Apresentação sobre o tema da relação genética dos hidrocarbonetos. Tópico da aula “Relação genética de hidrocarbonetos, álcoois, aldeídos e cetonas” Objetivo Desenvolver a capacidade de compilar fórmulas estruturais usando esta informação

Aula de repetição e generalização de conhecimentos sobre o tema “Hidrocarbonetos” no 10º ano do programa O.S. Gabrielyan. Visa consolidar as questões-chave do tema: nomenclatura, isomeria, métodos de produção e propriedades de hidrocarbonetos saturados, insaturados e aromáticos. A lição inclui a resolução de problemas de cálculo e qualitativos e cadeias de transformações. Os alunos devem nomear as substâncias propostas, fazer correlações por classe de substâncias orgânicas e selecionar homólogos e isômeros entre elas.

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Instituição de ensino municipal

escola secundária nº 6

aldeia de Oktyabrskaya, região de Krasnodar

em química no 10º ano

sobre o tema:

Aula aberta de química

no 10º ano sobre o tema:

« Generalização e sistematização do conhecimento sobre o tema: “Hidrocarbonetos”.

“Série genética de hidrocarbonetos”.

Lições objetivas:

1. Repetir, generalizar e consolidar os conhecimentos e competências adquiridos no estudo deste tema; ser capaz de classificar hidrocarbonetos, comparar sua composição, estrutura, propriedades; estabelecer relações de causa e efeito (composição, estrutura, propriedades, aplicação).
2. Ser capaz de explicar com exemplos as razões da diversidade das substâncias orgânicas, da unidade material das substâncias inorgânicas e orgânicas.
3. Ser capaz de compor equações de reações químicas que revelem as relações genéticas entre hidrocarbonetos de diversas séries homólogas.
4. Desenvolver atividade cognitiva por meio de tarefas não padronizadas; desenvolver habilidades de pensamento lógico e tirar conclusões; explique o curso do experimento, destaque o principal, compare, generalize.
5. Despertar o interesse pela química, familiarizá-la com o seu papel na fase atual.

Tipo de aula: aula de generalização e sistematização dos conhecimentos adquiridos.

Métodos: resolução de problemas qualitativos e de cálculo, trabalho independente.

Equipamento: Modelos de todos os representantes de hidrocarbonetos, tabelas genéticas

Relações de hidrocarbonetos.

DURANTE AS AULAS.

EU. Tempo de organização.

Cumprimentando-se mutuamente, registrando as faltas, verificando a preparação para a aula.

II. Discurso de abertura do professor.

Professor. Concluímos o estudo do tema “Hidrocarbonetos”. Hoje na lição resumiremos o conhecimento sobre a estrutura, propriedades e isomeria desses compostos.

Quaisquer objetos e fenômenos naturais são estudados em sua inter-relação. Dentre os diversos tipos de conexões, podem-se destacar aquelas que indicam o que é primário e o que é secundário, como alguns objetos ou fenômenos dão origem a outros. Esses tipos de conexões são chamados de genéticos.

Existe uma ligação genética entre séries homólogas de hidrocarbonetos, que se revela no processo de transformação mútua dessas substâncias.

III. Trabalhe no tema da lição.

1. A primeira questão que consideramos é a composição, classificação e nomenclatura dos hidrocarbonetos.

Indique a classe dos compostos e dê nomes às seguintes substâncias:

As fórmulas das substâncias são escritas em cartaz e afixadas no quadro. Os alunos se revezam nomeando as substâncias e indicando a classe do composto.

Homólogos: a) eb); g) e e); c) ej)

Isômeros: c) e d); e)h) ef)

1. Uma das propriedades comuns dos hidrocarbonetos é a presença do fenômeno do isomerismo.

Perguntas para a aula:

1. Que fenômeno é chamado de isomeria?
2. Que tipos de isomeria existem?
3. Quais hidrocarbonetos são caracterizados por isomeria espacial?
4. Quais hidrocarbonetos apresentam isomeria de classe?
5. Quais substâncias são chamadas de homólogas?

Das substâncias fornecidas acima, selecione a) homólogos, b) isômeros.

1. Professor. Existe uma relação genética entre séries homólogas, que pode ser rastreada durante a transformação mútua de substâncias. As fontes naturais mais ricas de hidrocarbonetos são o petróleo e o gás natural.

Para passar de um grupo a outro, são utilizados processos: desidrogenação, hidrogenação, ciclização e outros. Os desenvolvimentos de nossos cientistas russos - N.D. Zelinsky, V.V. Markovnikov, B.A. Kazansky, M.G. Kucherov - são de grande importância.

Resolvendo cadeias de transformações refletindo

relação genética dos hidrocarbonetos.

1. Duas pessoas resolvem duas cadeias nos tabuleiros:

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

2- aluno somente sob a)

1. Uma pessoa no tabuleiro resolve uma cadeia de dificuldade aumentada:

1. O resto da turma resolve a cadeia geral, revezando-se no quadro:

CaCO 3 → CaO → CaC 2 → C 2 H 2 trimerização, C (agir) X + Cl2, FeCl3A

H2, Ni Y H2O, H3PO4 B

Verificando as correntes atrás das placas nº 1 (aeb), nº 2.

