Сверхвосстановленные элементы и химический светофор. Школьники из Венгрии побели в МГУ на Международном химическом турнире

Сверхвосстановленные элементы и химический светофор

Школьники из Венгрии победили в МГУ на Международном химическом турнире

На химическом турнире МГУ имени М.В. Ломоносова завершился III Международный химический турнир (IChTo-2019) — командное соревнование для школьников. Сильнейшими стали участники из Венгрии, второе и третье место заняли команды из Сербии и Сингапура. Всего в соревновании принимали участие 60 школьников из 9 стран Европы и Азии: Венгрии, Польши, Сингапура, Таиланда, Сербии, Ирана, Румынии, Черногории и России.

Турнир проходит в формате мини-конференции. Задания публикуются за несколько месяцев до соревнования. Главная их особенность в отсутствии единственного правильного решения — каждая из задач требует проведения небольшого исследования. участникам предстоит выяснить, в каких немагических условиях направление помешивания зелий могло бы повлиять на результат синтеза (как в книгах о Гарри Поттере), как можно организовать музей, демонстрирующий химические реакции и при этом не требующий периодических закупок новых химических реактивов – только электричество, воду и воздух, как создать химический вакуумный насос и определить концентрацию мышьяка в живых клетках. Многие из задач связаны с актуальными научными проблемами – например, как вытравить из сплава трех металлов только один, чтобы получить губчатый материал, необходимый для нужд катализа и фотоники, или как использовать радиоактивные превращения элементов для синтеза редких и недоступных другими способами веществ. В составлении задач участвовали сотрудники МГУ имени М.В. Ломоносова и магистры университета Кембриджа.

В течение четырех дней команды представляли свои решения. Участники по очереди принимали роли докладчиков, оппонентов и рецензентов. По результатам четырех отборочных раундов были отобраны трое финалистов — команды из Сингапура, Сербии и Венгрии, где команды доложили лучшие из своих решений.

Победу венгерским школьникам обеспечило решение задачи о редких соединениях в сверхнизких степенях окислениях. Степень окисления элементов – это формальная характеристика, которая показывает, как много электронов было отнято или добавлено к нейтральному атому. Повышение степени окисления, и, соответственно, отрыв электронов — это окислительный процесс, а добавление электронов — восстановительный процесс. Существование соединений в сверхвысоких степенях окисления — один из классических вопросов химии. Рекорд, известный на сегодняшний день, — степень окисления +9 в катионе IrO₄⁺. Как правило соединения в высоких степенях окисления сами по себе являются мощными окислителями. Гораздо меньше известно об их антиподах — соединениях в сверхнизких степенях окисления, ниже -4. Участникам требовалось выяснить, существуют ли устойчивые соединения в более низких степенях окисления.

Сборная школьников из гимназии Св. Стефана, Международной гимназии BMEи гимназии Апацаи ELTE смогла обнаружить указания на соединения хрома со степенью окисления -6 в научной литературе и предположить на их основе наличие целого класса соединений со сверхнизкой степенью окисления. Свои предположения о химической стабильности соединений школьники подтвердили квантово-химическими расчетами.

Второе абсолютное место и серебряные медали получила команда Сербии из Математической гимназии и Третьей гимназии Белграда. Участники продемонстрировали решение задачи о химическом музее — нашли методики, которые позволили бы показывать непрерывно химические реакции в музее, не докупая никаких реактивов помимо воды и воздуха.

Третье место заняла сингапурская команда из школы при Национальном университете Сингапура. Школьники разработали эксперимент, в котором смесь веществ, перетираемая в ступке, меняет свой цвет дважды — сначала с красного на желтый, а затем с желтого на зеленый. В основе решения лежит реакция между красной кровяной солью и оксалатом железа, активируемая механическим перетиранием порошков с помощью пестика. Школьники также получили серебряные медали состязания.

Бронзовые медали, и, соответственно, четвертое и пятое место по результатам отборочных выступлений, завоевали вторая сборная команда из Венгрии и команда из Таиландской KVIS.

На результат команд влияли не только оценки жюри за доклады, но и то, как участники оппонировали и рецензировали решения других команд, вели академическую научную дискуссию. Выступления школьников оценивала международная комиссия жюри, состоявшая из студентов, аспирантов, доцентов и педагогов из вузов России, Польши и Великобритании — в том числе Химического факультета МГУ, СУНЦ МГУ и нескольких колледжей Кембриджского университета.

Международный химический турнир проводится с 2017 года. В IChTo-2017 участвовало восемь команд из семи стран, победителем стала команда из Венгрии Rozhasin Chillamponi ("Розовый пони"). В 2018 году в турнире участвовало 12 команд из девяти стран, победителями стали школьники из Сингапура.

Инициаторами мероприятия являются выпускники, аспиранты и студенты МГУ имени М.В. Ломоносова, в частности Алешин Глеб (старший преподаватель СУНЦ МГУ, аспирант кафедры радиохимии, выпускник ФНМ МГУ), Чепига Алексей (учитель химии в школе "Летово", выпускник ФНМ МГУ) и Королёв Владимир (научный журналист издания N+1, выпускник ФНМ МГУ). Международный химический турнир появился как развитие Межрегионального химического турнира, который проводится в России уже пять лет. Ежегодно в МХТ участвует около трех тысяч школьников из более 50 регионов России.