Урок-лекция Наномир по нанохимии и нанотехнологиям. 10–11-й классы


Урок рассчитан на 45 минут.

Приложение. Презентация

Цели и задачи лекции:

  • объяснить, что такое нанохимия, раскрыть её цели и задачи;
  • рассказать, как достижения нанохимии могут способствовать улучшению качества жизни людей;
  • развить познавательный интерес у учащихся; обсудить перспективы развития нанонауки и демонстрировать на примере межпредметных связей между основными естественными науками;
  • ознакомить с доступной информацией учащихся и учителей, на основе информаций, взятых в интернете о последних открытиях в области нанонауки и достижениях нанотехнологий;
  • просмотреть и прослушать слайдовую демонстрацию, подготовленную учащимися, с включёнными видеофрагментами о достижениях нанотехнологии;
  • сделать выводы и ответить на вопросы тестов.

Оборудование: компьютер, экран, рефераты и доклады учащихся, тесты для повторения и обобщения, слайдовая презентация учащихся, сделанная совместно с учителем из дисков по дистанционным курсам :Нанохимия и нанотехнология В. В. Еремина.

Ход урока

1. Организационный момент, объяснение целей и задач конференции;

2. Объяснение нового материала.

Учитель: Сегодня на уроке мы познакомимся с перспективой развития нанотехнологии и нанохимии, а так же с их первыми полученными результатами.

И что же означает слово «нано»? В переводе от латинского слова nanus означает карлик и буквально указывает на малый размер частиц.

Сейчас ваши одноклассники более подробно познакомят вас со всеми понятиями наномира, а двое ваших одноклассников сделают слайдовую презентациею данной темы.

1-й ученик: Нанотехнология междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а так же методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путем контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

Нанотехнология, нанонаука это наука и технология коллоидных систем, это коллоидная химия, коллоидная физика, молекуляркая биология, микроэллектроника. Принципиальное отличие коллоидных систем, к которым относятся: облака, кровь человека, молекулы ДНК и белков, транзисторы, из которых собираются микропроцессоры, в том, что поверхность таких частиц или огромных молекул чрезвычайно велика по отношению к их объёму. Также частицы занимают промежуточное положение между истинными гомогенными растворами, сплавами и обычными объектами макромира. Как правило, такие эффекты начинают играть значительную роль, когда размер частиц лежит в диапазоне 1-100нм: отсюда пришло замещение слова коллоидная физика, химия, биология на нанонауку и нанотехнологию, подразумевая размер объектов, о которых идет речь.

Учитель: Ребята, вам известно, что при смешивании веществ с водой не всегда образуются однородные (гомогенные) системы? Однородность – характерное свойство растворов. Многие вещества с водой образуют на вид неоднородные (гетерогенные) системы которые называются суспензиями и эмульсиями.

При растворении веществ происходит их размельчение (дробление), или диспергирование. В связи с этим растворы (суспензии, эмульсии) называют дисперсными системами.

Все растворы можно разделить на истинные (размер частиц которых менее 1нм). Коллоидные (размер частиц которых от 1 до 100 нм) и грубодисперсные (размер частиц которых от 100 нм и выше). Мы говорим сейчас о коллоидных растворах.



Ученик 2: Нанохимия (от «нано» и «химия») раздел химии, исследующий свойства, строение и особенности химических превращений наночастиц. Нанохимия это область науки, связанная с получением и изучением физико-химических свойств частиц, имеющих размеры в несколько нанометров. Подобные частицы могут обладать высокой реакционной способностью в широком интервале температур. Отличительной особенностью нанохимии является наличие размерного эффекта качественного изменения физико-химических свойств и реакционной способности при изменении числа атомов или молекул в частице. Обычно данный эффект наблюдается для частиц размером меньше 10нм, хотя данная величина имеет условное значение.

Ученик 3: Мы всё чаще слышим слова: нанонаука, нанотехнология, наноструктурированные материалы и объекты, они отчасти уже вошли в повседневную жизнь, или обозначают приоритетные направления научно-технической политики в развитых странах. Всего за несколько последних лет разработаны сотни наноконструктивных продуктов конструкционного и функционального назначения, реализованы десятки способов их получения и серийного производства. Можно выделить несколько основных областей их применения: высокопрочные нанокристаллические и аморфные материалы, тонкопленочные и гетероконструктивные компоненты микроэлектроники и оптотроники следующего поколения, магнитомягкие и магнитотвердые материалы, нанопористые материалы для химической и нефтехимической промышленности (катализаторы, сорбенты, молекулярные фильтры, сепараторы).