1. Ao estudar o tema “Hidrocarbonetos”, muitas vezes são resolvidos problemas computacionais e experimentais nos quais são utilizadas as propriedades individuais das substâncias.

Resolvendo problemas de qualidade.

1. Duas pessoas nos conselhos resolvem problemas de alta qualidade, emitidos na forma de cartões individuais:

Cartão 1.

Resposta: Pular ambas as substâncias através de água com bromo ou iodo. O local onde a água de propina-bromo estava localizada ficará descolorido.

Cartão 2.

Responder: Você pode reconhecê-lo pela natureza da chama ao queimar cada gás. O etano queima com uma chama azul incolor, o etileno com uma chama amarela brilhante e o acetileno com uma chama esfumaçada.

1. Todos os outros (que quiserem) resolvem um problema de qualidade na placa principal com suporte de classe:

Cartão 3.

Um cilindro contém metano e propeno. Como separar essa mistura? Escreva as reações apropriadas.

Responder . A água de bromo passa pela mistura gasosa:

O metano puro permanece como gás. O 1,2-dibromopropano resultante é tratado com zinco:

O propeno puro é liberado como gás.

Resolvendo problemas de cálculo.

1. Duas pessoas nos conselhos resolvem problemas usando cartões:

Cartão 1.

Cartão 2.

1. Uma pessoa e a turma resolvem um problema no quadro principal:

Cartão 3.

Quando 4,4 g de um hidrocarboneto desconhecido foram queimados, foram liberados 6,72 litros de dióxido de carbono e 7,2 g de água. Derive a fórmula deste hidrocarboneto se sua densidade relativa para o hidrogênio for 22.

Verificando soluções para problemas dos cartões 1 e 2.

4. Análise das notas da aula.

V. Trabalho de casa:repita tudo sobre o tema “Hidrocarbonetos” + resolva a cadeia de transformações: CO 2

CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 +HNO3 A

↓H2SO4

C6H5Cl

Cartão 1.

Dois recipientes contêm propano e propina. Identificar substâncias através de reações qualitativas, apoiadas em equações de reação.

Cartão 2.

Três recipientes contêm etano, eteno e etino. Como reconhecer qual gás está onde. Escreva as equações para as reações correspondentes.

Cartão 1.

Determine a fórmula molecular de um hidrocarboneto se souber que sua composição é 80% de carbono, 20% de hidrogênio e a densidade relativa do vapor no ar é 1,034.

Cartão 2.

Calcule a massa de álcool etílico 96% que pode ser obtida pela reação de hidratação do etileno com volume de 67,2 litros.

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Legendas dos slides:

Aula aberta de química no 10º ano Série genética de hidrocarbonetos. Generalização e sistematização do conhecimento

1. Repetir, generalizar e consolidar os conhecimentos e competências adquiridos no estudo deste tema; ser capaz de classificar hidrocarbonetos, comparar sua composição, estrutura, propriedades; estabelecer relações de causa e efeito (composição, estrutura, propriedades, aplicação). 2. Ser capaz de elaborar equações de reações químicas que revelem as relações genéticas entre hidrocarbonetos de diversas séries homólogas. Lições objetivas:

Quaisquer objetos e fenômenos naturais são estudados em sua inter-relação. Dentre os diversos tipos de conexões, podem-se destacar aquelas que indicam o que é primário e o que é secundário, como alguns objetos ou fenômenos dão origem a outros. Esses tipos de conexões são chamados de genéticos. Existe uma ligação genética entre séries homólogas de hidrocarbonetos, que se revela no processo de transformação mútua dessas substâncias.

Tópico da aula “Relação genética de hidrocarbonetos, álcoois, aldeídos e cetonas” Objectivo Desenvolver a capacidade de compilar fórmulas estruturais utilizando esta informação. Desenvolver a habilidade de implementar cadeias de transformações de substâncias orgânicas. Aprofundar o conhecimento da classificação e nomenclatura das substâncias orgânicas.

Programa de atividades “Elaboração da fórmula estrutural de uma substância a partir desta informação” 1) Traduzir esta informação para a linguagem dos diagramas. 2) Adivinhe a classe de conexão. 3) Estabeleça a classe do composto e sua fórmula estrutural. 4) Escreva as equações para as reações que ocorrem.

Programa de atividades: “Implementação de cadeias de transformações” 1). Numere as reações químicas. 2).Determine e rotule a classe de cada substância na cadeia de transformações. 3).Analise a cadeia: A) Escreva as fórmulas dos reagentes e condições de reação acima da seta; B) Abaixo da seta, escreva as fórmulas dos produtos adicionais com sinal de menos. 4).Escreva as equações de reação: A) Organize os coeficientes; B) Nomeie os produtos da reação.

