Что такое нанотехнологии химия 8 класс
Нанотехнологии в химии
Нанотехнологии благодаря недавним открытиям ученых получают все большее распространение, и вполне вероятно, что в скором времени они будут внедрены в жизнь каждого человека на Земле. Одним из таких революционных открытий является наноалмаз. Это особая форма материи, получаемая при синтезе карбида кремния с газами хлора и водорода. Ранее такую реакцию удавалось получать лишь в специальных капсулах в результате синтеза сверхвысокого давления и плазмы большой температуры. Теперь же все станет намного проще, так как ученые из Иллинойса во главе с Юрием Гогоци нашли новый, более доступный способ добывания искусственных алмазов, что открывает новые перспективы применения нанотехнологий в науке и технике.
Так, синтез наноалмазов позволяет создавать объекты, на которых при минимально занятом пространстве можно хранить максимальные объемы памяти, например, десятки тысяч Тбайт. Действие происходит по принципу средоточия магнитного поля в специальном кольце, созданном из проводников электричества. Ток проходит через конструкцию, приводя ее в действие. Для создания функции записи или удаления образуется еще одно магнитное поле. Устройства, которые будут работать по данной технологии, имеют ряд преимуществ, так как при небольших габаритах обладают очень высокой производительностью.
Также ученые научились создавать жидкие наноалмазы путем специального химического взрыва: кристаллы преобразуются в особые гидроэлементы, получая ряд новых способностей и свойств. Таким образом, они могут быть использованы в самых разных отраслях науки. Например, ученые уже сейчас делают первые шаги для того, чтобы применять такие частицы в лечении самых сложных заболеваний. Одним из таких заболеваний является рак. Так чем же могут помочь наноалмазы в лечении столь безнадежных случаев? Ответ прост: благодаря их многокристальной структуре и микроскопическим размерам они действуют как транспортеры лекарственных препаратов, доставляя их точно в цель. Эти структуры не токсичны и, в отличие от обычных (нежидких) наноалмазов, легко растворяются внутри человеческих органов, да и просто в воде. При своей ликвидации кристаллы не выделяют вредных веществ в организм, а просто «отдают» лекарственный материал определенному органу.
Нейрохирурги уже тоже умеют использовать нанотехнологии в своих целях. Для лечения мозга они научились заменять электроды из металла на специальные приспособления, изготовленные при особом синтезе материалов кожи морского огурца. Этот элемент на разных стадиях имеет консистенцию резины или компакт-диска.
Также нанотехнологии делают возможным конструирование так называемого наномотора. Берется двухслойная нанотрубка из углерода, разорванная посредине, к ней прикрепляются из внешней части золотые электроды, в то время как внутренняя часть остается свободной; именно она и будет образовывать ротор. Следовательно, будет крутиться внутренний слой. Есть еще один вариант вращения под названием «дрель». При нем внешний слой прикрепляется, как и раньше, к золотым электродам, но только с одной стороны, а внутренняя трубка имеет на конце пучок ртутных электродов. Именно она и будет вращаться со скоростью 8000 м/с. Преимуществом такого двигателя является возможность приведения его в действие без источника электроэнергии. Создания разницы давлений будет достаточно. Другим способом приведения внутренней трубки в движение является обеспечение разницы температур между концами внешней.
Очень часто современные смартфоны или планшеты страдают проблемой перегрева, а все из-за того, что между ядрами процессора для их связи между собой используются медные провода, которые имеют свойство нагреваться. Чтобы устранить данный недостаток, ученые решили использовать специальный переключатель на основе фотонов. Таким образом, нанотехнологии из-за своих крошечных размеров выводят способ передачи информации на совершенно новый уровень.
На сегодняшний день некоторые компании уже объявили о запуске технологий серийного производства нанонитей. Многие могут спросить: а для чего они вообще нужны? Ответ есть: для создания революционных цифровых наноустройств на их базе. Нанонити лягут в основу разработок сверхчувствительных сенсоров, которые получат широкое применение в современных планшетах и смартфонах. Также транзисторы смогут выполняться по данной технологии, что сделает их чрезвычайно технологичными элементами.
