Lakang padulong sa nanotechnology

Liboan ka tuig kanhi, ang mga tawo nahibulong kon unsa ang gama sa palibot nga mga lawas. Lainlain ang mga tubag. Sa karaang Gresya, ang mga siyentipiko nagpahayag sa opinyon nga ang tanang mga lawas naglangkob sa gagmay nga dili mabahin nga mga elemento, nga gitawag nila og mga atomo. Unsa ka gamay ang wala nila mapakita. Sulod sa pipila ka mga siglo, ang mga panglantaw sa mga Griyego nagpabilin lamang nga mga pangagpas. Gibalik sila kanila sa ika-XNUMX nga siglo, kung ang mga eksperimento gihimo aron mabanabana ang gidak-on sa mga molekula ug mga atomo.

Usa sa makasaysayanon nga mahinungdanon nga mga eksperimento, nga nagpaposible sa pagkalkulo sa gidak-on sa partikulo, gihimo Ang Ingles nga siyentipiko nga si Lord Rayleigh. Tungod kay kini yano nga buhaton ug sa samang higayon makapakombinsir kaayo, atong sulayan nga balikon kini sa balay. Dayon kita mobalik ngadto sa duha ka laing mga eksperimento nga magtugot kanato sa pagkat-on sa pipila sa mga kabtangan sa mga molekula.

Unsa ang mga gidak-on sa particle?

bugas. 1. Usa ka paagi sa pag-andam ug syringe alang sa pagbutang ug solusyon sa lana sa gikuha nga gasolina niini; p - poxylina,

c - syringe

Atong sulayan pagtubag kini nga pangutana pinaagi sa paghimo sa mosunod nga eksperimento. Gikan sa usa ka 2 cm nga syringe³ kuhaa ang plunger ug selyohan ang outlet niini gamit ang Poxiline aron hingpit nga mapuno ang tubo sa outlet nga gituyo alang sa pagsal-ot sa dagom (Fig. 1). Naghulat kami pipila ka minuto hangtod nga ang Poxilina mogahi. Kung mahitabo kini, ibubo sa syringe mga 0,2 cm³ makaon nga lana ug irekord kini nga kantidad. Kini ang gidaghanon sa lana nga gigamit._o. Pun-a ang nahabilin nga gidaghanon sa syringe sa gasolina. Pagsagol sa duha ka likido gamit ang wire hangtod makuha ang homogenous nga solusyon ug ayohon ang syringe nga patayo sa bisan unsang holder.

Dayon ibubo ang mainit nga tubig sa planggana aron ang giladmon niini 0,5-1 cm. Gamita ang mainit nga tubig, apan dili init, aron dili makita ang pagtaas sa alisngaw. Giguyod namo ang usa ka papel nga gilis sa ibabaw sa tubig sa makadaghang higayon nga tangential niini aron malimpyohan ang nawong sa random nga pollen.

Nagkolekta kami og gamay nga sinagol nga lana ug gasolina ngadto sa dropper ug gimaneho ang dropper sa tunga sa sudlanan nga adunay tubig. Hinay-hinay nga pagpindot sa eraser, among ihulog ang gamay nga tinulo kutob sa mahimo sa ibabaw sa tubig. Ang usa ka tinulo sa usa ka sinagol nga lana ug gasolina mokaylap sa tanan nga direksyon sa ibabaw sa tubig ug mahimong usa ka nipis kaayo nga layer nga adunay gibag-on nga katumbas sa usa ka diametro sa partikulo sa ilawom sa labing paborableng mga kondisyon - ang gitawag nga monomolecular layer. Human sa pipila ka panahon, kasagaran pipila ka minuto, ang gasolina moalisngaw (gipadali sa pagsaka sa temperatura sa tubig), nga magbilin ug monomolecular oil layer sa ibabaw (Fig. 2). Ang resulta nga layer kasagaran adunay porma sa usa ka lingin nga adunay diametro nga pipila ka sentimetro o labaw pa.

bugas. 2. Monomolecular layer sa lana sa ibabaw sa tubig

m - pelvis, c - tubig, o - lana, D - pormasyon diametro, g - pormasyon gibag-on

(gidak-on sa partikulo sa lana)

