать и сразу возникла проблема – как обеспечить чистоту стекла снаружи? Конечно, можно очистить стекло из люльки, подвешенной на тросах, спущенных с крыши. Однако, когда высота здания, бывает, измеряется не одной сотней метров, это не так просто. Сформулируем ФП: В проеме окна стекло должно быть для того, чтобы обеспечить в помещении оптимальную освещенность и температуру и не должно быть стекла для того, чтобы из-за его загрязнения со временем светопропускание окна не уменьшалось. Обратимся к природе загрязнений, которые нас окружают. Рассмотрим только конденсированные среды, то есть не будем говорить о газах, хотя им тоже найдется работа. Загрязнения не могут перемещаться сами - им нужен носитель. В нашем случае носитель будет газообразным – это воздух. В первом приближении загрязнения могут быть разделены на две группы – неорганические (минеральные) и органические. В неорганику попадут мелкие частички пород и минералов, то есть – химически – неорганические соединения различных элементов, то, что выглядит как песок или пыль. С органическими соединениями сложнее, что естественно – их же больше, чем неорганических. В городской среде на небольшой высоте органика представлена, в частности, выбросами дизельных двигателей и состоит из капелек тяжёлых углеводородов: несгоревшего дизельного топлива и минерального масла. Органические капельки и минеральные частички переносятся воздухом и касаются поверхности стекол, однако закрепляются они на поверхности по- разному: минеральная частичка может быть удалена с поверхности, например, ветром, так как ее адгезия к поверхности низка. Органические капельки, наоборот, очень липкие, имеют низкий коэффициент поверхностного натяжения, хорошо удерживаются на стекле сами и могут удерживать минеральные частички. Таким образом, устойчивое загрязнение поверхности стекла может быть представлено, как двустадийный процесс. Вначале стекло покрывается тонким слоем органических загрязнений с высокой адгезией к стеклу, а затем к этому слою прилипают частички минеральной природы. Учитывая вышенаписанное, переадресуем и усилим ФП: Органические загрязнения из воздуха должны останавливаться поверхностью стекла для того, чтобы обеспечить чистый воздух в помещении, но не должны удерживаться на поверхности стекла для того, чтобы оно оставалось прозрачным. Чтобы решить противоречие, надо, в частности, либо модифицировать поверхность стекла, сделав так, чтобы органика не могла удержаться на ней, либо надо изменить свойства органических соединений, например, повысив их летучесть. Мы не будем рассматривать возможности иного воздействия на компоненты этой ТС. Обратим внимание в этом контексте на следующее свойства органики – чем меньше молекула, тем выше летучесть вещества. Значит, если уменьшить размер молекул органических загрязнений, их летучесть повысится вплоть до того, что при обычной температуре и в открытом пространстве они не смогут находиться в конденсированном виде длительное время. Следует повторить, что основным компонентом органических загрязнений в воздухе, обусловливающим загрязнение оконных стекол, мы считаем частицы несгоревшего минерального масла из двигателей внутреннего сгорания (в частности, дизелей). Перейдем к химической терминологии в противоречии: Длина цепи органических молекул масел в выбросах углеводородов из двигателей внутреннего сгорания должны быть маленькой для того, чтобы они не удерживались на поверхности стекла и должны быть большой для того, чтобы обеспечивать требуемые условия смазки для работы двигателей внутреннего сгорания. Следовательно, чтобы разрешить противоречие, надо ответить на вопрос – как из большой молекулы углеводорода сделать маленькую? Если принять во внимание, что молекулы углеводородов, о которых идет речь, в основном представляют собой линейные цепи из атомов углерода, то следует разорвать эту углеродную цепь. Ниже приведены структурные формулы углеводородов, один из которых считается эталоном дизельного топлива (гексадекан или цетан), а другой – эталоном для бензинового двигателя (октан) [11]. Легко увидеть, что молекула одного вещества ровно вдвое короче. Сравним их свойства: Следовательно, длина углеродной цепи радикально изменяет летучесть углеводорода, что позволит решить проблему. Очевидно, что для этого процесса нужна энергия. Откуда ее можно взять? В надсистеме есть ресурс, который трудно переоценить – свет. Свет – вот чистая энергия, надо только суметь воспользоваться ею. Применим Способ 1б: Добавление прекурсора Введем в нашу ТС прекурсор – двуокись титана. Известно, что это соединение катализирует фотохимические (то есть идущие на свету) реакции, например, окисления (читай – разложения) [12]. Таким образом, если нанести на поверхность стекла тонкую прозрачную пленку двуокиси титана, будут инициированы фотохимические реакции разложения органических веществ с образованием более летучих продуктов реакции, что, в свою очередь, приведет к уменьшению количества загрязнений на поверхности стекла и его самоочищению. Заключение Необходимость введения химических понятий/терминологии в процедуру формулирования и разрешения противоречий (в нашем случае - физического) продиктована уверенностью авторов в том, что специфичность химических задач требует понимания специфичности решений. Таким образом, предлагаемая к рассмотрению работа призвана помочь не- химику определить направление поиска решения в химической задаче, с учетом соблюдения законов природы, понимаемых в этой области на данный момент. Сравним уровни административного и технического противоречий – в первом случае мы можем сформулировать проблему, но не знаем, куда ее адресовать, во втором пытаемся анализировать проблему, но адресовать недостаток чаще можем только всей технической системе на верхнем уровне. Физическое противоречие позволяет прикоснуться уже к компоненту ТС, к параметру которого предъявляются взаимоисключающие требования. Однако процедура решения физического противоречия для химической задачи без осознания «химической компоненты» может выглядеть попыткой изобретения вечного двигателя для человека, не знакомого с термодинамикой. Представляется вполне логичным перейти на уровень анализа молекулярной природы вещества, где можно оперировать терминами: молекула, ион, химическая связь, полярность и тому подобное. Предлагаемая методика является первой попыткой авторов систематизировать подход к разрешению противоречий в химической области и, очевидно, даст повод для дальнейшей работы в этом направлении. Список литературы 1. Маркосов С.А., Волобуев Д.М., Егоянц П.А., «Химическое противоречие и способы его разрешения I: треугольник состава», М., Методолог, 2013г., 7с., http://www.metodolog.ru/node/1635 2. Маркосов С.А., Волобуев Д.М., Егоянц П.А., «Химическое противоречие и способы его разрешения II: модификация прекурсоров», М., Методолог, 2013г., 8с., http://www.metodolog.ru/node/1651 3. Михайлов В.А. Сборник химических задач по ТРИЗ. (2004) 4. http://www.chemport.ru/datenews.php?news=1832 (01.2013) 5. Булдаков А.С. Пищевые добавки. Справочник. 2-е изд. перераб. и доп. – М.: ДеЛи принт, 2003. - 436 с. 6. Строение и основные функции кожи человека. http://russianusa.tarima.org/skin-physiology.html 7. Голохваст К.С., и др. “Перспективы использования электрохимической активации растворов”, Вода: Химия и Экология №2, февраль 2011, с.23-30. 8. US Patent 8007654, Field et al., Electrochemically activated anolyte and catholyte liquid. 9. Rudrapatnam N. Tharanathan, “Starch - Value Addition by Modification”, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 45: 371 –384 (2005). 10. G. Astray at al., Factors controlling flavors binding constants to cyclodextrins and their applications in foods, Food Research International, 43 (2010), 1212 –1218 11. Гексадекан: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BD 12. Sakae Amemiya, “Titanium-Oxide Photocatalyst”, Three Bond Technical News, vol.62, January 1, 2004. |