Prezentacja na temat pokrewieństwa genetycznego węglowodorów. Temat lekcji „Genetyczne powiązanie węglowodorów, alkoholi, aldehydów i ketonów” Cel Rozwinięcie umiejętności kompilowania wzorów strukturalnych z wykorzystaniem tych informacji

Lekcja powtarzania i uogólniania wiedzy na temat „Węglowodory” w klasie 10 według programu O.S. Gabrielian. Ma na celu utrwalenie kluczowych zagadnień tematu: nazewnictwo, izomeria, metody wytwarzania oraz właściwości węglowodorów nasyconych, nienasyconych i aromatycznych. Lekcja obejmuje rozwiązywanie problemów obliczeniowych i jakościowych oraz łańcuchów przekształceń. Uczniowie muszą nazwać proponowane substancje, dokonać korelacji według klas substancji organicznych i wybrać spośród nich homologi i izomery.

Pobierać:

Zapowiedź:

Miejska placówka oświatowa

szkoła średnia nr 6

wieś Oktiabrskaja, obwód krasnodarski

z chemii w 10 klasie

na temat:

Otwarta lekcja chemii

w 10 klasie na temat:

« Uogólnienie i usystematyzowanie wiedzy na temat: „Węglowodory”.

„Seria genetyczna węglowodorów”.

Cele Lekcji:

1. Powtarzaj, uogólniaj i utrwalaj wiedzę i umiejętności zdobyte podczas studiowania tego tematu; potrafić klasyfikować węglowodory, porównywać ich skład, strukturę, właściwości; ustalić związki przyczynowo-skutkowe (skład, struktura, właściwości, zastosowanie).
2. Potrafić wyjaśnić na przykładach przyczyny różnorodności substancji organicznych, jedności materialnej substancji nieorganicznych i organicznych.
3. Potrafić układać równania reakcji chemicznych ujawniające powiązania genetyczne pomiędzy węglowodorami różnych szeregów homologicznych.
4. Rozwijaj aktywność poznawczą za pomocą niestandardowych zadań; rozwijać umiejętność logicznego myślenia i wyciągania wniosków; wyjaśnij przebieg eksperymentu, podkreśl najważniejsze, porównaj, uogólnij.
5. Zaszczepić zainteresowanie chemią, przybliżyć jej rolę na obecnym etapie.

Typ lekcji: lekcja uogólniania i systematyzacji zdobytej wiedzy.

Metody: rozwiązywanie problemów jakościowych i obliczeniowych, praca samodzielna.

Sprzęt: Modele wszystkich przedstawicieli węglowodorów, tablice genetyczne

Relacje węglowodorowe.

PODCZAS ZAJĘĆ.

I. Organizowanie czasu.

Wzajemne powitanie, odnotowanie nieobecności, sprawdzenie gotowości do lekcji.

II. Mowa inauguracyjna nauczyciela.

Nauczyciel. Zakończyliśmy studiowanie tematu „Węglowodory”. Dziś na lekcji podsumujemy wiedzę na temat budowy, właściwości i izomerii tych związków.

Wszelkie obiekty i zjawiska naturalne są badane w ich wzajemnych powiązaniach. Wśród wielu rodzajów powiązań można wyróżnić takie, które wskazują, co jest pierwotne, a co wtórne, w jaki sposób pewne przedmioty lub zjawiska powodują powstawanie innych. Tego typu połączenia nazywane są genetycznymi.

Istnieje związek genetyczny pomiędzy homologicznymi szeregami węglowodorów, który ujawnia się w procesie wzajemnego przekształcania się tych substancji.

III. Pracuj nad tematem lekcji.

1. Pierwszą kwestią, którą rozważamy, jest skład, klasyfikacja i nazewnictwo węglowodorów.

Wskaż klasę związków i nadaj nazwy następującym substancjom:

Formuły substancji są wypisane na plakacie i wywieszone na tablicy. Uczniowie na zmianę nazywają substancje i wskazują klasę związku.

Homologi: a) i b); g) i oraz); c) i j)

Izomery: c) id); e)h) i f)

1. Jedną z powszechnych właściwości węglowodorów jest występowanie zjawiska izomerii.

Pytania do klasy:

1. Jakie zjawisko nazywa się izomerią?
2. Jakie są rodzaje izomerii?
3. Które węglowodory charakteryzują się izomerią przestrzenną?
4. Które węglowodory wykazują izomerię klasową?
5. Jakie substancje nazywamy homologami?

Spośród podanych substancji wybierz a) homologi, b) izomery.

1. Nauczyciel. Istnieje związek genetyczny pomiędzy szeregami homologicznymi, który można prześledzić podczas wzajemnego przekształcania się substancji. Najbogatszym naturalnym źródłem węglowodorów jest ropa naftowa i gaz ziemny.

Aby przejść z jednej grupy do drugiej, stosuje się procesy: odwodornienie, uwodornienie, cyklizację i inne. Ogromne znaczenie mają osiągnięcia naszych rosyjskich naukowców - N.D. Zelinsky'ego, V.V. Markownikowa, B.A. Kazansky'ego, M.G. Kucherova.

Rozwiązywanie łańcuchów transformacji odzwierciedlających

związek genetyczny węglowodorów.

1. Dwie osoby rozwiązują dwa łańcuchy przy planszach:

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

2- student tylko pod a)

1. Jedna osoba na planszy rozwiązuje łańcuch o podwyższonym stopniu trudności:

1. Reszta klasy rozwiązuje ogólny łańcuch, po kolei podchodząc do tablicy:

CaCO 3 → CaO → CaC 2 → C 2 H 2 trimeryzacja, C(akt) X + Cl2, FeCl3 A

H2, Ni Y H2O, H3PO4 B

Sprawdzenie łańcuchów za deskami nr 1 (a i b), nr 2.

1. Studiując temat „Węglowodory”, często rozwiązuje się problemy obliczeniowe i eksperymentalne, w których wykorzystuje się indywidualne właściwości substancji.

Rozwiązywanie problemów z jakością.

1. Dwie osoby przy tablicach rozwiązują problemy wysokiej jakości, wydawane w formie indywidualnych kart:

Karta 1.

