Nanotexnologiyaya doğru addım atın

Min illər əvvəl insanlar ətrafdakı cəsədlərin nədən ibarət olduğu ilə maraqlanırdılar. Cavablar müxtəlif idi. Qədim Yunanıstanda elm adamları bütün cisimlərin atomlar adlandırdıqları kiçik bölünməz elementlərdən ibarət olduğu fikrini ifadə etdilər. Nə qədər az olduğunu dəqiqləşdirə bilmədilər. Bir neçə əsrlər boyu yunanların fikirləri yalnız fərziyyə olaraq qaldı. XNUMX əsrdə molekulların və atomların ölçüsünü qiymətləndirmək üçün təcrübələr aparıldıqda onlara qaytarıldı.

Hissəcik ölçülərini hesablamağa imkan verən tarixi əhəmiyyətli təcrübələrdən biri həyata keçirildi İngilis alimi Lord Rayleigh. İcrası sadə və eyni zamanda çox inandırıcı olduğundan, evdə təkrarlamağa çalışaq. Sonra molekulların bəzi xüsusiyyətlərini öyrənməyə imkan verəcək iki başqa təcrübəyə müraciət edirik.

Hissəcik ölçüləri hansılardır?

düyü. 1. Çıxarılan benzinin içinə neft məhlulunun yerləşdirilməsi üçün şprisin hazırlanması üsulu; p - poxylin,

c - şpris

Gəlin aşağıdakı təcrübəni apararaq bu suala cavab verməyə çalışaq. 2 sm şprisdən³ pistonu çıxarın və onun çıxışını Poxiline ilə bağlayın ki, o, iynənin daxil edilməsi üçün nəzərdə tutulmuş çıxış borusunu tam doldursun (şək. 1). Poxilina sərtləşənə qədər bir neçə dəqiqə gözləyirik. Bu baş verdikdə, şprisə təxminən 0,2 sm tökün³ yemək yağı və bu dəyəri qeyd edin. Bu istifadə olunan yağ miqdarıdır._o. Şprisin qalan həcmini benzinlə doldurun. Homojen bir məhlul alınana qədər hər iki mayeni tel ilə qarışdırın və şprisi istənilən tutacaqda şaquli şəkildə bərkidin.

Sonra hövzəyə ilıq su tökün ki, onun dərinliyi 0,5-1 sm olsun.İlıq su istifadə edin, amma isti deyil ki, yüksələn buxar görünməsin. Təsadüfi polen səthini təmizləmək üçün bir kağız zolağı suyun səthi boyunca bir neçə dəfə ona doğru sürükləyirik.

Damcıya bir az neft və benzin qarışığı yığırıq və damcıyı su ilə gəminin ortasından keçirik. Silgiyə yumşaq bir şəkildə basaraq, suyun səthinə mümkün qədər kiçik bir damla düşürük. Neft və benzin qarışığının bir damcısı suyun səthində bütün istiqamətlərdə geniş yayılacaq və ən əlverişli şəraitdə qalınlığı bir hissəcik diametrinə bərabər olan çox nazik təbəqə meydana gətirəcəkdir - sözdə monomolekulyar təbəqə. Müəyyən bir müddətdən sonra, adətən bir neçə dəqiqədən sonra benzin buxarlanacaq (bu, suyun temperaturunun artması ilə sürətlənir), səthdə monomolekulyar yağ təbəqəsi qalır (şək. 2). Yaranan təbəqə ən çox diametri bir neçə santimetr və ya daha çox olan bir dairə şəklinə malikdir.

düyü. 2. Suyun səthində yağın monomolekulyar təbəqəsi

m – çanaq, c – su, o – neft, D – lay diametri, d – lay qalınlığı

(yağ hissəciklərinin ölçüsü)

