Passu versu a nanotecnologia

Migliaia di anni fà, a ghjente si dumandava di chì sò fatti i corpi circundanti. I risposti varianu. In a Grecia antica, i scientisti anu spressu l'opinione chì tutti i corpi sò custituiti da picculi elementi indivisibili, chì chjamanu atomi. Quantu pocu, ùn puderanu micca specificà. Per parechji seculi, i punti di vista di i Grechi fermanu solu ipotesi. Sò stati tornati à elli in u seculu XNUMX, quandu l'esperimenti sò stati realizati per stimà a dimensione di molécule è atomi.

Unu di l'esperimenti storicamenti significativu, chì hà permessu di calculà a dimensione di particella, hè statu realizatu U scientist inglese Lord Rayleigh. Siccomu hè simplice di realizà è à u stessu tempu assai cunvince, pruvemu di ripetiri in casa. Allora vultemu à dui altri esperimenti chì ci permettenu di amparà alcune di e proprietà di e molécule.

Chì sò e dimensioni di particelle?

Risu. 1. Un metudu di preparazione di una siringa per mette una suluzione d'oliu in gasoline extracted in questu; p - poxilina,

c - siringa

Pruvemu di risponde à sta quistione cunducendu l'esperimentu seguitu. Da una siringa di 2 cm³ sguassate u pistu è sigillate u so outlet cù Poxiline per ch'ellu omplissi cumplettamente u tubu di uscita destinatu à l'inserzione di l'agulla (Fig. 1). Aspittemu uni pochi di minuti finu à chì Poxilina indurisce. Quandu succede questu, pour in a siringa circa 0,2 cm³ oliu comestible è registrà stu valore. Questa hè a quantità di oliu utilizatu._o. Pienu u voluminu restante di a siringa cù gasoline. Imbulighjate i dui liquidi cù un filu finu à ottene una suluzione homogeneia è fissa a siringa verticalmente in ogni supportu.

Allora pour l'acqua calda in u bacinu in modu chì a so prufundità hè 0,5-1 cm. Aduprate acqua calda, ma micca calda, perchè u vapore rising ùn pò micca esse vistu. Trascinamu una striscia di carta longu à a superficia di l'acqua parechje volte tangentially à questu per pulizziari a superficia di u polline aleatoriu.

Raccogliemu una piccula mistura di oliu è benzina in u dropper è guidà u dropper à traversu u centru di u bastimentu cù l'acqua. Pressendu delicatamente nantu à a goccia, cademu una goccia quant'è pussibule nantu à a superficia di l'acqua. Una goccia di una mistura di oliu è gasoline si sparghjera largamente in tutte e direzzione nantu à a superficia di l'acqua è formanu una strata assai fina cù un grossu uguali à un diametru di particella in e cundizioni più favurevuli - u cusì chjamatu. strata monomolecular. Dopu qualchì tempu, di solitu uni pochi di minuti, a gasoline s'evaporarà (chì hè accelerata da l'aumentu di a temperatura di l'acqua), lascendu una capa d'oliu monomolecular nantu à a superficia (Fig. 2). A capa resultanti a più spessu a forma di un circhiu cù un diametru di parechji centimetri o più.

Risu. 2. Monomolecular capa d'oliu nantu à a superficia di l'acqua

m - pelvis, c - acqua, o - oliu, D - diametru di furmazione, d - gruixu di furmazione

(dimensione di particella d'oliu)

Illuminemu a superficia di l'acqua dirigendu un fasciu di luce da una linterna diagonalmente nantu à questu. Per via di questu, i cunfini di a capa sò più visibili. Pudemu facilmente determinà u so diametru apprussimativu D da un regnu tenutu ghjustu sopra à a superficia di l'acqua. Sapendu stu diametru, pudemu calculà l'area di a capa S cù a formula per l'area di un cerculu:

Se sapemu quale hè u voluminu di l'oliu V₁ contenue dans la goutte goutte, alors on pouvait facilement calculer le diamètre de la molécule d'huile, en supposant que l'huile ait fondu et qu'elle forme une couche de surface S, c'est-à-dire :

Dopu avè paragunatu e formule (1) è (2) è una trasfurmazioni simplice, avemu una formula chì ci permette di calculà a dimensione di una particella d'oliu:

A manera più faciule, ma micca a più precisa per determinà u voluminu V₁ hè di verificà quantu gocce pò esse ottinutu da u vulume tutali di u mischiu cuntenuti in a siringa è dividite u vulume di oliu Vo usatu da stu numeru. Per fà questu, cullemu a mistura in una pipetta è creanu gocce, circate di fà a stessa dimensione cum'è quandu sò falati nantu à a superficia di l'acqua. Facemu questu finu à chì tutta a mistura hè esaurita.

Un metudu più precisu, ma più tempu, hè di caccià ripetutamente una goccia d'oliu nantu à a superficia di l'acqua, ottene una capa monomolecular d'oliu è misurà u so diametru. Di sicuru, prima chì ogni capa hè fatta, l'acqua è l'oliu utilizati prima deve esse spulatu da u bacinu è purciatu puliti. Da e misurazioni ottenute, a media aritmetica hè calculata.

