Nanoteknologiaren bidean urratsa
Edukia
Duela milaka urte inguruko gorputzak zertaz osatuta zeuden galdetzen zuen jendeak. Erantzunak askotarikoak ziren. Antzinako Grezian, zientzialariek gorputz guztiak elementu zatiezin txikiz osatuta daudela adierazi zuten, atomo deitzen zietenak. Zein gutxi, ezin zuten zehaztu. Hainbat mendez, greziarren iritziak hipotesiak baino ez ziren izaten. XNUMX. mendean itzuli zitzaizkien, molekulen eta atomoen tamaina kalkulatzeko esperimentuak egin zirenean.
Historikoki esanguratsua den esperimentuetako bat egin zen, partikulen tamainak kalkulatzea ahalbidetu zuena Lord Rayleigh zientzialari ingelesa. Ematen erraza denez eta aldi berean oso sinesgarria denez, saia gaitezen etxean errepikatzen. Ondoren, molekulen propietate batzuk ezagutzeko aukera emango duten beste bi esperimentuetara jotzen dugu.
Zeintzuk dira partikulen tamainak?
Arroza. 1. Erauzitako gasolinan olio-soluzio bat bertan sartzeko xiringa bat prestatzeko metodoa; p - poxilina,
c - xiringa
Saia gaitezen galdera honi erantzuten hurrengo esperimentua eginez. 2 cm-ko xiringa batetik3 kendu plotaia eta ixtea bere irteera Poxilinez, orratza sartzeko xedea den irteera-hodia guztiz bete dezan (1. irudia). Minutu batzuk itxarongo ditugu Poxilina gogortu arte. Hori gertatzen denean, xiringa sartu 0,2 cm inguru3 olio jangarria eta erregistratu balio hori. Hau da erabilitako olio kantitatea.o. Bete xiringaren gainerako bolumena gasolinaz. Nahastu bi likidoak alanbre batekin disoluzio homogeneoa lortu arte eta finkatu xiringa bertikalki edozein euskarritan.
Ondoren, isuri ur epela arrora, bere sakonera 0,5-1 cm-koa izan dadin.Ur epela erabili, baina ez beroa, gora egiten duen lurruna ikus ez dadin. Paper-zerrenda bat arrastatuko dugu uraren gainazalean hainbat aldiz harekin tangentzialki ausazko polenaren gainazala garbitzeko.
Olio eta gasolina nahasketa apur bat biltzen dugu tantatxoan eta tantaka ontziaren erdialdetik pasatzen dugu urarekin. Goma-goma leunki sakatuz, ahalik eta tanta txikiena botatzen dugu uraren gainazalean. Petrolio eta gasolinaren nahasketa tanta bat norabide guztietan zabalduko da uraren gainazalean eta oso geruza mehe bat osatuko da, partikula baten diametroa duen lodiera duen baldintza onenetan - deitzen dena. geruza monomolekularra. Denbora pixka bat igaro ondoren, normalean minutu batzuk, gasolina lurrundu egingo da (uraren tenperaturaren igoerak bizkortzen du), olio-geruza monomolekular bat utziz gainazalean (2. irudia). Sortzen den geruzak gehienetan zenbait zentimetro edo gehiagoko diametroa duen zirkulu baten forma du.
Arroza. 2. Olio-geruza monomolekularra uraren gainazalean
m - pelbisa, c - ura, o - olioa, D - eraketa-diametroa, d - eraketaren lodiera
(olioaren partikulen tamaina)
Uraren gainazala argiztatzen dugu linterna baten argi izpi bat diagonalean harantz zuzenduz. Hori dela eta, geruzaren mugak ikusgaiagoak dira. Erraz zehaztu dezakegu bere gutxi gorabeherako diametroa D uraren gainazalean dagoen erregela batetik. Diametro hori ezagututa, S geruzaren azalera kalkula dezakegu zirkulu baten azaleraren formula erabiliz:
V olioaren bolumena zein den jakingo bagenu1 erortzen den tantaren barruan, orduan d olio molekularen diametroa erraz kalkula zitekeen, olioa urtu eta S gainazaleko geruza bat osatu zuela suposatuz, hau da:
(1) eta (2) formulak eta transformazio sinple bat alderatu ondoren, olio-partikula baten tamaina kalkulatzeko aukera ematen duen formula bat lortzen dugu:
V bolumena zehazteko modurik errazena, baina ez zehatzena1 xiringak daukan nahastearen bolumen osotik zenbat tanta lor daitezkeen egiaztatzea da eta erabilitako Vo olio-bolumena zenbaki honekin zatitzea da. Horretarako, nahasketa pipeta batean bildu eta tantak sortzen ditugu, uraren gainazalean botatzen direnean tamaina berekoak izan nahian. Hau egiten dugu nahasketa osoa agortu arte.
Metodo zehatzagoa, baina denbora gehiago behar duena, olio tanta bat uraren gainazalean behin eta berriz botatzea, olio-geruza monomolekular bat lortzea eta haren diametroa neurtzea da. Jakina, geruza bakoitza egin aurretik, aurretik erabilitako ura eta olioa arrotik bota eta garbi bota behar dira. Lortutako neurketetatik batez besteko aritmetikoa kalkulatzen da.