Classificação dos compostos orgânicos de acordo com a estrutura da cadeia de carbono 1. Dependendo da natureza do esqueleto de carbono, distinguem-se os compostos acíclicos (lineares e ramificados e cíclicos).Compostos acíclicos (alifáticos, não cíclicos) - compostos que possuem uma estrutura aberta cadeias de carbono lineares ou ramificadas são freqüentemente chamadas de normais.Compostos cíclicos - compostos contendo moléculas fechadas no ciclo CA

Classificação de átomos de carbono individuais Nos próprios esqueletos de carbono, é costume classificar os átomos de carbono individuais de acordo com o número de átomos de carbono quimicamente ligados a eles. Se um determinado átomo de carbono estiver conectado a um átomo de carbono, ele será denominado primário, sendo dois secundários, três terciários e quatro quaternários. Nos próprios esqueletos de carbono, costuma-se classificar os átomos de carbono individuais de acordo com o número de átomos de carbono quimicamente ligados a eles. Se um determinado átomo de carbono estiver conectado a um átomo de carbono, ele será denominado primário, sendo dois secundários, três terciários e quatro quaternários. Qual é o nome do átomo de carbono mostrado: Qual é o nome do átomo de carbono mostrado: a) dentro do círculo _________________; b) dentro do quadrado __________________; c) dentro do coração __________________; d) dentro do triângulo _________________;

Tópico: “Relação genética de hidrocarbonetos e seus derivados”.

Alvo:

considerar a relação genética entre tipos de hidrocarbonetos e classes de compostos orgânicos;

generalizar e sistematizar o conhecimento dos alunos sobre hidrocarbonetos e seus derivados com base em características comparativas das suas propriedades.

desenvolvimento do pensamento lógico, baseado na química dos hidrocarbonetos e seus derivados.

desenvolver habilidades de autoeducação entre os alunos.

Lições objetivas:

desenvolver nos alunos a capacidade de estabelecer metas e planejar suas atividades na aula;

desenvolver o pensamento lógico nos alunos (estabelecendo uma ligação genética entre diferentes classes de hidrocarbonetos, apresentando hipóteses sobre as propriedades químicas de substâncias orgânicas desconhecidas);

desenvolver nos alunos a capacidade de fazer comparações (usando o exemplo da comparação das propriedades químicas dos hidrocarbonetos);

desenvolver informação e competência cognitiva dos alunos;

desenvolver nos alunos a fala química, a capacidade de responder perguntas de maneira razoável,

desenvolver as habilidades de comunicação dos alunos, cultivar a capacidade de ouvir as respostas dos colegas.

Tipo de aula:

para fins didáticos - melhorar o conhecimento,

pelo método de organização - generalização.

Métodos:

verbal (conversa),

prático - elaboração de esquemas de transformação e sua implementação,

realizando trabalho independente.

Professor:

Química orgânica- a ciência das substâncias vitais.
Os hidrocarbonetos são de grande importância para as indústrias modernas, a tecnologia e a vida cotidiana das pessoas. Essas substâncias, tanto individualmente quanto na forma de misturas naturais (gás, petróleo, carvão), servem como matéria-prima para a produção de dezenas de milhares de compostos orgânicos mais complexos, trazendo calor e luz às nossas casas.

Apresentação multimídia

As substâncias orgânicas ocupam um lugar muito importante em nossas vidas. Hoje são mais de 20 milhões. Sem eles, muitas coisas familiares desapareceriam da vida cotidiana: produtos de plástico e borracha, produtos químicos domésticos, cosméticos. Todos os dias, mais e mais novas substâncias são sintetizadas. É impossível saber tudo sobre tudo. Mas é possível compreender as leis básicas que se aplicam na transformação de substâncias orgânicas.

Os desenvolvimentos de nossos cientistas russos - N.D. Zelinsky, V.V. Markovnikov, B.A. Kazansky, M.G. Kucherov - são de grande importância.

Professor:
Quais classes de hidrocarbonetos você conhece, nomeie-as imediatamente com a fórmula geral.

Tabela “Classificação de substâncias”

Responda às perguntas:

Professor:

Como os diferentes tipos de hidrocarbonetos diferem em composição?

Alunos(número de átomos de hidrogênio)

Professor:

Que reações devem ser realizadas para obter outra a partir de um tipo de hidrocarboneto?

Alunos:

(Reações de hidrogenação ou desidrogenação.

É assim que a maioria das transições pode ser realizada; no entanto, este método de produção de hidrocarbonetos não é universal. As setas no diagrama indicam hidrocarbonetos que podem ser convertidos diretamente uns nos outros em uma reação).

Professor:

Esquematicamente é assim:

Exercício: Para consolidar o material estudado, realize diversas cadeias de transformação. Determine o tipo de cada reação:

Professor: Você sabe que existe uma relação genética não apenas entre os hidrocarbonetos, mas também entre seus derivados - substâncias orgânicas contendo oxigênio, obtidas em escala industrial a partir de produtos do processamento de petróleo, gás e carvão. Vamos identificar essa relação usando o exemplo das cadeias de transformação:

Trabalho dos alunos na lousa interativa.

Isto permite a síntese direcionada de compostos específicos usando uma série de reações químicas necessárias (cadeia de transformações)

Fragmento de uma história em vídeo.

Tarefa: elaborar equações de reação, indicar as condições de ocorrência e tipo de reações.

Conclusão: Hoje na aula - a partir do exemplo da ligação genética de substâncias orgânicas de diferentes séries homológicas, vimos e provamos com a ajuda de transformações - a unidade da unidade material do mundo.

Trabalho de casa:

Resolver um problema: Dados 2 moles de álcool etílico.