Подводя итог, можно сказать, что человечество совсем недавно перешагнуло через порог революционного открытия. Очень скоро миллиарды людей по всему миру беспрепятственно смогут пользоваться его благами, так как современные носители информации, основанные на новой технологии, позволят на чрезвычайно малом участке размещать терабайты информации. Нанокристаллы смогут успешно транспортировать нужные лекарства к определенным органам, что значительно облегчит процедуру введения препаратов. А новейший революционный наномотор в скором будущем будет широко применяться в жизни каждого человека.
Урок химии «Нано… Что это значит?» 8-й класс
Разделы: Химия
Класс: 8
Цель урока: формирование знаний учащихся о нанообъектах, нанохимии и нанотехнологиях.
Развивающие задачи урока: формирование компетеции интеграции: продолжить совершенствование умений анализировать, проектировать, делать выводы;
Воспитательные задачи урока: формирование социальной компетенции учащихся; совершенствование умений работать в группах
Оборудование: компьютер, проектор, экран, магнитная жидкость, магнит.
План урока:
I. Ориентационно-мотивированный этап – 7 мин.
1. Орг.момент – 1 мин.
2. Постановка проблемы (тема, цель урока) – 6 мин.
II. Ориентационно-исполнительный этап – 32 мин.
3. Изучение новых терминов – 10 мин.
4. Сообщение ученицы – 3 мин.
5. Работа со схемой “Перспективы развития нанотехнологий” – 5 мин.
6. Физкультминутка – 3 мин.
7. Работа над мини-проектом.
8. Выступление учащихся у доски – 10 мин.
III. Рефлексивно-оценочный этап – 5 мин.
8. Подведение итогов: цепочка вопросов – 3-4 мин.
9. Домашнее задание (вариативное) – 1-2 мин.
Сегодня я предлагаю вам самим открыть тему нашего урока.
Для этого необходимо прочитать текст на карточке №1 (приложение 2) и ответить на вопрос: “Какие незнакомые слова встретились вам при чтении?”
Пожалуйста, чья группа готова отвечать?
— Мы остановимся на тех, которые вы чаще всего называли. (Слайды презентации, приложение 1)
Что общего между этими словами.
В последнее время в заголовках газет и журнальных статьях всё чаще встречаются слова, начинающиеся с этой приставки. (“Нано”) По радио и телевиденью ежедневно сообщают о перспективе развития нанотехнологий, первых полученных результатах.
Какой вопрос напрашивается, когда вы слышите НАНО…?
Нано…А что это значит?
Это и есть тема нашего урока.
Откройте тетради, запишите тему урока. Обратите внимание, что после “Нано” многоточие, т.е сегодня на уроке мы должны не только усвоить значение этого слова-приставки, но и понять суть терминов которые начинаются c “Нано ”.
Мы остановимся лишь на трёх: Каких?
Нанообъекты, нанохимия, нанотехнология.
Начнем же мы со значения “Нано”.
Нанометр это очень маленькая величина, увидеть невооруженным глазом объекты такого размера невозможно. Для сравнения, заметим, что волосы человека растут со скоростью 10 нм/с, а толщина 1 волоса составляет огромную величину- почти 100 тысяч нанометров. 10-9 метра. Как это представить? Проще это сделать с помощью денег. Нанометр и метр соотносятся по масштабу как копеечная монета и земной шар. Если уменьшить слона до размера микроба (5000нм) то блоха у него на спине станет величиной с 1 нм. Если бы рост человека вдруг уменьшился до нанометра, мы могли бы играть в футбол отдельными атомами. А толщина бумажного листа казалась бы нам тогда равной 170 километров (расстояние до Наро-Фоминска).
Спасибо за рассказ. Ребята если вы были внимательны, то сможете привести примеры объектов с размерностью нано!
Итак сейчас мы привели примеры нанообьектов. Что это?
