что такое фундаментальная химия
«Фундаментальная и прикладная химия» (специалитет)
Фундаментальная и прикладная химия
Степень: Химик. Преподаватель химии
Наиболее распространенные экзамены при поступлении:
А также возможны экзаменационные испытания по биологии (на усмотрение вуза).
Существует несколько форм обучения: очная, очно-заочная, заочная.
Срок обучения составит 5 лет.
Описание специальности
Исследование химических процессов, выявление закономерностей их протекания, способы управления ими — это и есть области профессиональной деятельности студентов «фундаментальной и прикладной химии».
Основные виды профессиональной деятельности:
Предусмотрена учебная и химико-технологическая практика, которая проводится в лабораториях учебного заведения и на химических предприятиях.
Основная задача обучения — это формирование у студентов химического мышления, которое характеризуется знанием особенностей химической формы организации материи, умением ставить эксперименты, способностью определять взаимосвязи между химическими системами и пониманием условий их функционирования.
Изучаемые предметы
Специалисты изучают иностранный язык в течение четырех лет.
Дисциплин, направленных на изучение химии, достаточно много:
Также студенты изучают высокомолекулярные соединения.
Навыки и умения, приобретаемые в ходе подготовки
Выпускники способны использовать базовые знания, полученные в ходе обучения, в своей профессиональной деятельности. Специалисты хорошо знакомы с информатикой, имеют навыки использования программных средств, умеют создавать базы данных и использовать ресурсы глобальной сети.
Выпускники будут знать принципы работы современной научной аппаратуры и смогут ей пользоваться. Они будут владеть современными компьютерными технологиями, которые нужны для обработки результатов, полученных в ходе научных экспериментов. Научатся владеть синтетическим и аналитическим методами исследования.
Специалисты получат теоретическую базу данных в области экологической химии и будут готовы применять свои знания в различных сферах современной жизни. Они смогут оценивать экологические риски на предприятиях и анализировать экологическую ситуацию в целом.
Будущая профессия
Основные профессии — это химик и химик-технолог.
Выпускники способны заниматься научной деятельностью:
Можно стать прикладным специалистом: создавать новые материалы и химические технологии. Затем следить за их качеством, занимая при этом должность химика-технолога.
Специалисты могут применить свои знания и способности на косметическом, фармацевтическом и химическом производствах.
Также есть возможность построить свою карьеру в научно-исследовательской области.
Карьера и зарплаты выпускников специальности «Фундаментальная и прикладная химия» (04.05.01, специалитет) в России
средняя цена обучения (год)
Зарплаты выпускников после окончания специальности Фундаментальная и прикладная химия в вузах России
Средняя зарплата выпускников специальности в России: 26312 рублей/месяц.
Кем работать
Профессия выпускника зависит от того, выберет ли он для себя прикладное или научное направление деятельности после получения диплома.
Те, кто решат посвятить себя науке, смогут работать в НИИ и лабораториях. Кроме исследования веществ и изучения химических реакций специалисты могут заниматься преподавательской деятельностью в вузах, ССУЗах, общеобразовательных школах и учреждениях дополнительного образования.
Прикладные специальности, на которые могут претендовать выпускники:
Отрасли, в которых требуются химики, самые различные. Наиболее вероятно трудоустройство в компании, занимающиеся производством медикаментов, косметических препаратов, удобрений, бытовой химии, полимерных изделий и т.п. Но химические лаборатории есть и на пищевых предприятиях, и в нефтеперерабатывающей промышленности, и в металлургии. Поэтому проблем с трудоустройством у выпускников обычно не возникает.
Перспективы
Знания химии нужны во многих отраслях промышленности, поэтому выпускники имеют возможность выбирать направление по душе. Нередко будущая профессия связана со специализаций вуза и выбранным во время учебы направлением. Бывает, что студентов приглашают на работу организации, в которых они проходили практику.
В зависимости от размеров компании и штатного расписания возможен карьерный рост от рядового специалиста (лаборант, помощник технолога и т.п.) до старшего технолога, заведующего лабораторией, начальника отдела и других руководящих должностей. Можно сделать карьеру в науке или посвятить себя преподаванию.