Quanto é formada 1 linha - gramas de dibromoetano;
Linha 2 – litros de dióxido de carbono
3ª linha – grama de etilenoglicol;

Revise tópicos sobre homologia e isomerismo: crie fórmulas para um e dois isômeros da composição.

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Diapositivo 2

A relação entre classes de substâncias é expressa por cadeias genéticas

• A série genética é a implementação de transformações químicas, como resultado das quais substâncias de uma classe podem ser obtidas a partir de substâncias de outra classe.
• Para realizar transformações genéticas, você precisa saber:
• classes de substâncias;
• nomenclatura de substâncias;
• propriedades das substâncias;
• tipos de reações;
• reações nominais, por exemplo a síntese de Wurtz:

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Abstrato

O que é nano?

.�

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Demonstração de um videoclipe.

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O que é nano?

As novas tecnologias são o que movem a humanidade no seu caminho para o progresso.�

As metas e objetivos deste trabalho são ampliar e aprimorar o conhecimento dos alunos sobre o mundo ao seu redor, novas conquistas e descobertas. Formação de habilidades de comparação e generalização. A capacidade de destacar o principal, desenvolver o interesse criativo, cultivar a independência na busca de material.

O início do século 21 é marcado pela nanotecnologia, que combina biologia, química, TI e física.

Nos últimos anos, o ritmo do progresso científico e tecnológico começou a depender do uso de objetos de tamanho nanométrico criados artificialmente. Substâncias e objetos com tamanho de 1 a 100 nm criados com base neles são chamados de nanomateriais, e os métodos de sua produção e uso são chamados de nanotecnologias. A olho nu, uma pessoa pode ver um objeto com diâmetro de aproximadamente 10 mil nanômetros.

No seu sentido mais lato, a nanotecnologia é investigação e desenvolvimento a nível atómico, molecular e macromolecular numa escala de tamanho de um a cem nanómetros; a criação e utilização de estruturas, dispositivos e sistemas artificiais que, devido ao seu tamanho ultrapequeno, possuem propriedades e funções significativamente novas; manipulação da matéria na escala de distância atômica.

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As tecnologias determinam a qualidade de vida de cada um de nós e o poder do estado em que vivemos.

A Revolução Industrial, que começou na indústria têxtil, estimulou o desenvolvimento das tecnologias de comunicação ferroviária.

Posteriormente, o crescimento do transporte de diversas mercadorias tornou-se impossível sem novas tecnologias automotivas. Assim, cada nova tecnologia provoca o nascimento e o desenvolvimento de tecnologias relacionadas.

O atual período em que vivemos é chamado de revolução científica e tecnológica ou revolução da informação. O início da revolução da informação coincidiu com o desenvolvimento das tecnologias informáticas, sem as quais a vida da sociedade moderna já não é imaginável.

O desenvolvimento da tecnologia informática sempre esteve associado à miniaturização de elementos de circuitos eletrônicos. Atualmente, o tamanho de um elemento lógico (transistor) de um circuito de computador é de cerca de 10-7 m, e os cientistas acreditam que a miniaturização adicional dos elementos do computador só é possível quando tecnologias especiais chamadas “nanotecnologia” são desenvolvidas.

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Traduzido do grego, a palavra “nano” significa anão, gnomo. Um nanômetro (nm) equivale a um bilionésimo de metro (10-9 m). Um nanômetro é muito pequeno. Um nanômetro é o mesmo número de vezes menor que um metro que a espessura de um dedo é menor que o diâmetro da Terra. A maioria dos átomos tem um diâmetro de 0,1 a 0,2 nm e a espessura das fitas de DNA é de cerca de 2 nm. O diâmetro dos glóbulos vermelhos é de 7.000 nm e a espessura de um fio de cabelo humano é de 80.000 nm.

A figura mostra uma variedade de objetos da esquerda para a direita em ordem crescente de tamanho - do átomo ao sistema solar. O homem já aprendeu a se beneficiar de objetos de diversos tamanhos. Podemos dividir os núcleos dos átomos para produzir energia atômica. Ao realizar reações químicas, obtemos novas moléculas e substâncias com propriedades únicas. Com a ajuda de ferramentas especiais, o homem aprendeu a criar objetos - desde a cabeça de um alfinete até enormes estruturas visíveis até do espaço.

Mas se você olhar a figura com atenção, notará que há uma faixa bastante grande (em escala logarítmica) onde os cientistas não põem os pés há muito tempo - entre cem nanômetros e 0,1 nm. A nanotecnologia terá que trabalhar com objetos que variam em tamanho de 0,1 nm a 100 nm. E há todos os motivos para acreditar que podemos fazer o nanomundo trabalhar para nós.

As nanotecnologias usam as mais recentes conquistas da química, física e biologia.

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Pesquisas recentes provaram que no Antigo Egito a nanotecnologia era usada para tingir o cabelo de preto. Para tanto foi utilizada uma pasta de cal Ca(OH)2, óxido de chumbo e água. Durante o processo de tingimento, foram obtidas nanopartículas de sulfeto de chumbo (galena) a partir da interação com o enxofre, que faz parte da queratina, o que garantiu um tingimento uniforme e estável

O Museu Britânico abriga a "Taça de Licurgo" (as paredes da taça retratam cenas da vida deste grande legislador espartano), feita por antigos artesãos romanos - contém partículas microscópicas de ouro e prata adicionadas ao vidro. Sob iluminação diferente, a xícara muda de cor - de vermelho escuro para dourado claro. Tecnologias semelhantes foram usadas para criar vitrais em catedrais europeias medievais.

