<<
>>

Что такое нанохимия?

  Не требует пояснений, что химическая связь образуется в результате химических реакций. При этом вещества, подвергающиеся превращению, называются реагентами, а вновь образующиеся вещества называют продуктами.
Таким образом, любую реакцию можно записать так:

Реагенты —gt; Продукты

www.nanonewsnet.ru

Например:


На ход реакции влияет множество факторов: температура, давление, состояние и концентрация исходных веществ и пр.

Балк-технология (традиционные химия, физика, механика) имеет дело с макроскопическими количествами вещества, содержащими такое громадное количество атомов, что вещество кажется сплошным и мы редко вспоминаем о его атомарной структуре. Триллионы соединенных вместе атомов образуют так называемое компактное вещество.

Стремительное развитие прецизионной техники, в частности, сканирующих микроскопов, позволило изучать вещества на уровне отдельных атомов и молекул. И вот тут-то ученых ждало множество сюрпризов! Оказалось, что одно и то же 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[4], 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).

Следует отметить, что именно первые опыты по получению наноскопических частиц привели к бурному росту интереса к нанохимии в научных кругах. Оказалось, что частицы нанометровых размеров обладают повышенной химической активностью и реакции с их участием протекают гораздо быстрее. Это свойство наночастиц привело к созданию новых эффективных катализаторов[5].

Сегодня ученые умеют получать наноструктуры практически всех химических элементов, что дает огромную свободу для исследований. В последнее время стало известно, что наночастицы серебра гораздо лучше убивают бактерии, чем серебро в компактном состоянии, что делает их полезными для очистки воды и борьбы с инфекциями. На сегодняшний день наночастицы являются наиболее изученной областью нанохимии.

Частицы металлов размером менее 10 нм, называемые кластерами, обладают высокой химической активностью и способны вступать в реакции с другими веществами практически без какой-либо дополнительной энергии. Избыточность энергии таких частиц объясняется нескомпенсированностью связей их поверхностных атомов. Дело в том, что доля поверхностных атомов у наночастицы значительно больше, чем у вещества в компактном состоянии, и растет с уменьшением частицы. Соответственно увеличивается и вклад поверхностных атомов в энергию системы.

Рис 61. Большинство атомов наночастицы (слева) лежат на ее поверхности, в отличие от компактного вещества (справа)

Из школьного курса физики мы знаем, что поверхностные атомы обладают некоторой избыточной энергией по сравнению с внутренними — это объясняет поверхностное натяжение и капиллярный эффект. Избыточность энергии существенно влияет на температуру плавления, растворимость, электропроводность, окисленность, токсичность, взрывоопасность и т.д.

Все это позволяет утверждать, что размер частицы является активной переменной, определяющей наряду с другими факторами ее свойства и реакционную способность.

В первой половине ХХ века наибольший вклад в нанохимию внесли специалисты, изучавшие коллоиды1, а во второй половине — полимеры, белки, природные соединения, фуллерены и нанотрубки.

Активно развиваясь в последние десятилетия, нанохимия занимается изучением свойств различных наноструктур, а также разработкой новых способов их получения, изучения и модификации.

Одна из приоритетных задач нанохимии - установление связи между размером наночастицы и ее свойствами.

В нанохимии чрезвычайно велика роль квантовых размерных эффектов, вызывающих изменение свойств вещества в зависимости от размера частиц и количества в них атомов или молекул. Роль размерных эффектов настолько велика, что предпринимаются попытки создать таблицы зависимости свойств кластеров и наночастиц от их размера и геометрии наподобие периодической таблицы элементов Д.И. Менделеева.

Для промышленного получения наночастиц существует много способов: биохимический, радиационно-химический, фотохимический, электровзрывной, микроэмульсионный, детонационный, лазерная абляция в жидкости, конденсация, вакуумное испарение, ионная имплантация и др. Позже мы рассмотрим некоторые способы подробнее.

<< | >>
Источник: Мария Рыбалкина. НАНОТЕХНОЛОГИИдля всех. 2005

Еще по теме Что такое нанохимия?:

  1. 4. "ЧТО ТАКОЕ ЧЕЛОВЕК?"
  2. Лекция 1. Что такое равновесие?
  3. РАЗДЕЛ 0. У БАРБОСА ЕСТЬ ВОПРОСЫ. Что такое рынок?
  4. РАЗДЕЛ 0. У БАРБОСА ЕСТЬ ВОПРОСЫ. Что такое "много" и что такое "мало"?
  5. РАЗДЕЛ 1. Факторы и ресурсы Что такое факторы?
  6. РАЗДЕЛ 0. У БАРБОСА ЕСТЬ ВОПРОСЫ. Что такое равновесие?
  7. РАЗДЕЛ 0. У БАРБОСА ЕСТЬ ВОПРОСЫ. Что такое эффективность?
  8. Что такое новость
  9. ЧТО ТАКОЕ ЖУРНАЛИСТИКА?
  10. 5.2. Что такое добро?
  11. ЧТО ТАКОЕ ДАОСИЗМ? ОПЫТ ПОСТРОЕНИЯ НОВОЙ МОДЕЛИ
  12. XI ЧТО ТАКОЕ Я САМ?
  13. Что такое количество?
  14. Раздел первый. Что такое суппозиция и скольких видов она бывает?
  15. ДИСПУТ ВСТУПИТЕЛЬНЫЙ. ОБЪЯСНЯЕТСЯ, ЧТО ТАКОЕ ФИЛОСОФИЯ
  16.     ЧТО ТАКОЕ НОРМАЛЬНАЯ ЖИЗНЬ НА УРОКЕ?     Десять лет спустя: не просто простые вопросы, а путь к ответу
  17. Что такое культуроведение?
  18. 14. Что такое принципы права и какие существуют их виды?
  19. 18. Что такое и какие существуют формы и источники права?
  20. 24. Что такое коллизия и конкуренция нормативных правовых актов?