Зарплатные перспективы зависят от отрасли. Хорошие оклады в нефтеперерабатывающей сфере, фармацевтической промышленности, косметологии, парфюмерии.
Карьера по специальности Фундаментальная и прикладная химия — вузы России
Очень важно понимать, что ваша карьера во многом зависит от вас. Итоговый результат зависит от того, как вы сможете применить свои знания. Если вы хотите посмотреть карьеры по другим специальностям, то перейдите в каталог специальностей России или посмотрите полный список профилей, а также загляните в каталог профессий.
Химия как фундаментальная наука
Современный этап в развитии химической технологии
студентка гр. 240100.62-01-11оп
ст. преп. Аксенчик К.В.
Химия как фундаментальная наука
— понятие волновой функции электрона как распределённого в пространстве и времени заряда и спина углового момента);
— принцип Паули, организующий электроны по энергетическим уровням и спиновым состояниям, «рассаживающий» электроны по их собственным орбиталям (волновым функциям);
— уравнение Шредингера как квантовый наследник уравнений классической механики.
Оценивая основные тенденции и уже имеющиеся результаты научно-технического развития химии можно говорить о том, что мир вступает в новую эволюционную фазу, которую можно назвать вторичной эволюцией, когда в противостоянии «технология – эволюция», влияние технологии начинает превалировать, радикально меняя и биосферу, и самого человека. Преображаются глубинные основы химической технологии. Во-первых, такая теория строения вещества в сочетании с моделирующими возможностями супер-ЭВМ позволяет точно прогнозировать свойства синтезируемого вещества и путь его синтеза.
— синтез новых, не существующих в природе, химических элементов;
— разработка метода полярографии;
— создание фундаментальной пограничной дисциплины — квантовой химии;
— расшифровка структуры (двойной спирали) дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК);
— 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;
— 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».
Я рассмотрю подробнее некоторые, более перспективные направления современной химии.
РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени Д.И. Менделеева
Mendeleev University of Chemical Technology
04.05.01 Фундаментальная и прикладная химия
Формы обучения : Очная
Сроки обучения : 5 лет
Выделенные места : Бюджетные и платные места
Скидки на обучение : На оплату обучения по данному направлению предоставляются скидки
проходной балл
прошлого года
стоимость обучения на 2021/2022 учебный год,
руб./год
Описание специальности
Особенностью подготовки по данной специальности является минимизация в учебном плане дисциплин технологического профиля и углубленное изучение химических дисциплин, а также большее количество часов, выделяемых на проведение научно-исследовательской работы. Это направление обучает профессионалов в областях лекарственных препаратов, биотехнологии и исследовании активных веществ, что очень востребовано в современном химико-технологическом мире.
Обращаем Ваше внимание, что зачисление ведется на специальность. Распределение по факультетам (институтам) ведется в соответствии с Положением о распределении абитуриентов, зачисленных на направления подготовки (специальности) по факультетам (институтам)
Похожие направления/специальности
18.05.01 Химическая технология энергонасыщенных материалов и изделий
18.05.02 Химическая технология материалов современной энергетики
Факультеты и профили, входящие в специальность
Факультет химико-фармацевтических технологий и биомедицинских препаратов
Факультет осуществляет подготовку специалистов широкого профиля для химической, биотехнологической и химико-фармацевтической отраслей экономики. Направления подготовки, реализуемые на факультете, включают освоение общего и специального разделов органической химии, а также технологии биологически активных органических веществ (БАВ), всех аспектов создания лекарственных препаратов, материалов медицинского назначения и косметических средств, начиная от разработки действующего вещества и заканчивая технологией производства готовых форм.
Научно-исследовательская работа студентов имеет междисциплинарный характер и ведётся на стыке химии, фармакологии, биохимии и физиологии человека, животных и растений, при этом значительное место занимают исследования по дизайну и синтезу новых соединений, изучению механизмов их действия. Работы выполняются как на кафедрах факультета, так и на базе ведущих институтов РАН с использованием широкого спектра методов анализа, вычислительной техники и биологического скрининга.