Odpowiedź: Pomiń obie substancje za pomocą wody bromowej lub jodowanej. Tam gdzie znajdowała się woda propinowo-bromowa ulegnie odbarwieniu.

Karta 2.

Odpowiedź: Można to rozpoznać po naturze płomienia podczas spalania każdego gazu. Etan pali się bezbarwnym niebieskim płomieniem, etylen jasnożółtym płomieniem, a acetylen dymnym płomieniem.

1. Każdy inny (kto chce) rozwiązuje problem jakości na płycie głównej przy wsparciu klas:

Karta 3.

Jedna butla zawiera metan i propen. Jak rozdzielić tę mieszaninę? Napisz odpowiednie reakcje.

Odpowiedź . Woda bromowa przepuszczana jest przez mieszaninę gazów:

Czysty metan pozostaje w postaci gazu. Powstały 1,2-dibromopropan traktuje się cynkiem:

Czysty propen uwalnia się w postaci gazu.

Rozwiązywanie problemów obliczeniowych.

1. Dwie osoby przy tablicach rozwiązują zadania za pomocą kart:

Karta 1.

Karta 2.

1. Jedna osoba i klasa rozwiązują problem na tablicy głównej:

Karta 3.

Podczas spalania 4,4 g nieznanego węglowodoru wydzieliło się 6,72 litra dwutlenku węgla i 7,2 g wody. Wyprowadź wzór tego węglowodoru, jeśli jego gęstość względna dla wodoru wynosi 22.

Sprawdzanie rozwiązań zadań z kart 1 i 2.

IV. Analiza ocen z lekcji.

V. Praca domowa:powtórz wszystko na temat „Węglowodory” + rozwiąż łańcuch przemian: CO 2

CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 +HNO3 A

↓H2SO4

C6H5Cl

Karta 1.

Dwa pojemniki zawierają propan i propinę. Identyfikuj substancje za pomocą reakcji jakościowych wspartych równaniami reakcji.

Karta 2.

Trzy pojemniki zawierają etan, eten i etyn. Jak rozpoznać, który gaz jest gdzie. Zapisz równania odpowiednich reakcji.

Karta 1.

Określ wzór cząsteczkowy węglowodoru, jeśli wiadomo, że jego skład to 80% węgla, 20% wodoru, a względna gęstość pary w powietrzu wynosi 1,034.

Karta 2.

Oblicz masę 96% alkoholu etylowego, którą można otrzymać w reakcji uwodnienia etylenu o objętości 67,2 litra.

Zapowiedź:

Aby skorzystać z podglądu prezentacji utwórz konto Google i zaloguj się na nie: https://accounts.google.com

Podpisy slajdów:

Otwarta lekcja chemii w klasie 10. Seria genetyczna węglowodorów. Generalizacja i systematyzacja wiedzy

1. Powtórz, uogólnij i utrwal wiedzę i umiejętności zdobyte podczas studiowania tego tematu; potrafić klasyfikować węglowodory, porównywać ich skład, strukturę, właściwości; ustalić związki przyczynowo-skutkowe (skład, struktura, właściwości, zastosowanie). 2. Potrafić układać równania reakcji chemicznych ujawniające powiązania genetyczne pomiędzy węglowodorami różnych szeregów homologicznych. Cele Lekcji:

Wszelkie obiekty i zjawiska naturalne są badane w ich wzajemnych powiązaniach. Wśród wielu rodzajów powiązań można wyróżnić takie, które wskazują, co jest pierwotne, a co wtórne, w jaki sposób pewne przedmioty lub zjawiska powodują powstanie innych. Tego typu połączenia nazywane są genetycznymi. Istnieje związek genetyczny pomiędzy homologicznymi szeregami węglowodorów, który ujawnia się w procesie wzajemnego przekształcania się tych substancji.

Temat lekcji „Genetyczne powiązanie węglowodorów, alkoholi, aldehydów i ketonów” Cel Wykształcenie umiejętności kompilowania wzorów strukturalnych na podstawie uzyskanych informacji. Wykształcenie umiejętności realizacji łańcuchów przemian substancji organicznych. Poszerzenie wiedzy na temat klasyfikacji i nazewnictwa substancji organicznych.

Program zajęć „Opracowanie wzoru strukturalnego substancji na podstawie tych informacji” 1) Przetłumacz te informacje na język diagramów. 2) Zgadnij klasę połączenia. 3) Ustal klasę związku i jego wzór strukturalny. 4) Napisz równania zachodzących reakcji.

Program działań: „Realizacja łańcuchów transformacji” 1). Ponumeruj reakcje chemiczne. 2).Określ i opisz klasę każdej substancji w łańcuchu przemian. 3).Przeanalizuj łańcuch: A) Nad strzałką napisz wzory odczynników i warunki reakcji; B) Pod strzałką wpisz formuły dodatkowych produktów ze znakiem minus. 4).Zapisz równania reakcji: A) Ułóż współczynniki; B) Nazwij produkty reakcji.

Klasyfikacja związków organicznych ze względu na budowę łańcucha węglowego 1. W zależności od charakteru szkieletu węglowego wyróżnia się związki acykliczne (liniowe, rozgałęzione i cykliczne) Związki acykliczne (alifatyczne, niecykliczne) - związki posiadające otwarty liniowy lub rozgałęziony łańcuch węglowy często nazywany jest normalnym.Związki cykliczne – związki zawierające cząsteczki zamknięte w cyklu CA

Klasyfikacja poszczególnych atomów węgla W samych szkieletach węglowych zwyczajowo klasyfikuje się poszczególne atomy węgla według liczby atomów węgla chemicznie z nimi związanych. Jeśli dany atom węgla jest połączony z jednym atomem węgla, wówczas nazywa się go pierwotnym, z dwoma - wtórnymi, trzema - trzeciorzędowymi i czterema - czwartorzędowymi. W samych szkieletach węglowych zwyczajowo klasyfikuje się poszczególne atomy węgla według liczby atomów węgla związanych z nimi chemicznie. Jeśli dany atom węgla jest połączony z jednym atomem węgla, wówczas nazywa się go pierwotnym, z dwoma - wtórnymi, trzema - trzeciorzędowymi i czterema - czwartorzędowymi. Jak nazywa się pokazany atom węgla: Jak nazywa się pokazany atom węgla: a) wewnątrz okręgu _________________; b) wewnątrz placu ____; c) w sercu __________________; d) wewnątrz trójkąta _________________;

Temat: „Genetyczny związek węglowodorów i ich pochodnych.”

