22.02.2023
Уроки 59, 60
Тема 1. Сучасні дослідження будови речовини. Новітні технології: наноматеріали
Завдання:
- Опрацювати теоретичний матеріал, знизу
- Записати конспект в зошит
- Відповісти на запитання в зошиті
Склад і будову тієї чи іншої речовини можна виявити фізичними методами аналізу, не вдаючись до хімічних реакцій, або фізико-хімічними методами шляхом вивчення фізичних явищ та спостереження за ними, що відбуваються під час хімічних реакцій. До таких методів, які часто називають експериментальними, належать такі методи якісного й кількісного аналізу: спектральний; люмінесцентний; оптичний; електрохімічний; хроматографічний та деякі інші.
Спектральні методи аналізу - це методи, що ґрунтуються на визначенні хімічного складу та будови речовин з їх спектра. Випромінювання, поглинання або розсіювання електромагнітного випромінювання може розглядатися як сигнал, що несе інформацію про якісний і кількісний склад речовини або про її структуру.
У сучасних фізико-хімічних дослідженнях будови речовини широко застосовують інфрачервону спектроскопію. Інфрачервоні спектри дають досить повну характеристику речовин. Інфрачервона спектроскопія може бути корисною під час вимірювання міжатомних відстаней у молекулах, під час вимірювання температури згоряння ракетного палива.
Люмінесцентний аналіз - якісний і кількісний метод дослідження різних речовин, який ґрунтується на явищі люмінесценції. Найпоширеніший люмінесцентний аналіз - аналіз з використанням люмінесценції, яку викликає ультрафіолетове проміння. Люмінесцентний аналіз дає змогу визначити якісний та кількісний склад речовин. Його використовують у видимій області спектра. Перевага методу - висока чутливість, яка дає змогу ідентифікувати речовину при її кількості від 10-8-10-9 г до 10-10-10-12 г.
Оптичні методи дослідження речовини ґрунтуються на використанні законів оптики, які стосуються природи, поширення і взаємодії з речовиною електромагнітного випромінювання оптичного діапазону (видиме світло, ультрафіолетове й інфрачервоне випромінювання).
Для якісного й кількісного визначення хімічних елементів у біологічних рідинах і тканинах, у лікарських засобах та інших об’єктах слугує спектрально-емісійний аналіз. Суть його у вивченні спектра світла, яке випромінюють атоми і молекули, порушені різними способами, наприклад нагріванням до високих температур.
Для вимірювання поглинання світла речовиною з метою аналізу складу і структури зразка широко застосовують фотометричні та спектрофотометричні методи. Наприклад, спектрофотометри дають змогу вивчати характерні спектри поглинання різних речовин і встановлювати їх хімічну будову й кількісний вміст у розчинах.
Електрохімічні методи аналізу речовин - сукупність методів якісного та кількісного аналізу речовин, що ґрунтуються на процесах, які протікають на електродах або в міжелектродному просторі. При цьому вимірюють ряд параметрів, наприклад електродний потенціал, кількість електрики, повний електричний опір, ємність, електропровідність, діелектрична проникність, значення яких пропорційні концентраціям речовин, які визначаються. Електрохімічні методи аналізу використовують для визначення понад 60 елементів у різних природних і промислових матеріалах, у рудах, мінералах.
Хроматографія - сучасний і високоефективний метод, дає змогу досить швидко й надійно визначати вміст окремих компонентів у сумішах, концентрувати й ідентифікувати ці компоненти. Вона ефективна не тільки в хімічному аналізі, але і в хімічній технології. У біології й агропромисловій галузі хроматографічне розділення і концентрування використовують перед кількісним визначенням мікроелементів, а також для виявлення пестицидних сполук у навколишньому середовищі. Під час технологічного контролю харчових виробництв хроматографія слугує для очищення речовин, аналізу сумішей органічних кислот, амінокислот та інших продуктів.
Для вивчення будови речовини використовують різноманітні технології. В основі будь-якого процесу лежить певна технологія, до компонент якої належать: 1) мета реалізації процесу; 2) предмет, що підлягає технологічним змінам; 3) способи й методи дії; 4) засоби технологічної дії; 5) упорядкованість й організація, протиставлені стихійним процесам.
Технологічний процес — це послідовна зміна станів, стадій розвитку, сукупність дій; виробничий процес — це сукупність взаємопов’язаних операцій і перетворень ресурсів, спрямованих на виготовлення певної продукції.
Цілеспрямовані процеси можна подати у вигляді схеми.
Наведені на малюнку 88 процеси характеризуються різною можливістю управління, а саме:
- автоматичні процеси - усі дії виконуються без будь-яких відхилень, в автоматичному режимі;
- хаотичні процеси - причинно-наслідкові зв’язки мають статистичний, імовірнісний характер;
- програмована технологія - певна послідовність процесів обробки інформації відповідно до заданої програми;
- професійно-технічна технологія - певна послідовність процесів обробки деталей, виробів, вузлів певним технологічним процесом;
- науково-технічна технологія - певна послідовність процесів обробки технологічного об’єкта (інформації, деталей, виробів, вузлів) згідно із заданим технологічним процесом і із застосуванням засобів й інтелектуальної обробки інформації;
- науково-дослідна технологія - не визначена повністю послідовність процесів обробки технологічного об’єкта відповідно до заданого технологічного процесу, який може змінюватися для отримання бажаного результату і вимагає застосування засобів інтелектуальної обробки інформації.
Мал. 89. Ікосаедричний фулерен С540
Мал. 90. Вуглецеві нанотрубки
Властивості наноматеріалів відрізняються від аналогічних матеріалів у масивному стані. Наприклад, у наноматеріалів можна спостерігати зміну магнітних, тепло- і електропровідних властивостей. Для матеріалів особливо малих розмірів буває характерна зміна температури плавлення у бік її зменшення.
Для наноматеріалів актуальна проблема їх зберігання і транспортування. Матеріали (особливо металеві) дуже активні і взаємодіють з навколишнім середовищем.
Дослідна група з Університету Райса й Ренселлерського політехнічного інституту (США) розробила найтемніший у світі матеріал. Тонка плівка (мал. 91), що складається з вуглецевих нанотрубок, відбиває лише 0,045 % світла, що падає на неї. Це в чотири рази менше, ніж у найтемнішого з раніше відомих матеріалів (нікель-фосфорного сплаву з поверхнею, укритою мікрозападинами) і приблизно в сто разів менше, ніж відбиває аркуш чорного паперу.
Мал. 91. Тонка плівка
Новий наноматеріал, який є чимось на зразок гібрида графену і вуглецевих нанотрубок (мал. 92), створили вчені того самого університету. У перспективі такий матеріал - найкраще рішення для виготовлення електродів певних електронних приладів, суперконденсаторів та інших пристроїв акумуляції електричної енергії. Дослідницька група, яку очолює хімік Джеймс Тур, виростила на поверхні графенової плівки цілісні вуглецеві нанотрубки. «Ліси» з вуглецевих нанотрубок швидко виростали з аркушів графену на вражаючу висоту до 120 мікронів. Якщо спорудити звичайний будинок з таким самим співвідношенням площі основи та висоти, то його дах вийшов би далеко за межі атмосфери.
Мал. 92. Гібрид вуглецевих нанотрубок і графену
Самоскладання - найпопулярніша технологія у природі. У ранній період створення Всесвіту з окремих атомів збиралися різноманітні речовини. У відділі фізико-неорганічної хімії Інституту загальної і неорганічної хімії ім. В. Вернадського НАН України розробляють технологію створення вуглецевих самозбірних наноматеріалів (мал. 93). Для цього вченим доводиться розпорошувати речовину у вигляді атомів, щоб вони збиралися у просторі в мікроскопічні нанотрубки. Роздивитися результат цієї операції можна тільки в надпотужні растрові мікроскопи, на яких розрізняються утворення до 10 ангстремів.
Мал. 93. Самозбірні матеріали
ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...
• 11 лютого відзначається Міжнародний день жінок в науці. За даними ЮНЕСКО, лише 28 % наукових працівників у світі - жінки.
В Україні 46 % - жінки-науковці. Вони найкраще зарекомендували себе в молекулярній біофізиці, психології, наноматеріалознавстві та комп’ютерній інженерії, зокрема й за кордоном.
Ольга Броварець
• Ольга Броварець - наймолодша в Україні докторка фізико-математичних наук, провідна наукова співробітниця відділу молекулярної та квантової біофізики Інституту молекулярної біології і генетики НАН України, старша наукова співробітниця кафедри молекулярної біотехнології та біоінформатики Інституту високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Опублікувала понад 60 статей англійською мовою в міжнародних наукових журналах. Наукові знахідки Ольги Броварець та її колег не лише дають змогу краще зрозуміти молекулярну еволюцію живого, а й відкривають нові перспективи у фармації для створення новітніх препаратів для лікування онкологічних хвороб.
ЗАПИТАННЯ:
- 1. Які сучасні дослідження будови речовини ви знаєте?
- 2. Що таке технологія?
- 3. Що таке технологічний процес?
- 4. Що таке наноматеріали? Які види наноматеріалів ви знаєте?
Дослідіть питання використання наноматеріалів у наукових і промислових цілях.
Тема 2. Основні положення молекуляно-кінетичної теорії. Маса молекули. Молярна маса. Кількість речовини
Завдання:
- Опрацювати теоретичний матеріал, знизу за посиланням
- Записати конспект в зошит
- Прочитати параграф 26, ст 162, 163 (підручник Фізика 10, автор В. Г. Бар'яхтар)
https://www.youtube.com/watch?v=VLO3tSQM-j0
https://www.youtube.com/watch?v=_IgPlrh6lks
Немає коментарів:
Дописати коментар