Объект и предмет изучения нанохимии
Химия как наука о веществах и их взаимных превращениях фактически с самого своего рождения сталкивалась с получением нанодисперсных систем. Уже более 1000 лет назад в Китае был известен способ получения нанодисперсного золота, которое использовали для окраски фарфоровых изделий. Однако только лишь относительно недавно (в последние 20-25 лет) химики получили возможность изучать наносистемы и даже непосредственно наблюдать частицы, размер которых составляет порядка 1 нм. Оказалось, что подобные наночастицы обладают весьма необычными химическими свойствами и, в частности, с ними возможно осуществление реакций, которые не идут с участием частиц макроскопического размера. Химические свойства и методы получения веществ в нанодисперсном состоянии стали предметом изучения новой области знания -- нанохимии.
Вещество может значительно изменять свои химические свойства и реакционную способность в зависимости от количества атомов в исследуемом образце и его размера.
Первым обратил на это внимание известный ученый XIX века Майкл Фарадей, сумевший получить коллоидную суспензию, состоящую из крошечных частиц золота. В отличие от своего компактного состояния, имеющего всем знакомый желтоватый блеск, полученный образец был фиолетового цвета. Это говорит о том, что отражающие свойства золота изменяются при уменьшении размеров его частиц. Количество атомов в частице даже назвали "третьей координатой" таблицы Менделеева (наряду с группой и рядом).
Нанохимия - область науки, связанная с получением и изучением физико-химических свойств частиц, имеющих размеры в несколько нанометров.
Одна из приоритетных задач нанохимии - установление связи между размером наночастицы и ее свойствами.
Поскольку наночастицы по своим размерам занимают промежуточное положение между молекулами и микроскопическими частицами, их синтез можно вести двумя различными способами. Первый основан на объединении атомов, молекул или кластеров в нанообъекты. Этот подход к синтезу может быть назван синтезом "снизу-вверх". Второй, синтез "сверху-вниз" основан на измельчении каким-либо способом крупных частиц вещества или дезинтеграции объемной структуры без механического разрушения.
Основной проблемой, стоящей перед новой наукой, можно назвать установление влияния размера частиц (или, другими словами, числа составляющих их атомов) на их химическую активность. Переход от изучения привычных для химиков молекул или компактных тел к исследованию нанообъектов вынуждает их во многом пересматривать уже устоявшиеся теоретические представления о свойствах веществ, а также изобретать совершенно новые синтетические методики. Основная особенность нанохимии как науки -- ее междисциплинарность. В ходе решения как конкретных прикладных, так и неотделимых от них фундаментальных задач тесно переплетаются подходы и методы, используемые в физике, химии, биологии, материаловедении.
Успешное развитие различных направлений нанонауки в целом и нанохимии в частности немыслимо без тесного сотрудничества ученых различных специальностей и различных научных школ в рамках единой общей задачи или программы.
Междисциплинарность нанохимии требует изменения и совершенствования методических подходов к обучению и подготовке специалистов, которые будут определять развитие естествознания в наступившем столетии.
Нанохимия находится в стадии быстрого развития, поэтому при ее изучении постоянно возникают вопросы, связанные с понятиями и терминами.
Четкие различия между терминами "кластер", "наночастица" и "квантовая точка" пока не сформулированы. Термин "кластер" чаще используют для частиц содержащих небольшое число атомов, термин "наночастицы" - для более крупных агрегатов атомов и распространен для описания свойств металлов и углерода. Под понятием "квантовая точка" обычно подразумеваются частицы полупроводников и островков, где квантовые ограничения носителей зарядов или экситонов влияют на их свойства. нанохимия кластер квантовый
Кластеры (от англ, cluster, букв. - пучок, рой, скопление), группы близко расположенных, тесно связанных друг с другом атомов, молекул, ионов, иногда ультрадисперсные частицы. По числу атомов металла, образующих остов кластерного соединения, - нуклеарности (q)-кластеры делят на малые (q = 3-12), средние (q = 13-40), крупные (q=41-100) и сверхкрупные, "гигантские" (q>100).
Кластеры и наночастицы обладают высокой химической активностью и способны вступать в реакции с другими веществами практически без какой либо дополнительной энергии. Избыточность энергия таких частиц объясняется нескомпенсированностью связей их поверхностных атомов. Большой вклад в поверхностных атомов в энергию системы. Это объясняет поверхностное натяжение и капиллярный эффект. Избыточность энергии существенно влияет на температуру плавления, растворимость, электропроводность, окисленность, токсичность, взрывоопастность и т. д.