Cel:

rozważyć związek genetyczny między rodzajami węglowodorów i klasami związków organicznych;

uogólniać i systematyzować wiedzę studentów na temat węglowodorów i ich pochodnych w oparciu o charakterystykę porównawczą ich właściwości.

rozwój logicznego myślenia w oparciu o chemię węglowodorów i ich pochodnych.

rozwijanie umiejętności samokształcenia wśród uczniów.

Cele Lekcji:

rozwijać w uczniach umiejętność wyznaczania celów i planowania swoich działań na lekcji;

rozwijać u uczniów logiczne myślenie (poprzez ustalanie powiązań genetycznych pomiędzy różnymi klasami węglowodorów, stawianie hipotez na temat właściwości chemicznych nieznanych substancji organicznych);

rozwijać umiejętność dokonywania porównań (na przykładzie porównywania właściwości chemicznych węglowodorów);

rozwijać kompetencje informacyjne i poznawcze uczniów;

rozwijać u uczniów mowę chemiczną, umiejętność rozsądnego odpowiadania na pytania,

rozwijaj zdolności komunikacyjne uczniów, pielęgnuj umiejętność słuchania odpowiedzi kolegów z klasy.

Typ lekcji:

w celach dydaktycznych – pogłębianie wiedzy,

metodą organizacji - uogólnianie.

Metody:

werbalne (rozmowa),

praktyczne – opracowywanie schematów przekształceń i ich realizacja,

wykonywanie samodzielnej pracy.

Nauczyciel:

Chemia organiczna- nauka o substancjach witalnych.
Węglowodory mają ogromne znaczenie dla współczesnego przemysłu, technologii i życia codziennego ludzi. Substancje te, zarówno pojedynczo, jak i w postaci naturalnych mieszanin (gaz, ropa, węgiel), służą jako surowce do produkcji dziesiątek tysięcy bardziej złożonych związków organicznych, wnoszących ciepło i światło do naszych domów.

Prezentacja multimedialna

Substancje organiczne zajmują bardzo duże miejsce w naszym życiu. Dziś jest ich ponad 20 milionów. Bez nich wiele znanych rzeczy zniknęłoby z życia codziennego: wyroby z tworzyw sztucznych i gumy, chemia gospodarcza, kosmetyki. Każdego dnia syntetyzuje się coraz więcej nowych substancji. Nie da się wiedzieć wszystkiego o wszystkim. Można jednak zrozumieć podstawowe prawa obowiązujące przy przemianie substancji organicznych.

Ogromne znaczenie mają osiągnięcia naszych rosyjskich naukowców - N.D. Zelinsky'ego, V.V. Markownikowa, B.A. Kazansky'ego, M.G. Kucherova.

Nauczyciel:
Jakie znasz klasy węglowodorów, nazwij je od razu wzorem ogólnym.

Tabela „Klasyfikacja substancji”

Odpowiedz na pytania:

Nauczyciel:

Czym różnią się składy różnych rodzajów węglowodorów?

Studenci(liczba atomów wodoru)

Nauczyciel:

Jakie reakcje należy przeprowadzić, aby otrzymać inny z jednego rodzaju węglowodoru?

Studenci:

(Reakcje uwodornienia lub odwodornienia.

W ten sposób można przeprowadzić większość przejść, jednak ta metoda wytwarzania węglowodorów nie jest uniwersalna. Strzałki na schemacie wskazują węglowodory, które można bezpośrednio przekształcić w siebie w jednej reakcji).

Nauczyciel:

Schematycznie wygląda to tak:

Ćwiczenia: Aby skonsolidować badany materiał, wykonaj kilka łańcuchów transformacji. Określ typ każdej reakcji:

Nauczyciel: Wiadomo, że związek genetyczny istnieje nie tylko pomiędzy węglowodorami, ale także pomiędzy ich pochodnymi – substancjami organicznymi zawierającymi tlen, które na skalę przemysłową pozyskiwane są z produktów przerobu ropy, gazu i węgla. Zidentyfikujmy tę zależność na przykładzie łańcuchów transformacji:

Praca uczniów na tablicy interaktywnej.

Pozwala to na ukierunkowaną syntezę określonych związków za pomocą szeregu niezbędnych reakcji chemicznych (łańcuch przemian)

Fragment opowieści wideo.

Zadanie: ułożyć równania reakcji, wskazać warunki zachodzenia i rodzaj reakcji.

Wniosek: Dzisiaj na lekcji - na przykładzie genetycznego połączenia substancji organicznych różnych serii homologicznych, zobaczyliśmy i udowodniliśmy za pomocą przekształceń - jedność materialnej jedności świata.

Praca domowa:

Rozwiązać problem: Biorąc pod uwagę 2 mole alkoholu etylowego.

Ile powstaje 1 rząd - gramy dibromoetanu;
Rząd 2 – litry dwutlenku węgla
3. rząd – gram glikolu etylenowego;

Przejrzyj tematy dotyczące homologii i izomerii: utwórz wzory na jeden i dwa izomery kompozycji.

Kod do umieszczenia na stronie

W kontakcie z

Koledzy z klasy

Telegram

Opinie

Dodaj swoją opinię

Slajd 2

Związek między klasami substancji wyrażają łańcuchy genetyczne

• Seria genetyczna to realizacja przemian chemicznych, w wyniku których substancje jednej klasy można otrzymać z substancji innej klasy.
• Aby przeprowadzić transformacje genetyczne, musisz wiedzieć:
• klasy substancji;
• nazewnictwo substancji;
• właściwości substancji;
• rodzaje reakcji;
• reakcje nominalne, na przykład synteza Wurtza:

Wyświetl wszystkie slajdy

Abstrakcyjny

Co to jest nano?�

.�

Slajd 3

Slajd 4

Slajd 5

Slajd 6

Slajd 7

Slajd 9

Slajd 10

Slajd 11

Slajd 12

Slajd 13

Slajd 14

Demonstracja klipu wideo.

