ЗАДАЧІ
ХVI Всеукраїнського Турніру Юних Хіміків
(2008/2009 навч. рік)

1. «Поетом можеш ти не бути…». Серед творів світового образотворчого мистецтва підберіть картини, сюжет яких найбільш повно відповідає фундаментальним поняттям в науці, таким як синтез, каталіз, концентрація, валентність, ентропія тощо. Обґрунтуйте свій вибір.
2. «Солодощі». Чим з хімічної точки зору пояснюється солодкість речовин? Які речовини здатні спричиняти відчуття солодкості, і за рахунок яких структурних особливостей? Які з існуючих речовин мають максимально солодкий смак у розрахунку на 1 моль речовини?
3. «рН». Шкала рН від 0 до 14 існує тільки для водних розчинів речовин. Обговоріть можливість існування шкали рН більш вузької або більш широкої ніж та, що згадана. Як змінюються кислотно-основні властивості речовин в інших, неводних розчинниках.
4. «Архімед». З часів Архімеда знання властивостей речовин використовується для підробки коштовностей. Опишіть відомі вам способи імітації коштовних металів і каміння та запропонуйте методи їх виявлення хімічними методами.
5. «Алкалоїди». Розгляньте залежність біологічної активності алкалоїдів від структури їхніх молекул. Які структурні особливості цих сполук надають їм високої біологічної активності та можливості певним чином впливати на тваринні організми?
6. «Етери». Етери широко використовуються як розчинники. Однак при тривалому зберіганні в них накопичуються пероксиди, котрі можуть спричинити вибух, що утруднює їх використання. Запропонуйте метод виявлення пероксидів в етерах і спосіб зберігання безводного тетрагідрофурану без використання інертної атмосфери, щоб він був готовим до негайного використання без попередньої очистки.
7. «Теоретичний вихід». Обговоріть можливість оцінки виходу продукту реакції від теоретично можливого без проведення експерименту. Виходячи із запропонованої вами методики, оцініть теоретичний вихід продуктів нітрування різних ксилолів нітруючою сумішшю і порівняйте свої висновки з експериментальними даними.
8. «Селективність». Запропонуйте структурну формулу органічної речовини А, яка при дії на неї суміші речовин Б і В реагувала б тільки з речовиною Б, а при дії зовнішнього збудника хімічної або фізичної природи оборотно змінювалась таким чином, щоб реагувала тільки з речовиною В. Запропонуйте області застосування такої речовини А.
9. «Розчинність». Оцініть розчинність представленого ряду сполук в різних розчинниках і при різних значеннях n. Обговоріть зміну конформації сполук цього ряду в різних розчинниках і при різному значенні кислотності середовища. Яким чином буде впливати на їх розчинність кислотність середовища?

10. «Харчові чорнила». Часто продукти харчування стають непридатними для їжі унаслідок дії кисню або розвитку гнильних бактерій. Запропонуйте суміш або речовину, якою можна маркувати безпосередньо продукти харчування і за її допомогою визначати герметичність упакування продуктів або їх придатність до вживання.
11. «Полімер». Для проведення реакції полімеризації часто використовують ініціатори. За високої концентрації ініціатора в реакторі полімерний ланцюг часто обривається, і ступінь полімеризації виходить занадто низьким. При низькому вмісті ініціатора процес полімеризації зовсім не починається. Запропонуйте теоретичні і практичні способи визначення концентрації ініціатора полімеризації для одержання молекул полімерів або сополімерів з необхідною довжиною ланцюга. Розгляньте ваші пропозиції на прикладі конкретного полімеру.
12. «Світлофільтр». Запропонуйте принципову схему приладу, що використовує хімічні процеси для визначення спектрального складу випромінювання. Який діапазон електромагнітного випромінювання може охопити такий прилад? Запропонуйте, для яких цілей можна його використовувати.
13. «Суператом». Відомо, що наночастинки – кластери з декількох атомів відомих хімічних елементів – можуть поводитись в хімічних взаємодіях, як один атом зовсім іншого елемента. Наприклад, кластер з 14 атомів Алюмінію виявляє таки самі хімічні властивості, як один атом Магнію, а властивості кластерів Al₁₃ виявились подібними до властивостей атомів галогенів. Запропонуйте обґрунтування цим фактам і спрогнозуйте «суператоми» деяких інших елементів.
14. «Хімічне джерело світла». Опишіть, яким чином енергія, що виділяється в ході хімічних реакцій, перетворюється у випромінювання у видимій області спектру. Обговоріть питання про можливість перетворення у видиме випромінювання максимальної кількості енергії, що утворюється у результаті будь-якої можливої реакції. Як при цьому можна варіювати довжину хвилі і інтенсивність випромінювання?
15. «Молекулярний замок». В останні роки в науці поширеною є ідея створення так званих «молекулярних замків», в яких у присутності певної речовини з’являється аналітичний сигнал від іншої речовини у запропонованій системі. Запропонуйте «молекулярні замки», що дозволяють отримати аналітичний сигнал від найбільш поширених молекул-канцерогенів. Обговоріть їх чутливість і можливість застосування.