Atualmente, os cientistas comprovaram que os tamanhos dessas partículas variam de 50 a 100 nm.

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Em 1661, o químico irlandês Robert Boyle publicou um artigo no qual criticava a afirmação de Aristóteles de que tudo na Terra consiste em quatro elementos - água, terra, fogo e ar (base filosófica dos fundamentos da então alquimia, química e física). Boyle argumentou que tudo consiste em “corpúsculos” - partes ultrapequenas que, em diferentes combinações, formam diversas substâncias e objetos. Posteriormente, as ideias de Demócrito e Boyle foram aceitas pela comunidade científica.

Em 1704, Isaac Newton sugeriu explorar o mistério dos corpúsculos;

Em 1959, o físico americano Richard Feynman disse: “Por enquanto somos forçados a usar as estruturas atômicas que a natureza nos oferece”. “Mas, em princípio, um físico poderia sintetizar qualquer substância de acordo com uma determinada fórmula química.”

Em 1959, Norio Taniguchi usou pela primeira vez o termo “nanotecnologia”;

Em 1980, Eric Drexler usou o termo.

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Richard Phillips Feyman (1918-1988) notável físico americano. Um dos criadores da eletrodinâmica quântica. Vencedor do Prêmio Nobel de Física em 1965.

A famosa palestra de Feynman, conhecida como “Ainda há muito espaço lá embaixo”, é agora considerada o ponto de partida na luta pela conquista do nanomundo. Foi lido pela primeira vez no Instituto de Tecnologia da Califórnia em 1959. A palavra “abaixo” no título da palestra significava “um mundo de dimensões muito pequenas”.

A nanotecnologia tornou-se um campo da ciência por direito próprio e um projeto técnico de longo prazo após a análise detalhada do cientista americano Eric Drexler no início dos anos 1980 e a publicação de seu livro Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology.

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Os primeiros dispositivos que permitiram observar nanoobjetos e movê-los foram os microscópios de sonda de varredura - um microscópio de força atômica e um microscópio de túnel de varredura operando com um princípio semelhante. A microscopia de força atômica (AFM) foi desenvolvida por Gerd Binnig e Heinrich Rohrer, que receberam o Prêmio Nobel por esta pesquisa em 1986.

Diapositivo 10

A base do AFM é uma sonda, geralmente feita de silício e representando uma fina placa cantilever (é chamada cantilever, da palavra inglesa “cantilever” - console, feixe). No final do cantilever há uma ponta muito afiada terminando em um grupo de um ou mais átomos. O material principal é silício e nitreto de silício.

Quando a microssonda se move ao longo da superfície da amostra, a ponta da ponta sobe e desce, delineando o microrrelevo da superfície, assim como uma caneta de gramofone desliza ao longo de um disco de gramofone. Na extremidade saliente do cantilever há uma área espelhada sobre a qual o feixe de laser incide e é refletido. Quando o pico desce e sobe nas irregularidades da superfície, o feixe refletido é desviado, e esse desvio é registrado por um fotodetector, e a força com a qual o pico é atraído para átomos próximos é registrada por um sensor piezoelétrico.

Os dados do fotodetector e do sensor piezoelétrico são usados ​​no sistema de feedback. Como resultado, é possível construir um relevo volumétrico da superfície da amostra em tempo real.

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Outro grupo de microscópios de sonda de varredura usa o chamado “efeito túnel” da mecânica quântica para construir o relevo da superfície. A essência do efeito túnel é que a corrente elétrica entre uma agulha de metal afiada e uma superfície localizada a uma distância de cerca de 1 nm começa a depender dessa distância - quanto menor a distância, maior a corrente. Se uma tensão de 10 V for aplicada entre a agulha e a superfície, então esta corrente de “túnel” pode variar de 10 pA a 10 nA. Medindo esta corrente e mantendo-a constante, a distância entre a agulha e a superfície também pode ser mantida constante. Isso permite construir um perfil volumétrico da superfície. Ao contrário de um microscópio de força atômica, um microscópio de tunelamento de varredura só pode estudar superfícies de metais ou semicondutores.

Um microscópio de tunelamento de varredura pode ser usado para mover qualquer átomo para um ponto escolhido pelo operador. Desta forma, é possível manipular átomos e criar nanoestruturas, ou seja, estruturas na superfície com dimensões da ordem de um nanômetro. Em 1990, os funcionários da IBM mostraram que isso era possível combinando o nome de sua empresa a partir de 35 átomos de xenônio em uma placa de níquel.

Um diferencial chanfrado adorna a página inicial do site do Instituto de Fabricação Molecular. Compilado por E. Drexler a partir de átomos de hidrogênio, carbono, silício, nitrogênio, fósforo, hidrogênio e enxofre com um número total de 8.298. Cálculos computacionais mostram que sua existência e funcionamento não contradizem as leis da física.