Slajd 15

Slajd 16

Slajd 17

Slajd 18

Slajd 19

Slajd 20

Slajd 21

Slajd 22

Slajd 23

Slajd 24

Slajd 25

Co to jest nano?�

Nowe technologie popychają ludzkość do przodu na drodze postępu.�

Celem i zamierzeniem tej pracy jest poszerzenie i udoskonalenie wiedzy uczniów na temat otaczającego ich świata, nowych osiągnięć i odkryć. Kształtowanie umiejętności porównywania i uogólniania. Umiejętność podkreślania najważniejszych rzeczy, rozwijania twórczych zainteresowań, kultywowania niezależności w poszukiwaniu materiału.

Początek XXI wieku to czas nanotechnologii, która łączy w sobie biologię, chemię, informatykę i fizykę.

W ostatnich latach tempo postępu naukowo-technicznego zaczęło zależeć od wykorzystania sztucznie tworzonych obiektów o rozmiarach nanometrowych. Powstałe na ich bazie substancje i przedmioty o wielkości 1–100 nm nazywane są nanomateriałami, a sposoby ich wytwarzania i stosowania nazywane są nanotechnologiami. Gołym okiem można zobaczyć obiekt o średnicy około 10 tysięcy nanometrów.

W najszerszym znaczeniu nanotechnologia to badania i rozwój na poziomie atomowym, molekularnym i makromolekularnym w skali wielkości od jednego do stu nanometrów; tworzenie i wykorzystanie sztucznych konstrukcji, urządzeń i systemów, które dzięki swoim bardzo małym rozmiarom mają znacząco nowe właściwości i funkcje; manipulowanie materią w atomowej skali odległości.

Slajd 3

Technologie decydują o jakości życia każdego z nas i sile państwa, w którym żyjemy.

Rewolucja przemysłowa, która rozpoczęła się w przemyśle tekstylnym, pobudziła rozwój technologii komunikacji kolejowej.

Następnie rozwój transportu różnych towarów stał się niemożliwy bez nowych technologii motoryzacyjnych. Zatem każda nowa technologia powoduje narodziny i rozwój technologii pokrewnych.

Obecny okres, w którym żyjemy, nazywany jest rewolucją naukowo-technologiczną lub rewolucją informacyjną. Początek rewolucji informacyjnej zbiegł się z rozwojem technologii komputerowych, bez których nie można już sobie wyobrazić życia współczesnego społeczeństwa.

Rozwój technologii komputerowej zawsze wiązał się z miniaturyzacją elementów układów elektronicznych. Obecnie wielkość jednego elementu logicznego (tranzystora) obwodu komputerowego wynosi około 10-7 m, a naukowcy uważają, że dalsza miniaturyzacja elementów komputera jest możliwa tylko dzięki opracowaniu specjalnych technologii zwanych „nanotechnologią”.

Slajd 4

W tłumaczeniu z języka greckiego słowo „nano” oznacza karła, gnoma. Jeden nanometr (nm) to jedna miliardowa metra (10–9 m). Nanometr to bardzo mało. Nanometr to tyle samo razy mniej niż jeden metr, o ile grubość palca jest mniejsza niż średnica Ziemi. Większość atomów ma średnicę od 0,1 do 0,2 nm, a grubość nici DNA wynosi około 2 nm. Średnica czerwonych krwinek wynosi 7000 nm, a grubość ludzkiego włosa 80 000 nm.

Rysunek pokazuje różne obiekty od lewej do prawej, w kolejności rosnącej wielkości - od atomu po Układ Słoneczny. Człowiek nauczył się już czerpać korzyści z przedmiotów różnej wielkości. Możemy podzielić jądra atomowe, aby wytworzyć energię atomową. Przeprowadzając reakcje chemiczne, otrzymujemy nowe cząsteczki i substancje o unikalnych właściwościach. Za pomocą specjalnych narzędzi człowiek nauczył się tworzyć przedmioty - od główki od szpilki po ogromne konstrukcje widoczne nawet z kosmosu.

Ale jeśli przyjrzysz się uważnie rysunkowi, zauważysz, że istnieje dość duży zakres (w skali logarytmicznej), w którym naukowcy nie postawili stopy przez długi czas - od stu nanometrów do 0,1 nm. Nanotechnologia będzie musiała pracować z obiektami o rozmiarach od 0,1 nm do 100 nm. Istnieją podstawy, by wierzyć, że możemy sprawić, że nanoświat będzie dla nas przydatny.

Nanotechnologie wykorzystują najnowsze osiągnięcia chemii, fizyki i biologii.

Slajd 5

Ostatnie badania dowiodły, że w starożytnym Egipcie do farbowania włosów na czarno stosowano nanotechnologię. Do tego celu użyto pasty wapiennej Ca(OH)2, tlenku ołowiu i wody. Podczas procesu barwienia nanocząsteczki siarczku ołowiu (galeny) otrzymano w wyniku interakcji z siarką wchodzącą w skład keratyny, co zapewniło równomierne i stabilne barwienie

W British Museum znajduje się „Kielich Likurga” (ściany kielicha przedstawiają sceny z życia tego wielkiego spartańskiego prawodawcy), wykonany przez starożytnych rzymskich rzemieślników - zawiera mikroskopijne cząsteczki złota i srebra dodane do szkła. Pod różnym oświetleniem filiżanka zmienia kolor - z ciemnoczerwonego na jasnozłoty. W podobnych technologiach wykonywano witraże w średniowiecznych katedrach europejskich.

Obecnie naukowcy udowodnili, że rozmiary tych cząstek wynoszą od 50 do 100 nm.

Slajd 6

W 1661 roku irlandzki chemik Robert Boyle opublikował artykuł, w którym skrytykował twierdzenie Arystotelesa, że ​​wszystko na Ziemi składa się z czterech żywiołów – wody, ziemi, ognia i powietrza (filozoficzne podstawy ówczesnej alchemii, chemii i fizyki). Boyle argumentował, że wszystko składa się z „cząsteczek” – bardzo małych części, które w różnych kombinacjach tworzą różne substancje i przedmioty. Następnie idee Demokryta i Boyle'a zostały zaakceptowane przez środowisko naukowe.

