Главная / Варенье / Зонная теория твердых тел, энергетические уровни и формирование энергетических зон. Понятие о зонной теории

Зонная теория твердых тел, энергетические уровни и формирование энергетических зон. Понятие о зонной теории

В рамках модели электронного газа невозможно ответить на вопрос о том, почему одни вещества являются проводниками, вторые полупроводниками, а третьи изоляторами. Следует учесть взаимодействие между атомами и атомами и электронами. Допустим, что кристаллическая решетка металла или полупроводника образована в результате сближения атомов. Валентные электроны атомов металлов существенно слабее связаны с атомными ядрами, чем подобные электроны полупроводников. При сближении атомов электроны приходят во взаимодействие. Как следствие, валентные электроны отрываются от атомов металла и становятся свободными, имеющими возможность перемещаться по всему металлу. В полупроводниках из-за более сильной связи электронов с ядрами атомов для того чтобы валентный электрон оторвать необходимо сообщить ему энергию, которую называют энергией ионизации. Для различных полупроводников энергия ионизации различна от 0,1 до 2 эВ, тогда как средняя кинетическая энергия теплового движения атома порядка 0,04 эВ. Количество атомов, энергия которых больше или равна энергии ионизации относительно не велико. Следовательно, немного свободных электронов в полупроводниках. С повышением температуры, число атомов с энергией ионизации растет, значит, повышается электрическая проводимость полупроводника.

Процесс ионизации сопровождается обратным процессом -- рекомбинацией. В состоянии равновесия среднее число актов ионизации равно, количеству актов рекомбинации.

Понятие о зонной теории

В основе квантовой теории электропроводности твердых тел лежит зонная теория, которая основывается на изучении энергетического спектра электронов. Этот спектр делится на зоны, которые разделены запрещенными промежутками. В том случае, если в верхней зоне, где присутствуют электроны, они заполняют не все квантовые состояния (в пределах зоны имеется возможность для перераспределения энергии и импульса), то данное вещество -- проводник. Такая зона называется зоной проводимости, вещество -- проводник электрического тока, тип его проводимости -- электронный. Если в зоне проводимости много электронов и свободных квантовых состояний, то электропроводность большая. Электроны в зоне проводимости являются носителями заряда при прохождении электрического тока. Движение таких электронов описывается законами квантовой механики. Количество таких электронов невелико по сравнению с общим числом электронов.

Энергетические уровни

Энергетические уровни валентного электрона в одном изолированном атоме можно представить, как изображено на рис.1. По вертикали снизу вверх на рис.1 отложены: значения полной энергии электрона и отмечены минимальная энергия электронов проводимости $E_c\ $и наибольшая энергия связанных электронов $E_v.$ Возможные значения энергий электронов заполняют некоторую область или зону энергии $W\ge E_c$. Эта зона называется зоной проводимости. Энергии электронов связи образуют другую зону с $W\le E_v$. Данная зона называется зоной валентных электронов (валентной зоной). Эти зоны разделены энергетическим промежутком шириной:

Этот энергетический промежуток называется зоной запрещенных энергий. Если нет примесных атомов, и дефектов решетки, то стационарные движения электронов с энергией внутри запрещенной зоны невозможны.

Рисунок 1

Разрыв химической связи, который ведет к возникновению электрона проводимости и положительной дырки -- это электронный переход валентная зона -- зона проводимости (см. рис.1 цифра 1). Обратный процесс -- рекомбинация электрона проводимости и положительной дырки - электронный переход 2 (рис.1). При существовании атомов примеси возможно образование дискретных разрешенных уровней энергии (например, на рис.1 это уровень $E_d$). Эти уровни могут существовать не во всем объеме кристалла, а только в тех местах, где находится атомы примеси (эти уровни называют локальными). Каждый локальный уровень дает энергию электрона, когда он находится на примесном атоме. Локальные энергетические уровни делают возможными дополнительные электронные переходы. Так, ионизация донора с образованием электрона проводимости отражена на рис.1 электронным переходом 3. Обратный ему процесс захвата электрона на атом донора -- электронный переход 4 из зоны проводимости на незаполненный уровень донора.

Формирование энергетических зон

Решение задачи о движении электрона в поле периодического потенциала показывает, что существует систем зон разрешённых энергий (рис.2). Каждая зона ограничивается снизу некоторой энергией $W_{min}$ (дно зоны), а сверху имеет $W_{max}$ -- потолок зоны. Эти зоны отделены полосами запрещенных энергий. Ширина разрешенных зон увеличивается при увеличении энергии. Широкие верхние зоны могут перекрывать друг друга, так образуется единая сложная зона.

Допустим, что имеется N изолированных атомов, которые не взаимодействуют. В каждом из них энергия электронов может меняться только скачком, следовательно, характеризуется совокупностью резких, дискретных уровней энергии. В такой системе невзаимодействующих атомов вместо каждого атомного энергетического уровня существует N совпадающих уровней энергии. Сблизим атомы, до образования кристаллической решетки. Атомы начинают взаимодействовать, уровни энергии изменяются. Ранее совпадавшие N уровней энергии становятся различными. Такая система несовпадающих уровней энергии -- разрешенная зона энергий. Получается, что энергетические зоны появляются как результат расщепления дискретных уровней энергии электрона в атомах под действием атомов решетки.

Количество энергетических уровней в каждой зоне очень большое (порядка числа атомов в кристалле), энергетические уровни расположены близко. Значит, в некоторых случаях можно принять, что внутри зон энергия электрона изменяется непрерывно (как в классической теории). Но то, что количество уровней конечно, имеет принципиальное значение.

Итак, совокупность энергетических уровней, на которые расщепляется кратный уровень, называют энергетической зоной (зоной кристалла). Зона, появляющаяся в результате расщепления N- кратного вырожденного основного уровня, называется основой зоной, все остальные зоны являются зонам возбуждения.

Энергетические зоны нельзя отождествлять с пространственными зонами, областями пространства, где находится электрон. В зонной теории полагается, что электрон движется в постоянном электрическом поле, которое создается ионами и остальными электронами. Ионы имеют относительно большие массы и считаются неподвижными. Электроны учитываются суммарно. Они представляются как отрицательно заряженная жидкость, которая заполняет пространство между ионами. Роль электронов в такой модели сводится к компенсации заряд ионов. Электрическое поле модели периодично в пространстве, периодами являются пространственные периоды решетки. Задача сводится к задаче о движении одного электрона в постоянном периодическом поле. Решение такой задачи в квантовой механике ведет к зонной структуре энергетических уровней.

Пример 1

Задание: Опишите зонные структуры металлов, диэлектриков и полупроводников.

Электрические свойства тел связаны с шириной запрещенной энергетической зоны и различиями в заполнении разрешенных зон. Необходимое условие проводимости -- наличие в разрешенной зоне свободных энергетических уровней. На этот уровень поле сторонних сил может перевести электрон. Зону, которая заполнена частично или пустая называют зоной проводимости. Зона, заполненная электронами целиком, называется валентной. Металлы, диэлектрики и полупроводники различаются степенью заполнения валентной зоны электронами и шириной запретной зоны.

У металлов зона проводимости заполнена частично, имеет свободные верхние уровни. При T=0 валентные электроны заполняют попарно нижние уровни валентной зоны. Электронам, которые локализованы на верхних уровнях, достаточно сообщить энергию ${10}^{-23}-\ {10}^{-22}эВ$ для того, чтобы перевести их на более высокие уровни.
У диэлектриков первая, незаполненная зона, отделена от нижней целиком заполненной зоны широкой запрещенной зоной. Для перевода электрона в свободную зону ему требуется сообщить энергию большую или равную ширине запретной зоны. У диэлектриков ширина запрещенной зоны равна нескольким электрон вольтам. Тепловое движение не может переслать в свободную зону большое число электронов.
У кристаллических полупроводников ширина запрещенной зоны между полностью заполненной валентной зоной и первой незаполненной зоной не велика. Если ширина запретной зоны равна несколько десятых эВ, энергии теплового движения хватает для того, чтобы доставить электроны в свободную зону проводимости. При этом возможен переход электрона внутри валентной зоны на освободившиеся уровни.

