Нанотехнологи руу алх

Хэдэн мянган жилийн өмнө хүмүүс эргэн тойрон дахь цогцосууд юунаас бүтдэгийг гайхдаг байв. Хариултууд нь янз бүр байв. Эртний Грекд эрдэмтэд бүх бие нь атом гэж нэрлэгддэг жижиг хуваагдашгүй элементүүдээс бүрддэг гэж үздэг. Тэд хичнээн бага зүйлийг зааж өгсөнгүй. Хэдэн зууны турш Грекчүүдийн үзэл бодол зөвхөн таамаглал хэвээр байв. Тэдгээрийг XNUMX-р зуунд молекул, атомын хэмжээг тооцоолох туршилт хийх үед тэдэнд буцааж өгсөн.

Бөөмийн хэмжээг тооцоолох боломжтой болсон түүхэн ач холбогдолтой туршилтуудын нэгийг хийсэн Английн эрдэмтэн Лорд Рэйли. Гүйцэтгэх нь энгийн бөгөөд нэгэн зэрэг маш үнэмшилтэй тул гэртээ давтаж үзье. Дараа нь бид молекулуудын зарим шинж чанарыг судлах боломжтой өөр хоёр туршилт руу шилждэг.

Бөөмийн хэмжээ хэд вэ?

Цагаан будаа. 1. Олборлосон бензинд газрын тосны уусмал хийх тариур бэлтгэх арга; p - poxylina,

в - тариур

Дараах туршилтыг хийснээр энэ асуултад хариулахыг хичээцгээе. 2 см-ийн тариураас³ бүлүүрийг салгаж, гаралтын хэсгийг Поксилинаар битүүмжилж, зүү оруулах зориулалттай гаралтын хоолойг бүрэн дүүргэнэ (Зураг 1). Poxilina хатуурах хүртэл бид хэдэн минут хүлээнэ. Энэ тохиолдолд тариур руу 0,2 см орчим хийнэ³ хүнсний тос ба энэ утгыг тэмдэглэ. Энэ нь ашигласан тосны хэмжээ юм._o. Тариурын үлдсэн эзэлхүүнийг бензинээр дүүргэнэ. Нэг төрлийн уусмал авах хүртэл хоёр шингэнийг утсаар хольж, тариурыг аль ч тавиур дээр босоо байдлаар бэхлэнэ.

Дараа нь сав руу бүлээн ус асгаж, гүн нь 0,5-1 см байх ёстой.Бүлээн ус хэрэглээрэй, гэхдээ халуун биш, ингэснээр нэмэгдэж буй уур харагдахгүй болно. Бид усны гадаргууг санамсаргүй тоосноос цэвэрлэхийн тулд цаасан туузыг хэд хэдэн удаа шүргэгчээр чирдэг.

Бид дусаагуурт бага зэрэг тос, бензиний хольц цуглуулж, дусаагуурыг савны төвөөр усаар дамжуулдаг. Баллуур дээр зөөлөн дарснаар бид усны гадаргуу дээр аль болох бага дусал дуслаарай. Газрын тос, бензиний холимог дусал нь усны гадаргуу дээгүүр бүх чиглэлд тархаж, хамгийн таатай нөхцөлд нэг ширхэгийн диаметртэй тэнцэх зузаантай маш нимгэн давхарга үүсгэдэг. мономолекул давхарга. Хэсэг хугацааны дараа, ихэвчлэн хэдэн минутын дараа бензин уурших болно (усны температурын өсөлтөөр хурдасч), гадаргуу дээр газрын тосны мономолекул давхарга үлдэнэ (Зураг 2). Үүссэн давхарга нь ихэвчлэн хэдэн см ба түүнээс дээш диаметртэй тойрог хэлбэртэй байдаг.

Цагаан будаа. 2. Усны гадаргуу дээрх газрын тосны мономолекулын давхарга

m – аарцаг, в – ус, o – тос, D – давхаргын диаметр, g – давхаргын зузаан

(газрын тосны ширхэгийн хэмжээ)

Бид гар чийдэнгийн гэрлийн цацрагийг диагональ дээр чиглүүлж усны гадаргууг гэрэлтүүлдэг. Үүнээс шалтгаалан давхаргын хил хязгаар илүү тод харагдаж байна. Бид усны гадаргаас дээш байрлуулсан захирагчаас D диаметрийг хялбархан тодорхойлж чадна. Энэ диаметрийг мэдсэнээр бид тойргийн талбайн томъёог ашиглан S давхаргын талбайг тооцоолж болно.