W 1704 roku Izaak Newton zasugerował zgłębienie tajemnicy ciałek;

W 1959 roku amerykański fizyk Richard Feynman powiedział: „Na razie jesteśmy zmuszeni korzystać ze struktur atomowych, jakie oferuje nam natura”. „Ale w zasadzie fizyk może zsyntetyzować dowolną substancję zgodnie z danym wzorem chemicznym”.

W 1959 r. Norio Taniguchi po raz pierwszy użył terminu „nanotechnologia”;

W 1980 roku Eric Drexler użył tego terminu.

Slajd 7

Richard Phillips Feyman (1918-1988) wybitny amerykański fizyk. Jeden z twórców elektrodynamiki kwantowej, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 1965 roku.

Słynny wykład Feynmana, znany jako „Tam jest jeszcze mnóstwo miejsca na dole”, uważany jest obecnie za punkt wyjścia w walce o podbój nanoświata. Po raz pierwszy przeczytano go w Kalifornijskim Instytucie Technologii w 1959 roku. Słowo „poniżej” w tytule wykładu oznaczało „świat bardzo małych wymiarów”.

Nanotechnologia stała się odrębną dziedziną nauki i długoterminowym projektem technicznym po szczegółowej analizie przeprowadzonej przez amerykańskiego naukowca Erica Drexlera na początku lat 80. XX wieku i publikacji jego książki Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology.

Slajd 9

Pierwszymi urządzeniami, które umożliwiły obserwację nanoobiektów i ich przemieszczanie, były mikroskopy z sondą skaningową – mikroskop sił atomowych i działający na podobnej zasadzie skaningowy mikroskop tunelowy. Mikroskopia sił atomowych (AFM) została opracowana przez Gerda Binniga i Heinricha Rohrera, którzy otrzymali za te badania Nagrodę Nobla w 1986 roku.

Slajd 10

Podstawą AFM jest sonda, zwykle wykonana z krzemu i reprezentująca cienką płytę wspornikową (nazywa się to wspornikiem, od angielskiego słowa „wspornik” - konsola, belka). Na końcu wspornika znajduje się bardzo ostry kolec zakończony grupą jednego lub więcej atomów. Głównym materiałem jest krzem i azotek krzemu.

Kiedy mikrosonda porusza się po powierzchni próbki, czubek igły unosi się i opada, zarysowując mikrorzeźbę powierzchni, podobnie jak rysik gramofonowy ślizga się po płycie gramofonowej. Na wystającym końcu wspornika znajduje się obszar zwierciadlany, na który pada i odbija się wiązka lasera. Kiedy kolec opada i wznosi się na nierównościach powierzchni, odbita wiązka ulega odchyleniu, a odchylenie to rejestrowane jest przez fotodetektor, a siła, z jaką kolec jest przyciągany do pobliskich atomów, rejestrowana jest przez czujnik piezoelektryczny.

Dane z fotodetektora i czujnika piezoelektrycznego wykorzystywane są w systemie sprzężenia zwrotnego. Dzięki temu możliwe jest skonstruowanie w czasie rzeczywistym reliefu wolumetrycznego powierzchni próbki.

Slajd 11

Inna grupa mikroskopów z sondą skanującą wykorzystuje tak zwany „efekt tunelu” mechaniki kwantowej do konstruowania reliefu powierzchni. Istota efektu tunelowego polega na tym, że prąd elektryczny pomiędzy ostrą metalową igłą a powierzchnią znajdującą się w odległości około 1 nm zaczyna zależeć od tej odległości – im mniejsza odległość, tym większy prąd. Jeśli między igłą a powierzchnią zostanie przyłożone napięcie 10 V, wówczas prąd „tunelowy” może wynosić od 10 pA do 10 nA. Mierząc ten prąd i utrzymując go na stałym poziomie, można również utrzymać stałą odległość między igłą a powierzchnią. Pozwala to na zbudowanie profilu wolumetrycznego powierzchni. W przeciwieństwie do mikroskopu sił atomowych, skaningowy mikroskop tunelowy może badać jedynie powierzchnie metali lub półprzewodników.

Skaningowy mikroskop tunelowy może zostać użyty do przeniesienia dowolnego atomu do punktu wybranego przez operatora. W ten sposób można manipulować atomami i tworzyć nanostruktury, tj. struktury na powierzchni o wymiarach rzędu nanometra. Już w 1990 roku pracownicy IBM pokazali, że jest to możliwe, łącząc nazwę swojej firmy z 35 atomów ksenonu na niklowej płytce.

Skośny mechanizm różnicowy zdobi stronę główną witryny internetowej Instytutu Produkcji Molekularnej. Zestawił E. Drexler z atomów wodoru, węgla, krzemu, azotu, fosforu, wodoru i siarki o łącznej liczbie 8298. Obliczenia komputerowe pokazują, że jego istnienie i funkcjonowanie nie jest sprzeczne z prawami fizyki.

Slajd 12

Zajęcia dla uczniów liceów w klasie nanotechnologii Rosyjskiego Państwowego Uniwersytetu Pedagogicznego im. A.I. Hercena.

Slajd 13

Nanostruktury można składać nie tylko z pojedynczych atomów czy pojedynczych cząsteczek, ale także z bloków molekularnych. Takimi blokami lub elementami do tworzenia nanostruktur są grafen, nanorurki węglowe i fulereny.

Slajd 14

1985 Richard Smalley, Robert Curl i Harold Kroteau odkryli fulereny i po raz pierwszy byli w stanie zmierzyć obiekt o wielkości 1 nm.

Fulereny to cząsteczki składające się z 60 atomów ułożonych w kształt kuli. W 1996 roku grupa naukowców otrzymała Nagrodę Nobla.

Demonstracja klipu wideo.

Slajd 15

Aluminium z niewielkim dodatkiem (nie więcej niż 1%) fulerenu uzyskuje twardość stali.