Fənərdən bir işıq şüasını diaqonal olaraq ona yönəltməklə suyun səthini işıqlandırırıq. Bunun sayəsində təbəqənin sərhədləri daha çox görünür. Biz onun təxmini diametrini D-ni suyun səthindən bir qədər yuxarıda saxlanılan hökmdardan asanlıqla müəyyən edə bilərik. Bu diametrini bilməklə, bir dairənin sahəsi üçün düsturdan istifadə edərək S təbəqəsinin sahəsini hesablaya bilərik:

Əgər bilsəydik ki, neftin həcmi nə qədərdir V₁ Düşən damcı ehtiva edərsə, neft molekulunun diametrini asanlıqla hesablamaq olar, belə ki, neft əriyib və S səthi olan təbəqə əmələ gətirir, yəni:

(1) və (2) düsturlarını və sadə bir çevrilməni müqayisə etdikdən sonra yağ hissəciklərinin ölçüsünü hesablamağa imkan verən düstur əldə edirik:

V həcmini təyin etməyin ən asan, lakin ən dəqiq yolu deyil₁ şprisdə olan qarışığın ümumi həcmindən neçə damcı alına biləcəyini yoxlamaq və istifadə olunan yağın həcmini bu rəqəmə bölməkdir. Bunu etmək üçün qarışığı bir pipetkaya yığırıq və damcılar yaradırıq, onları suyun səthinə atdıqları zaman eyni ölçüdə etməyə çalışırıq. Bütün qarışıq tükənənə qədər bunu edirik.

Daha dəqiq, lakin daha çox vaxt aparan üsul, suyun səthinə dəfələrlə bir damla neft atmaq, monomolekulyar yağ təbəqəsi almaq və onun diametrini ölçməkdir. Təbii ki, hər bir təbəqə düzəldilməzdən əvvəl əvvəllər istifadə olunan su və yağ hövzədən tökülməlidir və təmiz tökülməlidir. Alınan ölçmələrdən arifmetik orta hesablanır.

Alınan dəyərləri düstur (3) ilə əvəz edərək, vahidləri çevirməyi və ifadəni metr (m) və V ilə ifadə etməyi unutmayın.₁ kubmetrlə (m³). Hissəcik ölçüsünü metrlə əldə edin. Bu ölçü istifadə olunan yağın növündən asılı olacaq. Nəticə edilən sadələşdirici fərziyyələrə, xüsusən də təbəqənin monomolekulyar olmadığına və damcı ölçülərinin həmişə eyni olmadığına görə səhv ola bilər. Monomolekulyar təbəqənin olmamasının d qiymətinin həddindən artıq qiymətləndirilməsinə səbəb olduğunu görmək asandır.Neft hissəciklərinin adi ölçüləri 10 diapazonundadır.^-810-^-9 m Blok 10^-9 m deyilir nanometr kimi tanınan sürətlə inkişaf edən sahədə tez-tez istifadə olunur nanotexnologiya.

Mayenin "yoxa gedən" həcmi

düyü. 3. Maye büzülmə sınaq qabının konstruksiyası;

g - şəffaf, plastik boru, p - poxylin, l - hökmdar,

t - şəffaf lent

Aşağıdakı iki təcrübə müxtəlif cisimlərin molekullarının müxtəlif forma və ölçülərə malik olduğu qənaətinə gəlməyə imkan verəcək. Birincisini etmək üçün həm daxili diametri 1-2 sm, həm də uzunluğu 30 sm olan şəffaf plastik borudan iki ədəd kəsin.Hər bir boru parçası bir neçə parça yapışan lentlə şkala qarşı tərəfdəki ayrı bir hökmdarın kənarına yapışdırılır (Şəkil 3). 14). Şlanqların aşağı uclarını poxylin tıxacları ilə bağlayın. Hər iki hökmdarı şaquli vəziyyətdə yapışqan şlanqlarla düzəldin. Şlanqlardan birinə kifayət qədər su tökün ki, şlanqın təxminən yarısı uzunluğunda sütun düzəldin, deyək ki, XNUMX sm.İkinci sınaq borusuna eyni miqdarda etil spirti tökün.