В науке немало попыток классифицировать объекты нанохимии.
Однако, количество атомов, определяющих верхнюю границу наночастиц, индивидуально для каждого соединения. По геометрическому принципу (мерности) нанообъекты можно классифицировать с разных точек зрения. Одни исследователи предлагают мерность объекта количеством измерений, в которых объект имеет макроскопические размеры ("по макроразмерности"). Другие берут за основу количество наноскопических измерений ("по наноразмерности"). Последняя более логически обоснованная. Мы попробуем ввести классификацию, интегрирующую оба подхода.
Квантовая точка (КТ) - это трехмерная потенциальная яма для квантовой частицы, ограничивающая движение последней в трех направлениях, и имеющая размеры порядка длины волны де-Бройля квантовой частицы. Физически КТ могут быть реализованы в виде двойной гетероструктуры, в которой узкозонный полупроводник вставлен в матрицу широкозонного в виде малого включения. Тогда трехмерная квантовая яма (или КТ) образуется для носителей заряда в области узкозонного полупроводника. Такие КТ могут быть получены, например, в методе МПЭ при выращивании узкозонного рассогласованного по параметру кристаллической решетки материала на широкозонном материале. При этом образуются островки узкозонного материала малого размера. Островки должны быть покрыты широкозонным материалом.
Квантовая проволока -- это двумерная потенциальная яма для квантовой частицы, размеры которой в двух пространственных направлениях ~ длины волны де-Бройля квантовой частицы. Характерной особенностью нормального к оси квантовой проволоки движения квантовой частицы является то, что набор возможных (разрешенных) значений энергии движения в данных направлениях дискретен.
Квантовая яма - это одномерная потенциальная яма для квантовой частицы, размеры которой ~ длины волны де-Бройля квантовой частицы. Характерной особенностью движения квантовой частицы в квантовой яме является то, что набор возможных (разрешенных) значений ее энергии дискретен.
Похожие статьи
-
ПРЕДМЕТ НАЧЕРТАТЕЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ - Основы моделирования геометрических объектов
В математическом энциклопедическом словаре дается следующее определение: "Начертательная геометрия - раздел геометрии, в котором пространственные фигуры,...
-
Предмет и структура химии - Этапы становления химии
Современная химия тесно связана как с другими науками, так и со всеми отраслями народного хозяйства. Качественная особенность химической формы движения...
-
Предмет, задачи и методы аналитической химии - Основы аналитической химии
Аналитическая химия-это наука, которая разрабатывает теоретические основы и методы химического анализа. С помощью нее определяют химический состав...
-
Введение - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
Гомогенная система -- однородная система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно (между частями...
-
Объект исследования и его модель - Основы научных исследований
Объект исследования - это первичное, не сводимое к более простым, понятие. Поэтому дать его общее определение невозможно. Однако можно указать примеры...
-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ - Предмет, метод и задачи статистической науки
Таким образом, в статистической науке выделяются следующие части: общая теория статистики, экономическая статистика и ее отрасли, социальная статистика и...
-
Неоднородными, или гетерогенными, системами называют системы, состоящие из двух или нескольких фаз. Фазы, составляющие систему, могут быть, в принципе,...
-
Однородные (гомогенные) смеси - это смеси, в которых компоненты смешаны на молекулярном уровне (однофазный материал); их невозможно обнаружить при...
-
Введение, Объект, система, модель - Виды моделей
Моделированием называют построение модели того или иного явления реального мира. В общем виде модель - это абстракция реального явления, сохраняющая его...
-
Основная теория сезонности временного ряда - Методы изучения сезонных колебаний. Примеры расчетов
Основными составляющими временного ряда являются тренд и сезонная компонента. Составляющие этих рядов могут представлять собой либо тренд, либо сезонную...
-
Пожары и взрывы причиняют значительный материальный ущерб, в ряде случаев вызывают тяжелые травмы и гибель людей. Ущерб от пожаров и взрывов в...
-
В работах [22, 14, 15] приведены результаты изучения свойств медианы Кемени, полученные с помощью расчетов по алгоритмам В. Н. Жихарева [18], описанным...
-
Введение - Статистическое изучение инвестиций в РФ
В рыночных условиях хозяйствования оценка целесообразности инвестиций приобретает важное значение для всех субъектов предпринимательской деятельности....
-
Упорядочение и классификация объектов с противоречивыми признаками
Упорядочение и классификация объектов с противоречивыми признаками Мультимножество или множество с повторяющимися элементами служит удобной...