Among gipadan-ag ang nawong sa tubig pinaagi sa pagdirekta sa usa ka silaw sa kahayag gikan sa flashlight nga diagonal ngadto niini. Tungod niini, ang mga utlanan sa layer mas makita. Dali natong mahibaw-an ang gibanabanang diyametro niini D gikan sa usa ka ruler nga gikuptan sa ibabaw lang sa tubig. Nahibal-an kini nga diyametro, mahimo naton makalkulo ang lugar sa layer S gamit ang pormula alang sa lugar sa usa ka lingin:

Kung nahibal-an namon kung unsa ang gidaghanon sa lana V₁ nga anaa sa tinulo nga tinulo, unya ang diyametro sa molekula sa lana d dali nga makalkulo, nga nagtuo nga ang lana natunaw ug nahimong usa ka lut-od nga adunay nawong nga S, i.e.:

Pagkahuman sa pagtandi sa mga pormula (1) ug (2) ug usa ka yano nga pagbag-o, nakakuha kami usa ka pormula nga nagtugot kanamo sa pagkalkulo sa gidak-on sa usa ka partikulo sa lana:

Ang labing kadali, apan dili ang labing tukma nga paagi aron mahibal-an ang volume V₁ mao ang pagsusi kon pila ka tulo ang makuha gikan sa kinatibuk-ang gidaghanon sa sagol nga anaa sa syringe ug bahinon ang gidaghanon sa lana Vo nga gigamit niini nga numero. Aron mahimo kini, among kolektahon ang sagol sa usa ka pipette ug paghimo og mga tinulo, naningkamot nga himoon kini nga parehas nga gidak-on sama sa dihang kini ihulog sa ibabaw sa tubig. Gibuhat namo kini hangtud nga ang tibuok nga sagol mahurot.

Ang usa ka mas tukma, apan mas makagugol sa panahon nga pamaagi mao ang balik-balik nga paghulog sa usa ka tinulo sa lana sa ibabaw sa tubig, pagkuha og monomolecular nga layer sa lana ug pagsukod sa diametro niini. Siyempre, sa dili pa himoon ang matag lut-od, ang gigamit nga tubig ug lana kinahanglang ibubo gikan sa planggana ug ibubo nga limpyo. Gikan sa mga sukod nga nakuha, ang arithmetic mean gikalkulo.

Pag-ilis sa nakuha nga mga kantidad sa pormula (3), ayaw kalimti ang pag-convert sa mga yunit ug ipahayag ang ekspresyon sa metro (m) ug V₁ sa metro kubiko (m³). Kuhaa ang gidak-on sa partikulo sa metro. Kini nga gidak-on magdepende sa matang sa lana nga gigamit. Mahimong sayop ang resulta tungod sa gipasimple nga mga pangagpas nga gihimo, ilabina tungod kay ang layer dili monomolecular ug nga ang mga gidak-on sa droplet dili kanunay pareho. Sayon nga makita nga ang pagkawala sa usa ka monomolecular layer modala ngadto sa usa ka sobra nga pagtantiya sa bili sa d. Ang naandan nga gidak-on sa mga partikulo sa lana anaa sa han-ay sa 10^-8-10^-9 m. Block 10^-9 m gitawag nanometer ug sagad gigamit sa nag-uswag nga natad nga nailhan nga nanoteknolohiya.

"Nawala" nga gidaghanon sa likido

bugas. 3. Ang disenyo sa liquid shrinkage test vessel;

g - transparent nga plastik nga tubo, p - polyoxylin, l - ruler,

t - transparent nga tape

Ang mosunod nga duha ka eksperimento magtugot kanato sa paghinapos nga ang mga molekula sa lain-laing mga lawas adunay lain-laing mga porma ug gidak-on. Alang sa una, guntinga ang duha ka piraso sa transparent nga plastik nga tubo, pareho nga 1-2 cm ang internal nga diyametro ug 30 cm ang gitas-on.Ang matag piraso sa tubo gipapilit sa daghang piraso sa adhesive tape sa ngilit sa usa ka separado nga ruler atbang sa timbangan (Fig. 3). Isira ang ubos nga tumoy sa mga hose gamit ang poxylin plugs. Pag-ayo sa duha nga mga magmamando nga adunay gipapilit nga mga hose sa usa ka bertikal nga posisyon. Ibubo ang igo nga tubig sa usa sa mga hose aron mahimo ang usa ka kolum nga mga katunga sa gitas-on sa hose, ingnon ta ang 14 cm.Ibubo ang parehas nga kantidad sa ethyl alcohol sa ikaduhang test tube.