Slajd 16

Grafen to pojedynczy, płaski arkusz atomów węgla połączonych ze sobą, tworząc siatkę, której każda komórka przypomina plaster miodu. Odległość pomiędzy najbliższymi atomami węgla w grafenie wynosi około 0,14 nm.

Lekkie kule to atomy węgla, a pręty między nimi to wiązania utrzymujące atomy w arkuszu grafenu.

Slajd 17

Grafit, z którego wykonane są zwykłe grafity, to stos arkuszy grafenu. Grafeny w graficie są bardzo słabo związane i mogą się przesuwać obok siebie. Dlatego też, jeśli położysz grafit na papierze, stykający się z nim arkusz grafenu zostanie oddzielony od grafitu i pozostanie na papierze. To wyjaśnia, dlaczego grafit może być używany do pisania.

Slajd 18

Dendrymery są jedną z dróg do nanoświata w kierunku „oddolnym”.

Polimery drzewiaste to nanostruktury o wielkości od 1 do 10 nm, powstałe w wyniku połączenia cząsteczek o rozgałęzionej strukturze. Synteza dendrymerów jest jedną z nanotechnologii ściśle powiązaną z chemią polimerów. Podobnie jak wszystkie polimery, dendrymery składają się z monomerów, a cząsteczki tych monomerów mają rozgałęzioną strukturę.

Wewnątrz dendrymeru mogą tworzyć się wnęki wypełnione substancją, w obecności której powstały dendrymery. Jeśli dendrymer zostanie zsyntetyzowany w roztworze zawierającym dowolny lek, wówczas dendrymer ten staje się nanokapsułką z tym lekiem. Ponadto wnęki wewnątrz dendrymeru mogą zawierać radioaktywnie znakowane substancje wykorzystywane do diagnozowania różnych chorób.

Slajd 19

W 13% przypadków ludzie umierają na raka. Choroba ta zabija co roku około 8 milionów ludzi na całym świecie. Wiele rodzajów nowotworów nadal uważa się za nieuleczalne. Badania naukowe pokazują, że nanotechnologia może być potężnym narzędziem w walce z tą chorobą. Dendrymery – kapsułki z trucizną dla komórek nowotworowych

Komórki nowotworowe potrzebują dużych ilości kwasu foliowego do podziału i wzrostu. Dlatego cząsteczki kwasu foliowego bardzo dobrze przylegają do powierzchni komórek nowotworowych, a jeśli zewnętrzna otoczka dendrymerów zawiera cząsteczki kwasu foliowego, to takie dendrymery będą selektywnie przylegać tylko do komórek nowotworowych. Za pomocą takich dendrymerów można uwidocznić komórki nowotworowe, jeśli do otoczki dendrymerów przyłączą się inne cząsteczki, świecące na przykład w świetle ultrafioletowym. Przyłączając lek zabijający komórki nowotworowe do zewnętrznej powłoki dendrymeru, można je nie tylko wykryć, ale także zabić.

Według naukowców za pomocą nanotechnologii możliwe będzie wbudowanie w ludzkie krwinki mikroskopijnych czujników, które ostrzegają o pojawieniu się pierwszych oznak rozwoju choroby.

Slajd 20

Kropki kwantowe są już wygodnym narzędziem dla biologów umożliwiającym obserwację różnych struktur wewnątrz żywych komórek. Różne struktury komórkowe są równie przezroczyste i bezbarwne. Dlatego jeśli spojrzysz na komórkę przez mikroskop, nie zobaczysz nic poza jej krawędziami. Aby uwidocznić określone struktury komórkowe, stworzono kropki kwantowe o różnych rozmiarach, które mogą przylegać do określonych struktur wewnątrzkomórkowych.

Najmniejsze, świecące na zielono, zostały przyklejone do cząsteczek zdolnych do przyklejenia się do mikrotubul tworzących wewnętrzny szkielet komórki. Średniej wielkości kropki kwantowe mogą przyklejać się do błon aparatu Golgiego, a największe do jądra komórkowego. Komórkę zanurza się w roztworze zawierającym te wszystkie kropki kwantowe i trzyma się w niej przez jakiś czas, wnikają one do środka i przyczepiają się gdzie tylko się da. Następnie komórkę płucze się w roztworze niezawierającym kropek kwantowych i pod mikroskopem. Struktury komórkowe stały się wyraźnie widoczne.

Czerwony – rdzeń; zielony – mikrotubule; żółty – aparat Golgiego.

Slajd 21

Dwutlenek tytanu, TiO2, jest najpowszechniejszym związkiem tytanu na Ziemi. Jego proszek ma olśniewająco biały kolor i dlatego jest stosowany jako barwnik w produkcji farb, papieru, past do zębów i tworzyw sztucznych. Powodem jest bardzo wysoki współczynnik załamania światła (n=2,7).

Tlenek tytanu TiO2 ma bardzo silne działanie katalityczne – przyspiesza zachodzenie reakcji chemicznych. W obecności promieniowania ultrafioletowego rozkłada cząsteczki wody na wolne rodniki - grupy hydroksylowe OH- i aniony ponadtlenkowe O2- o tak dużej aktywności, że związki organiczne rozkładają się na dwutlenek węgla i wodę.

Aktywność katalityczna wzrasta wraz ze zmniejszaniem się wielkości cząstek, dlatego stosuje się je do oczyszczania wody, powietrza i różnych powierzchni ze związków organicznych, które są zwykle szkodliwe dla człowieka.

Do betonu autostrad można dodawać fotokatalizatory, które poprawią środowisko wokół dróg. Ponadto proponuje się dodanie proszku z tych nanocząstek do paliwa samochodowego, co powinno także zmniejszyć zawartość szkodliwych zanieczyszczeń w spalinach.

Powłoka nanocząstek dwutlenku tytanu naniesiona na szkło jest przezroczysta i niewidoczna dla oka. Jednak takie szkło pod wpływem światła słonecznego jest w stanie samooczyścić się z zanieczyszczeń organicznych, zamieniając wszelkie zabrudzenia organiczne w dwutlenek węgla i wodę. Szkło pokryte nanocząsteczkami tlenku tytanu jest wolne od tłustych plam, dzięki czemu jest dobrze zwilżane wodą. W rezultacie takie szkło mniej paruje, ponieważ kropelki wody natychmiast rozprzestrzeniają się po powierzchni szkła i tworzą cienką przezroczystą warstwę.

