ЗАДАЧІ

ХХVII Всеукраїнського Турніру Юних Хіміків

(2019/2020 навчальний рік)

 

1. «Умови зберігання». Деякі речовини можна зберігати лише у розчиненому вигляді, інші – виключно у чистому. Наведіть не менше двох принципово різних прикладів як органічних, так і неорганічних речовин кожного зі згаданих типів. Поясніть причини такої їх поведінки. Як, виходячи із формули речовини, передбачити оптимальні умови для її зберігання?
2. «Непланарна ароматика». Згідно із загальновизнаними критеріями, однією з обов’язкових умов утворення ароматичної системи є її плоска форма. Поясніть існування непланарних ароматичних сполук. Оцініть максимальну кривизну, за якої молекула залишається ароматичною. Опишіть вплив непланарності на фізико-хімічні властивості ароматичних сполук. Розгляньте можливі стратегії, що дозволяють створювати такі молекули.
3. «Кавова гуща». Вже давно у місцях масового скупчення людей з’явились кавові машини, а баристи пропонують усім охочим випити ароматний напій. У результаті їх діяльності наприкінці робочого дня накопичуються кілограми кавової гущі. Запропонуйте хімічний спосіб утилізації цих харчових відходів із метою отримання максимальної кількості корисних речовин.
4. «Зафарбований, але не зламаний». Вранці мешканці будинку зафарбували зроблений уночі напис «ТЮХ Forever». Проходячи біля того ж місця ввечері, вони дуже здивувалися, що старий напис проступив крізь білила. Якими хімічними речовинами, яким методом та на якій поверхні було зроблено напис? Як довго він зберігатиметься? Запропонуйте білила, які допоможуть надійно його зафарбувати.
5. «Антизамерзайка». Скляне лабораторне обладнання для роботи за низьких температур (посудини Дьюара, кріогенні пастки) часто обмерзає ззовні, що ускладнює спостереження за процесами, які відбуваються всередині. Сформулюйте критерії, яким має відповідати хімічний спосіб усунення цієї проблеми, та запропонуйте його.
6. «Хімічний троль». Є речовини – «хімічні тролі» (бо нагадують Інтернет-тролів), наявність навіть слідових кількостей яких суттєво впливає на перебіг (напрямок, швидкість, рівновагу тощо) певних хімічних реакцій. Які «хімічні тролі» «найтовстіші»? Які типи реакцій найбільш чутливі до них? Запропонуйте методи боротьби з «хімічними тролями» та оцініть їх ефективність.
7. «Гудіні». Нас оточують полімери. І віруси. Розміри вірусів вимірюються десятками нанометрів. Розміри найменших – парвовірусів – становлять близько 20 нм. Від чого залежить проникність полімерного матеріалу для вірусів та чи можливо зробити еластичний полімерний матеріал, крізь який не проходитиме жоден із відомих вірусів? Що впливає на розмір пор у полімерному матеріалі? Якого найменшого діаметру пори можна досягнути при виготовленні матеріалу з поліетилену, латексу, поліуретану та полінітрилу? Наведіть мінімальну товщину, за якої ці матеріали вважатимуться вірусонепроникними. Чи може працівник вірусологічної лабораторії почувати себе у безпеці, користуючись полімерними рукавичками?
8. «Привіт, Ілон Маск!». Електрокари набувають усе більшої популярності як екологічніший замінник автомобілів, що працюють на двигунах внутрішнього згоряння. Порівняйте екологічну небезпеку, яку несуть обидва типи авто після закінчення строку їх служби. Запропонуйте технологію максимально нешкідливої для довкілля утилізації електрокарів.
9. «Немає нічого вічного». Неймовірно, але колір візерунків на грецьких амфорах залишається таким же насиченим упродовж тисячоліть, а у фрагментах пір’я динозаврів можна знайти неушкоджені пігменти. Які властивості забарвлених речовин визначають їхню довговічність? Порівняйте органічні та неорганічні пігменти/барвники різних типів за цим критерієм. Чи існує зв’язок між кольором та стійкістю серед однотипних речовин? Якими мають бути «вічні» носії кольору? Запропонуйте способи запобігання вицвітанню зображень.
10. «Захист для Валеріана». Запропонуйте склад в’язкої суміші, що здатна миттєво застигати при контакті з повітрям і при цьому залишатися проникною для нього. Проаналізуйте можливі галузі застосування такої суміші.
11. «Очистка». Дешевий водень для водневих паливних елементів можна отримати нагріванням будь-яких органічних відходів, наприклад деревини або полімерів, із водяною парою за високих температур (близько 1000 °С). При цьому газова суміш на основі водню міститиме інші компоненти, зокрема карбон(ІІ) оксид, який навіть у малих кількостях є отрутою для каталізаторів паливних елементів. Запропонуйте найбільш ефективний і економічно вигідний спосіб очистки такої газової суміші від СО та інших шкідливих домішок.
12. «Міцні вузли». Запропонуйте речовину або їх суміш, що може бути нанесена на поверхню шнурків чи мотузки з метою збільшення тертя і запобігання самочинному розв’язуванню вузлів. При цьому поверхні не мають склеюватися, а склад мусить бути безпечним для людини і довкілля, мати тривалу дію і не залишати слідів на руках та одязі.
13. «Superpower». Можливість здійснення багатьох органічних реакцій обмежується низькою нуклео- або електрофільністю реагентів. Запропонуйте способи підсилення цих властивостей із метою одержання «супернуклеофільних» та «суперелектрофільних» реагентів. Які неможливі до цього реакції можна реалізувати за їх участі?
14. «Перманентний маркер». Напис, зроблений перманентним маркером, через невеликий проміжок часу можна легко видалити з поверхні органічним розчинником. Проте після тривалішого інтервалу часу завдання суттєво ускладнюється. Чи спостерігається таке явище на скляній, керамічній та пластиковій поверхнях? Поясніть чому. Виходячи зі своїх пояснень, запропонуйте не менше двох хімічних способів видалення слідів маркера із цих поверхонь без їх пошкодження. Чи можливо це здійснити у побутових умовах?
15. Експериментальна задача (http://tyc.com.ua/exp)