Наши выпускники работают в подразделениях практически всех мировых и российских фармпроизводителей, таких, как ROCHE, PFIZER, NOVARTIS, MERK, JOHNSON&JOHNSON, ФАРМСТАНДАРТ, МОСХИМФАРМПРЕПАРАТЫ, АКРИХИН, ФАРМСИНТЕЗ, SPLAT, BIOCAD и др., занимающихся разработкой, синтезом и производством БАВ, активных компонентов лекарственных средств, материалов медицинского назначения, готовых форм лекарственных препаратов и косметических средств. Кроме того, выпускники востребованы в качестве экспертов в аналитических лабораториях по контролю качества, а также в лабораториях Министерства обороны, правоохранительных и специальных органов России, осуществляющих исследования в области клинической фармакологии и токсикологии, судебно-химической экспертизы, наркологии и допинг-анализа. Молодые ученые факультета ХФТ ведут исследовательскую работу с учетом своих научных интересов и имеют возможность коммерциализации собственных идей и создания малых инновационных предприятий.
На факультете можно получить классическое химическое образование в рамках программы специалитета Фундаментальная и прикладная химия по специализации Медицинская химия.
Высший химический колледж Российской академии наук
В рамках данной специальности реализуется подготовка по специализации Органическая химия
Профиль «Органическая химия»
Абитуриенты, поступившие на ВХК РАН, обучаются в рамках специализации «Органическая химия». Однако, это не ограничивает студентов в выборе направленности их научной работы.
Особенностью подготовки по данной специальности является минимизация в учебном плане дисциплин технологического профиля и углубленное изучение химических дисциплин, а также большее количество часов, выделяемых на проведение научно-исследовательской работы.
Учебный план составлен таким образом, что дает студентам возможность выбора некоторых дисциплин (в частности, спецкурсов) в зависимости от сферы их научных интересов. С первых курсов студенты занимаются исследовательской работой, получают навыки и квалификацию, необходимую для самостоятельного ведения научной деятельности. Начиная со второго курса обучения, студентам выделяется один день в неделю для проведения обязательной научной работы.
В преподавании основных химических курсов участвуют профессора РХТУ имени Д.И. Менделеева и ведущие сотрудники институтов РАН, имеющие высокие рейтинги публикационной активности и цитируемости своих научных публикаций.
Профильные дисциплины
Кем я могу работать?
Где я могу работать?
Партнёры
Профиль «Медицинская химия»
В сегодняшнем выпуске радиожурнала речь пойдёт о химии – об исследованиях сугубо фундаментальных, не сулящих в ближайшем будущем конкретных выгод или бытовых удобств, и об исследованиях сугубо прикладных, способных облегчить нам повседневную жизнь, сделать её более комфортной и безопасной.
Учёные продолжают, в частности, погоню за всё более тяжёлыми элементами периодической системы Менделеева. В природе они не встречаются, поэтому исследователи пытаются синтезировать их искусственно. Атомы большинства этих элементов столь нестабильны, что практически мгновенно распадаются. Это чрезвычайно затрудняет доказательство самого факта успешного получения элемента, не говоря уже об изучении его свойств. В этом смысле элемент 112 может считаться исключением. На Первом Европейском химическом конгрессе, прошедшем в конце августа в Будапеште, группа швейцарских исследователей выступила с докладом об успешных опытах с этим не имеющим пока названия элементом. Профессор Бернского университета Хайнц Геггелер (Heinz Gäggeler) говорит:
Это весьма необычный элемент – нам впервые удалось изучить химические свойства элемента из группы сверхтяжёлых металлов.