Хэрэв бид газрын тосны эзэлхүүнийг мэддэг байсан бол V₁ унасан дусалд агуулагдах бол газрын тосны молекулын диаметрийг d хялбархан тооцоолж болох бөгөөд энэ нь тос хайлж, S гадаргуутай давхарга үүсгэсэн гэж үзвэл, өөрөөр хэлбэл:

Томъёо (1) ба (2) харьцуулж, энгийн хувиргалт хийсний дараа бид газрын тосны ширхэгийн хэмжээг тооцоолох боломжийг олгодог томъёог олж авна.

V хэмжээг тодорхойлох хамгийн хялбар, гэхдээ хамгийн зөв биш арга₁ Энэ нь тариурт агуулагдах хольцын нийт эзэлхүүнээс хэдэн дусал авч болохыг шалгаж, ашигласан тосны Vo-ийн эзэлхүүнийг энэ тоонд хуваах явдал юм. Үүнийг хийхийн тулд бид хольцыг пипеткээр цуглуулж, дусал үүсгэж, тэдгээрийг усны гадаргуу дээр буулгахтай ижил хэмжээтэй болгохыг хичээдэг. Бүх хольц дуусах хүртэл бид үүнийг хийдэг.

Илүү нарийвчлалтай, гэхдээ илүү их цаг хугацаа шаардсан арга бол усны гадаргуу дээр нэг дусал тосыг дахин дахин дусааж, нэг молекулын тосны давхаргыг олж авч, диаметрийг нь хэмжих явдал юм. Мэдээжийн хэрэг, давхарга бүрийг хийхээс өмнө өмнө нь хэрэглэж байсан ус, тосыг савнаас асгаж, цэвэрхэн цутгах ёстой. Хүлээн авсан хэмжилтээс арифметик дундажийг тооцоолно.

Хүлээн авсан утгыг томьёо (3) болгон орлуулахдаа нэгжийг хөрвүүлж, илэрхийллийг метр (м) ба V-ээр илэрхийлэхээ бүү мартаарай.₁ шоо метрээр (м³). Бөөмийн хэмжээг метрээр авна уу. Энэ хэмжээ нь ашигласан тосны төрлөөс хамаарна. Хялбаршуулсан таамаглалуудаас, ялангуяа давхарга нь мономолекул биш, дуслын хэмжээ үргэлж ижил байдаггүй тул үр дүн нь алдаатай байж магадгүй юм. Мономолекулын давхарга байхгүй нь d-ийн утгыг хэтрүүлэн үнэлэхэд хүргэдэг гэдгийг харахад хялбар байдаг.Тосны хэсгүүдийн ердийн хэмжээ нь 10-ийн хүрээнд байдаг.^-8-10^-9 м 10-р блок^-9 м гэж нэрлэдэг нанометр гэж нэрлэгддэг үсрэнгүй хөгжиж буй салбарт ихэвчлэн ашиглагддаг нанотехнологи.

Шингэний "алга болсон" эзэлхүүн

Цагаан будаа. 3. Шингэн агшилтын туршилтын савны загвар;

g - тунгалаг хуванцар хоолой, p - полиоксилин, l - захирагч,

t - ил тод соронзон хальс

Дараах хоёр туршилт нь янз бүрийн биеийн молекулууд өөр өөр хэлбэр, хэмжээтэй байдаг гэж дүгнэх боломжийг бидэнд олгоно. Эхнийхийг хийхийн тулд дотоод диаметр нь 1-2 см, 30 см урттай хоёр ширхэг тунгалаг хуванцар хоолойг хайчилж, хоолой бүрийг хуваарийн эсрэг талд байрлах тусдаа захирагчийн ирмэг дээр хэд хэдэн наалдамхай туузаар наасан байна (Зураг 3). 14). Хоолойн доод үзүүрийг поксилин залгуураар хаа. Хоёр захирагчийг босоо байрлалд наасан хоолойгоор засна. Хоолойн аль нэг рүү нь хангалттай ус хийнэ, хоолойны тал орчим урттай, XNUMX см урттай багана хийнэ.Хоёр дахь туршилтын хоолойд ижил хэмжээний этилийн спирт хийнэ.