-
Государственный бюджет -- важный инструмент государственного регулирования экономики. Он определяет формы и методы образования государственных финансовых...
-
Изучение природных богатств страны - Жизнь и деятельность Д. И. Менделеева
Исследования Д. И. Менделеева по органической химии связаны с его работами в области нефтяной, химической и угольной промышленности. Он изучал...
-
Отбор проб воды является очень существенным этапом в экоаналитическом контроле. Ошибки, возникающие при отборе проб, как правило, исправить не удается....
-
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ, Атомно-молекулярное учение - Основные понятия и законы химии
Химия - наука о веществах, закономерностях их превращений (физических и химических свойствах) и применении. В настоящее время известно более 100 тыс....
-
Неперекристаллизованный препарат, полученный по методике, описанной выше, содержал примесь калий йодида. Это легко обнаруживалось при слабом подкислении...
-
Выявление пространственной взаимосвязи объектов недвижимости Как уже было отмечено выше, данное исследование включает моделирование арендной ставки...
-
Объяснение результатов исследований во Вьетнаме, Объекты. - Токсичные вещества
Во Вьетнаме одновременно проводилось изучение в двух направлениях; целью было оценить связь между подверганием гебрицидам, распыляемым в течение войны, и...
-
Статистика в системе наук определяется ее органичной связью с научными дисциплинами, изучающими основные закономерности и качественные особенности в той...
-
Математическое моделирование экономических явлений и процессов является, как указывалось выше, важным инструментом экономического анализа. Оно позволяет...
-
Математические методы в экономике -- научное направление в экономике, позволяющее анализировать и прогнозировать состояния экономических процессов с...
-
Для определения тесноты связи при числе показателей, большем двух используется коэффициент конкордации: , Где - количество факторов (показателей); -...
-
Важной задачей статистики является разработка методики статистической оценки социально-экономических явлений, которая осложняется тем, что многие...
-
Принципы оптимальности в изучении социально-экономических процессов рынка труда
Принципы оптимальности в изучении социально-экономических процессов рынка труда Муравьева Мария Петровна С точки зрения системного анализа рынок труда...
-
Осаждение, Фильтрование - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
Осаждение -- это образование твердого осадка в растворе в ходе химической реакции, например, добавлением соответствующих реагентов. По окончании реакции,...
-
Опыт проводили в условиях, имитирующих периодическую экстракцию: в стакан одновременно загружали все реагенты и перемешивают их в течение заданного...
-
Уравнение динамики теплообменника: Передаточные функции объекта получим по его уравнению динамики. Для этого запишем уравнение по заданному каналу. Затем...
-
ВВЕДЕНИЕ - Индексный метод в статистическом изучении заработной платы работников
Целью данной курсовой работы является изучение индексов в статистическом исследовании заработной платы работников. В теоретической части даются основные...
-
Экстракция - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
Экстракция - способ разделения смесей, основанный на различном распределении вещества между двумя не смешивающимися жидкостями, которые сильно...
-
Выпаривание - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
Выпаривание - концентрирование (сгущение) растворов, суспензий и эмульсий (чаще твердых веществ в воде) при кипении. В процессе выпаривания...
-
Введение, Предмет эконометрики - Особенности эконометрического метода
Становление и развитие эконометрического метода происходили на основе высшей статистики - на методах парной и множественной регрессии, парной, частной и...
-
ВЗАИМНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ДВУХ ПЛОСКОСТЕЙ - Основы моделирования геометрических объектов
Две плоскости в пространстве могут быть либо взаимно параллельны, в частном случае совпадая друг с другом, либо пересекаться. Взаимно перпендикулярные...
-
1. Ознакомиться с методами регрессионного анализа и планирования эксперимента; 2. Определить коэффициенты статистической характеристики объекта...
-
Следом плоскости называется линия пересечения плоскости с плоскостями проекций. В зависимости от того с какой из плоскостей проекций пересекается данная,...
-
Плоскости носитель траекторий перемещения точек параллельны плоскости проекций. Траектория - дуга окружности, центр которой находится на оси...
-
Проекции плоских углов - Основы моделирования геометрических объектов
Угол - геометрическая фигура, состоящая из двух различных лучей, выходящих из одной точки. Углом между прямыми называется меньший из двух углов между...
-
Прямые линии в пространстве могут быть параллельными, пересекающимися и скрещивающимися. Рассмотрим подробнее каждый случай: 1. Параллельные прямые...
Объект и предмет изучения нанохимии