İndi soruşuruq ki, hər iki mayenin qarışığının sütununun hündürlüyü nə qədər olacaq? Onlara eksperimental olaraq cavab almağa çalışaq. Su hortumuna spirt tökün və dərhal mayenin yuxarı səviyyəsini ölçün. Bu səviyyəni hortumda suya davamlı markerlə qeyd edirik. Sonra hər iki mayeni tel ilə qarışdırın və səviyyəni yenidən yoxlayın. Nə fərq edirik? Belə çıxır ki, bu səviyyə azalıb, yəni. qarışığın həcmi onun istehsalında istifadə olunan inqrediyentlərin həcmlərinin cəmindən azdır. Bu fenomen maye həcminin daralması adlanır. Həcmdə azalma adətən bir neçə faizdir.

Model izahatı

Sıxılma effektini izah etmək üçün bir model eksperimenti aparacağıq. Bu təcrübədə spirt molekulları noxud dənələri, su molekulları isə haşhaş toxumu ilə təmsil olunacaq. Birinci, dar, şəffaf qaba, məsələn, hündür bankaya təxminən 0,4 m hündürlükdə iri dənəli noxudları tökün, eyni hündürlükdə ikinci oxşar qaba haşhaş toxumlarını tökün (şəkil 1a). Sonra noxud olan bir qaba haşhaş toxumu tökürük və taxılların yuxarı səviyyəsinin çatdığı hündürlüyü ölçmək üçün bir hökmdardan istifadə edirik. Bu səviyyəni gəmidə bir marker və ya əczaçılıq rezin bantla qeyd edirik (şəkil 1b). Konteyneri bağlayın və bir neçə dəfə silkələyin. Onları şaquli olaraq qoyduq və taxıl qarışığının yuxarı səviyyəsinin indi hansı hündürlüyə çatdığını yoxlayırıq. Məlum oldu ki, qarışdırmadan əvvəl daha aşağıdır (şəkil 1c).

Təcrübə göstərdi ki, qarışdırıldıqdan sonra kiçik haşhaş toxumları noxudlar arasındakı boş yerləri doldurur, nəticədə qarışığın tutduğu ümumi həcm azalır. Suyu spirt və bəzi digər mayelərlə qarışdırarkən oxşar vəziyyət yaranır. Onların molekulları hər ölçüdə və formada olur. Nəticədə, daha kiçik hissəciklər daha böyük hissəciklər arasındakı boşluqları doldurur və mayenin həcmi azalır.

Şəkil 1. Sıxılma modelinin öyrənilməsinin aşağıdakı mərhələləri:

a) ayrı qablarda lobya və xaşxaş toxumu,

b) töküldükdən sonra taxıllar, c) qarışdırıldıqdan sonra taxılların həcminin azalması

Müasir təsirlər

Bu gün hamıya məlumdur ki, bizi əhatə edən bütün cisimlər molekullardan, onların da öz növbəsində atomlardan ibarətdir. Həm molekullar, həm də atomlar sürəti temperaturdan asılı olan daimi təsadüfi hərəkətdədirlər. Müasir mikroskoplar, xüsusilə skan edən tunel mikroskopu (STM) sayəsində ayrı-ayrı atomları müşahidə etmək mümkündür. Ayrı-ayrı atomları dəqiq şəkildə hərəkət etdirməyə və onları adlandırılan sistemlərdə birləşdirməyə imkan verən atom qüvvəsi mikroskopundan (AFM-) istifadə edən məlum üsullar da var. nanostrukturlar. Sıxılma effektinin praktiki təsiri də var. Lazımi həcmdə qarışığı əldə etmək üçün lazım olan müəyyən mayelərin miqdarını seçərkən bunu nəzərə almalıyıq. Onu nəzərə almalısınız, o cümlədən. bildiyiniz kimi, əsasən etil spirti (spirt) və suyun qarışıqları olan araqların istehsalında, çünki nəticədə alınan içkinin həcmi inqrediyentlərin həcmlərinin cəmindən az olacaqdır.