Пример 2

Задание: Перечислите основные предположения зонной теории.

К основным предположениям зонной теории можно отнести:

Ионы в узлах кристаллической решетки рассматриваются как неподвижные, так как они имеют относительно большую массу. Ионы являются источниками электрического поля. Это поле действует на электроны.
Размещение положительных ионов является периодическим, так как они находятся в узлах идеальной кристаллической решетки.
Взаимодействие электронов заменяют эффективным внешним полем. Электроны взаимодействуют в соответствии с законом Кулона. Это предположение позволяет заменить многоэлектронную задачу задачей с одним электроном.

Каждый человек наделен своей энергетикой. Она бывает врожденная и полученная в течение жизни. Есть слабая энергетика, есть энергетика сильная. От нее, по мнению специалистов в области эзотерики, зависят личностное развитие и успех человека в жизни. Как же определить свое энергетическое поле?

Определенных способов проверки человека на его энергетическую мощь нет. Энергетику нельзя измерить приборами. Но ее можно почувствовать. Как правило, человек активный, целеустремленный и деятельный обладает большим запасом жизненных сил. А тот, кто постоянно жалуется на нехватку энергии, и есть человек с низким уровнем энергетики.

Энергетически сильный человек, как правило, всегда бывает в хорошем настроении. Он умеет управлять своими эмоциями, знает, на что способен и смело идет к цели. Его не пугают трудности, так как он чувствует в себе силу, которая поможет в сложный период.

Люди с сильной энергетикой более удачливы по жизни. Они бодры и позитивны. Их настрой и крепкое здоровье позволяет легко добиваться своих целей. Энергичные люди могут манипулировать окружающими, отстоять свою точку зрения и завоевать внимание к своей персоне.

Однако те, у кого высокий энергетический потенциал, должны уметь контролировать свою силу. Энергию лучше направлять во благо себе и окружающим. Если у вас сильная энергетика, то есть вероятность того, что вы можете сглазить человека и нанести вред его биополю.

Энергетически слабый человек часто болеет. Если у него и возникают хорошие идеи, то он не спешит их реализовывать. Люди со слабой энергетикой быстро устают. Их легко обидеть или оказать на них влияние.

Уровень энергетики более точно можно определить по сновидениям. Что чаще всего вам снится?

Если во сне вы часто в идите реки, леса, заросли - то это признак переизбытка энергии. Также об этом может свидетельствовать музыка во сне или ремень, который сильно стягивает вашу талию. В этом случае с энергетикой у все в порядке. Правда, случается, что чрезмерная энергичность не доводит до добра. Если ваши силы направлены во благо, от них будет реальная польза. Но если вы растрачиваете ее по пустякам, то ничего хорошего от своей внутренней силы вы не получите.

Если вам постоянно снятся руины, старые дома, пропасть, пустота, голод, жажда, ссоры, драки, узкие дороги и коридоры, то вы испытываете недостаток жизненной силы. Это знак того, что срочно нужно изменить свою жизнь и восстановить энергию .

Не спешите отчаиваться, если вдруг поняли, что энергетически вы не сильны. Есть мнение, что человеческая энергетика постоянно меняется . Она может быть врожденной, наследственной (ее уровень это зависит от многих факторов, таких как место рождение, энергетика рождения, обстоятельства рождения и прочее) и приобретенной.

Приобретенная энергетика может меняться в зависимости от того, какой образ жизни ведет человек, чем он занимается, где живет и с кем общается. Исходя из этого, можно легко повысить свой энергетический уровень. Для этого существует много способов.

Во-первых, необходимо полноценно питаться и наладить режим дня.
Во-вторых, необходимо почаще оставаться наедине с собой и своими мыслями, чтобы лучше понять себя и свои желания.
В-третьих, нужно отдавать предпочтение тому делу, которое приносить моральное удовлетворение.
В-четвертых, следует больше общаться с людьми, которые настраивают вас на позитивные эмоции.

Зная свой энергетический потенциал, вы можете самостоятельно его усилить (если он слабый), либо направить в нужное русло для достижения целей. Обладая внутренней силой, вы можете добиться всего, чего захотите. Главное, постоянно работать над энергетикой, не давать ей сбоя и уметь контролировать ее, когда это необходимо.

23.10.2013 16:31

День большинства людей начинает довольно рано – кто встает на учебу, кто на работу. Некоторым...

До реформы 2008 года большая часть энергетического комплекса Российской Федерации находилась под управлением РАО «ЕЭС России». Эта компания была создана в 1992 году и к началу «двухтысячных» годов стала практически монополистом российского рынка генерации и энерготранспортировки.

Реформирование отрасли было связано с тем, что РАО «ЕЭС России» неоднократно подвергались критике за неправильное распределение инвестиций, в результате чего значительно выросла аварийность на объектах электроэнергетики. Одной из причин расформирования послужила авария в энергосистеме 25 мая 2005 года в Москве, в результате которой была парализована деятельность многих предприятий, коммерческих и государственных организаций, остановлена работа метрополитена. А кроме этого, РАО «ЕЭС России» часто обвиняли в том, что организация продает электроэнергию по заведомо завышенным тарифам с целью увеличения собственной прибыли.

В результате расформирования РАО «ЕЭС России» была ликвидирована и созданы естественные государственные монополии в сетевой, распределительной и диспетчерской деятельности. Частный был задействован в сфере генерации и сбыта электроэнергии.

На сегодняшний день структура энергетического комплекса выглядит следующим образом:

ОАО «Системный оператор Единой энергетической системы» (СО ЕЭС) – осуществляет централизованное оперативно-диспетчерское управление Единой энергетической системой РФ.
Некоммерческое партнерство «Совет рынка по организации эффективной системы оптовой и розничной торговли электрической энергией и мощностью» - объединяет продавцов и покупателей оптового рынка электроэнергии.
Компании генерирующие электроэнергию. В том числе государственные - «РусГидро», «Росэнергоатом», управляемые совместно государством и частным капиталом ОГК (оптовые генерирующие компании) и ТГК (территориальные генерирующие компании), а также представляющие полностью частный капитал.
ОАО «Российские сети» - управление распределительным сетевым комплексом.
Энергосбытовые компании. В том числе ОАО «Интер РАО ЕЭС» - компания владельцами которой являются государственные структуры и организации. «Интер РАО ЕЭС» является монополистом по импорту и экспорту электроэнергии в РФ.

Кроме разделения организаций по видам деятельности, существует разделение Единой энергосистемы России на технологические системы действующие по территориальному признаку. Объединенные энергосистемы (ОЭС) не имеют одного собственника, а объединяют энергетические компании отдельно взятого региона и имеют единое диспетчерское управление, которое осуществляется филиалами «СО ЕЭС». На сегодняшний день в России действуют 7 ОЭС:

ОЭС Центра (Белгородская, Брянская, Владимирская, Вологодская, Воронежская, Ивановская, Тверская, Калужская, Костромская, Курская, Липецкая, Московская, Орловская, Рязанская, Смоленская, Тамбовская, Тульская, Ярославская энергосистемы);
ОЭС Северо-Запада (Архангельская, Карельская, Кольская, Коми, Ленинградская, Новгородская, Псковская и Калининградская энергосистемы);
ОЭС Юга (Астраханская, Волгоградская, Дагестанская, Ингушская, Калмыцкая, Карачаево-Черкесская, Кабардино-Балкарская, Кубанская, Ростовская, Северо-Осетинская, Ставропольская, Чеченская энергосистемы);
ОЭС Средней Волги (Нижегородская, Марийская, Мордовская, Пензенская, Самарская, Саратовская, Татарская, Ульяновская, Чувашская энергосистемы);
ОЭС Урала (Башкирская, Кировская, Курганская, Оренбургская, Пермская, Свердловская, Тюменская, Удмуртская, Челябинская энергосистемы);
ОЭС Сибири (Алтайская, Бурятская, Иркутская, Красноярская, Кузбасская, Новосибирская, Омская, Томская, Хакасская, Забайкальская энергосистемы);
ОЭС Востока (Амурская, Приморская, Хабаровская и Южно-Якутская энергосистемы).

