Ноябрьская образовательная программа по химии

Образовательная программа была направлена на приобщение школьников к исследовательской деятельности в соответствии с актуальными направлениями современной химии. В рамках программы были рассмотрены теория механохимических, фотохимических, электрохимических и микроволновых методов синтеза органических и неорганических соединений; аппаратурные возможности и инструменты современных синтетических лабораторий; свойства синтезируемых веществ, в том числе органолептические, и их связи со структурой соединений, а также сфера их применения.

Программа включала лекции преподавателей Санкт-Петербургского государственного университета, семинары, олимпиадные тренинги, химическую олимпиаду, которая состояла из теоретического и практического туров, и научно-практическую конференцию по итогам выполнения исследовательских проектов. Участники программы познакомились с новыми тенденциями в исследованиях по химии, приобрели опыт выполнения проектов и навыки решения олимпиадных задач, научились представлять результаты своих исследований и вести научную дискуссию.

Лекции 

Новый взгляд на отходы производств химической промышленности
Олимпиады школьников по химии – стратегия успеха
Отзвуки химического эксперимента
Приручая солнце
Химия здоровья, или Как изобретают лекарства
Химические реакции, названные в честь отечественных химиков
Химия фуллеренов: молекулярный углерод в материаловедении, нанотехнологиях и космосе
Хиральность, или «Когда молекулы лекарств смотрятся в зеркало»

Олимпиадные тренинги 

9 класс
10 класс
11 класс

Олимпиада 

Теоретический тур
Условия задач: 8 класс, 9 класс, 10 класс, 11 класс
Решения задач: 8 класс, 9 класс, 10 класс, 11 класс

Практический тур
9 класс:
1-й вариант
2-й вариант
Решения
10 класс:
1-й вариант
2-й вариант
Решения
11 класс:
1-й вариант
2-й вариант
Решения

В рамках программы школьники приняли участие в исследовательских проектах:

1. Анализ пищевых продуктов
2. Вычислительный микроскоп — новый инструмент химика
3. От наночастиц к полимерному нанокомпозиту для эффективной водоочистки
4. Модифицированные ионные жидкости: от синтеза и изучения свойств к применению для задач экстракции биомолекул
5. Простые синтезы для аналитической электрохимии: сенсорные покрытия на основе нерастворимых солей серебра
6. Smart materials на основе ионных жидкостей: концентрирование и разделение биологически активных веществ
7. Органическая химия в действии: от теории к практике
8. Сополимеры акриламида в создании новых биомедицинских материалов
9. Методы современной органической химии: от синтеза низкомолекулярных органических соединений к флуоресцентным красителям
10. Термохимия процессов в растворах
11. Синтез биосовместимых люминесцентных наноматериалов на основе соединений лантаноидов и квантовых точек оксида графена
12. Применение спектроскопии ЯМР в магнитном поле Земли

Описание проектов

1. Анализ пищевых продуктов
Руководитель проекта: С.С. Савинов 

Аннотация. Проект предусматривает получение обучающимися практических навыков в области аналитической химии и опыта планирования аналитического эксперимента, практическое ознакомление  с методиками пробоподготовки реальных проб пищевых продуктов и определение элементного состава современными методами анализа, которые используются в практической деятельности химика-аналитика. В ходе выполнения проекта учащиеся получают представление о способах обработки экспериментальных данных, приобретают опыт интерпретации  и публичного представления результатов исследования.

Содержание элементов в организме человека зависит прежде всего от их поступления извне, то есть с пищей, водой и воздухом, и преимущественно с пищей. Различные продукты содержат разное количество питательных веществ, в том числе эссенциальных элементов. Кроме того, содержание элементов в одних и тех же объектах,  произведенных в различных условиях, может различаться. Хотя пищевые продукты являются источником эссенциальных элементов, в связи с ухудшающейся экологической обстановкой они могут содержать значимое количество токсичных веществ. Вышесказанное определяет необходимость контроля состава данных объектов. Многие аналиты в пищевых продуктах находятся в связанной форме, поэтому перед анализом необходимо проводить пробоподготовку, для чего используются различные способы разложения образцов.

Цель проекта – анализ различных продуктов питания и напитков для контроля их качества путем сопоставления полученных результатов с нормативными показателями (ПДК) и исследовательскими данными. Предусмотрено исследование таких пищевых продуктов, как водопроводная и минеральная вода, молоко, чай (как растение и напиток), мясные/колбасные изделия. Предполагается также мониторинг состава ряда объектов при варьировании условий производства продуктов (времени получения/производства и производителя). Кроме того, для некоторых аналитов будет проведено экспериментальное сравнение различных способов пробоподготовки (как регламентированных нормативными документами, так и представленных в научных публикациях) с целью оптимизации схемы их определения.

Реализация проекта включает следующие этапы:

– обзор литературы (знакомство с составом и свойствами пищевых продуктов, нормативными документами, регламентирующими их состав, научными публикациями, посвященными методам анализа);
– отбор образцов пищевых продуктов и напитков;
– предварительная подготовка анализируемых образцов по различным схемам;
– определение содержания ряда аналитов с использованием химических (титриметрия и гравиметрия) и физико-химических (молекулярная спектрофотометрия и потенциометрия) методов анализа;
– метрологическая и статистическая обработка получаемых данных, определение средних значений и доверительных интервалов;
– сравнение полученных результатов с ПДК и представленными в литературе данными;
– подготовка научного доклада по результатам работы с его последующей презентацией на отчетной конференции.