Lortutako balioak (3) formulan ordezkatuz, ez ahaztu unitateak bihurtzea eta adierazpena metrotan (m) eta V-tan adieraztea.1 metro kubikotan (m3). Lortu partikulen tamaina metrotan. Tamaina hori erabilitako olio motaren araberakoa izango da. Emaitza okerra izan daiteke egindako hipotesi sinplifikatzaileengatik, batez ere geruza monomolekularra ez zelako eta tanta-tamainak beti berdinak ez zirelako. Erraz ikusten da geruza monomolekularrik ez izateak d-ren balioa gainestimatzea dakarrela.Olio-partikulen ohiko tamainak 10 bitartekoak dira.-8-10-9 m. 10. blokea-9 m deitzen da nanometroa eta sarritan erabiltzen da gora-beheran dagoen eremuan nanoteknologia.
"Desagertzen" den likidoaren bolumena
Arroza. 3. Uzkurtze likidoaren proba-ontziaren diseinua;
g - gardena, plastikozko hodi, p - poxilina, l - erregela,
t - zinta gardena
Ondorengo bi esperimentuek gorputz ezberdinetako molekulek forma eta tamaina desberdinak dituztela ondorioztatuko digute. Lehenengoa egiteko, moztu plastikozko tutu garden baten bi zati, biak 1-2 cm-ko barne-diametroa eta 30 cm-ko luzera.Hodi zati bakoitza hainbat zinta itsasgarri batekin itsasten da eskalaren parean dagoen erregela bereizi baten ertzean (Irudia). . 3). Itxi hodien beheko muturrak poxilinazko tapoiekin. Konpondu bi erregelak itsatsitako mahukekin posizio bertikalean. Bota ur nahikoa hodietako batean mahukaren luzeraren erdia inguruko zutabe bat egiteko, demagun 14 cm.. Isuri alkohol etiliko kopuru bera bigarren probetara.
Orain galdetzen dugu, zein izango da bi likidoen nahastearen zutabearen altuera? Saia gaitezen esperimentalki haiei erantzuna ematen. Bota alkohola ur-mahurrean eta berehala neurtu likidoaren goiko maila. Maila hau mahurrean iragazgaitza den errotulagailu batekin markatzen dugu. Ondoren, nahastu bi likidoak alanbre batekin eta egiaztatu berriro maila. Zer nabaritzen dugu? Maila hori jaitsi egin dela ematen du, alegia. nahastearen bolumena hura ekoizteko erabilitako osagaien bolumenen batura baino txikiagoa da. Fenomeno honi bolumen likidoaren uzkurdura deritzo. Bolumenaren murrizketa ehuneko gutxikoa izan ohi da.
Ereduaren azalpena
Konpresioaren efektua azaltzeko, esperimentu eredu bat egingo dugu. Esperimentu honetan alkohol molekulak ilar aleez irudikatuko dira, eta ur molekulak mitxoleta haziak izango dira. Bota 0,4 m-ko altuera duten ilarrak lehen plater estu eta gardenera, adibidez, pote altu batean.Bota mitxoleta haziak altuera bereko bigarren antzeko ontzira (argazkia 1a). Ondoren, mitxoleta haziak ilarrak dituen ontzi batera botako ditugu eta erregela bat erabiliko dugu aleen goiko mailara iristen den altuera neurtzeko. Maila hau ontzian errotulagailu edo goma farmazeutiko batekin markatzen dugu (1b argazkia). Itxi ontzia eta astindu hainbat aldiz. Bertikalean jartzen ditugu eta ale-nahastearen goiko maila zein altueraraino iristen den egiaztatzen dugu. Nahastu aurretik baino baxuagoa dela ematen du (1c argazkia).
Esperimentuak erakutsi zuen nahasketa egin ondoren, mitxoleta txikiek ilarren arteko espazio libreak betetzen zituztela, eta ondorioz, nahasketak hartzen zuen bolumen osoa gutxitu egin zen. Antzeko egoera gertatzen da ura alkoholarekin eta beste likido batzuekin nahastean. Haien molekulak tamaina eta forma guztietakoak dira. Ondorioz, partikula txikiagoek partikula handien arteko hutsuneak betetzen dituzte eta likidoaren bolumena murrizten da.
1. argazkia. Konpresio-ereduaren azterketaren fase hauek:
a) babarrunak eta mitxoleta haziak ontzi bereizietan,
b) aleak isuri ondoren, c) aleen bolumena murriztea nahastu ondoren
Inplikazio modernoak
Gaur egun jakina da gure inguruko gorputz guztiak molekulek osatuta daudela, eta horiek, berriz, atomoz osatuta daudela. Molekulak zein atomoak etengabeko mugimendu aleatorioan daude, eta horren abiadura tenperaturaren araberakoa da. Mikroskopio modernoei esker, batez ere mikroskopio tunelezko mikroskopioari (STM), atomo indibidualak beha daitezke. Indar atomikoko mikroskopioa (AFM-) erabiltzen duten metodo ezagunak ere badaude, zeinak atomo indibidualak zehaztasunez mugitzeko eta horiek izeneko sistemetan konbinatzeko aukera ematen baitu. nanoegiturak. Konpresio-efektuak ondorio praktikoak ere baditu. Hori kontuan hartu behar dugu behar den bolumenaren nahasketa lortzeko beharrezkoa den likido jakin batzuen kantitatea hautatzerakoan. Kontuan hartu behar duzu, barne. vodken ekoizpenean, dakizuenez, batez ere alkohol etilikoaren (alkohola) eta uraren nahasketak dira, ondoriozko edariaren bolumena osagaien bolumenen batura baino txikiagoa izango baita.
