rumah » Pakaian musim semi » Teknologi modern dalam komunikasi kimia. Materi baru dalam kimia dan kemungkinan penerapannya

Teknologi modern dalam komunikasi kimia. Materi baru dalam kimia dan kemungkinan penerapannya

Setiap guru ingin mata pelajarannya dapat membangkitkan minat yang mendalam di kalangan anak sekolah, sehingga siswa tidak hanya dapat menulis rumus kimia dan persamaan reaksi, tetapi juga memahami gambaran kimia dunia, mampu berpikir logis, sehingga setiap pembelajaran adalah hari libur, a pertunjukan kecil yang membawa kegembiraan bagi siswa dan guru. Kita terbiasa dengan kenyataan bahwa selama pelajaran guru berbicara, dan siswa mendengarkan dan belajar. Mendengarkan informasi yang sudah jadi adalah salah satu cara belajar yang paling tidak efektif. Pengetahuan tidak dapat ditransfer dari kepala ke kepala secara mekanis (didengar – dipelajari). Banyak orang berpikir bahwa mereka hanya perlu memaksa siswanya untuk mendengarkan dan segalanya akan segera membaik. Namun, siswa, seperti orang lain, diberkahi dengan keinginan bebas, yang tidak dapat diabaikan. Oleh karena itu, tidak mungkin melanggar hukum alam ini dan menundukkan mereka bahkan untuk tujuan yang baik. Hasil yang diinginkan tidak dapat dicapai dengan cara ini.

Oleh karena itu perlu menjadikan siswa sebagai peserta aktif dalam proses pendidikan. Seorang siswa hanya dapat mempelajari informasi melalui aktivitasnya sendiri jika ia tertarik pada mata pelajaran tersebut. Oleh karena itu, guru perlu melupakan peran sebagai informan, ia harus berperan sebagai pengatur aktivitas kognitif siswa.

Kita dapat membedakan berbagai jenis kegiatan siswa untuk menguasai materi baru: materi, material, dan intelektual. Aktivitas material dipahami sebagai aktivitas dengan objek kajian. Dalam ilmu kimia, benda tersebut adalah zat, yaitu Kegiatan materi dalam pembelajaran kimia adalah melakukan eksperimen. Eksperimen dapat dilakukan oleh siswa atau didemonstrasikan oleh guru.

Kegiatan yang diwujudkan adalah kegiatan dengan model materi, rumus, tabel, digital, materi grafik, dll. Dalam kimia, ini adalah aktivitas dengan model material molekul, kisi kristal, rumus kimia, memecahkan masalah kimia, membandingkan besaran fisika yang menjadi ciri zat yang dipelajari. Setiap aktivitas eksternal (aktivitas tangan) tercermin di otak, mis. masuk ke bidang internal, ke dalam aktivitas intelektual. Dengan melakukan eksperimen, menyusun rumus dan persamaan kimia, membandingkan materi digital, siswa menarik kesimpulan, mensistematisasikan fakta, menjalin hubungan tertentu, menarik analogi, dan lain-lain.

Jadi, guru harus mengatur segala jenis kegiatan pendidikan dan kognitif siswa dalam pembelajaran. Aktivitas pendidikan dan kognitif siswa harus sesuai dengan materi pendidikan yang harus dipelajari. Sebagai hasil dari kegiatannya, siswa perlu secara mandiri mengambil suatu kesimpulan, sehingga ia menciptakan pengetahuan untuk dirinya sendiri.

Prinsip didaktik yang paling penting adalah prinsip penciptaan pengetahuan secara mandiri, yang terletak pada kenyataan bahwa pengetahuan tidak diperoleh siswa dalam bentuk yang sudah jadi, tetapi diciptakan olehnya sebagai hasil aktivitas kognitif tertentu yang diselenggarakan oleh siswa. guru.

Penemuan mandiri oleh seorang siswa atas sedikit pun pengetahuan memberinya kesenangan besar, memungkinkan dia merasakan kemampuannya, dan mengangkatnya di matanya sendiri. Siswa menegaskan dirinya sebagai individu. Siswa menyimpan rangkaian emosi positif ini dalam ingatannya dan berusaha untuk mengalaminya lagi dan lagi. Ini adalah bagaimana minat muncul tidak hanya pada subjeknya, tetapi pada apa yang lebih berharga - dalam proses kognisi itu sendiri - minat kognitif. Berbagai jenis teknologi berkontribusi terhadap pengembangan minat kognitif dan kreatif siswa: teknologi komputer, teknologi pembelajaran berbasis masalah dan penelitian, teknologi pembelajaran berbasis permainan, dan penggunaan tes.

1. Teknologi komputer

Penggunaan teknologi komputer dan multimedia memberikan hasil yang positif ketika menjelaskan materi baru, mensimulasikan berbagai situasi, mengumpulkan informasi yang diperlukan, menilai keterampilan belajar, dll, dan juga memungkinkan untuk mempraktikkan metode pengajaran seperti: permainan bisnis, masalah- latihan penyelesaian, presentasi, dan lainnya. Teknologi komputer memungkinkan adanya sejumlah informasi yang tidak dimiliki oleh guru yang mengandalkan metode pengajaran tradisional. Program pelatihan multimedia menggunakan animasi dan suara, yang dengan mempengaruhi beberapa saluran informasi pelajar sekaligus, meningkatkan persepsi dan memfasilitasi asimilasi dan menghafal materi. Dalam pelajaran saya, saya menggunakan berbagai program dalam CD yang membantu saya menjelaskan topik baru atau mengulangi topik lama, mengkonsolidasikan dan mensistematisasikan pengetahuan yang diperoleh. Contoh satu pelajaran. Topik: “Subkelompok oksigen, karakteristik. Mendapatkan oksigen." Selama pembelajaran, proyektor multimedia digunakan, di mana eksperimen ditampilkan di layar yang tidak mungkin dilakukan di laboratorium sekolah. Beberapa tabel juga dirancang di layar. Anak diminta menganalisis, membandingkan dan menarik kesimpulan. Dari penjelasan di atas, kita sampai pada kesimpulan bahwa teknologi komputer meningkatkan tingkat pembelajaran dan membangkitkan minat siswa terhadap mata pelajaran.

2. Teknologi pembelajaran berbasis masalah

Teknologi pembelajaran berbasis masalah melibatkan penciptaan, di bawah bimbingan seorang guru, situasi masalah dan aktivitas mandiri aktif siswa untuk menyelesaikannya, sebagai akibatnya penguasaan kreatif atas pengetahuan, keterampilan, kemampuan dan pengembangan. kemampuan berpikir terjadi. Situasi bermasalah di kelas dapat muncul dengan cara yang paling tidak terduga. Misalnya, di kelas 8, ketika mempelajari topik “Elektronegatifitas”, seorang siswa mengajukan pertanyaan: “Apakah hidrogen menyumbangkan elektron ke litium atau sebaliknya?” Teman sekelasnya menjawab bahwa litium melepaskan elektronnya, karena jari-jari atomnya lebih besar. Siswa lain segera bertanya: “Hidrogen akan berubah menjadi apa?” Pendapat terbagi: beberapa percaya bahwa atom hidrogen, dengan menambahkan elektron, berubah menjadi atom helium, karena sekarang ia memiliki dua elektron, sementara yang lain tidak setuju dengan hal ini, keberatan bahwa helium memiliki muatan inti +2, dan ini partikel memiliki +1. Jadi partikel apa ini? Telah muncul situasi bermasalah yang dapat diselesaikan dengan membiasakan diri dengan konsep ion. Guru sendiri dapat menciptakan situasi problematis dalam pembelajaran. Contoh pelajaran. Topik: “Zat sederhana dan kompleks.” Guru membekali siswa dengan bidang kegiatan yang luas: mengajukan pertanyaan-pertanyaan bermasalah, menawarkan untuk menuliskan zat-zat sederhana dan kompleks secara terpisah dari daftar berbagai zat, dan membimbing siswa itu sendiri, menggunakan pengalaman hidupnya, pengetahuan pelajaran sebelumnya, untuk mencoba merumuskan konsep zat sederhana dan zat kompleks. Siswa menciptakan pengetahuan untuk dirinya sendiri, sehingga timbul minat tidak hanya pada mata pelajaran, tetapi juga pada proses kognisi itu sendiri.