Презентация проекта
Презентация участников проекта
Методические материалы

2. Вычислительный микроскоп — новый инструмент химика
Руководитель проекта: А.А. Ванин

Аннотация. В ходе выполнения проекта участники познакомятся с методом молекулярной динамики и способом его реализации в программном пакете GROMACS, решат ряд задач для овладения данным методом.

В исследовательской части проекта будут выполнены молекулярно-динамические расчеты:
– реальных одно- и многокомпонентных газов (позволят найти условия, при которых происходят значительные отклонения свойств реальных газов от свойств идеального газа);
– ионного кристалла, его плавление и испарение, а также обратные процессы конденсации в расплав и отвердевание расплава (рассмотрение этих явлений на атомно-молекулярном уровне позволит детально рассмотреть особенности происходящих процессов);
– водного раствора хлорида натрия, растворения соли в воде и сольватации ионов молекулами полярного растворителя;
– чистых низкомолекулярных жидкостей и их смесей (будут получены данные о плотности и теплоте смешения при различных температурах и составах смеси).

Презентация проекта
Презентация участников проекта
Методические материалы

3. От наночастиц к полимерному нанокомпозиту для эффективной водоочистки
Руководитель проекта: А.И. Кузьминова

Аннотация. Суть проекта заключается в синтезе полимерных нанокомпозитных материалов и их применении для водоочистки от белков, масел, красителей, тяжелых металлов и органических растворителей. Цель проекта – обучение школьников теоретическим и практическим основам получения полимерных композитов и формирования пористых и непористых мембранных фильтрующих материалов, изучение их физических, физико-химических, структурных и транспортных свойств.

Задачи проекта. 
Теоретическая подготовка:
– рассмотрение основных процессов, лежащих в основе получения полимерных нанокомпозитов (понятия нанообъекта и композита, выбор модификатора и полимера),
– изучение методов получения полимерных композитов (твердофазный, растворный) и полимерных мембранных материалов (пористых и непористых).

Экспериментальная подготовка:
–освоение методов приготовления полимерных композитов на примере следующих компонентов: в качестве полимерной матрицы используются полисульфон, ацетат целлюлозы, полифениленизофталамид и альгинат натрия, а качестве модификаторов – углеродные частицы (фуллерен, углеродные нанотрубки, оксид графена) и фотокатализаторы (нано- и микроразмерный диоксид титана и оксид цинка). Приготовление пористых мембранных материалов из нанокомпозитов методом инверсии фаз и непористых – путем отлива на подложку и испарения растворителя;
– изучение структурных и физических свойств полученных мембранных композитных материалов методом сканирующей электронной микроскопии и измерение углов смачивания;
– изучение транспортных свойств полученных мембранных композитных материалов в различных мембранных процессах:

а) пористые мембраны изучаются в процессе ультрафильтрации при разделении белков, масла и красителей от воды. В частности, проводится работа по извлечению красителей после окраски карамели в различные цвета, а также очистка воды от масла (Виттол, используется в токарных мастерских для заточки инструментов), и изучение мембран, содержащих фотокатализаторы, под воздействием УФ-лампы для очистки мембран от загрязняющих ее веществ;

б) непористые мембраны будут изучены в процессе первапорации при разделении азеотропных смесей спирт-вода (этанол-вода, изопропанол-вода).

По завершении проекта школьники будут иметь представление о полимерах, различных типах модификаторах, методах их введения в полимерные материалы, освоят метод сканирующей электронной микроскопии и проведут измерения краевого угла для характеризации гидрофильно-гидрофобного баланса поверхности, приготовят из композитов различные по пористости мембранные материалы и применят их для разделения промышленно-значимых жидких смесей.

Презентация проекта
Презентация участников проекта
Методические материалы

4. Модифицированные ионные жидкости: от синтеза и изучения свойств к применению для задач экстракции биомолекул
Руководитель проекта: Е.А. Сафонова

Аннотация. Ионные жидкости (ИЖ) представляют собой органические соли с низкой температурой плавления, часто находящиеся в жидком агрегатном состоянии уже при комнатной температуре. Особенностью ИЖ являются низкая летучесть, негорючесть и высокая термическая стабильность. Благодаря этим свойствам ИЖ первоначально рассматривали как безопасную замену органическим растворителям.

Смеси некоторых ИЖ и неорганических солей образуют системы, которые в определенной области составов расслаиваются на две несмешивающиеся жидкие фазы. Различие сродства этих фаз к растворенному веществу позволяет использовать такие системы для разделения, очистки и экстракции широкого круга веществ, среди которых особое значение имеют биомолекулы (аминокислоты, белки, ароматические вещества и др.).

Модификация структуры ИЖ путем добавления или замены функциональных групп — структурный дизайн — позволяет варьировать свойства ИЖ в широком диапазоне. При этом необходимо установить взаимосвязь между строением ИЖ и свойствами водно-солевых систем на их основе. Природа ионов ИЖ сильно влияет на их токсичность. Обнаружено, что менее токсичными являются аминокислотные ИЖ (содержащие аминокислотный анион). В этой связи системы на основе аминокислотных ИЖ перспективны в качестве альтернативных сред для экстракции.