«Хімічна розмальовка». Останнім часом набули популярності полотна-розмальовки, які потрібно розфарбувати відповідно до цифрового позначення кольорів. Спробуйте створити подібне «хімічне полотно», яке можна було б проявити обробкою всієї його поверхні мінімальною кількістю реагентів із отриманням максимальної кількості різних кольорів. Опишіть проблеми, що виникатимуть при виготовленні та використанні вашої розмальовки.

Автори: В. С. Барановський, О. А. Бєда, А. О. Дорошенко, М. С. Каліберда, Д. А. Кваша,
В. Є. Крижановський, О. Ю. Ляпунов, А. О. Осипенко, А. В. Розенфельд, М. А. Чайковська

Задачі фінального бою ХХVII Всеукраїнського Турніру Юних Хіміків

1. «Селективність». У результаті деяких хімічних реакцій утворюються суміші сполук, які практично неможливо розділити. Наведіть принципово різні приклади таких хімічних перетворень та поясніть причину складності розділення. Запропонуйте для кожного перетворення речовини, додавання яких у незначній кількості призведе до селективного утворення бажаного продукту.
2. «Череп». Запропонуйте матеріал для виготовлення фрагментів штучних кісток методом порошкового друку. Отримані вироби мають розсмоктуватись із поступовою заміною на природну кісткову тканину.
3. «Сузукі». Цього року реакції Сузукі виповнюється 40 років. Найчастіше ця реакція проводиться у полярних органічних розчинниках та за наявності паладієвого каталізатора. Запропонуйте модифікацію реакції Сузукі і метод синтезу вихідних речовин, які відповідатимуть вимогам «зеленої хімії». Як дана модифікація обмежує коло речовин, що можуть бути використані у цій реакції?
4. «Перли чи перли». При виготовленні ювелірних виробів дедалі частіше використовують штучні коштовності, а натуральні перли – все рідше через їхню ціну. Запропонуйте метод створення дешевих штучних перлів, заснований на хімічних процесах.

Автори комплекту задач фінального бою: Бухтіяров В. К., Кваша Д. А., Коломієць О. В., Чорна А. В., Авраменко М. М., Свириденко М. С., Осипенко А. О., Соломатін О. Б., Крижановський В. Є.

Завантажити у форматі PDF