Мир нанообьектов (наночастиц) чрезвычайно интересен, ведь они имеют свойства отличные от свойств объемных материалов, известных нам. Пример, который известен многим: наночастицы серебра защищают людей от инфекций, нанозолото имеющее красноватый оттенок использовалось в стекольном деле для предания стекла ” рубинового” оттенка. А какая наука изучает свойства веществ и их превращения – Молодцы! как тогда будет называться наука изучающая свойства и превращения нанообьектов –
Да это так нанохимия – это новая область науки, которая занимается изучением химических свойств нанообъектов (что и подразумевает их превращения). Запишем это в тетрадь..
Именно достижения нанохимии служат основой для развития нанотехнологии – технологических процессов производства и применения нанообъектов.
Запишем это в тетрадь: Нанотехнологии – технологические процессы производства и применения нанобъектов.
(Записывают в тетради, ученица читает записанное).
На сегоднешний день нанообъекты (в виде наноматериала) применяются в различных сферах жизни (об этом порой и не подозреваем).
— Например, алюминиевые (болты) изготовленные с добавлением наноматериалов по своей прочности не уступают стальным (широко используемый сплав).
Сегодня нанотехнологии применяются в изготовлении мячей для тенниса велосипедных рам, спортивной одежды, лыж, многого другого. Так в 2004 году были созданы мячи с применением нанотехнологий. Из курса физики вам известно, что при ударе по мячу большая часть энергии уходит на деформацию и лишь часть ее обеспечивает …… Разработчики придумали мячи – внешняя часть которых изготовлена из материала, содержащего нанообъекты. Такие мячи деформируются гораздо меньше и потому могут быть точнее направлены к цели. Материалы, содержащие углеродные нанотрубки уже используются в деталях велосипедов, лыжах, лыжных палках – для придания им легкости и прочности.
Одежда, изготовленная при помощи нанотехнологий, поддерживает ощущение прохлады в течении всего дня.
Хлопковые ткани со специально организованным нановолокнами выводят пот на наружную часть майки, где он быстро высыхает, а внутренняя поверхность остается сухой. Идут испытания пуленепробиваемого пластика, обработанного наноматериалом.
Человек пробует использовать природное свойство лотоса (самоочищение поверхности). Это лишь малая доля примеров использования наноматериалов.
Задают вопросы по схеме
LED – освещение – светодиодная подсветка.
УНТ – углеродные нанотрубки.
OLED дисплеи – дисплеи или мониторы на основе органических светодиодов. Толщина таких мониторов по размерам сравнима с толщиной человеческого волоса.
Оглянитесь вокруг себя, найдите в кабинете изображения телевизоров с такими мониторами. Теперь сядьте ровно, выпрямите спину, вытяните руки перед собой – посмотрите на ногти, не отрывая взгляд поднимите, опустите руки. Сели ровно, спина прямая. Повернули голову влево, посмотрели на плечо, то же самое вправо. Сели ровно. Сильно зажмурились, открыли глаза. Продолжим. Чтобы достижения нанотехнологий не казались вам столь фантастичными и далекими, предлагаю вашему вниманию …
Вам необходимо в своих группах подумать, где предложенное свойство может быть использовано и для чего. Таким образом, вам необходимо представить продукт с использованием свойств нанообъектов, которые улучшат его характеристики. (Приложение 4)
После презентаций учащихся цепочка вопросов (по материалу урока):
Что обозначает приставка НАНО?
Что представляет собой наночастица? Приведите примеры.
Что изучает нанохимия.
способствовать устойчивому развитию экономики. В будущем значение нанотехнологий будет только расти. И это будущее- ваше, именно вам предстоит жить в мире с применением нанотехнологий.
И от вас зависит, в каком направлении будут использованы достижения в этой сфере знаний.
Ваше будущее в ваших руках.
В качестве домашнего задания, предлагаю вам решить нановорд (приложение 5) или небольшую задачу. Подумайте, на какие вопросы по нанотехнологиям вы хотели бы получить ответ.
Спасибо. Все свободны.
(Если остается время закончить урок можно стихотворением “Красота наномира”).