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Aulas para alunos do liceu na turma de nanotecnologia da Universidade Estatal Pedagógica Russa em homenagem a A.I. Herzen.

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As nanoestruturas podem ser montadas não apenas a partir de átomos individuais ou moléculas individuais, mas também a partir de blocos moleculares. Tais blocos ou elementos para a criação de nanoestruturas são o grafeno, os nanotubos de carbono e os fulerenos.

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1985 Richard Smalley, Robert Curl e Harold Kroteau descobriram os fulerenos e foram capazes de medir pela primeira vez um objeto de 1 nm de tamanho.

Fulerenos são moléculas compostas por 60 átomos dispostos em forma de esfera. Em 1996, um grupo de cientistas recebeu o Prêmio Nobel.

Demonstração de um videoclipe.

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O alumínio com uma pequena adição (não mais que 1%) de fulereno adquire a dureza do aço.

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O grafeno é uma folha única e plana de átomos de carbono ligados entre si para formar uma rede, cada célula parecendo um favo de mel. A distância entre os átomos de carbono mais próximos no grafeno é de cerca de 0,14 nm.

As bolas de luz são átomos de carbono, e as hastes entre elas são as ligações que prendem os átomos na folha de grafeno.

Diapositivo 17

O grafite, do qual são feitas as grafites normais, é uma pilha de folhas de grafeno. Os grafenos na grafite são muito mal ligados e podem deslizar uns pelos outros. Portanto, se você passar grafite sobre papel, a folha de grafeno em contato com ele se separa do grafite e permanece no papel. Isso explica por que o grafite pode ser usado para escrever.

Diapositivo 18

Os dendrímeros são um dos caminhos para o nanomundo na direção “de baixo para cima”.

Polímeros semelhantes a árvores são nanoestruturas que variam em tamanho de 1 a 10 nm, formadas pela combinação de moléculas com uma estrutura ramificada. A síntese de dendrímeros é uma das nanotecnologias que está intimamente relacionada à química de polímeros. Como todos os polímeros, os dendrímeros são compostos de monômeros e as moléculas desses monômeros possuem uma estrutura ramificada.

Cavidades preenchidas com a substância na presença da qual os dendrímeros foram formados podem se formar dentro do dendrímero. Se um dendrímero for sintetizado em uma solução contendo qualquer medicamento, então esse dendrímero se tornará uma nanocápsula com esse medicamento. Além disso, as cavidades dentro do dendrímero podem conter substâncias marcadas radioativamente, usadas para diagnosticar várias doenças.

Diapositivo 19

Em 13% dos casos, as pessoas morrem de câncer. Esta doença mata cerca de 8 milhões de pessoas em todo o mundo todos os anos. Muitos tipos de câncer ainda são considerados incuráveis. A investigação científica mostra que a nanotecnologia pode ser uma ferramenta poderosa na luta contra esta doença. Dendrímeros – cápsulas com veneno para células cancerígenas

As células cancerígenas precisam de grandes quantidades de ácido fólico para se dividirem e crescerem. Portanto, as moléculas de ácido fólico aderem muito bem à superfície das células cancerígenas e, se a camada externa dos dendrímeros contiver moléculas de ácido fólico, esses dendrímeros aderirão seletivamente apenas às células cancerígenas. Com a ajuda de tais dendrímeros, as células cancerígenas podem se tornar visíveis se algumas outras moléculas estiverem ligadas à casca dos dendrímeros, brilhando, por exemplo, sob luz ultravioleta. Ao anexar uma droga que mata as células cancerígenas à camada externa do dendrímero, é possível não apenas detectá-las, mas também matá-las.

Segundo os cientistas, com a ajuda da nanotecnologia será possível incorporar sensores microscópicos nas células sanguíneas humanas que alertam para o aparecimento dos primeiros sinais de desenvolvimento de doenças.

Diapositivo 20

Os pontos quânticos já são uma ferramenta conveniente para os biólogos verem várias estruturas dentro das células vivas. As várias estruturas celulares são igualmente transparentes e incolores. Portanto, se você olhar uma célula através de um microscópio, não verá nada além de suas bordas. Para tornar visíveis certas estruturas celulares, foram criados pontos quânticos de diferentes tamanhos que podem aderir a estruturas intracelulares específicas.

Os menores, de cor verde, foram colados a moléculas capazes de aderir aos microtúbulos que compõem o esqueleto interno da célula. Os pontos quânticos de tamanho médio podem aderir às membranas do aparelho de Golgi, e os maiores podem aderir ao núcleo da célula. A célula é mergulhada em uma solução contendo todos esses pontos quânticos e mantida nela por algum tempo, eles penetram em seu interior e aderem onde podem. Depois disso, a célula é enxaguada em uma solução que não contém pontos quânticos e sob microscópio. As estruturas celulares tornaram-se claramente visíveis.

Vermelho – núcleo; verde – microtúbulos; amarelo – aparelho de Golgi.

Diapositivo 21

O dióxido de titânio, TiO2, é o composto de titânio mais comum na Terra. Seu pó tem uma cor branca deslumbrante e por isso é utilizado como corante na produção de tintas, papéis, cremes dentais e plásticos. A razão é um índice de refração muito alto (n=2,7).