Karon mangutana kita, unsa ang gitas-on sa kolum sa sinagol nga duha ka likido? Atong sulayan nga makakuha og tubag kanila sa eksperimento. Ibubo ang alkohol sa hose sa tubig ug sukda dayon ang taas nga lebel sa likido. Among markahan kini nga lebel gamit ang waterproof marker sa hose. Dayon isagol ang duha ka likido gamit ang wire ug susiha pag-usab ang lebel. Unsay atong namatikdan? Kini nahimo nga kini nga lebel mikunhod, i.e. ang gidaghanon sa sagol mas ubos kay sa gidaghanon sa mga volume sa mga sangkap nga gigamit sa paghimo niini. Kini nga panghitabo gitawag nga liquid volume contraction. Ang pagkunhod sa gidaghanon kasagaran pipila ka porsyento.

Pagpasabot sa modelo

Aron ipasabut ang epekto sa compression, magpahigayon kami usa ka eksperimento sa modelo. Ang mga molekula sa alkohol niini nga eksperimento irepresentar sa mga lugas sa pea, ug ang mga molekula sa tubig mahimong mga liso sa poppy. Ibubo ang dagko nga mga gisantes nga mga 0,4 m ang gitas-on sa una, pig-ot, transparent nga pinggan, pananglitan, usa ka taas nga garapon. Dayon ibubo namo ang mga liso sa poppy ngadto sa usa ka sudlanan nga adunay mga gisantes ug gamiton ang usa ka magmamando aron sukdon ang gitas-on diin maabot ang pinakataas nga lebel sa mga lugas. Gimarkahan namon kini nga lebel sa usa ka marker o usa ka pharmaceutical rubber band sa sudlanan (litrato 1b). Isira ang sudlanan ug i-uyog kini sa makadaghang higayon. Gibutang namon sila nga patayo ug gisusi kung unsa ang gitas-on nga naabot karon sa taas nga lebel sa sagol nga lugas. Kini nahimo nga mas ubos kaysa sa wala pa isagol (litrato 1c).

Gipakita sa eksperimento nga pagkahuman sa pagsagol, ang gagmay nga mga liso sa poppy nagpuno sa mga libre nga mga wanang taliwala sa mga gisantes, ingon usa ka sangputanan diin ang kinatibuk-ang gidaghanon nga giokupar sa sagol nga mikunhod. Ang susamang sitwasyon mahitabo sa dihang magsagol sa tubig sa alkohol ug uban pang mga likido. Ang ilang mga molekula anaa sa tanang gidak-on ug porma. Ingon nga resulta, ang gagmay nga mga partikulo nagpuno sa mga kal-ang tali sa dagkong mga partikulo ug ang gidaghanon sa likido mikunhod.

Litrato 1. Ang mosunod nga mga hugna sa pagtuon sa modelo sa compression:

a) beans ug poppy seeds sa lain nga mga sudlanan,

b) mga lugas human sa pagpaagas, c) pagkunhod sa gidaghanon sa mga lugas human sa pagsagol

Modernong mga implikasyon

Karon nahibal-an na kaayo nga ang tanan nga mga lawas sa atong palibot gilangkoban sa mga molekula, ug kana, sa baylo, gilangkoban sa mga atomo. Ang mga molekula ug mga atomo anaa sa kanunay nga random nga paglihok, ang gikusgon niini nagdepende sa temperatura. Salamat sa modernong mga mikroskopyo, ilabina sa scanning tunneling microscope (STM), ang indibiduwal nga mga atomo maobserbahan. Ang mga pamaagi nahibal-an usab nga naggamit sa usa ka atomic force microscope (AFM-), nga nagtugot kanimo sa tukma nga paglihok sa indibidwal nga mga atomo ug paghiusa kanila ngadto sa mga sistema nga gitawag mga nanostructure. Ang epekto sa compression usab adunay praktikal nga mga implikasyon. Kinahanglan natong tagdon kini sa dihang mopili sa gidaghanon sa pipila ka mga likido nga gikinahanglan aron makuha ang usa ka sinagol nga gikinahanglan nga gidaghanon. Kinahanglan nimong tagdon kini, lakip. sa produksyon sa vodkas, nga, ingon sa imong nahibal-an, mao ang mga sagol nga nag-una sa ethyl alkohol (alkohol) ug tubig, tungod kay ang gidaghanon sa mga resulta nga ilimnon mahimong ubos pa kay sa gidaghanon sa mga volume sa mga sagol.