Основные показатели деятельности

Ключевыми показателями деятельности энергосистемы являются: установленная мощность электростанций, выработка электроэнергии и потребление электроэнергии.

Установленная мощность электростанции – это сумма паспортных мощностей всех генераторов электростанции, которая может меняться в процессе реконструкции действующих генераторов или установки нового оборудования. На начало 2015 года установленная мощность Единой энергосистемы (ЕЭС) России составляла 232.45 тыс. МВт.

На 1 января 2015 года установленная мощность российских электростанций увеличилась на 5 981 МВт по сравнению с 1 января 2014 года. Рост составил 2.6%, а достигнуто это было за счет введения новых мощностей производительностью 7 296 МВт и увеличения мощности действующего оборудования, путем перемаркировки на 411 МВт. При этом были выведены из эксплуатации генераторы мощностью 1 726 МВт. В целом по отрасли по сравнению с 2010 годом рост производственных мощностей составил 8.9%.

Распределение мощностей по объединенным энергосистемам выглядит следующим образом:

ОЭС Центра – 52.89 тыс. МВт;
ОЭС Северо-Запада – 23.28 тыс. МВт;
ОЭС Юга – 20.17 тыс. МВт;
ОЭС Средней Волги – 26.94 тыс. МВт;
ОЭС Урала – 49.16 тыс. МВт;
ОЭС Сибири – 50.95 тыс. МВт;
ОЭС Востока – 9.06 тыс. МВт.

Больше всего в 2014 году увеличилась установленная мощность ОЭС Урала – на 2 347 МВт, а также ОЭС Сибири – на 1 547 МВт и ОЭС Центра на 1 465 МВт.

По итогам 2014 года в Российской Федерации было произведено 1 025 млрд. КВтч электроэнергии. По этому показателю Россия занимает 4 место в мире, уступая Китаю в 5 раз, а Соединенным Штатам Америки в 4 раза.

По сравнению с 2013 годом, выработка электроэнергии в Российской Федерации увеличилась на 0.1%. А в отношении к 2009 году рост составил 6.6%, что в количественном выражении составляет 67 млрд. КВтч.

Больше всего электроэнергии в 2014 году в России было произведено тепловыми электростанциями – 677.3 млрд. КВтч, ГЭС произвели – 167.1 млрд. КВтч, а атомные электростанции – 180.6 млрд. КВтч. Производство электроэнергии по объединенным энергосистемам:

ОЭС Центра –239.24 млрд. КВтч;
ОЭС Северо-Запада –102.47 млрд. КВтч;
ОЭС Юга –84.77 млрд. КВтч;
ОЭС Средней Волги – 105.04 млрд. КВтч;
ОЭС Урала – 259.76 млрд. КВтч;
ОЭС Сибири – 198.34 млрд. КВтч;
ОЭС Востока – 35.36 млрд. КВтч.

По сравнению с 2013 годом наибольший прирост в выработке электроэнергии был зафиксирован в ОЭС Юга – (+2.3%), а наименьший в ОЭС Средней Волги – (- 7.4%).

Потребление электроэнергии в России в 2014 году составило 1 014 млрд. КВтч. Таким образом, сальдовый остаток составил (+ 11 млрд. КВтч). А наибольшим потребителем электроэнергии по итогам 2014 года в мире является Китай – 4 600 млрд. КВтч, второе место занимают США – 3 820 млрд. КВтч.

По сравнению с 2013 годом потребление электроэнергии в России выросло на 4 млрд. КВтч. Но в целом, динамика потребления за последние 4 года остается примерно на одном и том же уровне. Разница между потреблением электроэнергии за 2010 и 2014 год составляет 2.5%, в пользу последнего.

По итогам 2014 года, потребление электроэнергии по объединенным энергосистемам выглядит следующим образом:

ОЭС Центра –232.97 млрд. КВтч;
ОЭС Северо-Запада –90.77 млрд. КВтч;
ОЭС Юга –86.94 млрд. КВтч;
ОЭС Средней Волги – 106.68 млрд. КВтч;
ОЭС Урала –260.77 млрд. КВтч;
ОЭС Сибири – 204.06 млрд. КВтч;
ОЭС Востока – 31.8 млрд. КВтч.

В 2014 году 3 ОЭС имели положительную разницу между произведенной и выработанной электроэнергией. Наилучший показатель у ОЭС Северо-Запада – 11.7 млрд. КВтч, что составляет 11.4% от произведенной электроэнергии, а наихудший у ОЭС Сибири (- 2.9%). Сальдовый остаток электроэнергии по ОЭС РФ выглядит так:

ОЭС Центра – 6.27 млрд. КВтч;
ОЭС Северо-Запада – 11.7 млрд. КВтч;
ОЭС Юга – (- 2.17) млрд. КВтч;
ОЭС Средней Волги – (- 1.64) млрд. КВтч;
ОЭС Урала – (- 1.01) млрд. КВтч;
ОЭС Сибири – (- 5.72) млрд. КВтч;

ОЭС Востока – 3.56 млрд. КВтч.

Стоимость 1 КВтч электроэнергии, по итогам 2014 года в России, в 3 раза ниже европейских цен. Среднегодовой европейский показатель составляет 8.4 российских рубля, в то время, как в Российской Федерации средняя стоимость 1 КВтч – 2.7 руб. Лидером по стоимости электроэнергии является Дания – 17.2 рубля за 1 КВтч, второе место занимает Германия – 16.9 рублей. Такие дорогие тарифы связаны в первую очередь с тем, что правительство этих стран отказались от использования атомных электростанций в пользу альтернативных источников энергии.

Если сопоставить стоимость 1 КВтч и среднюю зарплату, то среди европейских стран больше всего в месяц киловатт/час могут купить жители Норвегии – 23 969, второе место занимает Люксембург – 17 945 КВтч, третье Нидерланды – 15 154 КВтч. Среднестатистический россиянин может купить в месяц 9 674 КВтч.

Все российские энергосистемы, а также энергетические системы стран ближнего зарубежья соединены между собой линиями электропередач. Для передачи энергии на дальние расстояния используются высоковольтные линии электропередач мощностью 220 кВ и выше. Они и составляют основу российской энергосистемы и эксплуатируются межсистемными электросетями. Общая протяженность ЛЭП этого класса составляет 153.4 тыс. км., а в целом в Российской Федерации эксплуатируется 2 647.8 тыс. км линий электропередач различной мощности.

Атомная энергетика

Атомная энергетика представляет собой энергетическую отрасль, которая занимается генерацией электроэнергии за счет преобразования ядерной энергии. Атомные электростанции имеют два существенных преимущества перед своими конкурентами – экологичность и экономичность. При соблюдении всех норм эксплуатации АЭС практически не загрязняет окружающую среду, а ядерное топливо сжигается в несоизмеримо меньшем количестве, чем другие виды и топлива и это позволяет экономить на логистике и доставке.

Но, несмотря на эти преимущества, многие страны не хотят развивать атомную энергетику. Связано это в первую очередь с боязнью экологической катастрофы, которая может произойти в результате аварии на АЭС. После аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году к объектам атомной энергетики по всему миру приковано пристальное внимание мировой общественности. Поэтому эксплуатируются АЭС, в основном в развитых в техническом и экономическом отношении государствах.

По данным за 2014 год, атомная энергетика обеспечивает около 3% потребления мировой электроэнергии. На сегодняшний день электростанции с ядерными реакторами функционируют в 31 стране мира. А всего в мире насчитывается 192 атомные электростанции с 438 энергоблоками. Общая мощность всех АЭС мира составляет около 380 тыс. МВт. Наибольшее количество атомных электростанций находится в США – 62, второе место занимает Франция – 19, третье Япония – 17. В Российской Федерации функционирует 10 АЭС и это 5 показатель в мире.