3. Penelitian teknologi pembelajaran

Kegiatan penelitian anak sekolah merupakan serangkaian tindakan yang bersifat pencarian, yang mengarah pada penemuan fakta, pengetahuan teoretis, dan metode kegiatan yang tidak diketahui. Dengan cara ini, siswa menjadi akrab dengan metode penelitian dasar kimia, menguasai kemampuan memperoleh pengetahuan baru secara mandiri, dan terus beralih ke teori. Melibatkan pengetahuan dasar untuk memecahkan situasi masalah melibatkan pembentukan dan peningkatan pendidikan umum dan keterampilan khusus siswa (melakukan eksperimen kimia, mengkorelasikan fenomena yang diamati dengan perubahan keadaan molekul, atom, ion, melakukan eksperimen kimia mental, memodelkan esensi. proses, dll.). Penelitian dapat dilakukan dengan tujuan memperoleh pengetahuan baru, generalisasi, memperoleh keterampilan, menerapkan pengetahuan yang diperoleh, mempelajari substansi, fenomena, proses tertentu. Jadi, ketika mempelajari topik “Garam asam nitrat” di kelas 9, saya menggunakan unsur penelitian. Penelitian tersebut meliputi: melakukan analisis teoritis; memprediksi cara memperoleh zat dan sifat-sifatnya; menyusun rencana pengujian percobaan dan pelaksanaannya; merumuskan sebuah kesimpulan. Hasilnya adalah rantai logis: analisis teoritis – peramalan – eksperimen. Michael Faraday berkata: “Tidak ada sains yang membutuhkan eksperimen sebesar kimia. Hukum dasarnya, teori dan kesimpulannya didasarkan pada fakta. Oleh karena itu, pemantauan terus-menerus berdasarkan pengalaman diperlukan.” Untuk mensistematisasikan pengetahuan yang diperoleh, siswa mengisi tabel:

Garam asam nitrat

Pekerjaan penelitian siswa memakan lebih banyak waktu di kelas daripada menyelesaikan tugas berdasarkan model. Namun, waktu yang dihabiskan kemudian diimbangi dengan fakta bahwa siswa menyelesaikan tugas dengan cepat dan benar dan dapat mempelajari materi baru secara mandiri. Selain itu, kesadaran dan kekuatan pengetahuan mereka meningkat, dan minat berkelanjutan terhadap mata pelajaran tersebut muncul.

4. Teknologi pembelajaran berbasis permainan

Permainan intelektual dan kreatif (ICGs) merangsang perkembangan minat kognitif siswa, berkontribusi pada pengembangan kemampuan intelektual dan kreatifnya, memungkinkan anak untuk menegaskan dirinya dan mewujudkan dirinya dalam bidang intelektual dan kreatif melalui permainan, dan membantu mengimbanginya. kurang komunikasi. ITI dapat digunakan tidak hanya dalam kegiatan ekstrakurikuler dan ekstrakurikuler, tetapi juga di dalam kelas (saat mempelajari materi baru, mengulang apa yang telah dipelajari, memantau pengetahuan siswa, dll.)

Yang paling rumit dan memakan waktu adalah permainan bisnis dan permainan peran. Melaksanakan permainan seperti itu memungkinkan Anda untuk mencapai tujuan berikut: untuk mengajar siswa menyoroti hal utama dalam isi materi pendidikan, untuk menyajikannya dalam bentuk yang ringkas; mengembangkan keterampilan analisis teks, berpikir asosiatif, penilaian mandiri, mendorong penentuan nasib sendiri siswa, mengembangkan keterampilan komunikasi, memperluas wawasan, mengulang dan menggeneralisasi materi yang dipelajari. Dalam praktik saya, saya secara sistematis menggunakan bentuk permainan pengorganisasian kontrol pengetahuan dan terus-menerus memperhatikan bagaimana hal ini meningkatkan minat siswa terhadap materi yang dipelajari dan mata pelajaran secara keseluruhan, bagaimana siswa yang akhir-akhir ini sangat sedikit membaca tiba-tiba mulai membuka-buka buku, buku referensi, dan ensiklopedia. Jadi di dalam kelas, ketika mempelajari topik yang berkaitan dengan ekologi, misalnya pada topik “Sumber alami hidrokarbon dan pengolahannya”, saya menggunakan role-playing game dengan menggunakan kelompok ahli. Kelas dibagi menjadi dua kelompok: “spesialis” dan “jurnalis”. Yang pertama memilih materi dan menyiapkan alat peraga. Yang kedua menyiapkan pertanyaan yang harus mereka tanyakan selama pertandingan.

Untuk memperkuat materi di kelas 8–9, saya menggunakan permainan didaktik: “Kubus kimia”, “Lotto kimia”, “Tic-tac-toe”, “Temukan kesalahannya”, “Pertempuran kimia”. Saya juga mengadakan permainan intelektual dan kreatif yang spektakuler dalam kegiatan ekstrakurikuler: “KVN”, “Apa, dimana, kapan”, “Star Hour”.

5. Penggunaan tes dalam pelajaran kimia

Penggunaan tes dalam pelajaran kimia juga berperan penting dalam proses pengenalan teknologi baru. Hal ini memungkinkan untuk menguji pengetahuan siswa secara massal. Metodologi tes adalah sarana universal untuk menguji pengetahuan dan keterampilan. Tes adalah bentuk pengendalian yang ekonomis, tertarget, dan individual. Pengujian pengetahuan yang sistematis dalam bentuk tes berkontribusi pada penguasaan yang kokoh terhadap mata pelajaran akademik, menumbuhkan sikap sadar belajar, membentuk ketelitian, kerja keras, dedikasi, mengaktifkan perhatian, dan mengembangkan kemampuan menganalisis. Pengendalian tes menjamin kondisi pengujian yang sama bagi semua siswa, yaitu objektivitas pengujian pengetahuan meningkat. Metode ini membawa variasi pada pekerjaan akademis dan meningkatkan minat terhadap mata pelajaran. Saya mengadakan ulangan akhir di kelas 8-10 dalam bentuk ulangan.

 peningkatan kapasitas unit komponen dan rakitan

Kebutuhan untuk meningkatkan kapasitas unit node dikaitkan dengan peningkatan kebutuhan produk dan terbatasnya ruang untuk penempatan peralatan. Ketika kapasitas meningkat, biaya modal dan biaya penyusutan per unit produk jadi berkurang. Jumlah tenaga pelayanan berkurang, yang mengakibatkan berkurangnya dana upah dan peningkatan produktivitas tenaga kerja. Peningkatan kapasitas unit merupakan hal yang paling umum terjadi pada produksi tonase besar yang berkelanjutan. Dalam hal produksi obat-obatan dan kosmetik, hal ini bukan merupakan faktor penentu dalam banyak kasus.

 pengembangan teknologi ramah lingkungan yang mengurangi atau menghilangkan pencemaran lingkungan akibat limbah produksi (penciptaan teknologi bebas limbah)

Hal ini merupakan masalah yang sangat penting, terutama bagi industri yang berkaitan dengan transformasi kimia suatu zat, khususnya dalam produksi zat aktif biologis dan zat yang termasuk dalam bentuk pelepasan akhir. Pada saat yang sama, dalam hal produksi langsung obat-obatan dan kosmetik, masalah limbah tidak begitu penting. Hal ini disebabkan pada hakikatnya industri-industri tersebut harus bebas limbah, dan timbulan limbah hanya dapat dilakukan jika peraturan teknologi dilanggar.

 Penggunaan skema teknologi gabungan

Masalah ini sangat penting ketika mengatur produksi produk skala kecil. Industri skala kecil, khususnya industri sintesis organik halus, dicirikan oleh variasi produk yang sangat banyak. Pada saat yang sama, sejumlah produk dapat diproduksi dengan menggunakan metode teknologi serupa dengan skema teknologi yang sama. Hal yang sama terjadi dalam kasus produksi obat-obatan dan kosmetik, ketika bentuk pelepasan serupa (tablet, krim, larutan) dengan nama berbeda dapat diproduksi dengan menggunakan skema teknologi yang sama.

 Meningkatkan efisiensi energi produksi

Dalam hal produksi obat-obatan dan kosmetik, masalah ini tidak terlalu penting, karena dalam sebagian besar kasus, proses berlangsung pada suhu kamar dan tidak memiliki efek termal yang tinggi.

Masalah penting berikutnya yang harus kita pertimbangkan dari sudut pandang masalah umum pengorganisasian produksi adalah kondisi yang mempengaruhi pilihan peralatan untuk proses teknologi kimia dan metode pengorganisasian proses tersebut.

1.2.3. Kondisi yang mempengaruhi pilihan desain peralatan untuk proses teknologi kimia

Kualitas produk target ditentukan oleh kepatuhan yang ketat terhadap peraturan teknologi dan pilihan peralatan dasar yang kompeten yang diperlukan untuk produksi. Yang kami maksud dengan peralatan utama adalah peralatan di mana tahapan teknologi utama berlangsung: reaksi kimia, persiapan komponen awal, produksi produk akhir target, dll. Peralatan lainnya yang diperlukan untuk memastikan proses teknologi bersifat tambahan. Oleh karena itu, tugas pertama yang perlu diselesaikan ketika mengatur produksi adalah pemilihan peralatan teknologi. Pilihan ini tunduk pada sejumlah ketentuan, beberapa di antaranya tercantum di bawah

 Suhu dan efek termal dari proses

Tentukan pilihan cairan pendingin dan desain elemen permukaan pertukaran panas.

 Tekanan

Menentukan bahan perangkat dan fitur desain peralatan berdasarkan kekuatan mekanik.

 Lingkungan proses

Menentukan pilihan material perangkat dalam hal ketahanan korosi dan metode perlindungan korosi. Dalam produksi obat-obatan dan kosmetik, pemilihan bahan perangkat ditentukan oleh persyaratan kualitas produk akhir, terutama dalam hal kandungan pengotor logam dan senyawa organik.

 Keadaan fisik reaktan

Menentukan metode pengorganisasian proses (batch atau kontinyu), metode pemuatan komponen awal dan pembongkaran produk akhir, dan desain alat pencampur.

 Kinetika proses

Menentukan metode pengorganisasian proses dan jenis peralatan.

 Metode pengorganisasian proses

Menentukan pilihan jenis peralatan.

Dengan terus berkembangnya ilmu pengetahuan dan industri, kimia dan teknologi kimia menawarkan inovasi yang tiada henti kepada dunia. Biasanya, esensinya terletak pada peningkatan metode pengolahan bahan mentah menjadi barang konsumsi dan/atau alat produksi. Hal ini terjadi karena beberapa proses.

Teknologi kimia baru memungkinkan:

memperkenalkan jenis bahan baku baru ke dalam kegiatan ekonomi;
benar-benar mengolah semua jenis bahan mentah;
mengganti komponen mahal dengan komponen yang lebih murah;
menggunakan bahan secara komprehensif: memperoleh produk yang berbeda dari jenis bahan baku yang sama dan sebaliknya;
biaya rasional, daur ulang.

Kita dapat mengatakan bahwa teknologi kimia umum sebagian besar mendistribusikan kembali dan mengatur proses produksi, yang sangat penting saat ini karena banyak faktor positif yang penting bagi orang-orang yang terkait dengan industri.

Klasifikasi dan deskripsi subsektor

Teknologi kimia dapat diklasifikasikan menurut jenis zat yang digunakan untuk bekerja: organik dan anorganik. Kekhususan pekerjaan bergantung pada tugas yang diberikan dan karakteristik area yang menjadi fokus produk akhir.

Teknologi kimia bahan anorganik misalnya produksi asam, soda, basa, silikat, pupuk mineral dan garam. Semua produk ini banyak digunakan di berbagai industri, khususnya metalurgi, pertanian, dll.

Dalam bidang farmasi dan teknik mesin, karet, alkohol, plastik, berbagai pewarna, dll sering digunakan. Produksinya dilakukan oleh perusahaan yang menggunakan teknologi untuk produksi bahan organik. Banyak dari perusahaan-perusahaan ini menempati posisi serius dalam industri dan dengan pekerjaan mereka secara signifikan mempengaruhi perekonomian negara.

Benar-benar semua proses dan peralatan teknologi kimia dibagi menjadi lima kelompok utama:

hidromekanis;
panas;
difusi;
bahan kimia;
mekanis.

Tergantung pada karakteristik organisasi, proses teknologi kimia dapat berlangsung terus menerus atau berkala.

Tantangan modern teknologi kimia

Karena meningkatnya minat terhadap situasi lingkungan di dunia, permintaan akan inovasi yang dapat mengoptimalkan proses produksi dan mengurangi volume bahan baku yang dikonsumsi semakin meningkat. Hal ini juga berlaku untuk biaya energi. Jenis sumber daya ini sangat berharga dalam rangka produksi, sehingga konsumsinya harus dipantau dan sedapat mungkin diminimalkan. Untuk mencapai tujuan ini, proses penghematan energi dan sumber daya dalam teknologi kimia sedang dikembangkan dan diterapkan secara aktif saat ini. Dengan bantuan mereka, produksi disederhanakan, mencegah biaya berlebihan untuk bahan habis pakai dari berbagai kategori. Dengan demikian, dampak berbahaya dari teknologi produksi bahan kimia dan faktor antropogenik terhadap alam berkurang.

Teknologi kimia dalam industri saat ini telah menjadi bagian integral dari proses pembuatan produk akhir. Sulit untuk membantah fakta bahwa bidang aktivitas manusia inilah yang memiliki dampak paling merugikan terhadap keadaan planet secara keseluruhan. Itulah sebabnya para ilmuwan berupaya semaksimal mungkin untuk mencegah bencana lingkungan, meskipun laju pemasyarakatan dan penerapan perkembangan tersebut masih belum mencukupi.

Penggunaan teknologi kimia modern membantu memperbaiki keadaan alam, meminimalkan volume bahan yang digunakan dalam produksi, memastikan penggantian zat beracun dengan yang lebih aman dan memasukkan senyawa baru ke dalam produksi, dll. Tugasnya adalah memulihkan kerusakan lingkungan: penipisan sumber daya planet, polusi udara. Dalam beberapa tahun terakhir, berbagai penelitian secara aktif dilakukan di bidang ekologi dan rasionalisasi dampak produksi terhadap lingkungan. Menjadi wajib untuk menggabungkan operasi perusahaan yang efisien dengan keamanan dan tidak beracunnya produk akhir.

Landasan teori teknologi kimia

Dengan berkembangnya industri terkait, proses dasar dan peralatan teknologi kimia terus dimodernisasi dan diperbarui, aspek utama produksi, prinsip pengoperasiannya, dan pengoperasian mesin yang digunakan untuk melakukan operasi dipelajari lebih mendalam. Dasar dari disiplin ilmu tersebut adalah landasan teori teknologi kimia.

Di negara-negara yang diakui sebagai pemimpin dunia, pelatihan siswa dalam spesialisasi teknis di bidang ini dianggap yang paling penting. Alasannya adalah, pertama, peran penting rekayasa proses dalam kegiatan industri kimia. Dan kedua, semakin pentingnya disiplin ini pada tingkat interdisipliner.

Meskipun terdapat perbedaan yang signifikan antara industri yang berbeda, mereka didasarkan pada prinsip yang sama, hukum fisika dan proses kimia yang berbeda terkait erat dengan cabang teknik modern, termasuk ilmu material. Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi kimia telah merambah jauh ke wilayah-wilayah yang tidak terpikirkan oleh siapa pun untuk mengakui keberadaannya. Oleh karena itu, di pasar modern semakin banyak pembicaraan mengenai peran rekayasa proses dalam arti yang lebih global, dibandingkan dalam operasi satu industri.

Dasar-dasar teknologi kimia dalam pendidikan dalam negeri

Keberhasilan pengembangan suatu industri tertentu tidak mungkin terjadi tanpa adanya lembaga pendidikan berkualitas tinggi yang menghasilkan tenaga ahli yang berkualitas. Karena industri kimia merupakan komponen penting perekonomian negara, maka perlu diciptakan semua kondisi yang diperlukan untuk melatih personel yang berharga di bidang ini. Saat ini, dasar-dasar teknologi kimia menjadi bagian dari program wajib di bidang terkait di banyak institusi pendidikan tinggi di seluruh dunia.

Sayangnya, prinsip pengajaran bidang teknis di Rusia dan beberapa negara CIS sangat berbeda dengan metode yang diterapkan di negara-negara Eropa dan Amerika. Hal ini biasanya berdampak negatif pada kualitas pendidikan tinggi. Misalnya, penekanan utama masih ditempatkan pada spesialisasi teknologi kimia yang sempit, dan banyak perhatian juga diberikan pada cabang desain dan operasional mekanika. Karakteristik pendidikan tinggi yang sempit seperti itu telah menjadi alasan utama mengapa industri dalam negeri tertinggal dibandingkan industri luar negeri dalam hal kualitas produk, intensitas sumber daya, keramahan lingkungan, dan lain-lain.

Kesalahan utamanya adalah meremehkan rekayasa proses sebagai suatu disiplin ilmu pembentuk sistem dan dapat diterapkan secara komprehensif, dan saat ini tugas utama industri dalam negeri adalah lebih memperhatikan perkembangan dan perkembangannya. Saat ini, masalah pelatihan personel yang berkualifikasi, serta pembentukan dan optimalisasi produksi, merupakan masalah paling mendesak di CIS dan Federasi Rusia pada khususnya.

, industri petrokimia, energi, transportasi, peralatan militer dan banyak lainnya.

Teknologi kimia dalam perkembangan sejarah

Jika mempertimbangkan perkembangan teknologi kimia pada abad ke-20, khususnya setelah Perang Dunia Pertama, beberapa ciri dan ciri spesifiknya dapat diungkap. Diketahui 99,5% kerak bumi terdiri dari 14 unsur kimia: oksigen, silikon, karbon, aluminium, besi, kalsium, natrium, magnesium, kalium, hidrogen, titanium, fosfor, klorin, dan belerang. Namun, meskipun banyak dari unsur-unsur ini tersebar luas, unsur-unsur tersebut tidak dimasukkan ke dalam industri kimia pada abad ke-19. Hal ini juga berlaku untuk fluor, titanium, klorin, magnesium, aluminium, dan hidrogen.

Untuk teknologi kimia abad ke-20. Biasanya merujuk secara khusus pada elemen yang paling umum ini. Hidrogen saat ini menjadi sumber utama kimia modern. Sintesis amonia, sintesis alkohol, sintesis bahan bakar cair, dll. memerlukan produksi miliaran meter kubik hidrogen setiap tahunnya. Meluasnya keterlibatan hidrogen dalam produksi kimia merupakan ciri khas kimia abad ke-20.

Kimia silikon dan, khususnya, kimia senyawa organosilikon menjadi sangat penting dalam teknologi modern. Sifat kimia titanium, klorin, magnesium, kalium, dan aluminium juga menjadi sangat penting. Pada saat yang sama, teknologi kimia, khususnya yang berkaitan dengan pengembangan teknologi atom dan reaktif, berupaya memanfaatkan unsur-unsur kerak bumi yang paling langka dan paling tersebar, yang merupakan dasar terpenting bagi teknologi abad ke-20.

Dasar sintesis organik pada abad ke-19. adalah tar batubara yang diperoleh dari batubara kokas. Pada abad ke-20, bahan mentah ini digantikan oleh gas sederhana dan mudah diakses yang diperoleh dari berbagai bahan bakar padat, mulai dari gambut, batubara coklat kadar rendah hingga antrasit dan kokas. Gas yang diperoleh selama produksi dan penyulingan minyak digunakan dalam skala besar. Sepanjang abad ke-20. Gas fosil alam semakin banyak digunakan (Gambar 1).

Gambar1. Produk yang diperoleh dari gas alam (metana).

Jadi, jika pada abad ke-19. Basis industri kimia adalah tar batubara, pada paruh pertama abad ke-20. Bahan baku utama industri sintesis organik adalah batu bara dan minyak serta gas yang diperoleh darinya: hidrogen, karbon monoksida, berbagai macam hidrokarbon dan sejumlah bahan lainnya. Nitrogen, hidrogen, oksigen, klor, fluor, karbon monoksida, metana, asetilena, etilen dan beberapa gas lainnya merupakan bahan baku utama kimia modern. Oleh karena itu, ciri khas teknologi kimia terkini adalah penggunaan unsur-unsur umum, yang sebelumnya digunakan dalam skala kecil, dan transformasinya menjadi dasar teknologi kimia modern, serta meluasnya penggunaan bahan bakar padat, hidrokarbon cair dan gas sebagai bahan baku kimia.

Ciri khas teknologi kimia juga adalah penggunaan unsur-unsur langka, khususnya yang terkait dengan persyaratan teknologi nuklir. Kimia memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pengembangan teknologi nuklir, menyediakan berbagai bahan - logam (uranium, litium, dll.), air berat, hidrogen, plastik, dll.

Pertama, produksi peralatan dasar sintesis amonia dikuasai. Kolom sintesis, pemisah, scrubber air dan amonia untuk memurnikan gas dari karbon dioksida dan karbon monoksida, serta sentrifugal, filter vakum, autoklaf untuk vulkanisasi karet, pengepres plastik, peralatan pendingin dalam, dll. pada tahun 20-an, mereka memperoleh pabrik pemisahan gas minyak yang kuat, peralatan rektifikasi dan adsorpsi yang sangat efisien, kompresor dan reaktor bertekanan tinggi, unit pendingin, dll. Tren utama kimia modern adalah keinginan untuk merancang terlebih dahulu struktur molekul suatu zat. menurut oksigen, klor, fluor, karbon oksida, metana, asetilena, etilen dan beberapa gas lainnya merupakan bahan baku utama kimia modern.

Oleh karena itu, ciri khas teknologi kimia terkini adalah penggunaan unsur-unsur umum, yang sebelumnya digunakan dalam skala kecil, dan transformasinya menjadi dasar teknologi kimia modern, serta meluasnya penggunaan bahan bakar padat, hidrokarbon cair dan gas sebagai bahan baku kimia.

Perlu dicatat bahwa salah satu ciri kimia modern adalah persyaratan kemurnian produk yang dihasilkan. Kotoran yang terkandung dalam bahan awal seringkali berdampak negatif terhadap sifat produk yang dihasilkan. Oleh karena itu, bahan awal yang sangat murni (monomer) yang mengandung setidaknya 99,8-99,9% bahan utama semakin banyak digunakan dalam industri kimia. Ciri khas teknologi kimia modern adalah dilengkapi dengan metode pengaruh baru; Yang paling penting adalah penggunaan tekanan tinggi dari beberapa ratus hingga 1500-2000 atmosfer atau lebih, vakum dalam (hingga seperseribu atmosfer), suhu tinggi hingga beberapa ribu derajat, penggunaan suhu dingin yang dalam (suhu rendah mendekati nol mutlak ), serta penggunaan pelepasan listrik, ultrasound, radiasi radioaktif, dll. Secara alami, peningkatan tingkat teknis produksi bahan kimia pada umumnya, dan oleh karena itu pesatnya perkembangan industri sintesis organik pada khususnya, dijamin oleh pasokan industri kimia dengan peralatan modern dan berkinerja tinggi, peralatan dan mesin yang sesuai. Pertama, produksi peralatan dasar sintesis amonia dikuasai. Kolom sintesis, pemisah, scrubber air dan amonia untuk memurnikan gas dari karbon dioksida dan karbon monoksida, serta sentrifugal, filter vakum, autoklaf untuk vulkanisasi karet, pengepres plastik, peralatan pendingin dalam, dll. pada tahun 20-an, mereka memperoleh unit pemisahan gas minyak yang kuat, peralatan rektifikasi dan adsorpsi yang sangat efisien, kompresor dan reaktor bertekanan tinggi, unit pendingin, dll. Tren utama kimia modern adalah keinginan untuk merancang terlebih dahulu struktur molekul suatu zat. sesuai dengan sifat yang telah ditentukan. Sintesis zat dengan sifat yang telah ditentukan dalam kimia modern tidak dilakukan secara membabi buta, tetapi berdasarkan kajian mendalam tentang hukum pembentukan molekul. Oleh karena itu, sejumlah cabang baru ilmu kimia mengalami perkembangan yang pesat.

Pada dasarnya, dari pencarian dan penemuan acak, kimia, mulai tahun 1920-an, beralih ke penggantian dan penggantian sistematis bahan-bahan alami yang langka dengan bahan-bahan yang tidak hanya kualitasnya tidak kalah, tetapi, sebaliknya, lebih unggul dari bahan-bahan alami tersebut. Misalnya, sendawa alami Chili digantikan oleh senyawa nitrogen sintetis. Karet sintetis tidak kalah kualitasnya dengan karet alam. Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa peneliti telah berupaya meningkatkan kualitas karet alam dibandingkan karet sintetis agar dapat bersaing dengan beberapa karet sintetis khusus. Kemajuan besar telah dicapai dalam bidang sintesis serat buatan, yang produksinya baru berlangsung beberapa dekade.

Sejak tahun 1920-an, produk-produk alami telah dikesampingkan dan digantikan oleh produk-produk sintetis dengan kualitas yang sama. Ini adalah proses yang sepenuhnya alami. Faktanya adalah bahwa metode kimia dalam pengolahan zat, pengenalan proses kimia ke dalam produksi menyebabkan pengurangan waktu produksi yang signifikan dan pengurangan biaya tenaga kerja yang signifikan, dan pada saat yang sama menghasilkan produk dengan kualitas lebih tinggi daripada produk alami. . Jadi, jika dibutuhkan 70 hari kerja untuk memproduksi 1 ton serat stapel viscose buatan, maka dibutuhkan 238 hari kerja untuk memproduksi 1 ton serat kapas. Dalam produksi sutra viscose, biaya tenaga kerja kira-kira 10 kali lebih murah dibandingkan produksi sutra alam. Ketika memproduksi 1 ton etil alkohol (diperlukan untuk produksi sejumlah produk sintetis) dari bahan baku minyak bumi, biaya tenaga kerja dibandingkan dengan produksi alkohol ini dari bahan baku makanan berkurang 20-22 kali lipat.Data berikut menunjukkan berapa banyak yang telah dilakukan di bidang sintesis zat baru. Saat ini terdapat 100 ribu senyawa kimia anorganik yang diketahui di alam, sedangkan jumlah zat organik yang diketahui, baik alami maupun buatan, telah melebihi tiga juta dan terus berkembang pesat. Hanya senyawa yang dikembangkan secara industri yang diperoleh dari minyak berjumlah 10 ribu item. Seiring dengan terciptanya bahan sintetis baru, terdapat proses berkelanjutan untuk meningkatkan kualitas bahan produksi industri yang ada. Akhirnya, kemungkinan mendasar untuk memperoleh senyawa alami dengan kompleksitas apa pun secara artifisial kini telah terbukti. Tidak lama lagi berbagai jenis zat protein kompleks yang menjadi dasar kehidupan akan disintesis di laboratorium ahli kimia organik.

Ciri khas teknologi modern adalah perkembangannya atas dasar meluasnya penggunaan listrik. Terlebih lagi, jika sebelumnya mesin uap hanya menyediakan “bahan baku” teknologi bagi industri kimia dalam bentuk uap dan panas sampai batas tertentu, maka listrik menjadi elemen terpenting dari semacam “bahan baku” teknologi, misalnya, proses seperti elektrolisis.

Untuk menghasilkan amonia, yang disintesis dari hidrogen dan nitrogen udara yang diperoleh melalui elektrolisis air, diperlukan sekitar 12 ribu kWh listrik. Untuk produksi karet sintetis berbahan dasar etilen, dikonsumsi sekitar 15 ribu kWh, dan untuk beberapa jenis karet lainnya - 17 ribu kWh bahkan lebih. Produksi satu ton sutra asetat membutuhkan 20 ribu kWh, ton fosfor - dari 14 hingga 20 ribu kWh dan satu ton bahan abrasif buatan - sekitar 6-9 ribu kWh - ini kira-kira sama dengan produksi traktor yang kuat.

Perkembangan industri kimia ditandai dengan otomatisasi proses teknologi yang terluas. Otomatisasi yang kompleks terutama diperlukan dalam industri kimia, yang ditandai dengan produksi skala besar. Otomatisasi industri kimia difasilitasi oleh dominasi proses produksi yang berkelanjutan, serta pekerjaan yang merugikan dan bahkan berbahaya. Dalam industri kimia, pertama-tama, proses pengaturan suhu, tekanan, komposisi, laju reaksi, dll. sepenuhnya otomatis, karena untuk proses kimia berkelanjutan (tidak dapat diakses untuk pengamatan langsung), sangat penting untuk menjaga stabilitas rezim teknologi. . Dalam produksi bahan kimia, mekanisasi dan otomasi lengkap umumnya telah dilakukan, dan hanya fungsi pengawasan dan pengendalian, serta melakukan perbaikan preventif, yang tetap berada pada manusia.

Bidang otomatisasi produksi kimia yang paling penting adalah pengenalan perangkat otomatis baru berdasarkan penggunaan mesin matematika elektronik, transisi ke mekanisasi komprehensif dan otomatisasi seluruh pabrik kimia. Di Amerika Serikat, otomasi produksi paling berkembang di industri minyak dan kimia. Seiring dengan otomatisasi pengendalian instalasi individu dan proses teknologi individu, perusahaan yang sepenuhnya otomatis mulai dioperasikan, seperti, misalnya, kilang minyak, yang dilengkapi dengan sistem kontrol proses produksi elektronik, yang dioperasikan pada tahun 1949, dan kemudian pabrik amonia Spencer Chemical, yang ditandai dengan otomatisasi proses produksi tingkat tinggi. Pesatnya perkembangan ilmu kimia menyebabkan fakta bahwa hanya dalam waktu 10-15 tahun setelah berakhirnya Perang Dunia Kedua, ratusan bahan baru diciptakan, menggantikan logam, kayu, wol, sutra, kaca dan banyak lagi.

Produksi bahan sintetis yang diperlukan untuk menjamin kemajuan teknis di berbagai sektor perekonomian nasional sedang dikembangkan dengan pesat. Hal ini ditandai dengan peningkatan produksi pupuk mineral, pestisida dan amonia, peningkatan penggunaan minyak bumi dan gas alam, gas oven kokas dan produk kokas batubara untuk produksi resin sintetis, karet, alkohol, deterjen. , pernis dan pewarna berkualitas tinggi, plastik, serat buatan, bahan isolasi listrik, bahan khusus untuk teknik mesin, teknik radio, dll.

Secara khusus, metode sintesis baru yang efektif sedang diperkenalkan untuk menghindari konsumsi produk makanan dalam jumlah besar dalam produksi produk teknis. Misalnya, konsumsi biji-bijian dalam jumlah besar untuk produksi etil alkohol guna memperoleh karet sintetis telah menimbulkan masalah penggantian produk makanan dengan alkohol sintetis. Untuk memperoleh 1 ton etil alkohol, bukan 4 ton biji-bijian atau 10 ton kentang, cukup dengan mengonsumsi 2 ton gas alam cair. Untuk memproduksi 1 ton karet sintetis, dibandingkan hampir 9 ton biji-bijian atau 22 ton kentang, cukup mengeluarkan sekitar 5 ton gas cair dari kilang minyak saja.

Banyak ekonom percaya bahwa dalam dekade mendatang lebih dari 50% produksi bahan kimia dunia akan berasal dari bahan baku minyak bumi. Semua ini menunjukkan pencapaian besar dalam sintesis organik.

Setelah Revolusi Oktober 1917, perkembangan produksi sosialis memerlukan perluasan cakupan penerapan praktis kimia, peningkatan peran pendidikan kimia khusus dan teknologi kimia, dan peningkatan tingkat pelatihan bagi peneliti dan guru, serta insinyur kimia. Pada awal tahun 1920-an. Departemen kimia independen sedang diorganisir dalam departemen fisika dan matematika di universitas. Departemen-departemen ini telah memperkenalkan spesialisasi di bidang kimia anorganik, fisik, organik, analitik, biokimia dan agrokimia. Pada tahun 1920, Institut Teknologi Kimia Moskow dinamai demikian. D.I.Mendeleev. Sejak tahun 1929, departemen kimia independen telah dibuka di universitas-universitas berdasarkan departemen kimia untuk melatih spesialis bagi lembaga penelitian dan laboratorium produksi bahan kimia, dan lembaga teknologi kimia baru telah didirikan.

Sejak pertengahan tahun 1950-an. dalam kimia dan teknologi kimia, metode terbaik untuk mempelajari berbagai zat diciptakan, bahan baru diproduksi - serat kimia, plastik, kaca-keramik, semikonduktor, zat dan obat aktif fisiologis baru, pupuk kimia dan insektisida fungisida. Kimia telah merambah ke seluruh cabang ilmu pengetahuan dan perekonomian nasional. Oleh karena itu, pendidikan kimia telah menjadi bagian integral dari pelatihan spesialis di bidang politeknik, industri, metalurgi, energi, teknik elektro, teknik mesin dan instrumen, geologi, pertambangan, perminyakan, pertanian, kehutanan, kedokteran, kedokteran hewan, makanan, industri ringan dan lainnya. industri yang lebih tinggi dan lembaga pendidikan khusus menengah.

Spesialis untuk kegiatan ilmiah dan pedagogis dilatih terutama oleh fakultas kimia di universitas dan lembaga pedagogis, serta fakultas kimia-biologi, biologi-kimia, ilmu alam, dll.

Pelatihan spesialis kimia di universitas Soviet berlangsung 5 tahun (dalam kursus malam dan korespondensi - hingga 6 tahun). Mata kuliah khusus kimia anorganik, organik, analitik, fisika, koloid, kimia kristal, teknologi kimia umum, dan kimia senyawa makromolekul dipelajari di sini. Lebih dari separuh waktu mengajar pada disiplin ilmu khusus ditempati oleh pekerjaan siswa di laboratorium. Siswa menjalani pelatihan praktis (28 minggu) di perusahaan, lembaga penelitian dan laboratorium.

Pelatihan spesialis kimia dan teknologi kimia serta guru untuk institusi pendidikan tinggi berlanjut di sekolah pascasarjana.Pusat pelatihan ahli kimia terbesar, selain universitas, adalah lembaga berikut: Institut Teknologi Kimia Moskow. D. I. Mendeleev, Institut Teknologi Leningrad. Lensoveta, Institut Teknologi Kimia Halus Moskow dinamai menurut namanya. M. V. Lomonosov, Universitas Teknologi Belarusia dinamai. S. M. Kirova, Institut Teknologi Voronezh, Institut Teknologi Kimia Dnepropetrovsk dinamai demikian. F. E. Dzerzhinsky, Institut Teknologi Kimia Ivanovo, Institut Teknologi Kimia Kazan dinamai demikian. S. M. Kirova, Institut Teknologi Kimia Kazakh, dll.

Spesialis kimia (teknisi teknologi) juga dilatih di lembaga pendidikan khusus menengah - di sekolah teknik kimia dan teknologi kimia, yang biasanya terletak di pusat industri kimia, di pabrik kimia besar. Pada tahun 1977, lebih dari 120 lembaga pendidikan tersebut melatih teknisi di lebih dari 30 spesialisasi kimia dan teknologi kimia (teknologi kimia minyak, gas, batu bara, kaca dan produk kaca, teknologi serat kimia, dll.). Lulusan lembaga pendidikan ini digunakan dalam produksi kimia sebagai mandor, mandor, asisten laboratorium, operator mesin, dll. Sekolah kejuruan teknologi kimia memenuhi kebutuhan akan pekerja terampil untuk berbagai cabang industri kimia.

Peningkatan struktur dan isi pendidikan kimia dan teknologi kimia dikaitkan dengan aktivitas ilmiah dan pedagogis banyak ilmuwan Soviet - A.E. Arbuzov, B.A.Arbuzov, A.N.Bakh, S.I.Volfkovich, N.D.Zelinsky, I.A.Kablukova, V.A.Kargina, I.L. Konovalov, S.V. Lebedeva, S.S. Nametkina, B.V. Nekrasova, A.N. Nesmeyanova, A.E. Porai-Koshitsa, A.N. Reformatsky, S.N. Reformatsky, N.N. Semenov, Y.K. jurnal kimia khusus yang membantu meningkatkan taraf keilmuan mata kuliah kimia dan teknologi kimia pada perguruan tinggi.

Di negara maju, pusat utama struktur dan isi pendidikan kimia dan teknologi kimia adalah: Inggris Raya - Universitas Cambridge, Oxford, Bath, Birmingham, Institut Politeknik Manchester; di Italia - Bologna, universitas Milan; di AS - Universitas Teknologi California, Columbia, Michigan, Universitas Toledo, California, Institut Teknologi Massachusetts; di Prancis - Grenoble 1, Marseille 1, Clermont-Ferrand, Compiegne Technological, Lyon 1, Montpellier 2, Paris 6 dan 7 universitas, Laurent, institut politeknik Toulouse; di Hepmania - Universitas Dortmund, Hannover, Stuttgart, Sekolah Teknik Tinggi di Darmstadt dan Karlsruhe; di Jepang - Universitas Kyoto, Okayama, Osaka, Tokyo, dll.

, M., 1971;

Dasar-dasar teknologi dan sintesis petrokimia, ed. A. I. Dintses dan L. A. Potolovsky, M., 1960.

Kimia dalam teknologi modern

Elpatova Olga Ivanovna,

Guru kimia

Tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk menganalisis sejarah penciptaan komputer dan menunjukkan unsur kimia apa yang digunakan dalam perkembangan teknologi komputer.

Selama beberapa dekade terakhir, teknologi komputer telah berkembang seiring dengan peningkatan miniaturisasi suku cadang dan peningkatan biaya produksinya. Mikroprosesor generasi terbaru mengandung sejumlah besar transistor (10 juta atau lebih), berukuran sepersepuluh mikron (10-7 meter). Langkah selanjutnya menuju dunia mikro akan mengarah pada nanometer (10-9 meter) dan miliaran transistor dalam satu chip. Sedikit lagi - dan kita akan menemukan diri kita berada dalam kisaran ukuran atom, di mana hukum mekanika kuantum mulai berlaku.

Richard Feynman mencatat dua puluh tahun yang lalu bahwa hukum fisika tidak akan mencegah pengurangan ukuran perangkat komputasi sampai “sampai bit mencapai ukuran atom dan perilaku kuantum menjadi dominan.” Masalah lain yang menandakan teknologi komputer modern sudah ketinggalan zaman adalah masalah mendekati batas kecepatan. Dengan demikian, media komputer modern dapat menampung jutaan catatan yang tidak dapat lagi diatasi oleh algoritma pencarian yang ada.

Hal ini menyebabkan peningkatan kinerja komputer secara keseluruhan. Titik awal dari semua “terobosan teknologi” dalam teknologi komputer adalah penemuan-penemuan di bidang ilmu-ilmu dasar seperti fisika dan kimia.

Dalam teknologi komputer terdapat periodisasi perkembangan komputer elektronik. Sebuah komputer diklasifikasikan ke dalam satu generasi atau lainnya tergantung pada jenis elemen utama yang digunakan di dalamnya atau pada teknologi pembuatannya.

Analisis terhadap sejarah penciptaan komputer menunjukkan bahwa dalam perkembangan teknologi komputer terdapat kecenderungan untuk memperkecil ukuran elemen-elemen kunci dan meningkatkan kecepatan peralihannya. Kami mengambil teori lima generasi komputer sebagai dasar, bukan enam, karena Kami percaya bahwa kita berada pada pergantian generasi keempat dan kelima.

Salah satu unsur kimia pertama yang ditemukan dalam sejarah komputer adalah germanium. Germanium salah satu elemen terpenting bagi kemajuan teknologi, karena bersama dengan silikon, germanium telah menjadi bahan semikonduktor terpenting.

Secara penampilan, germanium mudah dikacaukan dengan silikon. Elemen-elemen ini tidak hanya pesaing yang mengklaim sebagai bahan semikonduktor utama, tetapi juga analog. Namun, meskipun banyak kesamaan sifat teknisnya, cukup mudah untuk membedakan ingot germanium dari ingot silikon: germanium dua kali lebih berat daripada silikon.

Secara formal, semikonduktor adalah zat dengan resistivitas seperseribu hingga jutaan ohm per 1 cm.

Sensitivitas germanium luar biasa tidak hanya terhadap pengaruh luar. Sifat-sifat germanium sangat dipengaruhi oleh jumlah pengotor yang sangat sedikit. Sifat kimiawi dari pengotor tidak kalah pentingnya.

Penambahan unsur golongan V memungkinkan diperolehnya semikonduktor dengan jenis konduktivitas elektronik. Beginilah cara GES disiapkan (germanium elektronik yang diolah dengan antimon). Dengan menambahkan elemen golongan III, kita akan membuat jenis lubang konduktivitas di dalamnya (paling sering ini adalah GDH - lubang germanium yang diolah dengan galium).

Ingatlah bahwa “lubang” adalah tempat yang dikosongkan oleh elektron yang telah berpindah ke tingkat energi lain. Sebuah “apartemen” yang dikosongkan oleh seorang migran dapat langsung ditempati oleh tetangganya, namun ia juga mempunyai apartemen sendiri. Relokasi dilakukan satu demi satu, dan lubang pun berpindah.

Kombinasi daerah dengan konduktivitas elektron dan lubang membentuk dasar perangkat semikonduktor terpenting - dioda dan transistor.

Penciptaan dioda menjadi dasarkomputer generasi pertamaberdasarkan tabung vakum di tahun 40an. Ini adalah dioda dan trioda vakum listrik, yang merupakan labu kaca dengan filamen tungsten di tengahnya.

Tungsten biasanya diklasifikasikan sebagai logam langka. Ini berbeda dari semua logam lain dalam hal berat, kekerasan, dan sifat tahan apinya.

Pada awal abad ke-20. Filamen tungsten mulai digunakan dalam bola lampu: memungkinkan panas dinaikkan hingga 2200°C dan memiliki efisiensi cahaya yang tinggi. Dan dalam kapasitas ini, tungsten mutlak diperlukan saat ini. Pentingnya tungsten di bidang ini tidak hanya disebabkan oleh sifat tahan apinya, tetapi juga oleh keuletannya. Dari satu kilogram tungsten ditarik kawat sepanjang 3,5 km,itu. Kilogram ini cukup untuk membuat filamen 23 ribu bola lampu 60 watt. Berkat properti inilah industri kelistrikan global hanya mengonsumsi sekitar 100 ton tungsten per tahun.

Isian elektronik UNIVAC ada lebih dari 5.000 tabung vakum. Memori pada labu merkuri memungkinkan untuk menyimpan informasi hingga satu setengah kilobyte. Elemen paling menonjol dalam desain UNIVAC adalah drive khusus yang memungkinkan informasi ditulis dan dibaca dari pita magnetik. Penggunaan tabung vakum sebagai elemen utama komputer menimbulkan banyak masalah. Karena tinggi lampu kaca 7 cm, mesinnya berukuran besar. Setiap 7-8 menit. salah satu lampu mati, dan karena ada 15 - 20 ribu lampu di komputer, butuh banyak waktu untuk mencari dan mengganti lampu yang rusak. Selain itu, mereka menghasilkan panas dalam jumlah besar, dan sistem pendingin khusus diperlukan untuk mengoperasikan komputer “modern” pada masa itu.

Munculnya komputer generasi pertama dimungkinkan berkat tiga inovasi teknis: tabung vakum elektron, pengkodean informasi digital, dan penciptaan perangkat memori buatan menggunakan tabung elektrostatis.

Di dalam komputer generasi keduadigunakan sebagai pengganti tabung vakum transistor, ditemukan pada tahun 1948. Ini adalah perangkat kontak titik di mana tiga “antena” logam bersentuhan dengan batang germanium polikristalin. Germanium polikristalin diperolehmenggabungkan indium di kedua sisi pelat pembangkit listrik tenaga air. Semua area membutuhkan germanium dengan kemurnian sangat tinggi - fisik dan kimia. Untuk mencapai hal ini, germanium monokristalin ditanam: seluruh ingot adalah satu kristal.

Transistor lebih andal, tahan lama, dan memiliki RAM yang besar.

Dengan penemuan transistor dan penggunaan teknologi penyimpanan memori baru, ukuran komputer dapat dikurangi secara signifikan, menjadikannya lebih cepat dan lebih andal, serta meningkatkan kapasitas memori komputer secara signifikan.

Sama seperti munculnya transistor yang menyebabkan terciptanya komputer generasi kedua, munculnyasirkuit terintegrasimenandai tahap baru dalam perkembangan teknologi komputasi - kelahiranmesin generasi ketiga.

Sirkuit terpadu, disebut juga chip, adalah miniatur sirkuit elektronik yang diukir pada permukaan kristal silikon dengan luas sekitar 10 mm. 2 . Hingga tahun 1965, sebagian besar perangkat semikonduktor dibuat berdasarkan germanium. Namun pada tahun-tahun berikutnya, proses perpindahan bertahap dari germanium itu sendiri mulai berkembang. silikon . Unsur ini merupakan unsur terbanyak kedua di Bumi setelah oksigen. Tidak ideal, tetapi silikon dengan kemurnian tinggi dan ultra-murni telah menjadi bahan semikonduktor yang paling penting. Pada suhu yang berbeda dari nol mutlak, timbul konduktivitasnya sendiri, dan pembawa arus listrik tidak hanya elektron bebas, tetapi juga yang disebut lubang - tempat yang ditinggalkan oleh elektron.

Dengan memasukkan aditif paduan tertentu ke dalam silikon ultra-murni, konduktivitas dari satu jenis atau lainnya tercipta di dalamnya. Penambahan unsur-unsur kelompok ketiga tabel periodik mengarah pada penciptaan konduktivitas lubang, dan kelompok kelima - elektronik.

Perangkat semikonduktor silikonMereka lebih baik dibandingkan dengan germanium, terutama karena kinerjanya yang lebih baik pada suhu tinggi dan arus balik yang lebih rendah. Keuntungan besar silikon adalah ketahanan dioksidanya terhadap pengaruh luar. Hal inilah yang memungkinkan terciptanya teknologi planar tercanggih untuk produksi perangkat semikonduktor, yang terdiri dari pemanasan wafer silikon dalam oksigen atau campuran oksigen dan uap air, dan menutupinya dengan lapisan pelindung SiO. 2 .

Setelah "jendela" tergores di tempat yang tepat, pengotor doping dimasukkan melaluinya, kontak juga dihubungkan di sini, dan perangkat secara keseluruhan dilindungi dari pengaruh eksternal. Untuk germanium, teknologi seperti itu belum memungkinkan: stabilitas dioksidanya tidak mencukupi.

Di bawah serangan silikon, galium arsenida dan semikonduktor lainnya, germanium kehilangan posisinya sebagai bahan semikonduktor utama. Pada tahun 1968, Amerika Serikat telah memproduksi lebih banyak transistor silikon dibandingkan transistor germanium.

Sepiring kecil bahan kristal berukuran kurang lebih 1 mm 2 berubah menjadi perangkat elektronik yang sangat kompleks, setara dengan unit radio yang terdiri dari 50-100 atau lebih bagian biasa. Ia mampu memperkuat atau menghasilkan sinyal dan melakukan banyak fungsi radio lainnya.

Sirkuit terpadu (IC) pertama kali muncul pada tahun 1964. Munculnya IP berarti revolusi sejati dalam teknologi komputasi. Lagi pula, ia sendiri mampu menggantikan ribuan transistor, yang masing-masing telah menggantikan 40 tabung vakum. Performa komputer generasi ketiga meningkat 100 kali lipat, dan dimensinya menurun secara signifikan. Pada saat yang sama, memori semikonduktor muncul, yang masih digunakan di komputer pribadi sebagai memori operasional.

Gagasan tentang sirkuit terpadu muncul - kristal silikon tempat transistor mini dan elemen lainnya dipasang. Pada tahun yang sama, sampel pertama sirkuit terpadu muncul, berisi lima elemen transistor pada kristal germanium. Para ilmuwan dengan cepat belajar menempatkan puluhan, dan kemudian ratusan atau lebih elemen transistor dalam satu sirkuit terintegrasi. Komputer generasi ketiga beroperasi dengan kecepatan hingga satu juta operasi per detik.

Sejak pertengahan tahun 70an, inovasi mendasar dalam ilmu komputer semakin sedikit. Kemajuan sebagian besar sejalan denganpengembangan dari apa yang telah ditemukan dan diciptakan, pertama-tama, dengan meningkatkan kekuatan dan miniaturisasi basis elemen dan komputer itu sendiri.

Di awal tahun 70an. sebuah upaya dilakukan untuk mengetahui apakah mungkin untuk menempatkan lebih dari satu sirkuit terintegrasi pada satu chip. Perkembangan mikroelektronika mengarah pada penciptaangenerasi keempatmobil dan kemunculannyasirkuit terpadu yang besar. Menjadi mungkin untuk menempatkan ribuan sirkuit terpadu dalam satu chip.

Hal ini memungkinkan untuk menggabungkan sebagian besar komponen komputer menjadi satu bagian mini - seperti yang dilakukan Intel pada tahun 1971, ketika merilis mikroprosesor pertama. Unit pemrosesan pusat dari sebuah komputer kecil dapat ditempatkan pada sebuah chip dengan luas hanya seperempat inci persegi (1,61 cm 2 ). Era mikrokomputer telah dimulai.

Sirkuit terpadu sudah berisi ribuan transistor. Berapa kecepatan komputer mikro modern? Ini 10 kali lebih cepat dari kecepatan komputer generasi ketiga yang menggunakan sirkuit terpadu, 1000 kali lebih cepat dari kecepatan komputer generasi kedua yang menggunakan transistor, dan 100.000 kali lebih cepat dari kecepatan komputer generasi pertama yang menggunakan tabung vakum.

Oleh karena itu diperlukan komputer dengan karakteristik kecepatan yang lebih tinggi. Oleh karena itu, para ahli di seluruh dunia telah mengambil tantangan untuk memecahkan masalah ini dengan menciptakan sistem komputasi masa depan. Pengembangan eksperimental komputer kuantum saat ini sedang berlangsung.biokomputer, komputer saraf, komputer optik, komputer probabilistik nanoelektronik, komputer nano, robot nano, automata mekanik molekuler, bahan semikonduktor suhu tinggi.

Tampilan