Dwutlenek tytanu przestaje działać w zamkniętych pomieszczeniach, ponieważ... W sztucznym świetle praktycznie nie ma ultrafioletu. Naukowcy uważają jednak, że nieznaczna zmiana jego struktury umożliwi uwrażliwienie go na widzialną część widma słonecznego. Na bazie takich nanocząstek możliwe będzie wykonanie powłoki np. do toalet, w efekcie której kilkukrotnie zmniejszy się zawartość bakterii i innych substancji organicznych na powierzchniach toalet.

Ze względu na zdolność pochłaniania promieniowania ultrafioletowego dwutlenek tytanu jest już wykorzystywany do produkcji filtrów przeciwsłonecznych, takich jak kremy. Producenci kremów zaczęli stosować go w postaci nanocząstek, które są tak małe, że zapewniają filtrowi przeciwsłonecznemu niemal całkowitą przezroczystość.

Slajd 22

Samoczyszcząca nanotrawa i „efekt lotosu”

Nanotechnologia umożliwia stworzenie powierzchni przypominającej mikroszczoteczkę masującą. Taka powierzchnia nazywana jest nanotrawą i składa się z wielu równoległych nanodrutów (nanoprętów) tej samej długości, umieszczonych w jednakowej odległości od siebie.

Kropla wody spadająca na nanotrawę nie może przeniknąć pomiędzy nanotrawę, gdyż zapobiega temu wysokie napięcie powierzchniowe cieczy.

Aby jeszcze bardziej zmniejszyć zwilżalność nanotrawy, jej powierzchnię pokryto cienką warstwą jakiegoś hydrofobowego polimeru. A wtedy nie tylko woda, ale także wszelkie cząsteczki nigdy nie przylgną do nanotrawy, ponieważ dotykaj go tylko w kilku punktach. Dlatego cząsteczki brudu, które znajdą się na powierzchni pokrytej nanokosmkami, albo same z niej opadają, albo są porywane przez toczące się krople wody.

Samooczyszczanie miękkiej powierzchni z cząstek brudu nazywa się „efektem lotosu”, ponieważ Kwiaty i liście lotosu są czyste nawet wtedy, gdy woda wokół jest mętna i brudna. Dzieje się tak dzięki temu, że liście i kwiaty nie są zwilżane przez wodę, dlatego krople wody spływają po nich niczym kulki rtęci, nie pozostawiając śladów i zmywając cały brud. Nawet krople kleju i miodu nie mogą pozostać na powierzchni liści lotosu.

Okazało się, że cała powierzchnia liści lotosu jest gęsto pokryta mikropryszczami o wysokości około 10 mikronów, a same pryszcze z kolei pokryte są jeszcze mniejszymi mikrokosmkami. Badania wykazały, że wszystkie te mikropryszcze i kosmki wykonane są z wosku, o którym wiadomo, że ma właściwości hydrofobowe, dzięki czemu powierzchnia liści lotosu wygląda jak nanotrawa. To pryszczowata struktura powierzchni liści lotosu znacznie zmniejsza ich zwilżalność. Dla porównania: stosunkowo gładka powierzchnia liścia magnolii, która nie ma zdolności samooczyszczania.

Tym samym nanotechnologia umożliwia tworzenie samoczyszczących powłok i materiałów, które posiadają jednocześnie właściwości hydrofobowe. Materiały wykonane z takich tkanin zawsze pozostają czyste. Produkowane są już szyby samoczyszczące, których zewnętrzna powierzchnia pokryta jest nanokosmkami. Na takim szkle wycieraczki nie mają nic do roboty. W sprzedaży dostępne są trwale czyste felgi do kół samochodowych, które samooczyszczają się za pomocą „efektu lotosu”, a teraz możesz pomalować zewnętrzną część domu farbą, do której nie przyklei się brud.

Z poliestru pokrytego wieloma drobnymi włóknami silikonowymi szwajcarskim naukowcom udało się stworzyć wodoodporny materiał.

Slajd 23

Nanodruty to druty o średnicy rzędu nanometra, wykonane z metalu, półprzewodnika lub dielektryka. Długość nanodrutów często może przekraczać ich średnicę 1000-krotnie lub więcej. Dlatego nanodruty nazywane są często strukturami jednowymiarowymi, a ich wyjątkowo mała średnica (około 100 rozmiarów atomowych) pozwala na manifestację różnych efektów mechaniki kwantowej. Nanodruty nie istnieją w naturze.

Unikalne właściwości elektryczne i mechaniczne nanodrutów stwarzają warunki do ich zastosowania w przyszłych urządzeniach nanoelektronicznych i nanoelektromechanicznych, a także elementach nowych materiałów kompozytowych i biosensorach.

Slajd 24

W przeciwieństwie do tranzystorów miniaturyzacja baterii zachodzi bardzo powoli. Rozmiar baterii galwanicznych, zmniejszony do jednostki mocy, zmniejszył się w ciągu ostatnich 50 lat zaledwie 15 razy, a rozmiar tranzystora w tym samym czasie zmniejszył się ponad 1000 razy i wynosi obecnie około 100 nm. Wiadomo, że o wielkości autonomicznego obwodu elektronicznego często decyduje nie jego elektroniczne wypełnienie, ale wielkość źródła prądu. Co więcej, im inteligentniejsza elektronika urządzenia, tym większej baterii potrzebuje. Dlatego w celu dalszej miniaturyzacji urządzeń elektronicznych konieczne jest opracowanie nowych typów akumulatorów. I tu znowu z pomocą przychodzi nanotechnologia

W 2005 roku firma Toshiba stworzyła prototyp akumulatora litowo-jonowego, którego elektroda ujemna została pokryta nanokryształami tytanianu litu, w wyniku czego powierzchnia elektrody wzrosła kilkadziesiąt razy. Nowy akumulator jest w stanie uzyskać 80% swojej pojemności w ciągu zaledwie jednej minuty ładowania, podczas gdy konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe ładują się z szybkością 2-3% na minutę, a pełne naładowanie zajmuje godzinę.