АЭС Соединенных Штатов Америки в общей сложности вырабатывают 798.6 млрд. КВтч, это наилучший показатель в мире, но в структуре вырабатываемой электроэнергии всеми электростанциями США, атомная энергетика составляет около 20%. Наибольшая доля в выработке электроэнергии атомными электростанциями во Франции, АЭС этой страны вырабатывают 77% всей электроэнергии. Выработка французских атомных электростанций составляет 481 млрд. КВтч в год.

По итогам 2014 года, российскими АЭС было сгенерировано 180.26 млрд. КВтч электроэнергии, это на 8.2 млрд. КВтч больше чем в 2013 году, в процентом отношении разница составляет 4.8%. Производство электроэнергии атомными электростанциями России составляет более 17.5% от общего количества всей произведенной в РФ электроэнергии.

Что касается выработки электроэнергии атомными электростанциями по объединенным энергосистемам, то наибольшее количество было сгенерировано АЭС Центра – 94.47 млрд. КВтч – это чуть более половины всей выработки страны. А доля атомной энергетики в этой объединенной энергосистеме самая большая – около 40%.

ОЭС Центра – 94. 47 млрд. КВтч (39.8% от всей сгенерированной электроэнергии);
ОЭС Северо-Запада –35.73 млрд. КВтч (35% от всей энергии);
ОЭС Юга –18.87 млрд. КВтч (22.26% от всей энергии);
ОЭС Средней Волги –29.8 млрд. КВтч (28.3% от всей энергии);
ОЭС Урала – 4.5 млрд. КВтч (1.7% от всей энергии).

Такое неравномерное распределение выработки связано с месторасположением российских АЭС. Большая часть мощностей атомных электростанций сконцентрирована в европейской части страны, тогда как в Сибири и Дальнем Востоке они отсутствуют вовсе.

Самая крупная АЭС в мире – японская Касивадзаки-Карива, ее мощность составляет 7 965 МВт, а крупнейшая европейская АЭС – Запорожская, мощность которой около 6 000 МВт. Находится она в украинском городе Энергодар. В Российской Федерации самые крупные АЭС имеют мощности по 4 000 МВт, остальные от 48 до 3 000 МВт. Список российских атомных электростанций:

Балаковская АЭС – мощность 4 000 МВт. Находится в Саратовской области, неоднократно признавалась лучшей АЭС России. Располагает 4 энергоблоками, была введена в эксплуатацию в 1985 году.
Ленинградская АЭС – мощность 4 000 МВт. Крупнейшая АЭС Северо-Западного ОЭС. Располагает 4 энергоблоками, была введена в эксплуатацию в 1973 году.
Курская АЭС – мощность 4 000 МВт. Состоит из 4 энергоблоков, начало эксплуатации – 1976 год.
Калининская АЭС – мощность 4 000 МВт. Находится на севере Тверской области, располагает 4 энергоблоками. Открыта в 1984 году.
Смоленская АЭС – мощность 3 000 МВт. Признавалась лучшей АЭС России в 1991, 1992, 2006 2011 годах. Имеет 3 энергоблока, первый был запущен в эксплуатацию в 1982 году.
Ростовская АЭС – мощность 2 000 МВт. Крупнейшая электростанция юга России. На станции введены в эксплуатацию 2 энергоблока, первый в 2001 году, второй в 2010.
Нововоронежская АЭС – мощность 1880 МВт. Обеспечивает электроэнергией около 80% потребителей Воронежской области. Первый энергоблок был запущен в сентябре 1964 года. Сейчас действуют 3 энергоблока.
Кольская АЭС – мощность 1760 МВт. Первая в России АЭС построенная за полярным кругом, обеспечивает около 60% потребления электричества Мурманской области. Располагает 4 энергоблоками, была открыта в 1973 году.
Белоярская АЭС – мощность 600 МВт. Находится в Свердловской области. Была введена в эксплуатацию в апреле 1964 года. Является старейшей из ныне действующих АЭС в России. Сейчас действует только 1 энергоблок из трех предусмотренных проектом.
Билибинская АЭС – мощность 48 МВт. Является частью изолированной Чаун-Билибинской энергосистемы вырабатывая около 75% потребляемой ею электроэнергии. Была открыта в 1974 году, состоит из 4 энергоблоков.

Помимо существующих АЭС, в России ведется строительство еще 8 энергоблоков, а также плавучей атомной электростанции малой мощности.

Гидроэнергетика

Гидроэлектростанции обеспечивают довольно невысокую стоимость одного выработанного КВтч энергии. По сравнению с тепловыми электростанциями производство 1 КВтч на ГЭС обходится дешевле в 2 раза. Связано это с довольно простым принципом работы гидроэлектростанций. Строятся специальные гидротехнические сооружения которые обеспечивают необходимый напор воды. Вода, попадая на лопасти турбины, приводит ее в движение, которая в свою очередь приводит в действие генераторы вырабатывающие электроэнергию.

Но повсеместное использование ГЭС невозможно, так как необходимым условием эксплуатации является наличие мощного движущегося водного потока. Поэтому гидроэлектростанции сооружаются на полноводных крупных реках. Еще одним существенным недостатком ГЭС является перекрытие русла рек, что затрудняет нерест рыбы и затапливание больших объемов земельных ресурсов.

Но несмотря на негативные последствия для окружающей среды, гидроэлектростанции продолжают функционировать и строится на крупнейших реках мира. Всего в мире функционируют ГЭС общей мощностью около 780 тыс. МВт. Общее количество ГЭС подсчитать затруднительно, так как в мире действуют множество мелких ГЭС, работающих на нужны отдельного города, предприятия, а то и вовсе частного хозяйства. В среднем гидроэнергетика обеспечивает производство около 20% всей мировой электроэнергии.

Среди всех стран мира более всех от гидроэнергетики зависит Парагвай. В стране 100% электроэнергии вырабатывается на гидроэлектростанциях. Помимо этой страны от гидроэнергетики очень сильно зависят Норвегия, Бразилия, Колумбия.

Наибольшие гидроэлектростанции находятся в Южной Америке и Китае. Самая большая в мире гидроэлектростанция – Санься на реке Янзцы, ее мощность достигает 22 500 МВт, второе место занимает ГЭС на реке Парана – Итайпу, с мощностью 14 000 МВт. Самая крупная ГЭС России – Саяно-Шушенская, ее мощность около 6 400 МВт.

Помимо Саяно-Шушенской ГЭС в России действуют еще 101 гидроэлектростанция с мощностью более 100 МВт. Крупнейшие ГЭС России:

Саяно-Шушенская – Мощность - 6 400 МВт, среднегодовое производство электроэнергии – 19.7 млрд. КВтч. Дата ввода в эксплуатацию – 1985 год. ГЭС находится на Енисее.
Красноярская – Мощность 6 000 МВт, среднегодовое производство электроэнергии – около 20 млрд. КВтч, запущена в эксплуатацию в 1972 году, также расположена на Енисее.
Братская – Мощность 4 500 МВт, расположена на Ангаре. В год в среднем вырабатывает около 22.6 млрд. КВтч. Введена в эксплуатацию в 1961 году.
Усть-Илимская – Мощность 3 840 МВт, расположена на Ангаре. Среднегодовая производительность 21.7 млрд. КВтч. Была построена в 1985 году.
Богучанская ГЭС – Мощность около 3 000 МВт, была построена на Ангаре в 2012 году. Производит около 17.6 млрд. КВтч в год.
Волжская ГЭС – Мощность 2 640 МВт. Построена в 1961 году в Волгоградской области, среднегодовая производительность 10.43 КВтч.
Жигулевскя ГЭС – Мощность около 2 400 МВт. Была построена в 1955 году на реке Волга в Самарской области. В год производит около 11.7 КВтч электроэнергии.

Что касается объединенных энергетических систем, то наибольшую долю в выработке электроэнергии с помощью ГЭС имеют ОЭС Сибири и Востока. В этих ОЭС на долю гидроэлектростанций приходится 47.5 и 35.3% всей выработанной электроэнергии, соответственно. Это объясняется наличием в этих регионах крупных полноводных рек бассейна Енисея и Амура.

