Номер 1, страница 147, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Объясните, что такое "наночастица", "кластер", "нанотрубки", "нанопроволока", "нанопленка", "нанопорошок", "квантовая точка".

"наночастица" — это изолированный твердотельный объект, имеющий четко определенную границу, размеры которого хотя бы в одном измерении составляют от 1 до 100 нанометров ($1\text{ нм} = 10^{-9}\text{ м}$). Из-за малых размеров наночастицы обладают уникальными физическими, химическими и биологическими свойствами, которые отличаются от свойств объемного (макроскопического) материала. Ключевыми факторами, определяющими эти свойства, являются большое отношение площади поверхности к объему и проявление квантовых эффектов. Свойства наночастиц (например, цвет, температура плавления, реакционная способность) могут сильно зависеть от их размера и формы. Наночастицы являются основным объектом изучения в нанотехнологии.

Ответ: Наночастица — это частица вещества, у которой хотя бы один из линейных размеров находится в диапазоне от 1 до 100 нм, и свойства которой существенно зависят от ее размера.

"кластер" — это связанная группа из нескольких (от двух-трех до нескольких тысяч) атомов или молекул. Кластеры занимают промежуточное положение между отдельными атомами и объемными твердыми телами. Их свойства (электронная структура, стабильность, реакционная способность) очень сильно зависят от точного числа составляющих их атомов. По сути, каждый кластер с определенным числом атомов может рассматриваться как уникальная "супермолекула". В контексте нанотехнологий, малые наночастицы часто называют кластерами.

Ответ: Кластер — это устойчивое объединение небольшого, но определенного числа атомов или молекул, свойства которого зависят от этого числа.

"нанотрубки" — это протяженные цилиндрические структуры, диаметр которых лежит в нанометровом диапазоне (обычно от 0.4 до 50 нм), а длина может достигать нескольких сантиметров. Наиболее известными являются углеродные нанотрубки, которые представляют собой свернутый в цилиндр лист графена (одноатомный слой углерода). Они бывают одностенными и многостенными. Нанотрубки обладают уникальным сочетанием свойств: высочайшей прочностью на разрыв, гибкостью, а также высокой электро- и теплопроводностью, которая может быть как у металлов, так и у полупроводников в зависимости от их структуры (хиральности).

Ответ: Нанотрубки — это полые цилиндрические структуры нанометрового диаметра, обладающие исключительными механическими и электрическими свойствами.

"нанопроволока" (или нанонить) — это нитевидная наноструктура, у которой два измерения (диаметр) находятся в наномасштабе (менее 100 нм), а третье (длина) значительно больше. Это одномерный (1D) наноматериал. В отличие от обычной проволоки, в нанопроволоке из-за малого диаметра проявляются квантово-механические эффекты, влияющие на ее электропроводность. Нанопроволоки создают из различных материалов: металлов (золото, серебро), полупроводников (кремний, арсенид галлия) и оксидов. Они являются перспективными элементами для создания наноэлектронных устройств, сенсоров и солнечных батарей.

Ответ: Нанопроволока — это структура, имеющая форму нити с нанометровым диаметром и значительно большей длиной, проявляющая квантовые свойства.

"нанопленка" — это тонкий слой материала, толщина которого находится в нанометровом диапазоне (от 1 до 100 нм), в то время как два других измерения (длина и ширина) могут быть макроскопическими. Это двумерный (2D) наноматериал. Нанопленки обычно наносятся на поверхность другого материала (подложку) для придания ему новых свойств: повышения прочности, коррозионной стойкости, изменения оптических (например, антибликовые покрытия) или электрических характеристик. Примером может служить монослой графена.

Ответ: Нанопленка — это слой вещества толщиной в несколько нанометров, нанесенный на какую-либо поверхность.

"нанопорошок" — это порошок, состоящий из наночастиц. Частицы в таком порошке могут быть как отдельными, так и слабо связанными в агрегаты. Главной особенностью нанопорошков является их чрезвычайно большая удельная площадь поверхности (отношение общей площади поверхности частиц к их массе). Это свойство обуславливает их высокую химическую активность и делает их эффективными в катализе, производстве композитных материалов, керамики, а также в медицине и косметике (например, диоксид титана в солнцезащитных кремах).

Ответ: Нанопорошок — это сыпучий материал, состоящий из частиц нанометрового размера.

"квантовая точка" — это миниатюрный кристалл полупроводника, размеры которого настолько малы (обычно 2–10 нм), что в нем проявляется эффект квантового ограничения по всем трем пространственным направлениям. Это нуль-мерный (0D) нанообъект. Из-за этого эффекта электронные и оптические свойства квантовой точки зависят не столько от химического состава, сколько от ее размера. В частности, цвет света, который излучает квантовая точка при возбуждении, напрямую связан с ее размером: меньшие точки светятся синим цветом, а большие — красным. Это свойство используется в дисплеях (QLED-телевизоры), светодиодах, биологических маркерах и солнечных элементах.

Ответ: Квантовая точка — это полупроводниковый нанокристалл, оптические свойства которого (в частности, цвет свечения) определяются его размером из-за квантовых эффектов.