Автори: Воропаєв В. О., Григорович О. В., Дзюба Д. О., Желтвай І. І., Каліберда М. С., Курилишин І. М., Ляпунов О. Ю, Савка Р. Д., Шаламов Р. В.

Задачи финального боя XVI Всеукраинского турнира юных химиков

1. «Йонний сенсор». Існує багато речовин-барвників, які при зв’язуванні з катіонами змінюють свій колір. Поясніть причини зміни кольору речовин при координуванні катіонів. Поясніть закономірності зміни кольору у реакціях комплексоутворення органічних барвників. Запропонуйте хімічні формули речовин, які при зв’язуванні одних і тих самих йонів могли б мати зсув довгохвильової смуги поглинання у різних напрямках.

2. «Молекулярні машини». Запропонуйте і обґрунтуйте спосіб, який дозволяє створення механічних пристроїв молекулярного розміру, що здатні здійснювати заздалегідь заплановані механічні рухи. На основі яких процесів і взаємодій працюють такі машини? Запропонуйте спосіб керування і контролю цих машин.

3. «Рецепт від Бурди». Прогрійте (прокаліть) на соняшникову олію, обсмажте у ній рис до скловидного стану, додайте спеції: коріандр, корицю, гвоздику, барбарис і 2-3 зубчика часнику. Посоліть, поперчіть, додайте дрібно нарізані сухофрукти, залийте водою і прокип’ятіть на малому вогні». Перекладіть цей рецепт мовою хімії. Які хімічні процеси відбуваються під час приготування такої страви? Обґрунтуйте можливість вживання такої страви.

4. «НЕорганіка». Поняттями ароматичність, електрофільне заміщення, хіральність, конфомер, циклоприєднання, регіоселективність широко оперує органічна хімія. Доведіть або спростуйте думку, що ці поняття без виключення можна застосовувати і для неорганічних речовин.

5. «Ідеальний світ». Обговоріть питання, чи змінилися б і яким чином значення фізичних констант і закономірності протікання хімічних процесів, якщо б усі без виключення суміші, гази і речовини були ідеальними.

6. «Від філософського каменя до наноструктур». Зобразіть «лінію часу», що відображає послідовність взаємопов’язаних наукових відкриттів, що привели вчених від первісних хімічних знань до здатності синтезувати, аналізувати і використовувати наноструктурні об’єкти. Прокоментуйте причинно-наслідкові зв’язки між обраними Вами відкриттями і запропонуйте найкоротший шлях від «філософського каменя» до наноструктур.

7. «Суперреагент». Наведіть формулу хоча б однієї речовини, яка здатна вступати у принципово різні типи взаємодій із іншими сполуками.

 

Автори: Григорович О. В., Дорошенко А. О., Зільберман А. А., Пивоваренко В. Г., Проц Д. І., Пустовойченко М. М., Савка Р. Д., Свєчкарьов Д. А.