По итогам 2014 года ГЭС России было произведено более 167 млрд. КВтч электроэнергии. По сравнению с 2013 годом этот показатель уменьшился на 4.4%. Наибольший вклад в генерацию электроэнергии с помощью ГЭС внесла ОЭС Сибири – около 57% от общероссийского.

Теплоэнергетика

Теплоэнергетика является основой энергетического комплекса подавляющего большинства стран мира. Несмотря на то, что у тепловых электростанций масса недостатков, связанных с загрязнением окружающей среды и высокой себестоимостью электроэнергии, они используются повсеместно. Причина такой популярности – универсальность ТЭС. Тепловые электростанции могут работать на различных видах топлива и при проектировании обязательно учитывается какие энергоресурсы являются оптимальными для данного региона.

С помощью тепловых электростанций производится около 90% всей мировой электроэнергии. При этом на долю ТЭС использующих в качестве топлива нефтепродукты приходится производство 39% всей мировой энергии, ТЭС работающих на угле – 27%, а на долю газовых тепловых электростанций – 24% сгенерированного электричества. В некоторых странах существует сильная зависимость ТЭС от одного вида топлива. Например, подавляющее большинство польских ТЭС работают на угле, такая же ситуация и в ЮАР. А вот большинство тепловых электростанций в Нидерландах используют в качестве топлива природный газ.

В Российской Федерации основными видами топлива для ТЭС являются природный и попутный нефтяной газ и уголь. Причем на газу работает большинство ТЭС европейской части России, а угольные ТЭС преобладают в южной Сибири и Дальнем Востоке. Доля электростанций использующих в качестве основного топлива мазут незначительна. Кроме этого многие тепловые электростанции в России используют несколько видов топлива. Например, Новочеркасская ГРЭС в Ростовской области использует все три основных вида топлива. Доля мазута составляет 17%, газа – 9%, а угля – 74%.

По количеству произведенной электроэнергии в РФ в 2014 году тепловые электростанции прочно удерживают лидирующие позиции. Всего за прошедший год, ТЭС произвели 621.1 млрд. КВтч, это на 0.2% меньше чем в 2013 году. А в целом выработка электроэнергии тепловыми электростанциями РФ, снизилась до уровня 2010 года.

Если рассматривать выработку электроэнергии в разрезе ОЭС, то в каждой энергосистеме на долю ТЭС приходится наибольшее производство электричества. Больше всего доля ТЭС в ОЭС Урала – 86.8%, а наименьшая в ОЭС Северо-Запада – 45.4%. Что касается количественного производства электроэнергии, то в разрезе ОЭС это выглядит следующим образом:

ОЭС Урала – 225.35 млрд. КВтч;
ОЭС Центра – 131.13 млрд. КВтч;
ОЭС Сибири – 94.79 млрд. КВтч;
ОЭС Средней Волги – 51.39 млрд. КВтч;
ОЭС Юга – 49.04 млрд. КВтч;
ОЭС Северо-Запада – 46.55 млрд. КВтч;
ОЭС Дальнего Востока – 22.87 млрд. КВтч.

Тепловые электростанции в России разделяются на два вида ТЭЦ и ГРЭС. Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) представляет собой электростанцию с возможностью отбора тепловой энергии . Таким образом, ТЭЦ производит не только электроэнергию, но и тепловую энергию, использующуюся для горячего водоснабжения и отопления помещений. ГРЭС – тепловая электростанция производящая только электроэнергию. Аббревиатура ГРЭС осталась с советских времен и означала государственная районная электростанция.

На сегодняшний день в Российской Федерации функционирует около 370 тепловых электростанций. Из них 7 имеют мощность свыше 2 500 МВт:

Сургутская ГРЭС – 2 – мощность 5 600 МВт, виды топлива – природный и попутный нефтяной газ – 100%.
Рефтинская ГРЭС – мощность 3 800 МВт, виды топлива – уголь – 100%.
Костромская ГРЭС – мощность 3 600 МВт, виды топлива – природный газ -87%, уголь – 13%.
Сургутская ГРЭС – 1 – мощность 3 270 МВт, виды топлива – природный и попутный нефтяной газ – 100%.
Рязанская ГРЭС – мощность 3070 МВт, виды топлива – мазут – 4%, газ – 62%, уголь – 34%.
Киришская ГРЭС – мощность 2 600 МВт, виды топлива – мазут – 100%.
Конаковская ГРЭС – мощность 2 520 МВт, виды топлива – мазут – 19%, газ – 81%.

Перспективы развития отрасли

Последние несколько лет в российском энергетическом комплексе сохраняется положительный баланс между выработанной и потребленной электроэнергией. Как правило, общее количество потребленной энергии составляет 98-99% от выработанной. Таким образом можно сказать, что существующие производственные мощности полностью перекрывают потребности страны в электроэнергии.

Основные направления деятельности российских энергетиков направлены на повышение электрификации удаленных районов страны, а также на обновление и реконструкцию уже существующих мощностей.

Необходимо отметить, что стоимость электроэнергии в России существенно ниже, чем в странах Европы и Азиатско - Тихоокеанского региона, поэтому разработке и внедрению новых альтернативных источников получения энергии, не уделяется должного внимания. Доля в общем производстве электроэнергии ветроэнергетики, геотермальной энергетики и солнечной энергетики в России не превышает 0.15% от общего количества. Но если геотермальная энергетика очень сильно ограничена территориально, а солнечная энергетика в России не развивается в промышленных масштабах, то пренебрежение ветроэнергетикой является недопустимым.

На сегодняшний день в мире, мощность ветряных генераторов составляет 369 тыс. МВт, что всего на 11 тыс. МВт меньше, чем мощность энергоблоков всех АЭС мира. Экономический потенциал российской ветроэнергетики составляет около 250 млрд. КВтч в год, что равняется примерно четверти всей потребляемой электроэнергии в стране. На сегодняшний день производство электроэнергии с помощью ветрогенераторов не превышает 50 млн. КВтч в год.

Необходимо также отметить повсеместное внедрение энергосберегающих технологий, во все виды хозяйственной деятельности, которое наблюдается в последние годы. На производствах и в домашних хозяйствах используются различные приборы позволяющие сократить расход электроэнергии, а в современном строительстве активно используют теплоизоляционные материалы. Но, к сожалению, несмотря даже на принятый в 2009 году Федеральный Закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации», по уровню экономии электроэнергии и энергосбережения, РФ очень сильно отстает от стран Европы и США.

Будьте в курсе всех важных событий United Traders - подписывайтесь на наш

Четверть века назад на европейском рынке появился первый безалкогольный тонизирующий (энергетический) напиток. За прошедшие годы количество брендов таких напитков перевалило за сотню, их продают в 169 странах мира, причем продажи увеличиваются на 17% в год, несмотря на дороговизну продукта. И на фоне этой бешеной популярности то в одной стране, то в другой продажу тонизирующих напитков требуют ограничить, а то и вовсе запретить, хотя они не содержат ни алкоголя, ни наркотических веществ. Ну, запрета они не заслужили, но обращаться с ними следует осторожно.

Четыре элемента

Начнем с того, что тонизирующие напитки предназначены не для утоления жажды, а для поддержания физических и умственных сил уставшего человека, который не имеет возможности отдохнуть . Эта задача стара как мир. Люди издавна себя взбадривали. Самым распространенным стимулятором был кофеин. Его источником в Индии и странах Ближнего Востока служил кофе; в Китае, Индии и Юго-Восточной Азии - чай; в Америке - растение йерба матэ, бобы какао, листья гуараны и орехи кола. Использовали и другие тонизирующие растения, в том числе женьшень, элеутерококк, родиолу розовую. В средневековой Японии были очень популярны сладкие энергетические напитки с экстрактом женьшеня. Первые сведения о них появились в XVIII веке, а в ХХ столетии начался их промышленный выпуск. Эти напитки и сейчас очень популярны в странах Юго-Восточной Азии.