Для получения сверхтяжёлых трансурановых элементов используются ядерные реакции, а для этого необходимы мощные ускорители частиц. Так, элемент 112 был впервые синтезирован в 1996-м году немецкими учёными, работающими на линейном ускорителе тяжёлых ионов в Дармштадте. Исследователи облучали мишень из свинца-208 ионами цинка-70. Полученные при этом атомы элемента 112 просуществовали лишь несколько десятых долей секунды – слишком мало для химических опытов. Теперь же российские учёные предложили иной путь. В Объединённом институте ядерных исследований в Дубне мишень было решено изготовить из плутония-242, а бомбардировать её ионами кальция-48. По словам профессора Геггелера, сама по себе идея вместо свинца и цинка использовать плутоний и кальций показалась ему поначалу не слишком продуктивной, поскольку такая пара должна была в процессе синтеза дать ещё более тяжёлый элемент с порядковым номером 114. Так, собственно, и произошло. Однако уже спустя полсекунды полученный изотоп претерпел альфа-распад и превратился в элемент 112. Мы были бы на седьмом небе от счастья, если бы могли таким методом получать новый элемент в макроколичествах, – говорит профессор Геггелер, – но это, конечно, чистая утопия:
К сожалению, при этом синтезе за весь период облучения мишени, которое продолжалось 2 месяца, нам удалось получить ровно 2 атома элемента 112. Причём период полураспада этого изотопа составил 4 секунды, по есть спустя 4 секунды один из 2-х полученных нами атомов снова распался.
Впрочем, этого времени всё же оказалось достаточно для проведения одного эксперимента, в ходе которого полученные атомы были перенесены струёй инертного газа в криогенную камеру, оборудованную сенсорами с золотым покрытием. Характер взаимодействия атомов элемента 112 с атомами золота позволил учёным ответить на вопрос, действительно ли новый сверхтяжёлый элемент обладает теми свойствами, которые вытекают из его положения в периодической таблице. Ведь там он находится в той же группе, что и ртуть, а значит, должен проявлять сходные химические свойства – в частности, прочно соединяться с золотом. Между тем, некоторые учёные выражали сомнения на сей счёт, – говорит профессор Геггелер:
Существуют теоретические прогнозы химиков, согласно которым элемент 112 – в силу так называемых релятивистских эффектов, вытекающих из теории относительности Эйнштейна, – должен вести себя как инертный газ. Одна из главных целей эксперимента и состояла в том, чтобы проверить, насколько верен этот прогноз. Мы убедились в том, что этот экстремальный прогноз не имеет ничего общего с действительностью.
Тем не менее, релятивистские эффекты всё же имеют место, и именно ими объясняются отклонения от строгой периодичности в системе элементов. В области сверхтяжёлых трансурановых элементов эти эффекты проявляются всё чаще, так что для элементов с порядковым номером выше некоторого – пока науке неизвестного – числа тот самый принцип, на котором построена таблица Менделеева, окажется уже недействительным. Профессор Геггелер поясняет:
Вопрос в том, где та точка, за которой элементы уже не будут подчиняться периодическому закону. В известной мере мы как раз и ищем тот ключевой элемент, который ознаменует собой этот перелом.
А теперь от этих высоких материй перейдём к более приземлённым вещам. Химики и материаловеды давно присматриваются к биологическим волокнам, натуральным нитям, производимым некоторыми животными – прежде всего, насекомыми и пауками. Но если шёлк – продукт, выделяемый гусеницами бабочек-шелкопрядов, – люди начали использовать в 3-м тысячелетии до нашей эры, то паутина, выделяемая пауками и паутинными клещами, применения до сих пор не нашла. Что, конечно, очень странно, – говорит профессор Дейвид Каплан (David Kaplan), заведующий кафедрой биомедицинского инжиниринга университета Тафтса в Медфорде, штат Массачусетс:
Паутинная нить пауков-кругопрядов считается одним из самых прочных волокон в природе. По механическим свойствам она не уступает лучшим из искусственно синтезированных волокон, включая и такие материалы как «кевлар» или «спектра».
