Номер 1, страница 142, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Что изучает нано химия и нанотехнологии? Какие задачи стоят перед такими науками?

Нанохимия — это раздел химии, который занимается получением, исследованием свойств и применением нанообъектов. Предметом её изучения являются частицы и структуры, размер которых хотя бы в одном из измерений находится в диапазоне от 1 до 100 нанометров ($1 \text{ нм} = 10^{-9} \text{ м}$). В таком масштабе вещество часто проявляет совершенно новые, уникальные физические, химические и биологические свойства, отличные от свойств того же вещества в виде большого кристалла или куска (макросостояния). Это связано с проявлением квантовых эффектов и резким увеличением доли поверхностных атомов по отношению к общему числу атомов в частице. Основная цель нанохимии — научиться целенаправленно синтезировать наноструктуры с заранее заданными свойствами, собирая их из отдельных атомов и молекул.

Нанотехнологии — это более широкая, междисциплинарная область, которая охватывает проектирование, производство и применение структур, устройств и систем путем контролируемого манипулирования атомами и молекулами. Если нанохимия — это фундаментальная наука, изучающая химические аспекты наномира, то нанотехнологии — это прикладная деятельность, использующая достижения нанонауки (включая нанохимию, нанофизику, нанобиологию) для создания конкретных продуктов. Нанотехнологии находятся на стыке физики, химии, биологии, медицины и инженерии.

Какие задачи стоят перед такими науками?

Перед нанохимией и нанотехнологиями стоит множество фундаментальных и прикладных задач, решение которых может кардинально изменить многие сферы жизни:

• Медицина и здравоохранение:
  • Создание наноконтейнеров для адресной доставки лекарств непосредственно к больным клеткам (например, раковым опухолям), что повышает эффективность лечения и снижает побочные эффекты.
  • Разработка высокочувствительных наносенсоров для экспресс-диагностики заболеваний на самых ранних стадиях.
  • Создание новых биосовместимых материалов для имплантатов и регенеративной медицины (выращивания тканей и органов).
• Электроника и вычислительная техника:
  • Дальнейшая миниатюризация компонентов микросхем, создание более быстрых и энергоэффективных процессоров и устройств памяти.
  • Разработка материалов нового поколения, таких как графен и углеродные нанотрубки, для создания гибких дисплеев, прозрачной электроники и сверхбыстрых транзисторов.
• Энергетика:
  • Создание более эффективных и дешевых солнечных батарей на основе наноструктур.
  • Разработка аккумуляторов и суперконденсаторов нового поколения с повышенной емкостью и скоростью зарядки.
  • Получение высокоэффективных нанокатализаторов для удешевления химических производств и развития чистой энергетики, например, водородной.
• Материаловедение:
  • Производство сверхпрочных и легких композитных материалов для авиакосмической отрасли, автомобилестроения и строительства.
  • Создание функциональных покрытий: самоочищающихся, гидрофобных, износостойких, антибактериальных.
• Экология и охрана окружающей среды:
  • Разработка нанофильтров для очистки воды от промышленных загрязнений, тяжелых металлов, вирусов и бактерий.
  • Создание наночастиц, способных расщеплять токсичные вещества в почве и сточных водах.
• Общие технологические и научные задачи:
  • Разработка рентабельных и масштабируемых методов массового производства наноматериалов.
  • Глубокое изучение вопросов нанотоксикологии — влияния наноматериалов на здоровье человека и экосистемы, и разработка стандартов безопасности.

Ответ: Нанохимия изучает синтез и свойства веществ на наноуровне (1–100 нм), где они приобретают уникальные качества, отличные от макрообъектов. Нанотехнологии — это прикладная междисциплинарная область, использующая эти знания для создания новых устройств и материалов. Ключевые задачи, стоящие перед этими науками, включают: в медицине — создание систем адресной доставки лекарств и ранней диагностики; в электронике — миниатюризацию и разработку новых компонентов; в энергетике — повышение эффективности солнечных батарей и аккумуляторов; в экологии — создание эффективных методов очистки воды и почвы; в материаловедении — получение сверхпрочных и функциональных материалов. Важной задачей также является обеспечение безопасности нанотехнологий для человека и окружающей среды.