Қадам ба сӯи нанотехнология

Ҳазорҳо сол пеш одамон ҳайрон буданд, ки ҷисмҳои гирду атроф аз чӣ иборатанд. Ҷавобҳо гуногун буданд. Дар Юнони ќадим олимон чунин аќида доштанд, ки њамаи љисмњо аз элементњои хурди људонашаванда иборатанд, ки онњоро атомњо меномиданд. Чи кадар кам нишон дода натавонистанд. Дар тӯли якчанд асрҳо нуқтаи назари юнониён танҳо фарзия боқӣ монд. Онҳо дар асри XNUMX, вақте ки таҷрибаҳо барои ҳисоб кардани андозаи молекулаҳо ва атомҳо гузаронида шуданд, ба онҳо баргардонида шуданд.

Яке аз тачрибахои дорой ахамияти таърихй, ки барои хисоб кардани андозаи заррахо имконият дод, гузаронда шуд Олими англис Лорд Рэйли. Азбаски иҷрои он оддӣ ва ҳамзамон хеле боварибахш аст, биёед кӯшиш кунем, ки онро дар хона такрор кунем. Пас аз он мо ба ду таҷрибаи дигар муроҷиат мекунем, ки ба мо имкон медиҳанд, ки баъзе хосиятҳои молекулаҳоро омӯзем.

Андозаҳои зарраҳо чӣ гунаанд?

Райс. 1. Усули тайёр кардани сӯзандору барои ба он гузоштани маҳлули нафт дар бензини истихроҷшуда; p - poxylina,

в - сӯзандору

Биёед кӯшиш кунем, ки ба ин савол тавассути гузаронидани таҷрибаи зерин ҷавоб диҳем. Аз сӯзандору 2 см³ поршенро хориҷ кунед ва баромади онро бо Poxiline мӯҳр кунед, то он найчаи баромади барои ворид кардани сӯзан пешбинишударо пурра пур кунад (расми 1). Мо чанд дақиқа интизор мешавем, то Poxilina сахт шавад. Вақте ки ин рӯй медиҳад, ба сӯзандору тақрибан 0,2 см рехт³ равгани хурокй ва ин арзишро сабт кунед. Ин хачми равгани В истифода мешавад._o. Ҳаҷми боқимондаи сӯзандоруро бо бензин пур кунед. Ҳарду моеъро бо сим то ҳосил шудани маҳлули якхела омехта кунед ва сӯзандоруро ба таври амудӣ дар ҳама гуна доранда маҳкам кунед.

Баъд ба хавза оби гарм мерезед, ки чукурии он 0,5—1 сантиметр бошад, оби гармро истифода баред, вале гарм не, то ки буги баландшаванда намоён нашавад. Мо як рахи коғазиро дар рӯи об чанд маротиба тангенсиалӣ ба он мекашем, то сатҳи гардолудро тоза кунем.

Мо ба катрача каме омехтаи равган ва бензин меандозем ва катраро дар кад-кади маркази зарф бо об харакат мекунем. Хаткунакро оҳиста пахш карда, ба сатҳи об як қатраро ба қадри имкон хурд партоед. Як қатраи омехтаи нафт ва бензин дар тамоми самтҳо дар рӯи об паҳн мешавад ва қабати хеле тунуки ғафсӣ дар шароити мусоидтарин ба як диаметри зарраҳо баробар мешавад - ба ном қабати мономолекулярӣ. Пас аз чанд ваќт, одатан, чанд даќиќа, бензин бухор мешавад (ин бо баланд шудани њарорати об суръат мегирад) ва дар сатњи он ќабати мономолекулярии нафт мемонад (расми 2). Дар қабати натиҷа аксар вақт шакли доира бо диаметри якчанд сантиметр ё бештар дорад.

Райс. 2.Қабати якмолекулярии нафт дар сатҳи об

м – коса, в – об, о – нафт, D – диаметри қабат, g – ғафсии қабат

(андозаи зарраҳои нафт)

Мо сатхи обро бо рохи мунаввар кардани нури дурахши чарог ба суи он мунаввар мекунем. Ин сарҳадҳои қабатро намоёнтар мекунад. Мо метавонем ба осонӣ диаметри тахминии онро D-ро бо истифода аз ченак, ки дар болои сатҳи об ҷойгир аст, муайян кунем. Бо донистани ин диаметр, мо метавонем майдони қабати S-ро бо формулаи майдони доира ҳисоб кунем:

Агар мо медонистем, ки хачми нефть V чй кадар аст₁ ки дар таркиби катраи партофташуда мавҷуд бошад, пас диаметри молекулаи нафтро d ба осонӣ ҳисоб кардан мумкин аст, бо назардошти он ки нафт гудохта шуда, қабати сатҳи S-ро ташкил медиҳад, яъне:

Пас аз муқоисаи формулаҳои (1) ва (2) ва табдилдиҳии оддӣ, мо формулаеро мегирем, ки ба мо имкон медиҳад андозаи заррачаи равғанро ҳисоб кунем:

Усули соддатарин, вале на дақиқтарин барои муайян кардани ҳаҷми V₁ санҷидани он аст, ки аз тамоми ҳаҷми омехтаи дар шприц мавҷудбуда чанд қатра гирифтан мумкин аст ва ҳаҷми равғани Vo-ро ба ин рақам тақсим кардан мумкин аст. Барои ин, мо омехтаро ба пипетка мегирем ва қатраҳо месозем ва кӯшиш мекунем, ки онҳо ҳамон андозаро нигоҳ доранд, ки ҳангоми ба рӯи об пошиданашон монанд аст. Мо ин корро то даме ки тамоми омехта тамом шавад.

Усули дақиқтар, вале бештар меҳнатталаб ба рӯи об такроран рехтани қатраи нафт, ба даст овардани қабати мономолекулярии нафт ва чен кардани диаметри онро дар бар мегирад. Албатта, пеш аз сохтани ҳар як қабат об ва равғани қаблан истифодашударо аз ҳавза рехта, бо қабатҳои тоза пур кардан лозим аст. Миёнаи арифметикӣ аз рӯи ченакҳои гирифташуда ҳисоб карда мешавад.

Қиматҳои бадастомадаро ба формулаи (3) иваз карда, табдил додани воҳидҳоро фаромӯш накунед ва ифодаро бо метр (м) ва V ифода кунед.₁ бо метри мукааб (м³). Мо андозаи зарраҳоро бо метр мегирем. Ин андоза аз намуди равғани истифодашуда вобаста аст. Натиҷа метавонад аз сабаби содда кардани тахминҳо хато бошад, аз ҷумла, қабати мономолекулярӣ набуд ва андозаи қатраҳо ҳамеша якхела буданд. Муайян кардан осон аст, ки набудани мономолекулярии қабат боиси аз ҳад зиёд баҳодиҳии арзиши d мегардад Андозаҳои маъмулии зарраҳои равған дар ҳудуди 10 мебошанд.^-8-10^-9 м Блоки 10^-9 м номида мешавад нанометр ва аксар вақт дар соҳаи босуръат инкишофёбанда истифода мешавад, ки бо номи нанотехнология.

Ҳаҷми "нопадид"-и моеъ

Райс. 3. Тарҳи зарф барои санҷиши моеъ барои коҳиш;

g – найчаи пластикии шаффоф, p – полиоксилин, l – ченак,

t – лентаи шаффоф

Ду таҷрибаҳои зерин ба мо имкон медиҳанд, ки ба хулосае оянд, ки молекулаҳои ҷисмҳои гуногун шакл ва андозаҳои гуногун доранд. Барои иҷрои якум ду порчаи пластикии шаффофро буред, ки диаметри дохилиашон 1-2 см ва дарозиаш 30 см аст.Ҳар як порчаи қубурро бо чанд порчаи лента ба канори ченаки алоҳидаи муқобили он часпонида мешавад. шкала (расми 3). Нугҳои поёнии шлангҳоро бо шамъҳои поксилин пӯшед. Ҳарду ченакҳоро бо шлангҳои ширешшуда дар ҳолати амудӣ мустаҳкам кунед. Ба яке аз шлангхо ба кадри кофй об резед, то ки сутуни такрибан ба нисфи дарозии шланг, масалан 14 см ба вучуд ояд, ба пробиркаи дуюм хамин микдор спирти этилиро рехт.

Акнун биёед бипурсем, ки баландии сутуни омехтаи ҳарду моеъ чанд мешавад? Биёед кӯшиш кунем, ки ба онҳо ба таври таҷрибавӣ ҷавоб диҳем. Ба шланги об спирт резед ва фавран сатхи болоии моеъро чен кунед. Мо ин сатҳро бо аломати обногузар дар шланг қайд мекунем. Сипас ҳарду моеъро бо сим омехта кунед ва сатҳро бори дигар тафтиш кунед. Мо чиро мушоҳида мекунем? Маълум мешавад, ки ин сатҳ паст шудааст, яъне. хачми махлул аз чамъи хачми ингредиентхое, ки барои истехсоли он истифода мешаванд, камтар аст. Ин падидаро камшавии ҳаҷми моеъ меноманд. Коҳиши ҳаҷм одатан якчанд фоизро ташкил медиҳад.

Тавсифи намунавӣ

Барои шарҳ додани таъсири фишурда мо як таҷрибаи намунавӣ мегузаронем. Молекулаҳои спирт дар ин таҷриба бо донаҳои нахӯд ва молекулаҳои об тухмии кӯкнор хоҳанд буд. Ба зарфи якум, тангу шаффоф, масалан, як кӯзаи баланд нахӯди донаи дағал, ки баландиаш тақрибан 0,4 м аст, ба зарфи дуюми ҳамон баландӣ тухмии кӯкнор рехт (расми 1а). Баъд тухми кӯкнорро ба зарфи нахуд мерезем ва бо истифода аз ченак баландиро чен мекунем, ки сатҳи болоии донаҳо ба он мерасад. Мо ин сатҳро бо маркер ё хаткӯркунак дар зарф қайд мекунем (расми 1б). Контейнерро пӯшед ва якчанд маротиба ҷунбонед. Мо онҳоро ба таври амудӣ ҷойгир карда, тафтиш мекунем, ки сатҳи болоии омехтаи ғалла ҳоло ба кадом баландӣ мерасад. Маълум мешавад, ки он нисбат ба пеш аз омехта кардан пасттар аст (фото 1c).

Тачриба нишон дод, ки пас аз омехта кардан тухмии кукнор чойхои холии байни нахудро пур карда, дар натича хачми умумии ишголкардаи омехта кам мешавад. Хамин гуна вазъият хангоми омехта кардани об бо спирт ва баъзе моеъхои дигар руй медихад. Молекулаҳои онҳо дар ҳама андоза ва шакл меоянд. Дар натиља фосилањои байни заррањои калонтарро заррањои хурдтар пур мекунанд ва њаљми моеъ кам мешавад.

Сурати 1. Марҳилаҳои навбатии омӯзиши модели фишурдасозӣ:

а) лӯбиё ва кӯкнор дар зарфҳои алоҳида,

б) донањо баъди рехтан, в) кам шудани њаљми донањо баъди омехта кардан

Оқибатҳои муосир

Имруз ба хама маълум аст, ки хамаи чисмхои гирду атрофи мо аз молекулахо ва онхо дар навбати худ аз атомхо иборатанд. Ҳарду молекулаҳо ва атомҳо дар ҳаракати доимии тасодуфӣ ҳастанд, ки суръати онҳо аз ҳарорат вобаста аст. Ба шарофати микроскопҳои муосир, махсусан микроскопи сканерии туннелингӣ (STM), атомҳои алоҳида мушоҳида карда мешаванд. Инчунин усулҳое мавҷуданд, ки микроскопи қувваи атомиро (AFM) истифода мебаранд, ки имкон медиҳад атомҳои алоҳида ҳаракат карда, онҳоро ба системаҳо муттаҳид созанд. наноструктураҳо. Таъсири фишурдакунӣ низ аҳамияти амалӣ дорад. Мо бояд инро ҳангоми интихоби миқдори муайяни моеъҳо барои ба даст овардани омехтаи ҳаҷми зарурӣ ба назар гирем. Шумо бояд онро ба назар гиред, аз ҷумла. дар истеҳсоли арақҳо, ки маълум аст, омехтаҳои асосан спирти этилӣ (спирт) ва об мебошанд, зеро ҳаҷми нӯшокии ҳосилшуда аз маҷмӯи ҳаҷми компонентҳо камтар хоҳад буд.