Между тем, это те волокна, из которых сегодня изготовляются бронежилеты. Поэтому профессор Каплан и его коллеги решили искусственно синтезировать новое высокопрочное волокно, взяв за образец паутинную нить обитающего в США золотого паука-ткача (Nephila clavipes). Однако поскольку производство осуществляется методами генной инженерии в биореакторах, учёным удалось заставить трансгенные бактерии производить молекулы модифицированного паутинного белка со встроенным в них дополнительным белковым фрагментом – пептидом R5, позаимствованным у одного из видов диатомовых водорослей (Cylindrotheca fusiformis). Эти водоросли представляют собой одноклеточные организмы, заключённые в твёрдую оболочку из двуокиси кремния – вещества, используемого в качестве сырья для получения кварцевого стекла. Профессор Каплан поясняет:
Мы хотели улучшить свойства паутинной нити – в этом состояла главная идея. В результате нам удалось создать композитный материал, в котором белковое волокно упрочнено минеральными компонентами.
Исследование такого композита под электронным микроскопом показало, что двуокись кремния образует некую наноструктуру из бусинок наподобие грозди винограда, висящей на белковых волокнах. Разработчики особо подчёркивают, что в этом материале им удалось реализовать более гомогенное распределение частиц, чем это было бы возможно при обычном перемешивании компонентов в растворе. Продукт этой необычной гибридизации профессор Каплан намерен использовать в трансплантологии – прежде всего, для изготовления костных имплантатов. Так что выбор двуокиси кремния не случаен: ведь соединения, относящиеся к классу так называемых биоактивных стёкол, стимулируют деление клеток костной ткани в организме человека. То есть имплантат из материала, созданного профессором Капланом, не только гораздо прочнее аналогов, но и способствует регенерации костной ткани. Кроме того, метод получения такого материала – в отличие от технологии производства того же «кевлара» – не причиняет ущерба окружающей среде: вместо органических растворителей используется вода, реакция идёт при комнатной температуре. Сегодня учёные во главе с профессором Капланом работают над тем, чтобы создать гибриды гена, кодирующего паутинный белок, с генами, кодирующими белки, осуществляющие захват из растворов других минеральных компонентов. А завершим мы сегодняшний разговор на химические темы рассказом о сугубо прикладном исследовании. Группа научных сотрудников факультета химии и биохимии университета Южного Иллинойса в Карбондейле во главе с профессором Бакулом Дейвом (Bakul Dave) задалась целью улучшить один из видов изделий так называемой «бытовой химии», а именно – чистящие и моющие средства. Как известно, одним из важнейших компонентов жидких стиральных средств являются ферменты. Главное достоинство этих биокатализаторов – в том, что они обеспечивают высокое качество стирки, а главный недостаток – в том, что со временем они теряют эффективность, причём происходит это весьма быстро. Именно с этим недостатком современных моющих средств и решили покончить американские исследователи. Но поскольку ассортимент ферментных добавок весьма широк – одни удаляют жиры, другие – белки, третьи – крахмал и так далее, – учёные поначалу остановили свой выбор лишь на одной категории ферментов. Профессор Дейв говорит:
Эти ферменты относятся к классу протеаз. Они получили довольно широкое распространение в производстве моющих средств благодаря своей способности расщеплять белковые молекулы, разрезать их на мелкие фрагменты. Это и позволяет им удалять с белья пятна белкового происхождения.
Ферменты не ядовиты и легко поддаются биологическому расщеплению, что само по себе хорошо, однако у этой медали есть и обратная сторона: воздействие света, высоких температур или химических реактивов негативно отражается на эффективности ферментов. Скажем, содержащиеся в моющих средствах тензиды – растворители жиров, входящие и в состав обычного мыла, – могут полностью нейтрализовать ферменты. Конечно, это происходит не мгновенно, но уже через несколько месяцев снижение активности моющего средства становится заметно. Чтобы затормозить этот процесс, профессор Дейв разработал особый материал, внешне напоминающий стекло, но обладающий множеством мельчайших пор. Эта стеклоподобная губка способна вбирать в себя молекулы ферментов и этим защищать их от вредного воздействия внешней среды. Учёный поясняет:
Поскольку ферменты заключены в поры, агрессивные компоненты стирального порошка не так легко добираются до них. Кроме того, поры ещё и механически стабилизируют молекулы ферментов. Дело в том, что нейтрализация любого фермента связана с изменением пространственной структуры его молекулы: ведь ферменты по своей химической природе – белки, и их функции зависят не только от того, какие аминокислоты и в какой последовательности входят в состав их молекул, но и от пространственной структуры этих молекул. Поры нашего стеклоподобного материала столь тесны, что удерживают молекулы ферментов в свёрнутом состоянии, и это их стабилизирует.