O óxido de titânio TiO2 tem atividade catalítica muito forte - acelera a ocorrência de reações químicas. Na presença de radiação ultravioleta, divide as moléculas de água em radicais livres - grupos hidroxila OH- e ânions superóxido O2- de tão alta atividade que os compostos orgânicos se decompõem em dióxido de carbono e água.

A atividade catalítica aumenta com a diminuição do tamanho das partículas, por isso são utilizadas para purificar a água, o ar e diversas superfícies de compostos orgânicos, que geralmente são prejudiciais aos seres humanos.

Os fotocatalisadores podem ser incluídos no concreto das rodovias, o que melhorará o ambiente ao redor das estradas. Além disso, propõe-se adicionar pó destas nanopartículas ao combustível automóvel, o que também deverá reduzir o teor de impurezas nocivas nos gases de escape.

Uma película de nanopartículas de dióxido de titânio aplicada ao vidro é transparente e invisível aos olhos. No entanto, esse vidro, quando exposto à luz solar, é capaz de se autolimpar de contaminantes orgânicos, transformando qualquer sujeira orgânica em dióxido de carbono e água. O vidro tratado com nanopartículas de óxido de titânio não apresenta manchas de gordura e, portanto, é bem umedecido pela água. Como resultado, esse vidro embaça menos, pois as gotas de água se espalham imediatamente pela superfície do vidro e formam uma fina película transparente.

O dióxido de titânio deixa de funcionar em espaços fechados porque... Praticamente não há ultravioleta na luz artificial. No entanto, os cientistas acreditam que alterando ligeiramente a sua estrutura será possível torná-lo sensível à parte visível do espectro solar. Com base nessas nanopartículas, será possível fazer um revestimento, por exemplo, para vasos sanitários, com o qual o conteúdo de bactérias e outros produtos orgânicos nas superfícies dos vasos sanitários poderá ser reduzido várias vezes.

Devido à sua capacidade de absorver a radiação ultravioleta, o dióxido de titânio já é utilizado na fabricação de protetores solares, como cremes. Os fabricantes de cremes começaram a utilizá-lo na forma de nanopartículas, tão pequenas que conferem transparência quase absoluta ao protetor solar.

Diapositivo 22

Nanograss autolimpante e “efeito lótus”

A nanotecnologia permite criar uma superfície semelhante a um micropincel de massagem. Essa superfície é chamada de nanograss e consiste em muitos nanofios paralelos (nanobastões) do mesmo comprimento, localizados a uma distância igual uns dos outros.

Uma gota de água caindo sobre a nanograss não consegue penetrar entre as nanograss, pois isso é impedido pela alta tensão superficial do líquido.

Para diminuir ainda mais a molhabilidade da nanograss, sua superfície é coberta com uma fina camada de algum polímero hidrofóbico. E então não só a água, mas também quaisquer partículas nunca grudam na nanograss, porque toque nele apenas em alguns pontos. Portanto, partículas de sujeira que se encontram em uma superfície coberta com nanovilos caem sozinhas ou são carregadas por gotas de água rolantes.

A autolimpeza de uma superfície felpuda de partículas de sujeira é chamada de “efeito lótus”, porque As flores e folhas de lótus são puras mesmo quando a água ao redor está turva e suja. Isso acontece porque as folhas e flores não são molhadas pela água, então gotas d'água rolam delas como bolas de mercúrio, sem deixar vestígios e lavando toda a sujeira. Mesmo gotas de cola e mel não conseguem permanecer na superfície das folhas de lótus.

Descobriu-se que toda a superfície das folhas de lótus é densamente coberta por microespinhas com cerca de 10 mícrons de altura, e as próprias espinhas, por sua vez, são cobertas por microvilosidades ainda menores. A pesquisa mostrou que todas essas microespinhas e vilosidades são feitas de cera, que é conhecida por ter propriedades hidrofóbicas, fazendo com que a superfície das folhas de lótus pareça nanograma. É a estrutura espinhal da superfície das folhas de lótus que reduz significativamente sua molhabilidade. Para efeito de comparação: a superfície relativamente lisa de uma folha de magnólia, que não tem capacidade de autolimpeza.

Assim, a nanotecnologia permite criar revestimentos e materiais autolimpantes que também possuem propriedades repelentes à água. Os materiais feitos com esses tecidos permanecem sempre limpos. Já estão sendo produzidos pára-brisas autolimpantes, cuja superfície externa é coberta por nanovilosidades. Não há nada que os limpadores possam fazer nesse tipo de vidro. Existem à venda aros permanentemente limpos para rodas de carro que se autolimpam usando o “efeito lótus”, e agora você pode pintar a parte externa de sua casa com tinta que não grude sujeira.

A partir de poliéster revestido com muitas pequenas fibras de silício, os cientistas suíços conseguiram criar um material à prova d'água.

Diapositivo 23

Nanofios são fios com diâmetro da ordem de um nanômetro, feitos de metal, semicondutor ou dielétrico. O comprimento dos nanofios pode muitas vezes exceder o seu diâmetro em 1000 vezes ou mais. Portanto, os nanofios são frequentemente chamados de estruturas unidimensionais, e seu diâmetro extremamente pequeno (cerca de 100 tamanhos atômicos) possibilita a manifestação de vários efeitos da mecânica quântica. Nanofios não existem na natureza.