Oprócz dużej szybkości ładowania akumulatory zawierające elektrody nanocząstkowe charakteryzują się wydłużoną żywotnością: po 1000 cyklach ładowania/rozładowania traci się jedynie 1% ich pojemności, a łączny czas życia nowych akumulatorów wynosi ponad 5 tysięcy cykli. Co więcej, akumulatory te mogą pracować w temperaturach do -40°C, tracąc jedynie 20% ładunku w porównaniu do 100% w przypadku typowych nowoczesnych akumulatorów już przy -25°C.

Od 2007 roku w sprzedaży dostępne są akumulatory z elektrodami wykonanymi z przewodzących nanocząstek, które można montować w pojazdach elektrycznych. Te akumulatory litowo-jonowe są w stanie magazynować energię do 35 kWh, a ładowanie do maksymalnej pojemności zajmuje zaledwie 10 minut. Obecnie zasięg samochodu elektrycznego z takimi akumulatorami wynosi 200 km, ale opracowano już kolejny model tych akumulatorów, który pozwala zwiększyć zasięg samochodu elektrycznego do 400 km, co jest niemal porównywalne z maksymalnym zasięgiem samochodów benzynowych (od tankowania do tankowania).

Slajd 25

Aby jedna substancja weszła w reakcję chemiczną z inną, potrzebne są pewne warunki, a bardzo często nie da się takich warunków stworzyć. Dlatego ogromna liczba reakcji chemicznych istnieje tylko na papierze. Do ich przeprowadzenia potrzebne są katalizatory – substancje ułatwiające reakcję, ale w niej nie uczestniczące.

Naukowcy odkryli, że wewnętrzna powierzchnia nanorurek węglowych ma również dużą aktywność katalityczną. Uważają, że kiedy „grafitowy” arkusz atomów węgla zwinie się w rurkę, stężenie elektronów na jego wewnętrznej powierzchni zmniejsza się. Wyjaśnia to zdolność wewnętrznej powierzchni nanorurek do osłabiania np. wiązania pomiędzy atomami tlenu i węgla w cząsteczce CO, stając się katalizatorem utleniania CO do CO2.

Aby połączyć właściwości katalityczne nanorurek węglowych i metali przejściowych, do wnętrza nanorurek wprowadzono z nich nanocząstki (okazało się, że ten nanokompleks katalizatorów jest w stanie wywołać reakcję, o której można tylko marzyć - bezpośrednią syntezę alkoholu etylowego z syntezy) gaz (mieszanina tlenku węgla i wodoru) otrzymywany z gazu ziemnego, węgla, a nawet biomasy.

Tak naprawdę ludzkość zawsze próbowała eksperymentować z nanotechnologią, nawet o tym nie wiedząc. Dowiedzieliśmy się o tym na początku naszej znajomości, usłyszeliśmy pojęcie nanotechnologii, poznaliśmy historię i nazwiska naukowców, którzy umożliwili dokonanie tak jakościowego skoku w rozwoju technologii, zapoznaliśmy się z samymi technologiami, a nawet Historię odkrycia fulerenów usłyszałem od odkrywcy, laureata Nagrody Nobla Richarda Smalleya.

Technologie decydują o jakości życia każdego z nas i sile państwa, w którym żyjemy.

Dalszy rozwój tego kierunku zależy od Ciebie.

„Właściwości alkanów” - Alkany. Przestudiuj informacje zawarte w akapicie. Nomenklatura IUPAC. Znajomości. Właściwości fizyczne alkanów. Rozwiązujemy problemy. Alkeny i alkiny. Naturalne źródła węglowodorów. Węglowodory nasycone. Halogenowanie metanu. Nomenklatura. Gaz ziemny jako paliwo. Wodór. Właściwości chemiczne alkanów. Wariant ćwiczeń specjalnych.

„Metan” - Pierwsza pomoc w przypadku ciężkiej asfiksji: usunięcie ofiary ze szkodliwej atmosfery. Metan. Stężenia są często wyrażane w częściach na milion lub miliard. Historia wykrywania metanu atmosferycznego jest krótka. Niepokój budzi wzrost zawartości metanu i trifluorku azotu w atmosferze ziemskiej. Rola metanu w procesach środowiskowych jest niezwykle istotna.

„Chemia Węglowodory nasycone” - 8. Zastosowanie. Wykorzystywany w postaci gazu ziemnego metan jest wykorzystywany jako paliwo. Kąty między orbitalami wynoszą 109 stopni i 28 minut. 1. Najbardziej charakterystycznymi reakcjami węglowodorów nasyconych są reakcje podstawienia. W cząsteczkach alkanów wszystkie atomy węgla znajdują się w stanie hybrydyzacji SP3.

„Chemia węglowodorów nasyconych” - Tabela węglowodorów nasyconych. Chemia organiczna. W laboratorium. C2H6. Łańcuch węglowy przybiera zatem kształt zygzakowaty. Ogranicz węglowodany (alkany lub parafiny). Gdzie wykorzystuje się metan? Paragon. Metan. Jakie związki nazywamy węglowodorami nasyconymi? Pytania i zadania. Aplikacja.

Mieszanki gazowe otrzymywane z gazu towarzyszącego. Gazu ziemnego. Naturalne gazowe mieszaniny węglowodorów. Pochodzenie oleju. Dlatego nasycone węglowodory zawierają maksymalną liczbę atomów wodoru w cząsteczce. 1. Pojęcie alkanów 2. Źródła naturalne 3. Ropa naftowa jako źródło 4. Gaz ziemny. Naturalne źródła.

„Struktura węglowodorów nasyconych” – Spalanie alkanów. Przykłady izomerów. Szereg homologiczny alkanów. Węglowodory nasycone. Konsekwencje pozytywne i negatywne. Właściwości metanu. Charakterystyka wiązania pojedynczego. Kształtowanie nowej wiedzy i umiejętności. Radykałowie. Właściwości fizyczne alkanów. Alkany. Reakcje rozkładu. Produkcja gazu syntezowego.

W sumie dostępnych jest 14 prezentacji na ten temat