Предполагается, что разработанный американскими учёными материал будет выпускаться в виде мелкодисперсного порошка, «заряженного» ферментами, и добавляться в жидкие моющие средства. Лабораторные эксперименты показали, что молекулы ферментов, заключённые в микропоры этого стеклоподобного материала, при температуре до 80-ти градусов Цельсия сохраняли активность на протяжении целого часа. Тот же фермент, не защищённый чудо-материалом, полностью терял свои моющие свойства уже через 15 минут. Таковы результаты эксплуатационных испытаний. Что же касается повышения допустимых сроков складирования и хранения стиральных средств, содержащих ферменты, то на этот вопрос призваны были дать ответ долгосрочные эксперименты, проводимые в реальном времени. Профессор Дейв говорит:
Максимальный срок, который мы испробовали, составил полтора года. Так что мы можем с полным основанием утверждать, что, по меньшей мере, в течение полутора лет ферменты сохраняют свою стабильность. Но мы полагаем, что это далеко не предел и что при комнатных температурах моющие средства с добавками нашего порошка могут храниться очень-очень долго.
Впрочем, обеспечение стабильности ферментов – это ещё не всё. Главное – чтобы в нужный момент эти ферменты выполнили предназначенную им функцию. Иными словами, микропористые стеклоподобные губки должны обладать способностью вовремя отдать молекулы ферментов в раствор. Это достигается за счёт того, что новый материал самостоятельно реагирует на изменение внешних условий – в данном конкретном случае, на наличие – а вернее, на концентрацию, – воды в окружающей среде. Пока моющее средство представляет собой неразбавленный концентрат, то есть в условиях относительно низкого содержания воды, поры стеклогубки остаются столь узкими, что молекулы фермента не могут их покинуть, – поясняет профессор Дейв:
Но когда мы начинаем растворять стиральный порошок, вода проникает в наш стекломатериал, и тот набухает, что приводит к увеличению размера пор. В результате фермент уходит в раствор. Но это, повторяю, происходит только при наличии достаточного количества воды. В концентрированном состоянии наше моющее средство ферменты не выделяет.
Для производства такой набухающей микропористой стеклогубки химики из Иллинойса использовали так называемый «золь-гель процесс». Речь идёт об особой технологии получения материалов с определёнными химическими и физико-механическими свойствами, в ходе которой образуется золь с его последующим переводом в гель. Тут, видимо, следует напомнить, что золи и гели, или коллоиды, – это дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой, в которых размеры частиц дисперсной фазы – так называемых мицелл – не превышают одной десятой миллиметра. При этом в золях частицы равномерно заполняют весь объём и свободно и независимо участвуют в броуновском движении, а в гелях – частицы образуют некую пространственную структуру. Соответственно, типичные золи – это водные растворы биополимеров, латексы, а типичные гели – это студенистые тела вроде желатинового студня, способные сохранять форму и обладающие прочностью, упругостью и пластичностью. Золь-гель процесс позволяет, например, синтезировать стекло при комнатной температуре – правда, в данном случае речь идёт не об обычном кварцевом стекле. Чтобы материал лучше набухал, исследователи ввели в его состав ещё один компонент, изрядно напоминающий силикон или каучук. Микропористая стеклогубка американских химиков сочетает свойства обоих материалов, – говорит профессор Дейв:
Это что-то среднее между стеклом и резиной. Не столь гибкое и эластичное, как резина, но и не столь твёрдое и хрупкое, как стекло. Как я и сказал, именно что-то среднее.
Профессор Дейв надеется, что ему удастся, слегка видоизменив набухающий стекломатериал, приспособить его и для других сфер применения – например, для включения в средства ухода за кожей. По расчётам учёного, это повысит эффективность таких средств.