Presentazione sul tema della relazione genetica degli idrocarburi. Tema della lezione "Relazione genetica di idrocarburi, alcoli, aldeidi e chetoni" Scopo Sviluppare la capacità di elaborare formule strutturali per queste informazioni

La lezione di ripetizione e generalizzazione delle conoscenze sull'argomento "Idrocarburi" in 10a elementare secondo il programma di O.S. Gabrieliano. Ha lo scopo di fissare le questioni chiave dell'argomento: nomenclatura, isomerismo, metodi di ottenimento e proprietà degli idrocarburi saturi, insaturi e aromatici. La lezione include la soluzione di problemi computazionali e qualitativi, catene di trasformazioni. Gli studenti devono denominare le sostanze proposte, effettuare correlazioni per classi di sostanze organiche, scegliere tra queste omologhi e isomeri.

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Istituto scolastico comunale

scuola secondaria №6

villaggi di Oktyabrskaya, territorio di Krasnodar

in chimica al grado 10

sul tema di:

Lezione aperta di chimica

nel grado 10 sull'argomento:

« Generalizzazione e sistematizzazione delle conoscenze sull'argomento: "Idrocarburi".

"Serie genetica di idrocarburi".

Obiettivi della lezione:

1. Ripetere, generalizzare e consolidare le conoscenze e le abilità acquisite nello studio di questo argomento; essere in grado di classificare gli idrocarburi, confrontarne composizione, struttura, proprietà; stabilire relazioni causa-effetto (composizione, struttura, proprietà, applicazione).
2. Saper spiegare con esempi le ragioni della diversità delle sostanze organiche, l'unità materiale delle sostanze inorganiche e organiche.
3. Saper comporre equazioni di reazioni chimiche che rivelino le relazioni genetiche tra idrocarburi di varie serie omologhe.
4. Sviluppare l'attività cognitiva utilizzando compiti non standard; sviluppare capacità di pensiero logico e trarre conclusioni; spiegare il corso dell'esperimento, evidenziare la cosa principale, confrontare, generalizzare.
5. Instillare interesse per la chimica, conoscere il suo ruolo nella fase attuale.

Tipo di lezione: lezione di generalizzazione e sistematizzazione delle conoscenze acquisite.

Metodi: risoluzione di problemi qualitativi e di insediamento, lavoro indipendente.

Attrezzatura: Modelli di tutti i rappresentanti di idrocarburi, tavole genetiche

Il rapporto degli idrocarburi.

DURANTE LE CLASSI.

IO. Organizzazione del tempo.

Saluti reciproci, sistemazione degli assenti, verifica della disponibilità alla lezione.

II. Introduzione del docente.

Insegnante. Abbiamo finito di studiare l'argomento "Idrocarburi". Oggi nella lezione generalizzeremo le conoscenze sulla struttura, le proprietà, l'isomerismo di questi composti.

Tutti gli oggetti e i fenomeni naturali sono studiati nella loro relazione. Tra i tanti tipi di connessioni si possono individuare quelli che indicano cosa è primario e cosa è secondario, come alcuni oggetti o fenomeni ne danno origine ad altri. Questi tipi di relazioni sono chiamati genetici.

Esiste un legame genetico tra le serie omologhe di idrocarburi, che si riscontra nel processo di trasformazione reciproca di queste sostanze.

III. Lavora sull'argomento della lezione.

1. La prima questione che stiamo considerando è la composizione, la classificazione e la nomenclatura degli idrocarburi.

Specificare la classe dei composti e dare un nome alle seguenti sostanze:

Le formule delle sostanze sono scritte su un poster e affisse alla lavagna. Gli studenti del luogo a turno nominano le sostanze e indicano la classe del composto.

Omologhi: a) eb); g) io); c) ej)

Isomeri: c) e d); e) h) e f)

1. Una delle proprietà comuni degli idrocarburi è la presenza di isomeria.

Domande alla classe:

1. Quale fenomeno si chiama isomerismo?
2. Quali sono i tipi di isomeria?
3. Quali idrocarburi sono caratterizzati da isomeria spaziale?
4. Quali idrocarburi presentano isomerismo di classe?
5. Quali sostanze sono chiamate omologhe?

Dalle sostanze di cui sopra, seleziona a) omologhi, b) isomeri.

1. Insegnante. Esiste una relazione genetica tra le serie omologhe, che può essere rintracciata durante la reciproca trasformazione delle sostanze. Le fonti naturali più ricche di idrocarburi sono il petrolio e il gas naturale.

Per passare da un gruppo all'altro, vengono utilizzati processi: deidrogenazione, idrogenazione, cicloformazione e altri. Di grande importanza sono gli sviluppi dei nostri scienziati russi: N.D. Zelinsky, V.V. Markovnikov, B.A. Kazansky, M.G. Kucherov.

Soluzione di catene di trasformazioni riflettenti

relazione genetica degli idrocarburi.

1. Due persone risolvono due catene alle tavole:

C 2 H 6 → C 2 H 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 6 Cl 6; 1 - studente

2- studente solo sub a)

1. Una persona alla lavagna risolve una catena di un livello di complessità maggiore:

1. Il resto della classe risolve la catena comune, andando a turno alla lavagna:

CaCO 3 → CaO → CaC 2 → C 2 H 2 trimerizzazione, С(atto) X + Cl2, FeCl3 A

H2, Ni Y H2O, H3PO4 B

Controllo delle catene dietro le assi n. 1 (a e b), n. 2.