Sustituendu i valori ottenuti in a formula (3), ùn vi scurdate di cunvertisce l'unità è spressione l'espressione in metri (m) è V₁ in metri cubi (m³). Pigliate a dimensione di particella in metri. Sta dimensione dependerà di u tipu d'oliu utilizatu. U risultatu pò esse sbagliatu per via di l'assunzioni simplificanti fatte, in particulare perchè a capa ùn era micca monomolecular è chì e dimensioni di a goccia ùn sò micca sempre listessi. Hè facilitu per vede chì l'absenza di una capa monomolecular porta à una sopravvalutazione di u valore di d. E dimensioni abituale di particeddi d'oliu sò in a gamma di 10.^-8-10^-9 m. Blocu 10^-9 m hè chjamatu nanometru è hè spessu usatu in u campu di booming cunnisciutu cum'è nanotecnologia.

"Sparisce" volume di liquidu

Risu. 3. U disignu di u bastimentu di prova di shrinkage liquidu;

g - tubu di plastica trasparente, p - poxylin, l - regula,

t - cinta trasparente

I seguenti dui esperimenti permetteranu di cuncludi chì e molécule di diversi corpi anu diverse forme è dimensioni. Per fà u primu, tagliate dui pezzi di tubu di plastica trasparente, tramindui 1-2 cm in diametru internu è longu cm 30. Ogni pezzu di tubu hè pegatu cù parechji pezzi di cinta adhesiva à a riva di un regnu separatu oppostu à a scala (Fig. . 3). Chiudere l'estremità inferiori di i tubi cù tappi di poxylin. Fixà e duie regule cù tubi incollati in una pusizione verticale. Pour l'acqua abbastanza in una di e maniche per fà una colonna nantu à a mità di a lunghezza di a manguera, per dì 14 cm. Pour a listessa quantità di alcolu etilicu in u sicondu tubu di teste.

Avà dumandemu, quale serà l'altezza di a colonna di a mistura di i dui liquidi? Pruvemu di ottene una risposta per elli sperimentalmente. Pour l'alcohol in a manguera d'acqua è misura immediatamente u livellu superiore di u liquidu. Marcamu stu livellu cun un marcatore impermeable nantu à a manguera. Allora mischjà i dui liquidi cù un filu è verificate u nivellu di novu. Chì avemu notu ? Risulta chì stu livellu hè diminuitu, i.e. u vulume di a mistura hè menu di a summa di i volumi di l'ingredienti utilizati per pruduce. Stu fenominu hè chjamatu cuntrazzioni di u voluminu liquidu. A riduzzione di u voluminu hè di solitu un pocu per centu.

Spiegazione mudellu

Per spiegà l'effettu di cumpressione, faremu un esperimentu mudellu. Molécule d'alcohol in questu esperimentu seranu rapprisintati da graneddi di piselli, è e molécule d'acqua seranu sementi di papaveru. Pour piselli grossi nantu à 0,4 m d'altitudine in u primu platu strettu è trasparente, per esempiu, un vasu altu, Pour poppy seeds in u sicondu stessu vasu di a stessa altezza (foto 1a). Allora sguassate i graneddi di papaveru in un vasu cù piselli è utilizate una regula per misurà l'altitudine à quale u livellu superiore di graneddi righjunghji. Marcamu stu livellu cun un marcatore o una banda di gomma farmaceutica nantu à u bastimentu (foto 1b). Chiude u cuntinuu è scuzzulate parechje volte. Pudemu verticalmente è verificate à quale altezza u livellu superiore di a mistura di granu righjunghji avà. Risulta chì hè più bassu chè prima di mischjà (foto 1c).

L'esperimentu hà dimustratu chì, dopu à mischjà, i picculi poppy empianu i spazii liberi trà i piselli, per via di quale u voluminu tutale occupatu da a mistura diminuì. Una situazione simili si trova quandu si mischjà l'acqua cù l'alcohol è certi altri liquidi. E so molécule venenu in ogni forma è forma. In u risultatu, i particeddi più chjuchi riempianu i spazii trà e particeddi più grande è u voluminu di u liquidu hè ridutta.

Photo 1. I seguenti tappe di u studiu di u mudellu di cumpressione:

a) fagioli e semi di papavero in vasi separati,

b) graneddi dopu à sparghje, c) riduzzione di u voluminu di graneddi dopu mischjà

Implicazioni muderni

Oghje hè ben cunnisciutu chì tutti i corpi intornu à noi sò custituiti di molécule, è quelli, à u turnu, sò custituiti da atomi. E duie molécule è l'atomi sò in un muvimentu aleatoriu constante, a velocità di quale dipende di a temperatura. Grazie à i microscopi muderni, in particulare u microscopiu à scanning tunneling (STM), l'atomi individuali ponu esse osservati. Ci sò ancu metudi cunnisciuti chì utilizanu un microscopiu di forza atomica (AFM-), chì vi permette di trasfurmà accuratamente l'atomi individuali è cunghjuntà in sistemi chjamati. nanostrutture. L'effettu di cumpressione hà ancu implicazioni pratiche. Avemu da piglià in contu quandu selezziunate a quantità di certi liquidi necessarii per ottene una mistura di u voluminu necessariu. Duvete piglià in contu, incl. in a pruduzzione di vodkas, chì, cum'è sapete, sò mischii di principarmenti alcolu etilicu (alcohol) è acqua, postu chì u voluminu di a bevanda resultanti serà menu di a summa di i volumi di l'ingredienti.