As propriedades elétricas e mecânicas únicas dos nanofios criam os pré-requisitos para seu uso em futuros dispositivos nanoeletrônicos e nanoeletromecânicos, bem como como elementos de novos materiais compósitos e biossensores.

Diapositivo 24

Ao contrário dos transistores, a miniaturização das baterias ocorre muito lentamente. O tamanho das baterias galvânicas, reduzido a uma unidade de potência, diminuiu apenas 15 vezes nos últimos 50 anos, e o tamanho do transistor durante o mesmo tempo diminuiu mais de 1000 vezes e agora é de cerca de 100 nm. Sabe-se que o tamanho de um circuito eletrônico autônomo muitas vezes é determinado não pelo seu preenchimento eletrônico, mas pelo tamanho da fonte de corrente. Além disso, quanto mais inteligente for a eletrônica do dispositivo, maior será a bateria necessária. Portanto, para uma maior miniaturização dos dispositivos eletrônicos, é necessário desenvolver novos tipos de baterias. E aqui novamente a nanotecnologia ajuda

Em 2005, a Toshiba criou um protótipo de bateria de íons de lítio, cujo eletrodo negativo foi revestido com nanocristais de titanato de lítio, e como resultado a área do eletrodo aumentou várias dezenas de vezes. A nova bateria é capaz de ganhar 80% de sua capacidade em apenas um minuto de carregamento, enquanto as baterias convencionais de íons de lítio carregam a uma taxa de 2-3% por minuto e levam uma hora para carregar totalmente.

Além da alta velocidade de recarga, as baterias contendo eletrodos de nanopartículas têm vida útil prolongada: após 1.000 ciclos de carga/descarga, apenas 1% de sua capacidade é perdida, e a vida útil total das baterias novas é superior a 5 mil ciclos. Além disso, estas baterias podem funcionar a temperaturas até -40°C, perdendo apenas 20% da sua carga contra 100% das baterias modernas típicas já a -25°C.

Desde 2007, estão à venda baterias com eletrodos feitos de nanopartículas condutoras, que podem ser instaladas em veículos elétricos. Estas baterias de iões de lítio são capazes de armazenar energia até 35 kWh, carregando até à capacidade máxima em apenas 10 minutos. Já a autonomia de um carro elétrico com essas baterias é de 200 km, mas já foi desenvolvido o próximo modelo dessas baterias, que permite aumentar a autonomia de um carro elétrico para 400 km, o que é quase comparável à autonomia máxima dos carros a gasolina. (de reabastecimento em reabastecimento).

Diapositivo 25

Para que uma substância entre em reação química com outra, são necessárias certas condições e, muitas vezes, não é possível criar tais condições. Portanto, um grande número de reações químicas existe apenas no papel. Para realizá-las são necessários catalisadores - substâncias que facilitam a reação, mas dela não participam.

Os cientistas descobriram que a superfície interna dos nanotubos de carbono também possui grande atividade catalítica. Eles acreditam que quando uma folha de “grafite” de átomos de carbono é enrolada em um tubo, a concentração de elétrons em sua superfície interna diminui. Isto explica a capacidade da superfície interna dos nanotubos de enfraquecer, por exemplo, a ligação entre os átomos de oxigênio e carbono na molécula de CO, tornando-se um catalisador para a oxidação de CO em CO2.

Para combinar a capacidade catalítica dos nanotubos de carbono e dos metais de transição, nanopartículas deles foram introduzidas dentro dos nanotubos (descobriu-se que este nanocomplexo de catalisadores é capaz de lançar uma reação que só foi sonhada - a síntese direta de álcool etílico a partir da síntese gás (uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio) obtido a partir de gás natural, carvão e até biomassa.

Na verdade, a humanidade sempre tentou experimentar a nanotecnologia, mesmo sem saber. Aprendemos sobre isso no início de nosso conhecimento, ouvimos o conceito de nanotecnologia, conhecemos a história e os nomes dos cientistas que possibilitaram dar um salto qualitativo no desenvolvimento da tecnologia, conhecemos as próprias tecnologias, e até ouvi a história da descoberta dos fulerenos do descobridor, o ganhador do Prêmio Nobel Richard Smalley.

As tecnologias determinam a qualidade de vida de cada um de nós e o poder do estado em que vivemos.

O desenvolvimento adicional desta direção depende de você.

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“Metano” - Primeiros socorros para asfixia grave: retirar a vítima da atmosfera nociva. Metano. As concentrações são frequentemente expressas em partes por milhão ou bilhão. A história da detecção de metano atmosférico é curta. O aumento do metano e do trifluoreto de nitrogênio na atmosfera terrestre está causando preocupação. O papel do metano nos processos ambientais é extremamente importante.

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Misturas de gases obtidas a partir de gases associados. Gás natural. Misturas gasosas naturais de hidrocarbonetos. Origem do petróleo. Portanto, os hidrocarbonetos saturados contêm o número máximo de átomos de hidrogênio na molécula. 1. Conceito de alcanos 2. Fontes naturais 3. Petróleo como fonte 4. Gás natural. Fontes naturais.

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