Как происходит расчёт энергетики. Что не написано на этикетке

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

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 )

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.

1. 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.
2. 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.
3. 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:

1. 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.
2. Размещение положительных ионов является периодическим, так как они находятся в узлах идеальной кристаллической решетки.
3. Взаимодействие электронов заменяют эффективным внешним полем. Электроны взаимодействуют в соответствии с законом Кулона. Это предположение позволяет заменить многоэлектронную задачу задачей с одним электроном.

Энергетика человека представляет собой запас жизненных сил и энергии, которым обладает конкретная личность. Мы можем повышать свою энергетику при помощи различных способов (о них детально рассказывается в другой статье). Но есть определённые ограничения — каждый человек от природы имеет свой энергетический потенциал, который не может существенно измениться. В этой статье мы расскажем, как определяется энергетика по дате рождения.

Когда человек в достаточной степени наполнен жизненной энергией, он чувствует уверенность в своих силах. Это человек-лидер, который не тревожится о мнении окружающих о себе. Он генерирует различные идеи и активно внедряет их в жизнь. Такие личности отличаются естественным поведением, прямым выражением своих чувств и эмоций.

От природы большой энергетический потенциал получают неординарные, творческие люди, выступающие источниками свежих идей, способные делиться с окружающими своей энергией. Это замечательные рассказчики, у них всегда вдоволь поклонников, они легко устанавливают связи с новыми людьми за счёт своей вежливости, обаяния и доброжелательности.

Сильное энергетическое поле проявляется и по определённым внешним признакам:

• характерны тонкие губы;
• массивный подбородок;
• густые брови;
• широкая челюсть;
• в большинстве случаев такие люди тёмноволосые;
• люди с тёмным цветом глаз имеют очень сильную ауру.

Как дата рождения влияет на энергетику

День, месяц, год и даже время рождения оказывает огромное влияние на всю последующую жизнь человека. Понятие, о котором мы сейчас говорим, также известно под названием «биоэнергетика». На сегодняшний день появилась даже такая профессия – биоэнергетик. Эксперты этой сферы способны проследить связь между конкретной личностью, цифрами, Вселенной и так далее.

Биоэнергетики (на основании нумерологии) установили, что дата рождения способна пролить свет на энергетический потенциал человека. Прибегнув к несложным математическим расчётам, реально составить прогноз будущих событий на конкретный период жизни. Также эти данные используются для построения кривой жизни и контроля изменений в . Чем больше энергии у человека, тем соответственно выше будет кривая.

Биоэнергетика по дате рождения: вычисление

Как происходит расчёт энергетики

1. Вспомните дату своего появления на свет. К примеру, 25 мая 1994 года.
2. Запишите первое число – в его качестве выступает год рождения – 1994.
3. Второе же число образуется порядковым числом месяца рождения и днём – 0525.

Обратите внимание! Если день рождения образован однозначным числом (к примеру, девяткой), то запишите второе число таким образом – 809.

1. Теперь умножьте первое число на второе = 1994*0525=1,046,850.
2. После этого высчитываем сумму всех цифр получившегося числа:

Число, которое получилось представляет собой биоэнергетический потенциал человека (Е) и демонстрирует каким количеством жизненных сил (энергии) он обладает.

А теперь самое интересное – узнайте, кем вы являетесь:

• энергетическим вампиром – Е меньше двадцати;
• нормальным человеком – значения Е будут колебаться в пределах от двадцати до тридцати;
• энергетическим донором – имеет потенциал энергии от тридцати и больше.

Независимо от природного энергетического баланса, у всех у нас в жизни бывают периоды, когда мы находимся в ослабленном состоянии и нуждаемся в дополнительной энергетической подпитке. В таком случае человек неосознанно начинает «вампирить» окружающих.

