Léngkah nuju nanotéhnologi

Rébuan taun ka tukang, jalma-jalma heran tina naon awak di sakurilingna. Jawabanana rupa-rupa. Di Yunani kuno, élmuwan dikedalkeun pamadegan yén sakabéh awak diwangun ku elemen indivisible leutik, nu maranéhna disebut atom. Sabaraha saeutik, aranjeunna teu bisa nangtukeun. Pikeun sababaraha abad, pamadegan Yunani tetep ukur hipotesis. Aranjeunna dipulangkeun ka aranjeunna dina abad ka-XNUMX, nalika ékspérimén dilaksanakeun pikeun ngira-ngira ukuran molekul sareng atom.

Salah sahiji percobaan sajarah signifikan, nu ngamungkinkeun pikeun ngitung ukuran partikel, dilaksanakeun Élmuwan Inggris Lord Rayleigh. Kusabab éta saderhana pikeun ngalaksanakeun sareng dina waktos anu sami ngayakinkeun, hayu urang nyobian malikan deui di bumi. Teras we giliran dua percobaan séjén anu bakal ngidinan urang pikeun neuleuman sababaraha sipat molekul.

Naon ukuran partikel?

Sangu. 1. Hiji métode Nyiapkeun jarum suntik pikeun nempatkeun leyuran minyak dina béngsin sasari kana eta; p - poksilin,

c - jarum suntik

Hayu urang coba ngajawab patarosan ieu ku ngalakonan percobaan di handap ieu. Ti jarum suntik 2 cm³ nyabut plunger jeung ngégél outlet na kalawan Poxiline meh lengkep ngeusi tube kaluar dimaksudkeun pikeun panempatan tina jarum (Gbr. 1). Urang antosan sababaraha menit dugi Poxilina hardens. Nalika ieu kajantenan, tuang kana jarum suntik sakitar 0,2 cm³ minyak plant jeung catetan nilai ieu. Ieu jumlah minyak dipaké._o. Eusian volume sésa jarum suntik kalayan béngsin. Campur duanana cair sareng kawat dugi ka leyuran homogen dicandak sareng ngalereskeun jarum suntik sacara vertikal dina wadah naon waé.

Teras tuang cai haneut kana baskom supados jerona 0,5-1 cm. Anggo cai haneut, tapi henteu panas, supados uap anu naék henteu katingali. Urang nyered strip kertas sapanjang beungeut cai sababaraha kali tangensial ka dinya pikeun ngabersihan beungeut sari acak.

Urang ngumpulkeun campuran saeutik minyak jeung béngsin kana dropper jeung ngajalankeun dropper ngaliwatan puseur wadah cai. Gently mencét kana pamupus, urang leupaskeun serelek sakumaha leutik mungkin kana beungeut cai. Serelek campuran minyak sareng béngsin bakal nyebar sacara lega ka sadaya arah dina permukaan cai sareng ngabentuk lapisan ipis pisan kalayan ketebalan sami sareng hiji diaméter partikel dina kaayaan anu paling nguntungkeun - anu disebut. lapisan monomolekul. Sanggeus sababaraha waktu, biasana sababaraha menit, béngsin bakal menguap (anu gancangan ku naékna suhu cai), ninggalkeun lapisan monomolecular minyak dina beungeut cai (Gbr. 2). Lapisan anu dihasilkeun paling sering ngagaduhan bentuk bunderan kalayan diaméter sababaraha séntiméter atanapi langkung.

Sangu. 2. Lapisan minyak monomolekul dina beungeut cai

m - pelvis, c - cai, o - minyak, D - diaméterna formasi, d - ketebalan formasi

(ukuran partikel minyak)

Kami nyaangan permukaan cai ku ngarahkeun sinar cahaya tina senter diagonal kana éta. Kusabab ieu, wates lapisan langkung katingali. Urang tiasa sacara gampil nangtukeun perkiraan diaméterna D tina pangawasa anu aya di luhur permukaan cai. Nyaho diaméter ieu, urang bisa ngitung aréa lapisan S ngagunakeun rumus pikeun aréa bunderan:

Upami urang terang naon volume minyak V₁ dikandung dina serelek turun, mangka diaméter molekul minyak d bisa gampang diitung, asumsina yén minyak dilebur sarta ngabentuk lapisan kalawan permukaan S, nyaéta:

Saatos ngabandingkeun rumus (1) sareng (2) sareng transformasi saderhana, urang kéngingkeun rumus anu ngamungkinkeun urang ngitung ukuran partikel minyak:

Cara anu paling gampang, tapi sanés cara anu paling akurat pikeun nangtukeun volume V₁ nyaéta pikeun mariksa sabaraha tetes tiasa didapet tina total volume campuran anu dikandung dina jarum suntik sareng ngabagi volume minyak Vo anu dianggo ku nomer ieu. Jang ngalampahkeun ieu, urang ngumpulkeun campuran dina pipette sarta nyieun ogé titik-titik, nyobian sangkan aranjeunna ukuranana sarua nalika aranjeunna turun kana beungeut cai. Kami ngalakukeun ieu dugi ka sadaya campuran béak.

Métode anu langkung akurat, tapi langkung seueur waktos nyaéta sababaraha kali tetes minyak dina permukaan cai, kéngingkeun lapisan minyak monomolekul sareng ngukur diameterna. Tangtosna, sateuacan unggal lapisan dilakukeun, cai sareng minyak anu dianggo sateuacana kedah dituang kaluar tina baskom sareng dituang bersih. Tina pangukuran anu dicandak, rata-rata aritmatika diitung.

Ngaganti nilai diala kana rumus (3), ulah poho pikeun ngarobah hijian jeung nganyatakeun ekspresi dina méter (m) jeung V.₁ dina méter kubik (m³). Meunang ukuran partikel dina méter. Ukuran ieu bakal gumantung kana jinis minyak anu dianggo. Hasilna tiasa salah kusabab asumsi anu nyederhanakeun, khususna kusabab lapisanna henteu monomolekul sareng ukuran tetesan henteu salawasna sami. Gampang ningali yén henteuna lapisan monomolekul nyababkeun kaleuleuwihan nilai d. Ukuran biasa partikel minyak aya dina kisaran 10.^-8-10^-9 m. Blok 10^-9 m disebut nanometer sarta mindeng dipaké dina widang booming katelah nanotéhnologi.

"Ngaleungit" volume cairan

Sangu. 3. Desain wadah uji shrinkage cair;

g - transparan, tabung plastik, p - poxylin, l - pangawasa,

t - pita transparan

Dua percobaan di handap bakal ngidinan urang pikeun nyimpulkeun yén molekul awak béda boga wangun jeung ukuran béda. Pikeun ngalakukeun kahiji, potong dua lembar tabung plastik transparan, duanana 1-2 cm diaméterna internal tur panjangna 30 cm.Unggal sapotong tabung ieu glued kalawan sababaraha lembar pita napel kana ujung pangawasa misah sabalikna skala (Gbr. . 3). Tutup tungtung handap selang ku colokan poxylin. Ngalereskeun duanana pangawasa kalawan hoses glued dina posisi nangtung. Tuang cai anu cukup kana salah sahiji selang pikeun ngadamel kolom ngeunaan satengah panjang selang, sebutkeun 14 cm, tuang jumlah étil alkohol anu sami kana tabung uji kadua.

Ayeuna urang naroskeun, naon anu bakal jangkungna kolom campuran duanana cair? Hayu urang cobaan pikeun ngajawab aranjeunna sacara ékspériméntal. Tuang alkohol kana selang cai jeung geura ngukur tingkat luhur cairanana. Kami nandaan tingkat ieu ku spidol waterproof dina selang. Lajeng campur duanana cair jeung kawat sarta pariksa tingkat deui. Naon anu urang perhatikeun? Tétéla yén tingkat ieu geus turun, i.e. volume campuran kirang ti jumlah volume bahan dipaké pikeun ngahasilkeun eta. Fenomena ieu disebut kontraksi volume cair. Pangurangan volume biasana sababaraha persen.

Katerangan modél

Pikeun ngajelaskeun pangaruh komprési, urang bakal ngalaksanakeun percobaan modél. Molekul alkohol dina percobaan ieu bakal digambarkeun ku séréal kacang polong, sarta molekul cai bakal siki poppy. Tuang kacang polong badag-grained ngeunaan 0,4 m jangkungna kana kahiji, sempit, piring transparan, contona, toples jangkung, tuang siki poppy kana wadah kadua sarua jangkungna sarua (poto 1a). Teras tuang siki poppy kana wadah sareng kacang polong sareng nganggo panguasa pikeun ngukur jangkungna anu ngahontal tingkat luhur séréal. Kami nandaan tingkat ieu nganggo spidol atanapi pita karét farmasi dina bejana (poto 1b). Tutup wadahna sareng aduk sababaraha kali. Kami nempatkeun aranjeunna sacara vertikal sareng pariksa naon jangkungna tingkat luhur campuran gandum ayeuna ngahontal. Tétéla éta leuwih handap saméméh nyampur (poto 1c).

Percobaan némbongkeun yén sanggeus Pergaulan, siki poppy leutik ngeusi spasi bébas antara kacang polong, salaku hasil tina total volume dikawasaan ku campuran turun. Kaayaan anu sami lumangsung nalika nyampur cai sareng alkohol sareng sababaraha cairan sanés. Molekul maranéhanana datang dina sagala ukuran jeung wangun. Hasilna, partikel leutik ngeusian celah antara partikel nu leuwih gede jeung volume cairanana ngurangan.

Poto 1. Tahap di handap ieu ulikan ngeunaan modél komprési:

a) kacang sareng siki poppy dina wadah anu misah,

b) séréal sanggeus shedding, c) réduksi dina volume séréal sanggeus Pergaulan

Implikasi modern

Kiwari éta ogé dipikawanoh yen sakabeh awak sabudeureun urang diwangun ku molekul, sarta maranéhanana, kahareupna diwangun ku atom. Boh molekul jeung atom aya dina gerak acak konstan, laju nu gumantung kana suhu. Hatur nuhun kana mikroskop modern, utamana scanning tunneling mikroskop (STM), atom individu bisa dititénan. Aya ogé métode dipikawanoh anu ngagunakeun mikroskop gaya atom (AFM-), nu ngidinan Anjeun pikeun akurat mindahkeun atom individu jeung ngagabungkeun kana sistem disebut. struktur nano. Pangaruh komprési ogé boga implikasi praktis. Urang kedah tumut kana akun ieu nalika milih jumlah cairan anu dipikabutuh pikeun nyandak campuran volume anu diperyogikeun. Anjeun kedah tumut kana akun, kalebet. dina produksi vodkas, nu, anjeun terang, mangrupakeun campuran utamana étil alkohol (alkohol) jeung cai, sabab volume inuman anu dihasilkeun bakal kirang ti jumlah volume bahan.