1. Quando si studia l'argomento "Idrocarburi", vengono spesso risolti problemi computazionali e sperimentali, in cui vengono utilizzate le proprietà individuali delle sostanze.

Risoluzione dei problemi di qualità.

1. Due persone alle schede risolvono problemi di alta qualità, progettati sotto forma di singole carte:

Carta 1.

Risposta: Salta entrambe le sostanze attraverso acqua bromo o iodica. Dove c'era l'acqua propino-bromo si scolorirà.

Carta 2.

Risposta: Puoi riconoscerlo dalla natura della fiamma quando brucia ogni gas. L'etano brucia con una fiamma blu incolore, l'etilene con un giallo brillante e l'acetilene con una fiamma fumosa.

1. Tutti gli altri (che vogliono) risolvono un problema di qualità sulla scheda principale con il supporto di classe:

Carta 3.

Una bombola contiene metano e propene. Come separare questa miscela? Scrivi le reazioni appropriate.

Risposta . L'acqua di bromo viene fatta passare attraverso la miscela di gas:

Il metano puro rimane come gas. Il risultante 1,2-dibromopropano viene trattato con zinco:

Il propene puro viene rilasciato come gas.

Soluzione di problemi di calcolo.

1. Due persone ai tavoli risolvono i problemi sulle carte:

Carta 1.

Carta 2.

1. Una persona insieme alla classe risolve il problema sulla scheda madre:

Carta 3.

Durante la combustione di 4,4 g di un idrocarburo sconosciuto, sono stati rilasciati 6,72 litri di anidride carbonica e 7,2 g di acqua. Derivare la formula per questo idrocarburo se la sua densità relativa rispetto all'idrogeno è 22.

Controllo delle soluzioni ai problemi dalle carte 1 e 2.

IV. Analisi dei voti per la lezione.

v. Compiti a casa:ripeti tutto sull'argomento "Idrocarburi" + risolvi la catena di trasformazioni: CO 2

CH 4 → DO 2 H 2 → DO 6 H 6 + HNO3 A

↓H2SO4

C6H5Cl

Carta 1.

Due serbatoi contengono propano e propino. Determinare le sostanze utilizzando reazioni qualitative, confermando con le equazioni di reazione.

Carta 2.

Tre contenitori contengono etano, etene ed etina. Come riconoscere quale gas si trova dove. Scrivi le equazioni delle reazioni corrispondenti.

Carta 1.

Imposta la formula molecolare di un idrocarburo se sai che contiene l'80% di carbonio, il 20% di idrogeno e la densità relativa del vapore nell'aria è 1,034.

Carta 2.

Calcolare la massa dell'alcool etilico al 96% ottenibile dalla reazione di idratazione dell'etilene con un volume di 67,2 litri.

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Didascalie delle diapositive:

Lezione aperta di chimica nel grado 10 Serie genetica di idrocarburi. Generalizzazione e sistematizzazione della conoscenza

1. Ripetere, riassumere e consolidare le conoscenze e le abilità acquisite nello studio di questo argomento; essere in grado di classificare gli idrocarburi, confrontarne composizione, struttura, proprietà; stabilire relazioni causa-effetto (composizione, struttura, proprietà, applicazione). 2. Saper comporre equazioni di reazioni chimiche che rivelino le relazioni genetiche tra idrocarburi di varie serie omologhe. Obiettivi della lezione:

Tutti gli oggetti e i fenomeni naturali sono studiati nella loro relazione. Tra i tanti tipi di connessioni si possono individuare quelli che indicano cosa è primario e cosa è secondario, come alcuni oggetti o fenomeni ne danno origine ad altri. Questi tipi di relazioni sono chiamati genetici. Esiste un legame genetico tra le serie omologhe di idrocarburi, che si riscontra nel processo di trasformazione reciproca di queste sostanze.

Tema della lezione "Relazione genetica di idrocarburi, alcoli, aldeidi e chetoni" Scopo Sviluppare la capacità di elaborare formule strutturali per queste informazioni. Formare l'abilità di attuare catene di trasformazioni di sostanze organiche. Migliorare la conoscenza della classificazione e della nomenclatura delle sostanze organiche.

Il programma di attività "Compilazione della formula strutturale di una sostanza da queste informazioni" 1) Traduci queste informazioni nel linguaggio degli schemi. 2) Assumi la classe di connessione. 3) Impostare la classe del composto e la sua formula di struttura. 4) Scrivi le equazioni delle reazioni in corso.

Programma di attività: "Attuazione di catene di trasformazioni" 1). Elenca le reazioni chimiche. 2) Determinare e firmare la classe di ogni sostanza nella catena delle trasformazioni. 3) Analizzare la catena: A) Sopra la freccia scrivere le formule dei reagenti e le condizioni di reazione; B) Sotto la freccia, scrivi le formule per i prodotti aggiuntivi con un segno meno. 4) Scrivere le equazioni di reazione: A) Disporre i coefficienti; b) Assegna un nome ai prodotti della reazione.