При этом нормальные люди и доноры начинают чувствовать себя дискомфортно. Но доноры, Е которых превышает отметку «тридцать три» способны подзаряжаться космической энергией или питаются энергией от природы. Они щедро дарят жизненную силу окружающим, люди стремятся находиться рядом с ними, чтобы подпитываться энергией.

Куда теряется энергия

Возможно, вам знакомо состояние, когда силы начинают покидать, как будто кто-то «сдувает» вас подобно воздушному шарику. Вы полноценно питаетесь, спите достаточное количество часов, занимаетесь физической активностью, но внутренне всё равно чувствуете себя уставшим. Описанные выше симптомы описывают состояние оттока жизненной энергии: вы, вроде всё делаете для её восполнения, но её становится всё меньше.

Почему так происходит? Вам нужно проанализировать своё поведение и стиль жизни, ведь причина в чём-то есть, а вот в чём – это мы сейчас попробуем установить.

Итак, вызвать сильную потерю энергии может:

1. Переживание чувства вины. Таким образом с вами разговаривает ваша совесть, представляющая самого строгого нашего судью в течение всей жизни. Совесть доставляет серьёзный психологический дискомфорт, из-за которого и растрачивается энергия.

Если же вы попробуете заглушить голос совести – столкнётесь с прямо противоположным результатом и ещё большим ухудшением ситуации. Внешне это также проявится в виде ухудшения материального положения. Самое разумное решение в таком случае – найти внутренний компромисс самим собой.

1. Обиды также приводят к энергодефициту. Самый популярный вариант – это обиды на родителей, которые, вероятно, тянутся с детского возраста. Если человек и во взрослом возрасте никак не может отпустить прошлое и простить своих родителей – это будет сильно влиять на различные стороны его жизни.

То, какие взаимоотношения были в вашей родительской семье, окажет своё воздействие на модель собственной семьи. А затаённые многолетние обиды самым негативным образом влияют на людей, они способствуют истощению, как эмоциональному, так и энергетическому.

1. Психологический дискомфорт, который провоцирует энергетические потери, может быть вызван и другими отрицательными эмоциями: страхом, боязнью неопределённости, тревогой, разочарованиями и душевной болью.
2. Зависть – вызывает много споров у экспертов относительно своего влияния на организм человека. Одна часть специалистов выделяет зависть, как мотивирующую эмоцию, которая способна ускорить достижение успеха, поставить перед человеком конкретные цели в жизни.

Мы перечислили основные внутренние причины энергетических потерь. А есть ещё и внешние, к числу которых относится общение с энергетическими «кровососами», которыми являются зануды, нытики, бездельники, неудачники, жертвы и больные, маньяки, а также идейные борцы. Контактируя с ними, вы становитесь энергетически слабее.

Поэтому стоит окружать себя позитивно мыслящими людьми, стараться всегда быть в хорошем настроении, вовремя завершать начатое, не тревожиться о своём будущем (вернее, тревожиться, но в разумных пределах), очищаться от своих внутренних негативных эмоций (обиды, злости, агрессии и так далее) и тогда ваше энергетическое поле будет усиливаться с каждым днём.

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.

1. 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.
2. 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.

Рис. 7. Изображение форм и ориентаций

s -,p -,d -, орбиталей с помощью граничных поверхностей.

Квантовое число m l называют магнитным . Оно определяет пространственное расположение атомной орбитали и принимает целые значения от –l до +l через нуль, то есть 2l + 1 значений (табл. 27).

Орбитали одного подуровня (l = const) имеют одинаковую энергию. Такое состояние называют вырожденным по энергии . Так p -орбиталь – трехкратно, d – пятикратно, а f – семикратно вырождены. Граничные поверхности s -,p -,d -, орбиталей показаны на рис. 7.

s -орбитали сферически симметричны для любого n и отличаются друг от друга только размером сферы. Их максимально симметричная форма обусловлена тем, что при l = 0 и μ l = 0.

Таблица 27

Число орбиталей на энергетических подуровнях

p -орбитали существуют при n ≥ 2 и l = 1, поэтому возможны три варианта ориентации в пространстве: m l = –1, 0, +1. Все p-орбитали обладают узловой плоскостью, делящей орбиталь на две области, поэтому граничные поверхности имеют форму гантелей, ориентированных в пространстве под углом 90° друг относительно друга. Осями симметрии для них являются координатные оси, которые обозначаются p x , p y , p z .

d -орбитали определяются квантовым числом l = 2 (n ≥ 3), при котором m l = –2, –1, 0, +1, +2, то есть характеризуются пятью вариантами ориентации в пространстве. d -орбитали, ориентированные лопастями по осям координат, обозначаются d z ² и d x ²– y ² , а ориентированные лопастями по биссектрисам координатных углов – d xy , d yz , d xz .

Семь f -орбиталей , соответствующих l = 3 (n ≥ 4), изображаются в виде граничных поверхностей.

Квантовые числа n , l и m не полностью характеризуют состояние электрона в атоме. Экспериментально установлено, что электрон имеет еще одно свойство – спин. Упрощенно спин можно представить как вращение электрона вокруг собственной оси. Спиновое квантовое число m s имеет только два значения m s = ±1/2, представляющие собой две проекции углового момента электрона на выделенную ось. Электроны с разными m s обозначаются стрелками, направленными вверх и вниз.

Последовательность заполнение атомных орбиталей

Заселение электронами атомных орбиталей (АО) осуществляется согласно принципу наименьшей энергии, принципу Паулии правилу Гунда, а для многоэлектронных атомов – правилу Клечковского.

Принцип наименьшей энергии требует, чтобы электроны заселяли АО в порядке увеличения энергии электронов на этих орбиталях. Это отражает общее правило – максимуму устойчивости системы соответствует минимум ее энергии.

Принцип Паули (1925 г) запрещает в многоэлектронном атоме находиться электронам с одинаковым набором квантовых чисел. Это означает, что два любых электрона в атоме (или молекуле, или ионе) должны отличаться друг от друга значением хотя бы одного квантового числа, то есть на одной орбитали может быть не более двух электронов с различными спинами (спаренных электронов). Каждый подуровень содержит 2l + 1 орбитали, на которых размещаются не более 2(2l + 1) электронов. Отсюда следует, что емкость s -орбиталей – 2, p -орбиталей – 6, d -орбиталей – 10 и f -орбиталей – 14 электронов. Если число электронов при заданном l просуммировать от 0 до n – 1, то получим формулу Бора– Бьюри , определяющую общее число электронов на уровне с заданным n :

Эта формула не учитывает межэлектронное взаимодействие и перестает выполняться при n ≥ 3.

Орбитали с одинаковыми энергиями (вырожденные) заполняются в соответствии с правилом Гунда : наименьшей энергией обладает электронная конфигурация с максимальным спином. Это означает, что если на p-орбитали три электрона, то они располагаются так: , и суммарный спинS =3/2, а не так: ,S =1/2.

Правило Клечковского (принцип наименьшей энергии). В многоэлектронных атомах, как и в атоме водорода, состояние электрона определяется значениями тех же четырех квантовых чисел, однако в этом случае электрон находится не только в поле ядра, но и в поле других электронов. Поэтому энергия в многоэлектронных атомах определяется не только главным, но и орбитальным квантовым числом, а вернее их суммой: энергия атомных орбиталей возрастает по мере увеличения суммы n + l ; при одинаковой сумме сначала заполняется уровень с меньшим n и большим l . Энергия атомных орбиталей возрастает согласно ряду:

Итак, четыре квантовых числа описывают состояние электрона в атоме и характеризуют энергию электрона, его спин, форму электронного облака и его ориентацию в пространстве. При переходе атома из одного состояния в другое происходит перестройка электронного облака, то есть изменяются значения квантовых чисел, что сопровождается поглощением или испусканием атомом квантов энергии.