Одоо бид хоёр шингэний хольцын баганын өндөр ямар байх вэ гэж асууж байна. Тэдэнд туршилтаар хариулт авахыг хичээцгээе. Усны хоолой руу архи хийнэ, шингэний дээд түвшинг нэн даруй хэмжинэ. Бид энэ түвшинг хоолой дээр ус үл нэвтрэх тэмдэглэгээгээр тэмдэглэнэ. Дараа нь хоёр шингэнийг утсаар хольж, түвшинг дахин шалгана. Бид юу анзаарах вэ? Энэ түвшин буурсан нь харагдаж байна, өөрөөр хэлбэл. хольцын эзэлхүүн нь түүнийг үйлдвэрлэхэд ашигласан найрлагын эзлэхүүний нийлбэрээс бага байна. Энэ үзэгдлийг шингэний эзэлхүүний агшилт гэж нэрлэдэг. Эзлэхүүний бууралт нь ихэвчлэн хэдэн хувь байдаг.

Загварын тайлбар

Шахалтын нөлөөг тайлбарлахын тулд бид загвар туршилт хийх болно. Энэ туршилтын архины молекулууд нь вандуйн үр тариа, усны молекулууд нь намуу цэцгийн үр байх болно. 0,4 м өндөртэй том ширхэгтэй вандуйг эхний нарийн, ил тод таваг, жишээлбэл, өндөр саванд хийнэ. Намууны үрийг ижил өндөртэй хоёр дахь ижил төстэй саванд хийнэ (зураг 1a). Дараа нь бид намуу цэцгийн үрийг вандуйтай саванд хийнэ, үр тарианы дээд түвшинд хүрэх өндрийг захирагч ашиглан хэмжинэ. Бид энэ түвшинг саван дээрх маркер эсвэл эмийн резинэн туузаар тэмдэглэдэг (зураг 1b). Савыг хааж, хэд хэдэн удаа сэгсэрнэ. Бид тэдгээрийг босоо байдлаар байрлуулж, үр тарианы хольцын дээд түвшин ямар өндөрт хүрч байгааг шалгана. Энэ нь холихын өмнөхөөс доогуур байгаа нь харагдаж байна (зураг 1c).

Туршилтаас харахад жижиг намуу үр нь холилдсоны дараа вандуйн хоорондох чөлөөт зайг дүүргэж, үүний үр дүнд хольцын эзэлдэг нийт эзэлхүүн буурсан байна. Үүнтэй төстэй нөхцөл байдал нь усыг архи болон бусад шингэнтэй холих үед тохиолддог. Тэдний молекулууд нь бүх хэмжээ, хэлбэртэй байдаг. Үүний үр дүнд жижиг хэсгүүд нь том хэсгүүдийн хоорондын зайг дүүргэж, шингэний хэмжээ багасдаг.

Фото 1. Шахалтын загварыг судлах дараах үе шатууд:

а) буурцаг, намууны үрийг тус тусад нь саванд хийх;

б) урсгасны дараа үр тариа, в) холилдсоны дараа үр тарианы эзэлхүүнийг багасгах

Орчин үеийн үр дагавар

Бидний эргэн тойрон дахь бүх бие нь молекулуудаас бүрддэг бөгөөд тэдгээр нь атомуудаас бүрддэг гэдгийг өнөөдөр сайн мэддэг. Молекулууд болон атомууд хоёулаа тогтмол санамсаргүй хөдөлгөөнд байдаг бөгөөд хурд нь температураас хамаардаг. Орчин үеийн микроскопууд, ялангуяа сканнерийн туннелийн микроскопын (STM) ачаар атомуудыг тус тусад нь ажиглаж болно. Мөн атомын хүчний микроскопыг (AFM-) ашигладаг мэдэгдэж байгаа аргууд байдаг бөгөөд энэ нь бие даасан атомуудыг зөв хөдөлгөж, тэдгээрийг системд нэгтгэх боломжийг олгодог. нано бүтэц. Шахалтын нөлөө нь практик ач холбогдолтой. Шаардлагатай эзэлхүүний хольцыг авахад шаардлагатай тодорхой шингэний хэмжээг сонгохдоо бид үүнийг анхаарч үзэх хэрэгтэй. Та үүнийг анхаарч үзэх хэрэгтэй, үүнд. архи үйлдвэрлэхэд та бүхний мэдэж байгаагаар этилийн спирт (архи) ба усны холимог байдаг тул үүссэн ундааны хэмжээ нь найрлагын эзлэхүүний нийлбэрээс бага байх болно.