Classificazione dei composti organici in base alla struttura della catena di carbonio 1. A seconda della natura dello scheletro di carbonio, si distinguono aciclici (composti lineari e ramificati e ciclici) Composti aciclici (alifatici, non ciclici) - composti che hanno un aperto le UC lineari o ramificate sono spesso chiamate normali contenenti molecole chiuse in un ciclo di UC

Classificazione dei singoli atomi di carbonio Negli stessi scheletri di carbonio, è consuetudine classificare i singoli atomi di carbonio in base al numero di atomi di carbonio legati chimicamente. Se un dato atomo di carbonio è legato a un atomo di carbonio, viene chiamato primario, con due - secondario, tre - terziario e quattro - quaternario. Negli stessi scheletri di carbonio, è consuetudine classificare i singoli atomi di carbonio in base al numero di atomi di carbonio legati chimicamente. Se un dato atomo di carbonio è legato a un atomo di carbonio, viene chiamato primario, con due - secondario, tre - terziario e quattro - quaternario. Qual è il nome dell'atomo di carbonio raffigurato: Qual è il nome dell'atomo di carbonio raffigurato: a) all'interno del cerchio _________________; b) all'interno della piazza __________________; c) all'interno del cuore __________________; d) all'interno del triangolo _________________;

Argomento: "Relazione genetica degli idrocarburi e dei loro derivati".

Bersaglio:

considerare la relazione genetica tra tipi di idrocarburi e classi di composti organici;

generalizzare e sistematizzare la conoscenza degli studenti sugli idrocarburi e sui loro derivati ​​sulla base delle caratteristiche comparative delle loro proprietà.

sviluppo del pensiero logico, basato sulla chimica degli idrocarburi e dei loro derivati.

formazione di abilità di autoeducazione negli studenti.

Obiettivi della lezione:

sviluppare negli studenti la capacità di fissare obiettivi, pianificare le proprie attività in classe;

sviluppare il pensiero logico degli studenti (stabilendo una relazione genetica tra diverse classi di idrocarburi, avanzando ipotesi sulle proprietà chimiche di sostanze organiche sconosciute);

sviluppare la capacità di confronto degli studenti (utilizzando l'esempio del confronto delle proprietà chimiche degli idrocarburi);

sviluppare l'informazione e la competenza cognitiva degli studenti;

sviluppare il linguaggio chimico degli studenti, la capacità di rispondere in modo ragionato alle domande,

sviluppare le capacità comunicative degli studenti, coltivare la capacità di ascoltare le risposte dei compagni di classe.

Tipo di lezione:

secondo l'obiettivo didattico - migliorare la conoscenza,

secondo il metodo di organizzazione - generalizzando.

Metodi:

verbale (conversazione),

pratico - elaborazione di schemi di trasformazione e loro attuazione,

facendo un lavoro indipendente.

Insegnante:

Chimica organica- la scienza delle sostanze vitali.
Gli idrocarburi sono di grande importanza per le industrie moderne, la tecnologia e la vita quotidiana delle persone. Queste sostanze, sia nel loro stato individuale che sotto forma di miscele naturali (gas, petrolio, carbone), servono come materie prime per la produzione di decine di migliaia di composti organici più complessi, portano calore e luce nelle nostre case.

presentazione multimediale

Nella nostra vita, le sostanze organiche occupano un posto molto ampio. Oggi ce ne sono più di 20 milioni. Senza di loro, molte cose familiari scomparirebbero dalla vita di tutti i giorni: prodotti in plastica e gomma, prodotti chimici per la casa, cosmetici. Ogni giorno vengono sintetizzate sempre più nuove sostanze. È impossibile sapere tutto di tutto. Ma si possono comprendere le leggi fondamentali che si applicano alla trasformazione delle sostanze organiche.

Di grande importanza sono gli sviluppi dei nostri scienziati russi: N.D. Zelinsky, V.V. Markovnikov, B.A. Kazansky, M.G. Kucherov.

Insegnante:
Quali classi di idrocarburi conosci, chiama subito con una formula generale.

Tabella "Classificazione delle sostanze"

Rispondere alle domande:

Insegnante:

In che modo diversi tipi di idrocarburi differiscono nella composizione?

studenti(numero di atomi di idrogeno)

Insegnante:

Quali reazioni devono essere effettuate per ottenerne un'altra da un tipo di idrocarburo?

Studenti:

(Reazioni di idrogenazione o deidrogenazione.

Questo è il modo in cui è possibile eseguire la maggior parte delle transizioni, tuttavia, questo metodo per ottenere idrocarburi non è universale. Le frecce nel diagramma indicano gli idrocarburi che possono essere convertiti direttamente l'uno nell'altro mediante una reazione).

Insegnante:

Schematicamente sembra così:

Esercizio: per consolidare il materiale studiato, effettuare diverse catene di trasformazione. Determina il tipo di ciascuna reazione:

Insegnante: Sai che esiste una relazione genetica non solo tra gli idrocarburi, ma anche tra i loro derivati ​​- sostanze organiche contenenti ossigeno, che sono commercialmente ottenute da prodotti di lavorazione di petrolio, gas e carbone. Riveliamo questa relazione usando l'esempio delle catene di trasformazione:

Il lavoro degli studenti sulla lavagna interattiva.

Ciò consente di effettuare una sintesi mirata di determinati composti utilizzando una serie di reazioni chimiche necessarie (una catena di trasformazioni)

Frammento del video.

Compito: redigere equazioni di reazione, indicare le condizioni per il corso e il tipo di reazioni.

Conclusione: Oggi nella lezione - sull'esempio della connessione genetica di sostanze organiche di diverse serie omologhe, abbiamo visto e dimostrato con l'aiuto delle trasformazioni - l'unità dell'unità materiale del mondo.

Compiti a casa:

Risolvere un problema: Date 2 moli di alcool etilico.

Quanto si forma 1 riga: un grammo di dibromoetano;
2 file - litri di anidride carbonica
3a fila - grammo di glicole etilenico;

Ripassare argomenti su omologia e isomeria: formulare formule per isomeri a una e due composizioni.

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La relazione tra classi di sostanze è espressa da catene genetiche

• La serie genetica è l'implementazione di trasformazioni chimiche, a seguito delle quali sostanze di un'altra classe possono essere ottenute da sostanze di una classe.
• Per effettuare trasformazioni genetiche, è necessario conoscere:
• classi di sostanze;
• nomenclatura delle sostanze;
• proprietà delle sostanze;
• tipi di reazioni;
• reazioni nominali, ad esempio la sintesi di Wurtz:

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Astratto

Cos'è il nano?�

.�

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Cos'è il nano?�

Le nuove tecnologie sono ciò che fa avanzare l'umanità nel suo cammino verso il progresso.�

Gli scopi e gli obiettivi di questo lavoro sono l'espansione e il miglioramento delle conoscenze degli studenti sul mondo che li circonda, nuovi traguardi e scoperte. Formazione di abilità di confronto, generalizzazione. La capacità di evidenziare la cosa principale, lo sviluppo dell'interesse creativo, l'educazione all'indipendenza nella ricerca del materiale.

L'inizio del 21° secolo è segnato dalle nanotecnologie che combinano biologia, chimica, informatica e fisica.

Negli ultimi anni, il ritmo del progresso scientifico e tecnologico è diventato dipendente dall'uso di oggetti di dimensioni nanometriche creati artificialmente. Le sostanze e gli oggetti creati sulla base con una dimensione di 1-100 nm sono chiamati nanomateriali e i metodi della loro produzione e utilizzo sono chiamati nanotecnologie. Ad occhio nudo, una persona è in grado di vedere un oggetto con un diametro di circa 10mila nanometri.

In senso lato, la nanotecnologia è ricerca e sviluppo a livello atomico, molecolare e macromolecolare su una scala da uno a cento nanometri; creazione e utilizzo di strutture, dispositivi e sistemi artificiali che, a causa delle loro dimensioni ultra ridotte, hanno proprietà e funzioni essenzialmente nuove; manipolazione della materia sulla scala atomica delle distanze.

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La tecnologia determina la qualità della vita di ciascuno di noi e il potere dello stato in cui viviamo.

La rivoluzione industriale, iniziata nell'industria tessile, ha stimolato lo sviluppo della tecnologia ferroviaria.

In futuro, la crescita del trasporto di vari beni è diventata impossibile senza le nuove tecnologie nell'industria automobilistica. Pertanto, ogni nuova tecnologia provoca la nascita e lo sviluppo di tecnologie correlate.

L'attuale periodo di tempo in cui viviamo è chiamato la rivoluzione scientifica e tecnologica o dell'informazione. L'inizio della rivoluzione informatica ha coinciso con lo sviluppo della tecnologia informatica, senza la quale la vita della società moderna non è più immaginabile.

Lo sviluppo della tecnologia informatica è sempre stato associato alla miniaturizzazione degli elementi dei circuiti elettronici. Attualmente, la dimensione di un elemento logico (transistor) di un circuito informatico è di circa 10-7 m, e gli scienziati ritengono che un'ulteriore miniaturizzazione degli elementi informatici sia possibile solo quando vengono sviluppate tecnologie speciali chiamate "nanotecnologie".

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Tradotta dal greco, la parola "nano" significa nano, nano. Un nanometro (nm) è un miliardesimo di metro (10-9 m). Il nanometro è molto piccolo. Un nanometro è tante volte inferiore a un metro quanto lo spessore di un dito è inferiore al diametro della Terra. La maggior parte degli atomi ha un diametro compreso tra 0,1 e 0,2 nm e i filamenti di DNA hanno uno spessore di circa 2 nm. Il diametro dei globuli rossi è di 7000 nm e lo spessore di un capello umano è di 80.000 nm.

Nella figura, da sinistra a destra, in ordine di grandezza crescente, vengono mostrati una varietà di oggetti, dall'atomo al sistema solare. L'uomo ha già imparato a trarre vantaggio da oggetti di varie dimensioni. Possiamo dividere i nuclei degli atomi, estraendo energia atomica. Attraverso reazioni chimiche otteniamo nuove molecole e sostanze con proprietà uniche. Con l'aiuto di strumenti speciali, una persona ha imparato a creare oggetti, dalla capocchia di uno spillo a strutture enormi visibili anche dallo spazio.

Ma se guardi attentamente la figura, puoi vedere che c'è un intervallo abbastanza ampio (su scala logaritmica), dove gli scienziati non mettono piede da molto tempo - tra cento nanometri e 0,1 nm. Le nanotecnologie devono lavorare con oggetti di dimensioni comprese tra 0,1 nm e 100 nm. E ci sono tutte le ragioni per credere che sia possibile far funzionare il nanomondo per noi.

Le nanotecnologie utilizzano gli ultimi risultati in chimica, fisica e biologia.

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Recenti studi hanno dimostrato che nell'antico Egitto la nanotecnologia veniva utilizzata per tingere i capelli di nero. Per fare ciò è stata utilizzata una pasta di calce Ca(OH)2, ossido di piombo e acqua. Nel processo di colorazione sono state ottenute nanoparticelle di solfuro di piombo (galena), come risultato dell'interazione con lo zolfo, che fa parte della cheratina, che ha garantito una colorazione uniforme e stabile.

Il British Museum custodisce la "Coppa di Licurgo" (le pareti del calice raffigurano scene della vita di questo grande legislatore spartano), realizzata da antichi artigiani romani - contiene microscopiche particelle d'oro e d'argento aggiunte al vetro. Sotto un'illuminazione diversa, il calice cambia colore, dal rosso scuro al dorato chiaro. Tecnologie simili sono state utilizzate per creare vetrate nelle cattedrali europee medievali.

Attualmente, gli scienziati hanno dimostrato che le dimensioni di queste particelle vanno da 50 a 100 nm.

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Nel 1661, il chimico irlandese Robert Boyle pubblicò un articolo in cui criticava l'affermazione di Aristotele secondo cui tutto sulla Terra è costituito da quattro elementi: acqua, terra, fuoco e aria (la base filosofica dei fondamenti dell'allora alchimia, chimica e fisica). Boyle ha sostenuto che tutto è costituito da "corpuscoli" - parti ultra-piccole che, in diverse combinazioni, formano varie sostanze e oggetti. Successivamente, le idee di Democrito e Boyle furono accettate dalla comunità scientifica.

Nel 1704 Isaac Newton fornì suggerimenti sullo studio del mistero dei corpuscoli;

Nel 1959, il fisico americano Richard Feynman affermava: "Per il momento, siamo costretti a utilizzare le strutture atomiche che la natura ci offre". "Ma in linea di principio un fisico potrebbe sintetizzare qualsiasi sostanza con una data formula chimica."

Nel 1959 Norio Taniguchi usò per la prima volta il termine "nanotecnologia";

Nel 1980, Eric Drexler ha usato il termine.

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Richard Phillips Feyman (1918-1988), fisico americano. Uno dei fondatori dell'elettrodinamica quantistica, vincitore del premio Nobel per la fisica nel 1965.

La famosa conferenza di Feynman, nota come "C'è ancora molto spazio laggiù", è oggi considerata il punto di partenza nella lotta per conquistare il nanomondo. Fu letto per la prima volta al Caltech nel 1959. La parola "sotto" nel titolo della conferenza significava "un mondo molto piccolo".

La nanotecnologia è emersa come un campo scientifico a sé stante e si è evoluta in un progetto tecnico a lungo termine in seguito a un'analisi dettagliata dello scienziato americano Eric Drexler nei primi anni '80 e alla pubblicazione del suo libro Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology.

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I primi dispositivi che hanno permesso di osservare i nano-oggetti e di spostarli sono stati i microscopi a sonda a scansione: un microscopio a forza atomica e un microscopio a scansione a effetto tunnel operanti secondo un principio simile. La microscopia a forza atomica (AFM) è stata sviluppata da Gerd Binnig e Heinrich Rohrer, che hanno ricevuto il Premio Nobel nel 1986 per questi studi.

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La base dell'AFM è una sonda, solitamente realizzata in silicio e che rappresenta una sottile console a piastra (si chiama cantilever, dalla parola inglese "cantilever" - console, raggio). Alla fine del cantilever c'è una punta molto affilata, che termina con un gruppo di uno o più atomi. Il materiale principale è il silicio e il nitruro di silicio.

Mentre la microsonda si muove lungo la superficie del campione, la punta della punta si alza e si abbassa, delineando il microrilievo della superficie, proprio come un ago di grammofono scivola su un disco di grammofono. All'estremità sporgente del cantilever è presente una piattaforma a specchio, su cui cade il raggio laser e da cui viene riflesso il raggio laser. Quando il picco scende e sale su superfici irregolari, il raggio riflesso viene deviato e questa deflessione viene registrata da un fotorilevatore e la forza con cui il picco viene attratto dagli atomi vicini viene registrata da un sensore piezoelettrico.

I dati del fotorilevatore e del sensore piezoelettrico vengono utilizzati nel sistema di feedback. Di conseguenza, è possibile costruire in tempo reale un rilievo tridimensionale della superficie del campione.

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Un altro gruppo di microscopi a sonda a scansione utilizza il cosiddetto "effetto tunnel" quantomeccanico per costruire la topografia della superficie. L'essenza dell'effetto tunnel è che la corrente elettrica tra un ago metallico affilato e una superficie situata a una distanza di circa 1 nm inizia a dipendere da questa distanza: minore è la distanza, maggiore è la corrente. Se viene applicata una tensione di 10 V tra l'ago e la superficie, questa corrente di "tunneling" può variare da 10 pA a 10 nA. Misurando questa corrente e mantenendola costante, si può mantenere costante anche la distanza tra l'ago e la superficie. Ciò consente di creare un profilo di superficie tridimensionale. A differenza di un microscopio a forza atomica, un microscopio a effetto tunnel può studiare solo le superfici di metalli o semiconduttori.

Un microscopio a effetto tunnel può essere utilizzato per spostare qualsiasi atomo in un punto scelto dall'operatore. Pertanto, è possibile manipolare gli atomi e creare nanostrutture, ad es. strutture sulla superficie, aventi dimensioni dell'ordine del nanometro. Nel 1990, i dipendenti IBM hanno dimostrato che ciò era possibile aggiungendo il nome della loro azienda su una lastra di nichel di 35 atomi di xeno.

Il differenziale conico adorna la pagina principale del sito web dell'Institute of Molecular Manufacturing. Compilato da E. Drexler da atomi di idrogeno, carbonio, silicio, azoto, fosforo, idrogeno e zolfo con un numero totale di 8298. I calcoli al computer mostrano che la sua esistenza e il suo funzionamento non contraddicono le leggi della fisica.

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Classe di studenti del liceo nella classe di nanotecnologia dell'Università pedagogica statale russa intitolata a A.I. Erzen.

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Le nanostrutture possono essere assemblate non solo da singoli atomi o singole molecole, ma anche da blocchi molecolari. Tali blocchi o elementi per la creazione di nanostrutture sono grafene, nanotubi di carbonio e fullereni.

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1985 Richard Smalley, Robert Curl e Harold Kroto scoprono i fullereni, per la prima volta in grado di misurare un oggetto di 1 nm.

I fullereni sono molecole costituite da 60 atomi disposti a forma di sfera. Nel 1996, un gruppo di scienziati ha ricevuto il Premio Nobel.

Dimostrazione video.

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L'alluminio con un piccolo additivo (non più dell'1%) di fullerene acquisisce la durezza dell'acciaio.

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Il grafene è un singolo foglio piatto di atomi di carbonio collegati tra loro per formare un reticolo, ogni cella assomiglia a un nido d'ape. La distanza tra gli atomi di carbonio più vicini nel grafene è di circa 0,14 nm.

Le sfere luminose sono atomi di carbonio e le aste tra di loro sono i legami che tengono gli atomi nel foglio di grafene.

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La grafite, che è ciò di cui sono fatte le normali mine per matite, è una pila di fogli di grafene. I grafeni nella grafite sono legati molto male e possono scivolare l'uno rispetto all'altro. Pertanto, se disegni grafite su carta, il foglio di grafene a contatto con essa viene separato dalla grafite e rimane sulla carta. Questo spiega perché la grafite può essere scritta.

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I dendrimeri sono uno dei percorsi verso il nanomondo nella direzione "dal basso verso l'alto".

I polimeri ad albero sono nanostrutture di dimensioni variabili da 1 a 10 nm, formate combinando molecole con una struttura ramificata. La sintesi dei dendrimeri è una delle nanotecnologie strettamente correlata alla chimica dei polimeri. Come tutti i polimeri, i dendrimeri sono costituiti da monomeri e le molecole di questi monomeri hanno una struttura ramificata.

All'interno del dendrimero possono formarsi cavità riempite con la sostanza in presenza della quale si sono formati i dendrimeri. Se un dendrimero viene sintetizzato in una soluzione contenente un farmaco, allora questo dendrimero diventa una nanocapsula con questo farmaco. Inoltre, le cavità all'interno del dendrimero possono contenere sostanze marcate radioattivamente usate per diagnosticare varie malattie.

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Nel 13% dei casi, le persone muoiono di cancro. Questa malattia uccide circa 8 milioni di persone in tutto il mondo ogni anno. Molti tipi di cancro sono ancora considerati incurabili. Studi scientifici dimostrano che l'uso delle nanotecnologie può essere un potente strumento nella lotta contro questa malattia. Dendrimeri - capsule con veleno per le cellule tumorali

Le cellule tumorali hanno bisogno di molto acido folico per dividersi e crescere. Pertanto, le molecole di acido folico aderiscono molto bene alla superficie delle cellule tumorali e se il guscio esterno dei dendrimeri contiene molecole di acido folico, tali dendrimeri aderiranno selettivamente solo alle cellule tumorali. Con l'aiuto di tali dendrimeri, le cellule tumorali possono essere rese visibili se alcune altre molecole sono attaccate al guscio dei dendrimeri, che brillano, ad esempio, sotto la luce ultravioletta. Attaccando un farmaco che uccide le cellule tumorali al guscio esterno del dendrimero, non solo è possibile rilevarle, ma anche ucciderle.

Secondo gli scienziati, con l'aiuto della nanotecnologia, i sensori microscopici possono essere incorporati nelle cellule del sangue umano che avvertono dei primi segni dello sviluppo della malattia.

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I punti quantici sono già uno strumento utile per i biologi per vedere diverse strutture all'interno delle cellule viventi. Varie strutture cellulari sono ugualmente trasparenti e non colorate. Pertanto, se guardi la cellula attraverso un microscopio, non è visibile altro che i suoi bordi. Per rendere visibile una determinata struttura cellulare, sono stati creati punti quantici di varie dimensioni che possono aderire a determinate strutture intracellulari.

Le molecole sono state incollate alla più piccola luce verde brillante, in grado di aderire ai microtubuli che costituiscono lo scheletro interno della cellula. I punti quantici di medie dimensioni possono aderire alle membrane dell'apparato di Golgi, mentre quelli più grandi possono aderire al nucleo cellulare. La cellula viene immersa in una soluzione che contiene tutti questi punti quantici e tenuta al suo interno per un po', entrano e si attaccano dove possono. Successivamente, la cellula viene risciacquata in una soluzione che non contiene punti quantici e al microscopio. Le strutture cellulari divennero chiaramente visibili.

Il rosso è il nucleo; verde - microtubuli; giallo - Apparato di Golgi.

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Il biossido di titanio, TiO2, è il composto di titanio più comune sulla terra. La sua polvere ha un colore bianco abbagliante ed è quindi utilizzata come colorante nella fabbricazione di vernici, carta, dentifrici e materie plastiche. Il motivo è un indice di rifrazione molto elevato (n=2,7).

L'ossido di titanio TiO2 ha un'attività catalitica molto forte: accelera il corso delle reazioni chimiche. In presenza di radiazioni ultraviolette, divide le molecole d'acqua in radicali liberi - gruppi idrossilici OH- e anioni superossido O2- di attività così elevata che i composti organici si decompongono in anidride carbonica e acqua.

L'attività catalitica aumenta con la diminuzione delle dimensioni delle sue particelle, pertanto vengono utilizzate per purificare l'acqua, l'aria e varie superfici da composti organici solitamente dannosi per l'uomo.

I fotocatalizzatori possono essere inclusi nella composizione del calcestruzzo stradale, che migliorerà l'ecologia attorno alle strade. Inoltre, si propone di aggiungere la polvere di queste nanoparticelle al carburante per autotrazione, il che dovrebbe anche ridurre il contenuto di impurità nocive nei gas di scarico.

Un film di nanoparticelle di biossido di titanio depositato sul vetro è trasparente e invisibile all'occhio. Tuttavia, tale vetro, sotto l'azione della luce solare, è in grado di autopulirsi dai contaminanti organici, trasformando l'eventuale sporco organico in anidride carbonica e acqua. Il vetro trattato con nanoparticelle di ossido di titanio è privo di macchie di grasso e quindi è ben bagnato dall'acqua. Di conseguenza, tale vetro si appanna meno, poiché le gocce d'acqua si diffondono immediatamente lungo la superficie del vetro, formando una sottile pellicola trasparente.

Il biossido di titanio smette di funzionare al chiuso, perché. Nella luce artificiale, non c'è praticamente nessuna radiazione ultravioletta. Tuttavia, gli scienziati ritengono che modificando leggermente la sua struttura sarà possibile renderlo sensibile alla parte visibile dello spettro solare. Sulla base di tali nanoparticelle, sarà possibile realizzare un rivestimento, ad esempio, per i bagni, grazie al quale il contenuto di batteri e altre sostanze organiche sulle superfici dei bagni può essere ridotto di diverse volte.

Grazie alla sua capacità di assorbire le radiazioni ultraviolette, il biossido di titanio è già utilizzato nella produzione di filtri solari, come le creme. I produttori di creme hanno iniziato a usarlo sotto forma di nanoparticelle, che sono così piccole da fornire una trasparenza quasi assoluta della protezione solare.

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Nanograss autopulente e "effetto loto"

La nanotecnologia consente di creare una superficie simile a una microspazzola da massaggio. Tale superficie è chiamata nanograss ed è un insieme di nanofili paralleli (nanorod) della stessa lunghezza, situati a uguale distanza l'uno dall'altro.

Una goccia d'acqua, cadendo su una nanograss, non può penetrare tra la nanograss, poiché ciò è impedito dall'elevata tensione superficiale del liquido.

Per ridurre ulteriormente la bagnabilità di una nanoerba, la sua superficie è ricoperta da un sottile strato di un polimero idrofobo. E poi non solo l'acqua, ma anche qualsiasi particella non si attaccherà mai alla nanograss, perché. toccarlo solo in alcuni punti. Pertanto, le particelle di sporco che si trovano sulla superficie ricoperta di nanovilli cadono da sole o vengono portate via da gocce d'acqua rotolanti.

L'autopulizia di una superficie soffice dalle particelle di sporco è chiamata "effetto loto", perché. i fiori e le foglie di loto sono puri anche quando l'acqua intorno è fangosa e sporca. Ciò accade perché foglie e fiori non sono bagnati dall'acqua, quindi gocce d'acqua rotolano via da loro come palline di mercurio, senza lasciare traccia e lavando via tutto lo sporco. Anche le gocce di colla e miele non riescono a rimanere sulla superficie delle foglie di loto.

Si è scoperto che l'intera superficie delle foglie di loto è densamente ricoperta da microbrufoli alti circa 10 micron, e gli stessi brufoli, a loro volta, sono ricoperti da microvilli ancora più piccoli. Gli studi hanno dimostrato che tutti questi micro-brufoli e villi sono fatti di cera, che è nota per avere proprietà idrofobiche, facendo sembrare la superficie delle foglie di loto una nanoerba. È la struttura brufolosa della superficie delle foglie di loto che riduce significativamente la loro bagnabilità. In confronto, la superficie relativamente liscia di una foglia di magnolia, che non ha la capacità di autopulirsi.

Pertanto, le nanotecnologie consentono di creare rivestimenti e materiali autopulenti che hanno anche proprietà idrorepellenti. I materiali realizzati con tali tessuti rimangono sempre puliti. Sono già in produzione parabrezza autopulenti, la cui superficie esterna è ricoperta di nanovilli. Su tale vetro, i "tergicristalli" non hanno nulla da fare. Esistono in commercio cerchioni per ruote auto permanentemente puliti, autopulenti con "effetto loto", e anche adesso è possibile dipingere l'esterno della casa con una vernice a cui lo sporco non si attacca.

Dal poliestere ricoperto da tante minuscole fibre di silicio, gli scienziati svizzeri sono riusciti a creare un materiale impermeabile.

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I nanofili sono chiamati fili con un diametro dell'ordine di un nanometro, realizzati in metallo, semiconduttore o dielettrico. La lunghezza dei nanofili può spesso superare il loro diametro di un fattore 1000 o più. Pertanto, i nanofili sono spesso chiamati strutture unidimensionali e il loro diametro estremamente ridotto (dimensioni di circa 100 atomi) consente di manifestare vari effetti di meccanica quantistica. I nanocavi non esistono in natura.

Le proprietà elettriche e meccaniche uniche dei nanofili creano i prerequisiti per il loro utilizzo in futuri dispositivi nanoelettronici e nanoelettromeccanici, nonché elementi di nuovi materiali compositi e biosensori.

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A differenza dei transistor, la miniaturizzazione della batteria è molto lenta. La dimensione delle batterie galvaniche, ridotte a un'unità di potenza, è diminuita negli ultimi 50 anni solo di 15 volte, e la dimensione del transistor è diminuita nello stesso tempo di oltre 1000 volte ed è ora di circa 100 nm. È noto che la dimensione di un circuito elettronico autonomo è spesso determinata non dal suo riempimento elettronico, ma dalla dimensione della sorgente di corrente. Allo stesso tempo, più intelligente è l'elettronica del dispositivo, maggiore è la batteria richiesta. Pertanto, per un'ulteriore miniaturizzazione dei dispositivi elettronici, è necessario sviluppare nuovi tipi di batterie. Anche in questo caso la nanotecnologia aiuta.

Toshiba nel 2005 ha creato un prototipo di una batteria ricaricabile agli ioni di litio, il cui elettrodo negativo era rivestito con nanocristalli di titanato di litio, per cui l'area dell'elettrodo è aumentata di diverse decine di volte. La nuova batteria è in grado di raggiungere l'80% della sua capacità in un solo minuto di ricarica, mentre le tradizionali batterie agli ioni di litio si caricano a una velocità del 2-3% al minuto e impiegano un'ora per caricarsi completamente.

Oltre a un'elevata velocità di ricarica, le batterie contenenti elettrodi a nanoparticelle hanno una durata prolungata: dopo 1000 cicli di carica/scarica, solo l'1% della sua capacità viene perso e la durata totale delle batterie nuove è superiore a 5 mila cicli. Eppure, queste batterie possono funzionare a temperature fino a -40°C, perdendo solo il 20% della carica, rispetto al 100% delle tipiche batterie moderne già a -25°C.

Dal 2007 sono sul mercato batterie con elettrodi conduttivi di nanoparticelle che possono essere installate sui veicoli elettrici. Queste batterie agli ioni di litio sono in grado di immagazzinare energia fino a 35 kWh, ricaricandosi alla massima capacità in soli 10 minuti. Ora l'autonomia di un'auto elettrica con tali batterie è di 200 km, ma è già stato sviluppato il modello successivo di queste batterie, che consente di aumentare il chilometraggio di un'auto elettrica a 400 km, che è quasi paragonabile al chilometraggio massimo delle auto a benzina (dal rifornimento al rifornimento).

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Affinché una sostanza entri in una reazione chimica con un'altra, sono necessarie determinate condizioni e molto spesso non è possibile creare tali condizioni. Pertanto, un numero enorme di reazioni chimiche esiste solo sulla carta. Per la loro attuazione sono necessari catalizzatori - sostanze che contribuiscono alla reazione, ma non vi partecipano.

Gli scienziati hanno scoperto che anche la superficie interna dei nanotubi di carbonio ha una grande attività catalitica. Credono che quando un foglio di "grafite" di atomi di carbonio viene arrotolato in un tubo, la concentrazione di elettroni sulla sua superficie interna diminuisce. Questo spiega la capacità della superficie interna dei nanotubi di indebolire, ad esempio, il legame tra ossigeno e atomi di carbonio in una molecola di CO, diventando un catalizzatore per l'ossidazione di CO a CO2.

Per combinare la capacità catalitica dei nanotubi di carbonio e dei metalli di transizione, le loro nanoparticelle sono state introdotte all'interno dei nanotubi (si è scoperto che questo nanocomplesso di catalizzatori è in grado di avviare la reazione che era solo sognata: la sintesi diretta di alcol etilico dal gas di sintesi ( una miscela di monossido di carbonio e idrogeno) ottenuti da gas naturale, carbone e persino biomasse.

L'uomo, infatti, ha sempre cercato di sperimentare la nanotecnologia senza nemmeno saperlo. Lo abbiamo appreso all'inizio della nostra conoscenza, ascoltato il concetto di nanotecnologia, appreso la storia e i nomi degli scienziati che hanno permesso di fare un tale salto qualitativo nello sviluppo delle tecnologie, conosciuto le tecnologie stesse e persino sentito la storia della scoperta dei fullereni dallo scopritore, il premio Nobel Richard Smalley.

La tecnologia determina la qualità della vita di ciascuno di noi e il potere dello stato in cui viviamo.

L'ulteriore sviluppo di questa direzione dipende da te.

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