Основные задачи проекта:

– знакомство с ионными жидкостями, их структурным многообразием и имеющими практическую значимость физико-химическими свойствами;
– синтез аминокислотной ИЖ и подтверждение ее строения с помощью анализа спектров ЯМР;
– построение фазовых диаграмм равновесия «жидкость–жидкость» для водно-солевых систем, содержащих галогенидную и аминокислотную ИЖ;
– определение экстрагирующей способности изучаемых систем на основании данных о распределении модельной биомолекулы (ванилина);
– анализ полученных результатов с позиции специфики взаимодействия ИЖ и экстрагируемого вещества.

Презентация проекта
Презентация участников проекта
Методические материалы

5. Простые синтезы для аналитической электрохимии: сенсорные покрытия на основе нерастворимых солей серебра
Руководитель проекта: М.А. Пешкова

Аннотация. Суть проекта заключается в исследовании и оптимизации условий получения электродов второго рода на основе нерастворимых солей серебра и их апробации в качестве электродов сравнения и индикаторных электродов (сенсоров) в прямой потенциометрии. Цель проекта – обучение школьников теоретическим основам функционирования гальванических ячеек и электродов, химическим и электрохимическим методам получения нерастворимых покрытий для создания электродов второго рода и принципам их применения в качестве электродов сравнения.

Электроды, представляющие собой металл, покрытый осадком своей малорастворимой соли (электроды второго рода), находят широкое применение как в рутинной практике электрохимического анализа, так и в качестве инструмента для фундаментальных исследований. Такие электроды могут выступать в роли сенсоров на различные ионы в растворе. Электроды второго рода, например хлоридсеребряные, являются «золотым стандартом» в семействе электродов сравнения – полуэлементов гальванической ячейки, относительно которых измеряется ЭДС в электрической цепи.

Электроды второго рода можно найти и в промышленных анализаторах состава технологических сред, и в проточных ячейках клинических анализаторов крови. Мониторинг водного состава окружающей среды, исследование биологических объектов, в том числе клеток и клеточных культур, редко обходится без вовлечения электродов на основе нерастворимых осадков. В то же время такие электроды отличаются простотой и невысокой стоимостью изготовления, разнообразием методик получения и дизайна конечного устройства, широкими возможностями миниатюризации, что позволяет «настраивать» их свойства для решения конкретных аналитических задач.

Задачи проекта.

Теоретическая подготовка:
– обеспечение понимания школьниками основных физико-химических понятий и процессов, лежащих в основе электроаналитической химии: электрохимическое равновесие, понятие гальванического элемента, принцип действия электродов первого и второго рода, понятие об электродах сравнения, равновесные электрохимические измерения и метод прямой потенциометрии, основы функционирования гальваностатов и высокоомных вольтметров;

Экспериментальная подготовка:
– освоение химической и электрохимической методик получения покрытий на основе солей серебра для создания электродов второго рода; приобретение опыта сборки электролизера из коммерчески доступных деталей; получение навыков измерений ЭДС в простых гальванических ячейках, интерпретации электрического сигнала;
– формирование универсальных исследовательских навыков: установление связи между условиями получения нерастворимых покрытий и их свойствами на микро- и макроуровнях;
– создание работоспособных электродов сравнения на основе малорастворимых солей серебра и количественная проверка их работоспособности в ходе прямой потенциометрии, в том числе в образцах водных объектов окружающей среды.

Задания проектного и исследовательского характера, выполняемые в рамках программы:
1. Групповая аналитическая работа: анализ факторов, влияющих на свойства покрытий на основе нерастворимых солей серебра, разработка протокола эксперимента по установлению связи между условиями синтеза и свойствами получаемых электродов второго рода.
2. Групповое экспериментальное освоение методов получения покрытий на основе хлорида, йодида (бромида) и сульфата (фосфата) серебра для создания электродов сравнения.
3. Индивидуально: проверка различных факторов, влияющих на микро- и макрохарактеристики получаемых покрытий (согласно протоколу исследования, выработанному на первом этапе).
4. Индивидуально/в подгруппах: изготовление и проверка работоспособности электродов второго рода, оптимальных для применения в качестве электродов сравнения, и их апробация в ходе прямой потенциометрии.

Презентация проекта
Презентация участников проекта
Методические материалы

6. Smart materials на основе ионных жидкостей: концентрирование и разделение биологически активных веществ
Руководитель проекта: Е.А. Бессонова

Аннотация. Цель проекта — разработка экспрессных подходов концентрирования и разделения биологически активных веществ из растительных объектов с применением так называемых «интеллектуальных материалов» (smart materials).

В настоящее время актуальным вопросом является поиск и создание лекарственных препаратов на основе растительных объектов. Анализ таких объектов представляет собой непростую задачу из-за сложного состава матрицы пробы, содержащей ценные компоненты, сильно различающиеся по свойствам и уровням концентраций.

В связи с этим большое внимание уделяется разработке эффективных и экологически чистых технологий концентрирования и выделения широкого спектра биологически активных соединений, а также применению новых экологически безопасных материалов с настраиваемыми свойствами (smart materials), к которым относятся ионные жидкости (ИЖ). Это соли с температурой плавления ниже 100 °C. Как правило, ИЖ состоят из объемного органического катиона и органического или неорганического аниона. ИЖ являются полифункциональными соединениями: могут выполнять роль экстрагирующего растворителя, выступать в качестве поверхностно-активных веществ, модификаторов поверхности сорбента, использоваться при создании новых материалов на их основе, а также в процессах последующего селективного разделения БАВ физико-химическими методами. Все эти особенности делают ИЖ потенциальной альтернативой традиционно используемым органическим соединениям.

В качестве объектов данного исследования выступают листья и плоды селекционных сортов субтропических культур (такие как чай, плоды фейхоа), предоставленные Всероссийским научно-исследовательским институтом цветоводства и субтропических культур (г. Сочи). Для решения задач данного проекта используются эффективные физико-химические методы анализа смесей веществ: высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) и тонкослойная хроматография (ВЭТСХ), позволяющие определять качественный и количественный состав компонентов пробы, а применение метода хромато-масс-спектрометрии позволит провести идентификацию неизвестных биологически активных веществ, выделенных из растительных экстрактов.

В ходе выполнения проекта применяются современные подходы: планирование эксперимента с помощью математических методов, использование ионных жидкостей как в процессе извлечения, так и разделения аналитов, применение методов микроэкстракции. Все это позволит увеличить селективность извлечения и получить характеристические профили биологически активных веществ в образцах селекционных сортов исследуемых растений.

Презентация проекта
Презентация участников проекта
Методические материалы

7. Органическая химия в действии: от теории к практике
Руководитель проекта: И.П. Филиппов

Аннотация. Проект направлен на формирование у школьников представлений о целях органического синтеза, а также на получение ими практических навыков работы в этой области. В наше время органический синтез особенно важен, ведь с его помощью человечество получает доступ к лекарствам, полимерным веществам, красителям, пищевым добавкам, душистым веществам и пестицидам.

В практическую часть проекта входят экспериментальные задачи, демонстрирующие широту применения органического синтеза. Первой частью проекта является получение ряда азосоединений, изучение их спектральных и кислотно-основных свойств для применения в качестве индикаторов, а также крашение образцов одежды. Вторая часть посвящена синтезам лекарственных препаратов – аспирина и N-(4-этоксифенил) ацетамида («фенацетина»). Синтезы проводятся из салициловой кислоты и п-этоксианилина соответственно. Третьей частью проекта является синтез ряда душистых веществ, а именно сложных эфиров карбоновых кислот, с помощью реакции этерификации. Наконец, финальная часть проекта предусматривает получение веществ, обладающих люминесценцией: будет синтезирован флуоресцеин, а также продемонстрирована хемилюминесценция в реакции предварительно синтезированного бис(2,4,6-трихлорфенил) оксалата с перекисью водорода.

Для успешного проведения синтеза необходимо понимать, с помощью каких реакций надо синтезировать вещество и что лежит в основе этих реакций. После проведения синтеза важно выяснить, получилось ли требуемое вещество и какова его чистота. Поэтому в лекционном блоке проекта будут рассмотрены методы синтеза и свойства аминов, солей диазония и азосоединений, а также аренов, карбоновых кислот и их производных. Учащиеся познакомятся с теорией цветности, электронными эффектами заместителей, основами ультрафиолетовой и инфракрасной спектроскопии, спектроскопии ядерного магнитного резонанса, овладеют основами органического синтеза и некоторыми методами очистки и идентификации органических веществ.

Теоретическая часть проекта:

1. Введение в органический синтез: методы синтеза, очистки и идентификации органических веществ.
2. Химические свойства аминов и солей диазония. Азосоединения.
3. Основные положения теории цветности. Кислотно-основные индикаторы.
4. Химические свойства аренов, карбоновых кислот и их производных.
5. История и методы синтеза некоторых лекарственных препаратов.
6. Основы люминесценции, УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии.

Практическая часть проекта:

1. Синтез солей диазония и ряда азокрасителей с помощью реакции азосочетания.
2. Окраска одежды с помощью синтезированных красителей.
3. Определение рН перехода полученных азосоединений (индикаторов).
4. Синтез N-(4-этоксифенил)ацетамида и ацетилсалициловой кислоты.
5. Синтез душистых веществ с использованием реакции этерификации.
6. Синтез флуоресцеина и демонстрация его флуоресценции.
7. Синтез бис(2,4,6-трихлорфенил)оксалата и демонстрация его хемилюминесценции.
8. Запись УФ-, ИК- и ЯМР спектров полученных веществ.

Презентация проекта
Презентация участников проекта
Методические материалы

8. Сополимеры акриламида в создании новых биомедицинских материалов
Руководитель проекта: П.А. Фетин

Аннотация. Полимерные соединения на основе акриламида находят применение в различных сферах жизни человека, однако потенциал полиакриламида и его функциональных производных до сих пор не исчерпан, что подтверждается появлением множества работ по изучению свойств его производных (сополимеров, сетчатых структур и т.д.). Полиакриламид является неионогенным водорастворимым полимером. При использовании межмолекулярных сшивок между полярными молекулами полиакриламида этот полимер образует сетчатую полимерную структуру, способную лишь к ограниченному поглощению воды из раствора, и вместо вязкого раствора образует гидрогель. Природа сшивающего агента может быть различной.

В рамках проекта наряду с классическим подходом к получению гидрогеля (добавление на стадии полимеризации бифункционального сшивателя) используются другие методы формирования гидрогеля на основе ионной и ковалентных сшивок предварительно синтезированных сополимеров. Для этого участниками проекта будет осуществлен синтез функциональных поверхностно-активных мономеров с катионными и анионными группами, а также мономеров, содержащих фрагмент N-гидроксисукцинимида, осуществлена их сополимеризация. Все органические реакции, используемые для дизайна молекулярной структуры мономеров, изучаются в школьной программе 10 класса. Участники проекта познакомятся с особенностями органического синтеза на практике. На семинарах в группе будет уделено большое внимание особенностям органического синтеза мономеров, не отраженным в классической школьной программе. Используя разные подходы к получению гидрогелей, в ходе выполнения проекта удастся создать функциональные гидрогели для наполнения их модельными красителями различной полярности. Краситель в этом случае выполняет роль потенциального лекарственного вещества.

Обучающиеся узнают, как способ получения гидрогеля и загрузка в него красителя влияет на скорость его высвобождения (релиз) из гидрогелевой матрицы. Подобные гидрогелевые соединения являются прототипами умных систем лечения ожогов и ран атравматичным способом. Полученные гидрогели, содержащие поверхностно-активные мономерные звенья, будут использованы в качестве нанореакторов для синтеза магнитных частиц Fe2O3 и наночастиц серебра, известных своей антибактериальной активностью. Выполняя исследования по проекту, школьники познакомятся с методом УФ-спектроскопии и кондуктометрии, титрования, освоят экспериментальный навык очистки мономеров и растворителей, получат первый опыт работы с полимерами, расширят свои знания в области науки о полимерах, органического синтеза и коллоидной химии.

Презентация проекта
Презентация участников проекта
Методические материалы

9. Методы современной органической химии: от синтеза низкомолекулярных органических соединений к флуоресцентным красителям
Руководитель проекта: А.И. Говди

Аннотация. Проект направлен на формирование у школьников представлений о современных методах и подходах в органическом синтезе, а также приобретение ими практических навыков в области органического синтеза. Экспериментальная часть проекта включает две синтетические задачи, демонстрирующие разнообразные возможности органического синтеза.

Первая задача – синтез флуоресцентных соединений, например производных кумарина, родамина В, с последующей модификацией флуоресцентных красителей группами, склонными к Click-реакциям с аминогруппами и образованию конъюгатов с биологическими молекулами.

Вторая задача проекта – исследование хемилюминесценции люминола и соединений на основе бисоксалата. Предусмотрено изучение влияния различных ионов металлов и других веществ на интенсивность и продолжительность люминесценции.

В теоретической части проекта будут рассмотрены методы синтеза и свойства соединений с флуоресцентными свойствами, а также состоится ознакомление с физико-химическими методами анализа органических соединений. Учащиеся познакомятся с концепцией Click chemistry, понятием флуоресценции и электронными эффектами заместителей, основами ультрафиолетовой спектроскопии, овладеют основными методами органического синтеза и методами очистки и идентификации органических соединений.

Презентация проекта
Презентация участников проекта
Методические материалы

10. Термохимия процессов в растворах
Руководитель проекта: Н.А. Богачев

Аннотация. Проект является продолжением проекта 2022 года «Термохимия комплексных соединений», в ходе которого была выполнена сборка программируемого калориметра на основе сосуда Дьюара и платформы Arduino. В рамках данного проекта планируется увеличение степени автоматизации калориметра, а также расширение его функциональных возможностей для проведения измерения теплот процессов в растворах. Уникальностью проекта является совмещение физической химии, приборостроения и программирования.

Участникам будет предложено самостоятельно собрать калориметр для измерения теплот растворения в воде жидкостей и твердых соединений, провести синтез ряда комплексных соединений, их идентификацию инструментальными методами и методами химического анализа, и на основе экспериментально полученных теплот их растворения с привлечением необходимых исследовательских данных рассчитать энтальпии образования синтезированных соединений.

С образовательной точки зрения участие в проекте позволит узнать (или глубже изучить) следующие темы: неорганический синтез, сольватация и комплексообразование, начала термодинамики, закон Гесса, термохимический цикл, калориметрия, химия комплексных соединений, теория кристаллического поля, теории кислот и оснований.

В рамках приобретения научно-практических навыков участники проекта ознакомятся с методами калориметрии, рентгеноструктурного анализа, колебательной спектроскопии, комплексонометрического титрования, а также с базовыми принципами работы с лабораторным оборудованием для проведения неорганического синтеза. Для обработки и анализа полученных экспериментальных данных обучающиеся обучатся приемам расшифровки результатов рентгеноструктурного анализа, анализа колебательных спектров, основам поиска научной информации в международных базах научных статей, приемам эффективной презентации полученных научных результатов перед аудиторией.

Навыки проектной работы будут получены обучающимися в ходе освоения основ микроэлектроники и программирования на языке Arduino wiring, работы с библиотеками кодов, работы с кодом и программированием микроконтроллеров для чтения информации с цифровых и аналоговых датчиков.

Презентация проекта
Презентация участников проекта
Методические материалы

11. Синтез биосовместимых люминесцентных наноматериалов на основе соединений лантаноидов и квантовых точек оксида графена
Руководитель проекта: А.С. Мерещенко

Аннотация. В последние годы вектор развития науки и техники активно смещается в сферу междисциплинарных проектов. Так, одним из перспективных направлений, комбинирующих в себе приемы и подходы химии, материаловедения, биологии и медицины, является дизайн многофункциональных наноматериалов. К наиболее широко изучаемым материалам данного типа относятся гибридные нанокомпозиты на основе соединений редкоземельных элементов, одновременно содержащие как органические, так и неорганические вещества, что обусловлено их потенциальным применением в биологии (красители для люминесцентной микроскопия), медицине (контрастные агенты для магнитно-резонансной и рентгеновской томографии, препараты для фототермической терапии), аналитической химии (электрохимические и люминесцентные сенсоры для обнаружения токсичных и взрывчатых соединений) и других областях науки.

В рамках проекта будут синтезированы неорганические нанокристаллические люминофоры на основе NaMF4 (M = Y, Gd, Lu), обладающих стоксовой (NaMF4: Eu/Tb) и антистоксовой (NaMF4: Yb, Ho/Er) люминесценцией, покрытые оболочкой органических полимеров для стабилизации коллоидного раствора. Кроме того, будут проведены пробные эксперименты по синтезу квантовых точек оксида графена с поверхностью, модифицированной атомами азота и серы. Особенностью данных материалов является возможность плавного варьирования (настройки) длины волны люминесценции (цвета свечения частиц) от фиолетового до красного путем изменения концентрации и вида модифицирующих поверхность функциональных групп, а также размера частиц за счет варьирования условий синтеза. Данные частицы являются перспективными материалами биологии и медицины как красители для люминесцентной микроскопии и контрастные агенты для магнитно-резонансной томографии. Синтез неорганических частиц будет проводиться гидротермальным методом, водный раствор реагентов будет помещен в автоклав и нагрет до температуры 120–180 градусов Цельсия. Затем данные частицы будут стабилизированы органическим полимером (бромид цетримониума, лаурилсульфат натрия, поливинилпирролидон). Будут изучены люминесцентные свойства, качественный и фазовый состав полученных материалов, размер и форма частиц, а также магнитные свойства. Помимо этого будут проведены эксперименты по определению цитотоксичности данных материалов на клеточных культурах.

Презентация проекта
Презентация участников проекта
Методические материалы

12. Применение спектроскопии ЯМР в магнитном поле Земли
Руководитель проекта: А.В. Иевлев

Аннотация. Курс экспериментальных работ в рамках проекта позволит школьникам на практике ознакомиться практически со всеми основными методами ядерного магнитного резонанса, а также с его особенностями в слабых магнитных полях. Проект в основном направлен на изучение возможностей ядерного магнитного резонанса, поскольку методы ЯМР являются одним из самых мощных инструментов для неразрушающего изучения как физико-химических свойств различных веществ, так и самой структуры вещества.

Магнитные явления, регистрируемые резонансными методами, имеют многочисленные применения, например, такие известные, как МР-томография, ЯМР-магнитометрия, ЯМР-спектроскопия. Не менее мощными исследовательскими инструментами, с которыми также познакомятся участники проекта, являются ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) и ЯКР (ядерный квадрупольный резонанс). Последовательность работ такова, что школьники сначала получат необходимую начальную информацию о явлении, а затем научатся работать с приборами и программным обеспечением (ЯМР-магнитометром и ЯМР-спектрометром, работающим в слабых магнитных полях, например в магнитном поле Земли). Кроме того, они приобретут умения настраивать спектрометр, находить и узнавать сигнал ЯМР, добиваться оптимальных режимов работы, регистрировать спектры ЯМР в земном магнитном поле, вычислять некоторые характеристики веществ, а также получать карты магнитного поля Земли.

Презентация проекта
Презентация участников проекта
Методические материалы

Рейтинг участников конкурсного отбора

К участию в конкурсном отборе приглашаются учащиеся 9–11 классов (на 1 сентября 2023 года) образовательных организаций, реализующих программы общего и/или дополнительного образования, всех регионов Российской Федерации и стран Содружества Независимых Государств, а также Республик Абхазия и Южная Осетия.

Отбор участников образовательной программы производится на основании рейтинга, определяемого на основании оценки достижений кандидата в олимпиадном движении и исследовательской работе.

Максимальный суммарный балл — 100. Учитывается одно максимальное значение за участие в олимпиадах и одно — за исследовательскую деятельность.

Шкала перевода достижений в рейтинговые баллы, а также список необходимых подтверждающих документов:

– Успехи на заключительных этапах олимпиад по химии (максимальный балл — 60, учитываются только результаты 2022/2023 года)

Также могут быть учтены результаты регионального этапа Всероссийской олимпиады школьников:
более 70% баллов — 35 баллов
от 50 до 70% баллов — 20 баллов

Сведения для оценки академических достижений формируются автоматически на основании данных из Государственного информационного ресурса о детях, проявивших выдающиеся способности. Прикладывать к заявке подтверждающие документы не требуется.

– Исследовательская деятельность в области химических наук (максимальный балл — 40, учитываются только результаты 2022/2023 года):

За наиболее интересные работы, представленные на менее значимых конференциях, может быть начислено до 5 баллов.

Подтверждающие документы: сканы дипломов и грамот, копия Положения о конференции, содержащая информацию о ее статусе (ссылка на Интернет-ресурс, содержащий информацию о числе участников, призеров, победителей), информация о теме представленного доклада и реферат работы/презентация доклада.

Список наиболее значимых мероприятий:
1. Всероссийский конкурс научно-технологических проектов «Большие вызовы»;
2. Школьные чтения имени Вернадского;
3. Школьные Харитоновские чтения;
4. Сахаровские чтения;
5. Конференция Intel Авангард;
6. Всероссийская научно-практическая конференции школьников по химии (СПбГУ);
7. Балтийский инженерный конкурс;
8. Открытая научно-практическая конференция школьников (г. Москва);
9. Международная научно-практическая конференция имени профессора Л.П. Кулёва студентов и молодых ученых «Химия и химическая технология в XXI веке» (школьная секция);
10. Казань. «Нобелевские надежды КНИТУ»;
11. Конкурс «Junior Skills»;
12. Региональные и заключительные этапы Всероссийского турнира школьников по химии (результаты, показанные в командном зачете, оцениваются в 50% баллов от результатов личного зачета);
13. Колмогоровские чтения;
14. Всероссийский фестиваль «Леонардо»;
15. Конкурс «Десять в минус девятой»;
16. Конференция «Научный потенциал – XXI»;
17. Конкурс «Юность, наука, культура».

Для перечисленных мероприятий представлять Положение и ссылки на Интернет-ресурсы не нужно.
Участие на олимпиадах и конференциях до 2022/2023 учебного года при формировании рейтинга не учитывается.

Предварительный рейтинг кандидатов на участие в образовательной программе будет опубликован не позднее 26 сентября 2023 года.

В образовательной программе от одного субъекта Российской Федерации (региональная квота) могут принять участие не более 20% от общего числа участников Программы (до 14 человек).

Список школьников, приглашенных к участию в образовательной программе будет опубликован не позднее 29 сентября 2023 года.

Информационный плакат для доски объявлений

Положение о Ноябрьской образовательной программе по химии
Образовательного центра «Сириус»

1. Общие положения
1.1. Настоящее Положение определяет порядок организации и проведения Ноябрьской образовательной программы по химии Образовательного центра «Сириус» (далее — образовательная программа, Программа), ее методическое и финансовое обеспечение.

1.2. Образовательная программа по химии проводится в Образовательном центре «Сириус» (Образовательный Фонд «Талант и успех» (далее — Фонд)) с 1 по 24 ноября 2023 года.

Тип программы: научная программа.

1.3. Для участия в конкурсном отборе на Ноябрьскую образовательную программу по химии приглашаются школьники 9–11 классов (на 1 сентября 2023 года) из образовательных организаций, реализующих программы общего или дополнительного образования, всех регионов Российской Федерации и стран Содружества Независимых Государств (далее — СНГ), а также Республик Абхазия и Южная Осетия.

Конкурсный отбор и преподавание учебных дисциплин в рамках образовательной программы осуществляется на русском языке.

1.4. Общее число участников образовательной программы: до 70 человек. Из них: 11 класс — до 10 человек, 10 класс — до 50 человек, 9 класс — до 10 человек.

Указанные квоты могут быть скорректированны в зависимости от количества поданных заявок и итогового рейтинга кандидатов на участие в Программе.

1.5. Принять участие в образовательной программе могут только своевременно зарегистрировавшиеся школьники.

1.6. Принять участие в образовательной программе могут граждане Российской Федерации и стран СНГ, а также Республик Абхазия и Южная Осетия.

1.7. Научно-методическое и кадровое сопровождение образовательной программы осуществляют сотрудники Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет».

1.8. В течение всего периода своего обучения в общеобразовательной организации школьник может принять участие не более чем в трех учебно-региональных программах и не более чем в двух научных программах.

Школьники, которые исчерпали свою квоту по любому из типов образовательных программ (учебная региональная или научная), могут принять участие в этом типе образовательных программ еще один раз в переходный период 2023/2024 учебного года. 

1.9. Допускается участие школьников в течение учебного года (с июля по июнь следующего календарного года) не более, чем в двух образовательных программах по направлению «Наука» (по любым профилям, включая проектные образовательные программы), не идущих подряд.

1.10. В связи с целостностью и содержательной логикой образовательной программы, интенсивным режимом занятий и объемом академической нагрузки, рассчитанной на весь период пребывания обучающихся в Образовательном центре «Сириус», не допускается участие школьников в отдельных мероприятиях или части образовательной программы: исключены заезды и выезды школьников вне сроков, установленных Фондом.

1.11. В случае нарушений правил пребывания в Образовательном центре «Сириус» или требований настоящего Положения участник образовательной программы может быть отчислен с нее.

1.11.1. Школьник, независимо от результатов конкурсного отбора, может быть отчислен с Программы в случае, если им не усваиваются материалы образовательной программы.

1.12. В случае обнаружения недостоверных сведений в заявке на образовательную программу (в том числе класса обучения) участник может быть исключен из конкурсного отбора.

2. Цели и задачи образовательной программы
2.1. Цели образовательной программы:
- раннее выявление, развитие и дальнейшая профессиональная поддержка детей, проявивших выдающиеся способности в области естественнонаучных дисциплин, а также добившихся успеха в техническом творчестве;
- обеспечение школьникам, проявившим свой талант на федеральном уровне, возможности получения опыта участия в современных научных исследованиях, передовых технологических проектах, а также возможности знакомства с деятельностью развитых индустриальных компаний и научных институтов, взаимодействия с их сотрудниками.

2.2. Задачи образовательной программы:
- вовлечение участников Программы в научное и/или техническое творчество для решения актуальных задач современной науки, технологической сферы, промышленности и т.п.;
- ознакомление участников Программы с элементами научных теорий по профилю образовательной программы;
- расширение кругозора участников Программы в спектре естественных наук и их приложений;
- повышение мотивации участников к текущим занятиям в рамках Программы и дальнейшим занятиям вне рамок Программы;
- вовлечение участников в систему обучения и сопровождения Образовательного центра «Сириус», действующую вне рамок Программы;
- ориентирование участников Программы на дальнейшее поступление в ведущие образовательные организации высшего образования России на специальности, важные с точки зрения Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации;
- ориентирование участников Программы на продолжение научной и/или инженерной карьеры в России.

3. Порядок отбора участников образовательной программы
3.1. Отбор участников образовательной программы осуществляется на основании Порядка отбора школьников на профильные образовательные программы Фонда по направлению «Наука», а также требований, изложенных в настоящем Положении.

3.2. К участию в конкурсном отборе приглашаются учащиеся 9–11 классов (на 1 сентября 2023 года) образовательных организаций, реализующих программы общего и/или дополнительного образования, всех регионов Российской Федерации и стран СНГ, а также Республик Абхазия и Южная Осетия.

3.3. Для участия в конкурсном отборе необходимо пройти регистрацию на сайте Образовательного центра «Сириус».

Регистрация на Программу будет открыта до 17 сентября 2023 года.

3.4. Отбор участников образовательной программы производится на основании рейтинга, определяемого на основании оценки достижений кандидата в олимпиадном движении и исследовательской работе.

3.4.1. Максимальный суммарный балл — 100. Учитывается одно максимальное значение за участие в олимпиадах и одно — за исследовательскую деятельность.

Учитывается наивысшее достижение за 2022/2023 учебный год.

Шкала перевода достижений в рейтинговые баллы, а также список необходимых подтверждающих документов:

3.4.1.1. Успехи на заключительных этапах олимпиад по химии (максимальный балл — 60, учитываются только результаты 2022/2023 года)

Также могут быть учтены результаты регионального этапа Всероссийской олимпиады школьников:
более 70% баллов — 35 баллов
от 50 до 70% баллов — 20 баллов

Результаты других олимпиад (в том числе муниципального этапа Всероссийской олимпиады школьников и отборочных этапов олимпиад перечня Российского совета олимпиад школьников) не учитываются.

Сведения для оценки академических достижений формируются автоматически на основании данных из Государственного информационного ресурса о детях, проявивших выдающиеся способности. Прикладывать к заявке подтверждающие документы не требуется.

3.4.1.2. Исследовательская деятельность в области химических наук (максимальный балл — 40, учитываются только результаты 2022/2023 года)

За наиболее интересные работы, представленные на менее значимых конференциях, может быть начислено до 5 баллов.

Подтверждающие документы: сканы дипломов и грамот, копия Положения о конференции, содержащая информацию о ее статусе (ссылка на Интернет-ресурс, содержащий информацию о числе участников, призеров, победителей), информация о теме представленного доклада и реферат работы/презентация доклада.

Для перечисленных в пункте 3.4.2. мероприятий представлять Положение и ссылки на Интернет-ресурсы не нужно.

3.4.2. Список наиболее значимых мероприятий:
1. Всероссийский конкурс научно-технологических проектов «Большие вызовы»;
2. Школьные чтения имени Вернадского;
3. Школьные Харитоновские чтения;
4. Сахаровские чтения;
5. Конференция Intel Авангард;
6. Всероссийская научно-практическая конференции школьников по химии (СПбГУ);
7. Балтийский инженерный конкурс;
8. Открытая научно-практическая конференция школьников (г. Москва);
9. Международная научно-практическая конференция имени профессора Л.П. Кулёва студентов и молодых ученых «Химия и химическая технология в XXI веке» (школьная секция);
10. Казань. «Нобелевские надежды КНИТУ»;
11. Конкурс «Junior Skills»;
12. Региональные и заключительные этапы Всероссийского турнира школьников по химии (результаты, показанные в командном зачете, оцениваются в 50% баллов от результатов личного зачета).

Фонд оставляет за собой право корректировать данный список по итогам экспертизы мероприятий. Окончательный список будет опубликован не позднее 25 сентября 2023 года.

3.4.3. При одинаковой сумме баллов приоритет отдается кандидату, набравшему большее количество баллов за исследовательскую деятельность. При равенстве баллов за исследовательскую деятельность приоритет отдается кандидату, не участвовавшему ранее в интенсивных профильных образовательных программах Центра «Сириус» по направлению «Наука».

3.4.4. Фонд оставляет за собой право изменять указанные в пункте 3.4.1.2 баллы на основании независимой экспертизы представленной защищенной работы или нового проекта.

3.4.5. Предварительный рейтинг кандидатов на участие в образовательной программе будет опубликован не позднее 26 сентября 2023 года.

3.5. В образовательной программе от одного субъекта Российской Федерации (региональная квота) могут принять участие не более 20% от общего числа участников Программы (до 14 человек).

3.6. Учащиеся, отказавшиеся от участия в образовательной программе, могут быть заменены на следующих за ними по рейтингу школьников.

Внесение изменений в список участников программы происходит до 17 октября 2023 года.

3.7. Список школьников, приглашенных к участию в образовательной программе, публикуется на сайте Образовательного центра «Сириус» не позднее 29 сентября 2023 года.

4. Аннотация образовательной программы
Образовательная программа направлена на формирование у школьников представлений о современной методологии и технике лабораторного химического синтеза и анализа.

В рамках образовательной программы освещаются аппаратурные возможности и инструменты современных синтетических лабораторий. Учащиеся познакомятся с теорией механохимических, фотохимических, электрохимических и микроволновых методов синтеза органических и неорганических соединений. Особое внимание уделяется свойствам (в т.ч., органолептическим) синтезируемых веществ и их связи со структурой соединений, а также сфере их применения.

В образовательную программу также включены научные и научно-популярные лекции преподавателей Санкт-Петербургского государственного университета, олимпиадные тренинги, научно-практическая конференция.

5. Финансирование образовательной программы
Оплата проезда по территории Российской Федерации, пребывания и питания в Образовательном центре «Сириус» участников образовательной программы осуществляется за счет средств Образовательного Фонда «Талант и успех».