Появление энергетических напитков в Европе связано с именем австрийского предпринимателя Дитера Матешитца. В 1984 году он познакомился с азиатскими энергетиками, оценил их и модернизировал с учетом европейских вкусов. В 1987 году на европейском рынке появился первый безалкогольный энергетический напиток «Red Bull Energy Drink», газированный и с меньшим содержанием сахара, чем его азиатский прототип. Затем свои марки безалкогольных энергетиков выпустили американские компании «Кока-кола» и «Пепси-кола», а сейчас производителей значительно больше. Рецептура напитков варьирует, но в них обязательно входят тонизирующие компоненты, аминокислоты, витамины группы В и углеводы.

Углеводы, глюкоза и сахароза служат источниками энергии. Глюкоза в организме расщепляется быстро, сахароза - чуть дольше. К углеводам относят и производное глюкозы - глюкуронолактон, который способствует выведению продуктов обмена. Пол-литра энергетического напитка содержат около 54 г сахаров, то есть четверть чашки. Откликаясь на требования времени, большинство производителей выпускают низкокалорийные тонизирующие напитки без сахара, с искусственными подсластителями, и энергетик без источника энергии пополнил перечень таких странноватых продуктов, как безалкогольное пиво и кофе без кофеина.

Витамины группы В (ниацин, пантотеновая кислота, витамины B6 и B12) улучшают когнитивную функцию и стимулируют метаболизм. Участвуя в расщеплении белков, жиров и углеводов, они способствуют высвобождению энергии. Отдельной строкой в списке стоит инозитол, или витамин В8,который защищает от повреждения клеточные мембраны, стимулирует умственную деятельность, улучшает концентрацию внимания и способность к запоминанию, снижает утомляемость мозга, помогает пережить стрессовое состояние. Инозитол советуют принимать во время сдачи экзаменов.

Главные аминокислоты энергетических напитков - L-карнитин и таурин. Карнитин синтезируется в организме и участвует в липидном (жировом) обмене. Кроме того, L-карнитин стимулирует кроветворение, предотвращает образование тромбов, помогает восстановить силы после тяжелых физических нагрузок.

Таурин - производное аминокислоты цистеина, его название происходит от латинского «таурус» - бык, потому что таурин впервые выделили из экстракта бычьей желчи. Это очень распространенное соединение, которое синтезируется в организме большинства млекопитающих и присутствует там в значительном количестве (у человека - 1 г на 1 кг живого веса). Таурин повышает физическую выносливость и стрессоустойчивость, участвует в снабжении тканей гемоглобином, способствует расщеплению жирных кислот и выведению вредных веществ.

Основной тонизирующий компонент подавляющего большинства энергетических напитков - растительный алкалоид кофеин. Кофеин мягко стимулирует центральную нервную и сердечно-сосудистую системы, помогает концентрировать внимание, повышает работоспособность и увеличивает выносливость. В некоторых энергетических напитках присутствуют и другие тонизирующие компоненты, чаще всего женьшень и элеутерококк. Экстракт гуараны, основной источник кофеина, который добавляют в энергетики, содержит, помимо кофеина, алкалоиды теобромин и теофиллин.

Компоненты энергетических напитков подобраны таким образом, чтобы быстро высвобождать энергию из сахаров и собственных жировых запасов человека и ускорять выведение продуктов обмена. Их сочетание должно сделать употребление напитка максимально эффективным, приятным и безопасным. Вот о безопасности мы сейчас и поговорим.

Сколько можно

Специалисты и СМИ чаще всего обращают внимание на два компонента энергетических напитков: кофеин и таурин. Таурин в малых дозах не опасен , он даже входит в состав молочных смесей для новорожденных. Взрослый человек может без вреда для здоровья потреблять 3 г таурина ежедневно, но что будет при регулярном приеме большего количества, неизвестно. Противники энергетических напитков особенно упирают на это обстоятельство. Однако то количество таурина, которое содержит суточная норма энергетических напитков, не может повлиять на здоровье. Впрочем, о таурине обычно вспоминают, когда надоедает бранить кофеин.

По мнению большинства медиков, кофеин - единственный компонент безалкогольных энергетических напитков, потребление которого необходимо ограничивать. Основная претензия к нему - нежелательные побочные эффекты, мы писали об этом . Взрослый человек может без вреда для здоровья поглощать 400 мг кофеина в сутки (столько содержится примерно в 200 мл эспрессо или около литра обычного растворимого кофе ).

Во время беременности метаболизм кофеина замедляется, поэтому его действие длится дольше. Кроме того, кофеин повышает тонус матки и сужает плацентарные сосуды, что вредно будущему ребенку. Поэтому дамам в положении следует сократить суточное потребление кофеина до 200 мг . Еще более жесткие ограничения существуют для детей, чья нервная система очень чувствительна к действию кофеина. Малышам 4-6 лет дозволено 45 мг кофеина в день, в 7-9 лет - 62,5 мг, детям от 10 до 12 лет - 85 мг. Норма подростков старше 13 лет - 2,5 мг на 1 кг массы тела. Как стимулятор сердечно-сосудистой деятельности кофеин безусловно вреден гипертоникам .

Ежедневная доза в 750-1000 мг приводит к развитию кофеиновой зависимости и синдрома отмены. Он выражается в том, что люди, проведшие без кофеина от 12 до 24 часов, страдают от головной боли, иногда очень сильной, жалуются на усталость, сонливость, плохое настроение, тошноту и рвоту, мышечные боли и рассеянное внимание.

В случае неумеренного потребления энергетиков возможно отравление кофеином. Только в США ежегодно отмечают несколько десятков случаев. Симптомы отравления - нервозность, тревожность, беспокойство, бессонница, желудочно-кишечные расстройства, тошнота, головокружение, тремор, повышенное давление, тахикардия - хорошо известны, но их легко спутать с другими тревожными расстройствами. Поэтому и больной, и медики не всегда могут правильно поставить диагноз.

Справедливости ради заметим, что отравиться кофеином рискуют не только фанаты энергетических напитков, но и страстные любители кофе и чая. Чтобы избежать прискорбных последствий, нужна прежде всего адекватная маркировка продуктов, на которой указано количество кофеина и других ингредиентов. И в этом отношении качественные энергетические напитки безопаснее того же кофе, потому что на банке с напитком указано, сколько кофеина он содержит, а на чашке кофе - нет.

В 2007 году был введен Национальный стандарт Российской Федерации «Напитки безалкогольные тонизирующие» - ГОСТ Р 52844-2007, который определяет требования к составу и маркировке продукта. В его разработке приняли участие рабочая группа некоммерческой организации «Национальный фонд защиты потребителей», НИИ питания РАМН, ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности Россельхозакадемии и крупнейшие производителей безалкогольных тонизирующих напитков, заинтересованные в том, чтобы к их напиткам не было претензий: ООО «Ред Булл», ООО «ПепсиКо Холдингс» и компания «Кока-Кола Экспорт Корпорэйшн». Стандарт определяет безалкогольные тонизирующие напитки как «безалкогольные напитки специального назначения, содержащие кофеин и/или другие тонизирующие компоненты в количестве, достаточном для обеспечения тонизирующего эффекта на организм чело- века». Количество это строго определено: кофеина должно быть не менее 151 и не более 400 мг/л. Так что кока-кола со своими 100-130 мг кофеина на литр к энергетическим (тонизирующим) напиткам не относится.

Стандарт также предусматривает, что в составе безалкогольных энергетических напитков должно быть не более двух тонизирующих компонентов, а все ингредиенты, их концентрация и источники кофеина непременно должны быть указаны на этикетках.

Стандарт также определяет суточную норму потребления напитка. В России она ограничена 500 мл в день, то есть около 160 мг кофеина, примерно столько же, сколько в большой кружке крепкого кофе. На упаковке указано, сколько банок в день можно выпить. В литровых емкостях энергетические напитки продавать не должны.

Никаких ограничений на продажу безалкогольных энергетических напитков в нашей стране не предусмотрено, потребитель защищен только маркировкой, на которой точно указано, кому эти напитки можно и в каком количестве, а кому нельзя. Грамотный прочтет, разумный примет к сведению.

В некоторых странах приняты стандарты суточного потребления кофеина, сходные с российскими. В Великобритании и Канаде беременным женщинам не положено более 200 мг кофеина в сутки из всех источников, взрослым - 400 мг. Свод международных пищевых стандартов стран ЕС, Кодекс Алиментариус, не предусматривает ограничений суточного потребления безалкогольных энергетических напитков и содержания в них кофеина. Собственно, он даже не выделяет энергетические напитки в отдельную категорию, а относит их к газированным ароматизированным напиткам на основе воды. В Соединенных Штатах ограничений по содержанию и суточному потреблению кофеина тоже нет. Так что будьте осторожны с напитками, произведенными для американского рынка малоизвестной компанией: одна банка может содержать до 500 мг кофеина, что превышает безопасную суточную норму, а иногда концентрация кофеина не указана вовсе.

Кому это нужно

Национальный стандарт определяет безалкогольные тонизирующие (энергетические) напитки как напитки специального назначения. Их предполагаемые потребители - водители-дальнобойщики, проводящие много часов за рулем; люди, работающие сутками; студенты, которые в последнюю ночь перед экзаменом пытаются выучить все, о чем им рассказывали целый семестр. От одной порции (250 мл, 80 мг кофеина) исчезает сонливость, повышаются внимание и скорость реакции, возрастает выносливость. Во многих ситуациях энергетический напиток пить удобнее, чем кофе, потому что он не горячий.
Эффективности энергетических напитков посвящено множество исследований. Нередко их финансируют производители, которые стремятся доказать, что изготовленный ими раствор кофеина не хуже любого другого.

Энергетические напитки помогают студентам, повышая их ночную работоспособность: прогоняют сонливость, улучшают концентрацию внимания и память, уменьшают время реакции. Порция энергетического напитка увеличивает выносливость, объем перекачивания крови и потребление кислорода на 8-10%. Эта реакция в пределах физиологической нормы, но, учитывая, что на современных спортивных состязаниях участников разделяют сантиметры или доли секунды, эффект получается ощутимый. Еще недавно кофеин был в списке допинговых средств, Международный олимпийский комитет исключил его всего несколько лет назад.

Что не написано на этикетке

В общем, энергетические напитки доказали свою эффективность, и их охотно пьют. И даже думают, что чем больше выпьют, тем лучшего результата добьются. Тут самое время вспомнить, что потребление кофеина необходимо ограничивать. Эта задача целиком возложена на потребителя, поскольку официальных ограничений на продажу безалкогольных энергетических напитков нет. Однако бывают ситуации, когда даже самый ответственный и информированный потребитель не избежит передозировки.

Представим себе студента, которому надо всю ночь заниматься, да еще утром на экзамене что-то соображать. Ежедневной разрешенной дозы энергетического напитка ему не хватит. К часу ночи он устает и пьет первую банку энергетика, допустим, самую маленькую - 80 мг кофеина. Напиток действует часа два-три, и не позже четырех утра наш студент выпивает вторую порцию, в семь часов - третью и перед экзаменом - четвертую. Пятьсот миллилитров, доза, безопасная при ежедневном потреблении, превышена вдвое. Для здорового человека разовая передозировка пройдет бесследно. Однако надо иметь в виду, что вслед за тонизирующим эффектом приходят усталость, вялость, снижение трудоспособности. Это естественная физиологическая реакция на любой стимулятор, не только кофеин. И чем больше доза стимулятора, тем сильнее и дольше будет его угнетающее воздействие.

Человек, который всю ночь взбадривал себя энергетиками, утром будет полностью разбит. Ему понадобится отдых, и пусть он его себе обеспечит, а не едет отмечать успешную сдачу экзамена, выпив еще баночку тонизирующего напитка. К сожалению, об этом маркировка не предупреждает, а жаль, потому что есть люди, для которых ночные бдения - образ жизни. Они пьют энергетические напитки, чтобы всю ночь гулять или играть в компьютерные игры. Днем им спать некогда - нужно работать или учиться. Вот они и взбадривают себя целый день крепким чаем, кофе или энергетическим напитком, чтобы дотянуть до вечера и сесть за компьютер, а потом жалуются на тахикардию и боль в груди. Или в полусонном состоянии переходят дорогу, не глядя по сторонам. Но энергетические ли напитки в этом виноваты?

В 2007 году на весь мир прогремел 28-летний английский мотогонщик Мэтью Пенбросс. Он ежедневно выпивал по четыре банки энергетического напитка, несмотря на частые жалобы на боль в груди. Энергетические напитки заменяли ему еду, из-за работы Мэтью не успевал поесть. И вот, уже подорвав здоровье, этот бедолага во время длительных ответственных гонок за пять часов выпил восемь банок энергетика по 80 мг кофеина в каждой, и сердце не выдержало - остановилось. Медики были рядом, и молодого человека удалось спасти. Когда он окреп настолько, чтобы делать заявления, то предъявил претензии к маркировке. Да, он читал на банке, что можно пить не больше определенного количества, но ведь никто не предупреждал, что передозировка может быть смертельной.

Банка маленькая, этикетка еще меньше. Предупреждения на все случаи жизни там просто не поместятся, а вероятность того, что энергетические напитки будут выпускать с сопроводительной брошюрой, крайне мала. Поэтому сформулируем еще несколько простых правил, которые не уместились на этикетке.

Энергетический напиток не заменяет еду и сон, он только помогает продержаться в чрезвычайной ситуации, а потом необходимо поесть и отдохнуть. Регулярно использовать энергетик для того, чтобы не спать ночами, нельзя, иначе человек расстроит нервную систему и заработает тахикардию. Пить напиток нужно небольшими порциями, по 250 мл, не чаще чем раз в три-четыре часа.
Не следует впадать и в другую крайность, стараясь взбодрить себя крошечным количеством кофеина. Если доза стимулятора недостаточна, тонизирующего действия он не окажет, а угнетающее - непременно. Это старое правило подтверждают недавние исследования, проведенные в Университете Лафборо («Human Psychopharmacology», 2006, 21, 299-303). Недоспавшим участникам эксперимента предлагали выпить «энергетический напиток», содержащий всего 30 мг кофеина, или плацебо без кофеина того же вкуса. Стимулятор не мог побороть сонливость, и выпившие его люди медленнее реагировали и чаще ошибались, выполняя контрольные задания, чем участники эксперимента, которым достался плацебо.

С алкоголем или без?

К напиткам, содержащим кофеин, предъявляют две претензии. Одну из них, опасность передозировки, мы только что обсудили. Вторая проблема - совместное потребление энергетических напитков и алкоголя. Энергетиками разбавляют спиртное для вкуса, как другими безалкогольными напитками, или пьют его специально, чтобы выпить больше алкоголя, полагая, что кофеин снижает эффект опьянения. Некоторые производители рассчитывают именно на любителей веселой ночной жизни, а не на зубрил и профессиональных водителей, о чем говорят названия выпускаемых ими энергетических напитков со словами «горилла», «секс» и «кокаин».

На российском рынке даже появились энергетические напитки с добавлением алкоголя, а в США - алкогольные, содержащие кофеин и некоторые другие ингредиенты, которые обычно встречаются в безалкогольных тонизирующих напитках (например, таурин и витамины группы В). Оба варианта следует относить к алкогольным напиткам, а не к тонизирующим. Крупные компании-производители безалкогольных энергетических напитков совместное потребление своей продукции с алкоголем не пропагандируют.

Кофеин не ускоряет выведение алкоголя из организма. Безалкогольный энергетический напиток или кофе действительно смягчают некоторые признаки опьянения: головную боль, сухость во рту и нарушение координации движений. Однако на другие симптомы, такие, как изменение походки, ухудшение зрения и дикции, а также на способность вести машину добавление энергетика не влияет.

По данным исследований, проведенных во многих странах, студенты, которые пьют алкогольные смеси с энергетиками, чаще попадают в аварии и другие неприятные истории, чем те, кто потребляет неразбавленный алкоголь.

Специалисты Утрехтского университета, Венского университета и Университета Западной Англии проанализировали большое количество научной литературы, посвященной совместному употреблению кофеина со спиртными напитками, и пришли к выводу, что энергетические напитки не влияют на количество выпитого алкоголя («Drug and Alcohol Dependence», 2009, 99 (1-3), 1-10). Если бы речь шла об опытах на мышах, когда одной группе дают энергетики, другой плацебо, а потом смотрят, сколько они выпьют водки и как потом поведут себя в лабиринте, можно было бы рассуждать о влиянии напитка на потребление алкоголя и поведение.

Но с людьми дело обстоит иначе, они сами решают, что им пить, и выбор зависит от личности пьющего. По данным, которые собрали исследователи, люди, смешивающие алкоголь с энергетиками, предпочитают рискованный стиль жизни с выпивкой и наркотиками. Они любят острые ощущения, агрессивны, склонны нарушать правила дорожного движения, поэтому чаще попадают во всякие неприятные истории. Так что все проблемы связаны с неумеренным употреблением алкоголя, а не с энергетическими напитками. С научной точки зрения в смеси безалкогольных тонизирующих напитков с алкоголем нет ничего предосудительного, при условии, конечно, что потребители четко осознают количество чистого алкоголя, который они выпивают, и знают свою норму.

Малюгина 14. Внешний и внутренний энергетический уровни. Завершенность энергетического уровня.

Вспомним вкратце, что мы уже знаем о строении электронной оболочки атомов:

ü число энергетических уровней атома = номеру периода, в котором находится элемент;

ü максимальная емкость каждого энергетического уровня вычисляется по формуле 2n2

ü внешняя энергетическая оболочка не может содержать для элементов 1 периода более 2-х электронов, для элементов других периодов более 8 электронов

Еще раз вернемся к анализу схемы заполнения энергетических уровней у элементов малых периодов:

Таблица1.Заполнение энергетических уровней

у элементов малых периодов

Номер периода	Количество энергетических уровней = номеру периода	Символ элемента, его порядковый номер	Общее количество электронов	Распределение электронов по энергетическим уровням	Номер группы

				Н +1 )1	+1 Н, 1е-
		Н e + 2 ) 2	+2 Не, 2е-
				Li + 3 ) 2 ) 1	+ 3 Li , 2е-, 1е-
		Ве +4 ) 2 )2	+ 4 Be , 2е-, 2 е-
		В +5 ) 2 )3	+5 В, 2е-, 3е-
		С +6 ) 2 )4	+6 С, 2е-, 4е-
		N + 7 ) 2 ) 5	+ 7 N , 2е-, 5 е-
		O + 8 ) 2 ) 6	+ 8 O , 2е-, 6 е-
		F + 9 ) 2 ) 7	+ 9 F , 2е-, 7 е-
		Ne + 10 ) 2 ) 8	+ 10 Ne , 2е-, 8 е -
				Na + 11 ) 2 ) 8 )1	+1 1 Na , 2е-, 8е-, 1e-
		Mg + 12 ) 2 ) 8 )2	+1 2 Mg , 2е-, 8е-, 2 e-
		Al + 13 ) 2 ) 8 )3	+1 3 Al , 2е-, 8е-, 3 e-
		Si + 14 ) 2 ) 8 )4	+1 4 Si , 2е-, 8е-, 4 e-
		P + 15 ) 2 ) 8 )5	+1 5 P , 2е-, 8е-, 5 e-
		S + 16 ) 2 ) 8 )6	+1 5 P , 2е-, 8е-, 6 e-
		Cl + 17 ) 2 ) 8 )7	+1 7 Cl , 2е-, 8е-, 7 e-
18 Ar		Ar + 18 ) 2 ) 8 )8	+1 8 Ar , 2е-, 8е-, 8 e-

Проанализируйте таблицу 1. Сравните число электронов на последнем энергетическом уровне и номер группы, в которой находится химический элемент.

Заметили ли Вы, что число электронов на внешнем энергетическом уровне атомов совпадает с номером группы , в которой находится элемент (исключение составляет гелий)?

!!! Это правило справедливо только для элементов главных подгрупп.

Каждый период системы заканчивается инертным элементом (гелий He, неон Ne, аргон Ar). Внешний энергетический уровень этих элементов содержит максимально возможное число электронов: гелий -2, остальные элементы – 8. Это элементы VIII группы главной подгруппы. Энергетический уровень, схожий со строением энергетического уровня инертного газа, называют завершенным . Это своеобразный предел прочности энергетического уровня для каждого элемента Периодической системы. Молекулы простых веществ – инертных газов состоят из одного атома и отличаются химической инертностью, т. е. практически не вступают в химические реакции.

У остальных элементов ПСХЭ энергетический уровень отличается от энергетического уровня инертного элемента, такие уровни называют незавершенными . Атомы этих элементов стремятся к завершению внешнего энергетического уровня, отдавая или принимая электроны.

Вопросы для самоконтроля

1. Какой энергетический уровень называется внешним?

2. Какой энергетический уровень называется внутренним?

3. Какой энергетический уровень называется завершенным?

4. Элементы какой группы и подгруппы имеют завершенный энергетический уровень?

5. Чему равно число электронов на внешнем энергетическом уровне элементов главных подгрупп?

6. Чем схожи по строению электронного уровня элементы одной главной подгруппы

7. Сколько электронов на внешнем уровне содержат элементы а) IIA группы;

б) IVA группы; в) VII A группы

Посмотреть ответ

1. Последний

2. Любой, кроме последнего

3. Тот, который содержит максимальное число электронов. А также внешний уровень, если он содержит 8 электронов для I периода - 2 электрона.

4. Элементы VIIIA группы (инертные элементы)

5. Номеру группы, в которой находится элемент

6. У всех элементов главных подгрупп на внешнем энергетическом уровне содержится столько электронов, каков номер группы

7. а) у элементов IIA группы на внешнем уровне 2 электрона; б) у элементов IVA группы – 4 электрона; в) у элементов VII A группы – 7 электронов.

Задания для самостоятельного решения

1. Определите элемент по следующим признакам: а) имеет 2 электронных уровня, на внешнем – 3 электрона; б) имеет 3 электронных уровня, на внешнем – 5 электронов. Запишите распределение электронов по энергетическим уровням этих атомов.

2. Какие два атома имеют одинаковое число заполненных энергетических уровней?

Посмотреть ответ :

1. а) Установим «координаты» химического элемента: 2 электронных уровня – II период; 3 электрона на внешнем уровне – III А группа. Это бор 5B. Схема распределения электронов по энергетическим уровням: 2е-, 3е-

б) III период, VА группа, элемент фосфор 15Р. Схема распределения электронов по энергетическим уровням: 2е-, 8е-, 5е-

2. г) натрий и хлор.

Пояснение : а) натрий: +11 )2)8 )1 (заполненных 2) ←→ водород: +1)1

б) гелий: +2 )2 (заполненых 1) ←→ водород: водород: +1)1

в) гелий: +2 )2 (заполненных 1) ←→ неон: +10 )2)8 (заполненных 2)

*г) натрий: +11 )2)8 )1 (заполненных 2) ←→ хлор: +17 )2)8 )7 (заполненных 2)

4. Десять. Число электронов = порядковому номеру

5 в) мышьяк и фосфор. Одинаковое число электронов имеют атомы, расположенные в одной подгруппе.

Пояснения:

а) натрий и магний (в разных группах); б) кальций и цинк (в одной группе, но разных подгруппах) ; * в) мышьяк и фосфор (в одной, главной, подгруппе) г) кислород и фтор (в разных группах).

7. г) число электронов на внешнем уровне

8. б) число энергетических уровней

9. а) литий (находится в IA группе II периода)

10. в) кремний (IVA группа, III период)

11. б) бор (2 уровня - II период , 3 электрона на внешнем уровне – IIIA группа )