Ученик 4: Для наноструктурных объектов характерны необычные оптические свойства, что используется в декоративных целях. Поверхность куполов московского Храма Христа Спасителя состоит из титановых пластин, покрытых нитридом титана. В зависимости от отклонений от стехиометрии и наличия примесей углерода и кислорода цвет плёнок Ti Nx может измениться от серого до синего, что используют при нанесении покрытия на посуду.

Устройства для записи информации (головки, носители, диски и т.д.) важная область применения магнитных наноматериалов. Лёгкость воспроизведения, устойчивость при хранении, высокая плотность записи, невысокая стоимость – вот лишь некоторые из предъявленных требований к этим системам.

Задача увеличения продолжительности и качества жизни мотивирует интенсивные разработки в области биоматериалов вообще и наноматериаллов в частности. Основные области применения наноматериаллов в медицине, биологии и сельском хозяйстве весьма разнообразны:

  • хирургический и стоматологический инструмент;
  • диагностика, наномоторы и наносенсоры;
  • фармакология, лекарственные препараты и методы их доставки;
  • искусственные органы и ткани;
  • стимулирующие добавки и удобрения;
  • защита от биологического и радиологического оружия.

26 января 2011 года в бизнес в центре «Петроконгресс» состоялось очередное заседание «Инженерного клуба». На этот раз лейтмотивом мероприятия стала очень актуальная на сегодняшний день тема: «Современные промышленные технологии и оборудование. Применение нанотехнологий.» Россия обладает уникальным научно-техническим потенциалом для завоевания лидирующих позиций на мировых рынках нанотехнологических продукции.

Учитель: А сейчас ваши одноклассники познакомят вас со слайдовой презентацией по нанонауке со своими комментариями.

Идёт показ слайдовой презентации:

А) Что означает нанометр. Показан куб золота, поделенный на 8 равных частей.

S= 6*1м(2)=6м(2)

S=6*(1/2м)(2)*8=12м(2) 1нм=1/1000000000(м)

Б) Зависимость цвета золей золота от размера частиц.

В) 2 подхода к получению наночастиц:

1) нисходящий (физический)

2) восходящий (химический).

Г) Классификация нанообъектов:

Внешние:

  • нанокластеры (3D)
  • нанопленки (2D)
  • нанонити (1D)
  • наноточки (0D)

Внутренние:

  • нанотрубки
  • нанопористые материалы.

Учитель: Давайте посмотрим небольшой видеоматериал по применению механических наноустройств.

Показ видеоролика об искусственном наномоторе, нанопешеходе и наноавтомобиле.

Учитель: В данное время ученые уделяют большое значение нахождению новых источников энергии. Ученые пришли к выводу, что самым дешевым и выгодным сырьем для развития энергетики является водород, но есть еще много нерешенных задач с использованием водорода.

Ученик 5: Водород ка источник энергии обладает многими преимуществами перед углеводородным сырьем. Во-первых на Земле этого элемента много, во-вторых водород- самое энергоемкое и чистое топливо. Однако наряду с достоинствами у водорода много и недостатков. Водорода в виде простого вещества на Земле практически нет, поэтому его надо получать. В настоящее время основной способ получения водорода базируется на паровой конверсии метана — основной части природного газа, но при этом способе образуется побочный продукт – углекислый газ! Самой распространенной технологией получения водорода в будущем станет электролиз воды. А именно фотолиз с использованием солнечной энергии. Но есть и много недостатков, один из них -взрывоопасность водорода, другой способ транспортировки, затрата дополнительной энергии для получения водорода – со всеми этими проблемами нужно найти выход, и я, надеюсь, ученые его найдут.



Учитель: А сейчас вам ученицы покажут, как применяют нанотехнологии в медицине.

Идет продолжение слайдовой презентации.

3. Обобщение и повторение.

Учитель: Ну а теперь выводы: Мы с вами обзорно познакомились с наномиром, многие ваши одноклассники подготовили интересные рефераты, на одном уроке мы не можем ознакомится со всеми рефератами, поэтому, тем, кто заинтересуется этой темой может ознакомиться с этими рефератами во внеурочное время самостоятельно.

4. Повторение и обобщение:

Учитель: Обобщим:

  1. Где применяются нанообъекты?
  2. Что называют нанотехнологией и нанохимией?
  3. Размеры, каких частиц изучает нанотехнология?

В процессе урока мне хотелось бы, что бы вы ответили на вопросы предлагаемого теста и получили оценки за этот урок.

За все правильные ответы вы получите «5», 3/4 правильных ответов вы получите «4», ½ «3». И отметьте, пожалуйста, ваше отношение к уроку галочкой около одной из нарисованных «наночастиц».

Используемая литература:

  1. Дистанционные курсы повышения квалификации В.В.Еремина.
  2. Информация из СМИ (интернета).



Следующий: