नैनो टेक्नोलॉजी की ओर कदम
हजारों साल पहले, लोग आश्चर्य करते थे कि आसपास के पिंड किससे बने हैं। उत्तर विविध थे। प्राचीन यूनान में वैज्ञानिकों ने यह मत व्यक्त किया कि सभी शरीर छोटे-छोटे अविभाज्य तत्वों से मिलकर बने हैं, जिन्हें वे परमाणु कहते हैं। कितना कम, वे निर्दिष्ट नहीं कर सके। कई शताब्दियों तक, यूनानियों के विचार केवल परिकल्पना ही रहे। XNUMX वीं शताब्दी में उन्हें वापस कर दिया गया था, जब अणुओं और परमाणुओं के आकार का अनुमान लगाने के लिए प्रयोग किए गए थे।
ऐतिहासिक रूप से महत्वपूर्ण प्रयोगों में से एक, जिसने कण आकार की गणना करना संभव बना दिया, किया गया अंग्रेजी वैज्ञानिक लॉर्ड रेले. चूंकि यह प्रदर्शन करना आसान है और साथ ही साथ बहुत भरोसेमंद है, आइए इसे घर पर दोहराने का प्रयास करें। फिर हम दो अन्य प्रयोगों की ओर मुड़ते हैं जो हमें अणुओं के कुछ गुणों को सीखने की अनुमति देंगे।
कण आकार क्या हैं?
चावल। 1. इसमें निकाले गए गैसोलीन में तेल का घोल डालने के लिए एक सिरिंज तैयार करने की एक विधि; पी - पॉक्सिलिन,
सी - सिरिंज
आइए निम्नलिखित प्रयोग करके इस प्रश्न का उत्तर देने का प्रयास करें। 2 सेमी सिरिंज से3 प्लंजर को हटा दें और इसके आउटलेट को पॉक्सीलाइन से सील कर दें ताकि यह सुई डालने के लिए बनाई गई आउटलेट ट्यूब को पूरी तरह से भर दे (चित्र 1)। पॉक्सिलिना के सख्त होने तक हम कुछ मिनट प्रतीक्षा करते हैं। जब ऐसा होता है, सिरिंज में लगभग 0,2 सेंटीमीटर डालें3 खाद्य तेल और इस मूल्य को रिकॉर्ड करें। यह इस्तेमाल किए गए तेल की मात्रा है।o. सिरिंज की शेष मात्रा को गैसोलीन से भरें। एक सजातीय समाधान प्राप्त होने तक दोनों तरल पदार्थों को एक तार के साथ मिलाएं और किसी भी धारक में लंबवत सिरिंज को ठीक करें।
फिर बेसिन में गर्म पानी डालें ताकि इसकी गहराई 0,5-1 सेंटीमीटर हो गर्म पानी का प्रयोग करें, लेकिन गर्म नहीं, ताकि बढ़ती भाप दिखाई न दे। हम यादृच्छिक पराग की सतह को साफ करने के लिए पानी की सतह के साथ एक कागज़ की पट्टी को कई बार स्पर्शरेखा से खींचते हैं।
हम ड्रॉपर में तेल और गैसोलीन का थोड़ा मिश्रण इकट्ठा करते हैं और ड्रॉपर को पानी के साथ बर्तन के बीच से चलाते हैं। इरेज़र पर धीरे से दबाव डालते हुए, हम पानी की सतह पर यथासंभव छोटी बूंद गिराते हैं। तेल और गैसोलीन के मिश्रण की एक बूंद पानी की सतह पर सभी दिशाओं में व्यापक रूप से फैल जाएगी और सबसे अनुकूल परिस्थितियों में एक कण व्यास के बराबर मोटाई के साथ एक बहुत पतली परत बनाती है - तथाकथित मोनोमोलेक्यूलर परत. कुछ समय के बाद, आमतौर पर कुछ मिनटों के बाद, गैसोलीन वाष्पित हो जाएगा (पानी के तापमान में वृद्धि से तेज), सतह पर एक मोनोमोलेक्युलर तेल की परत छोड़ देगा (चित्र 2)। परिणामी परत में अक्सर कई सेंटीमीटर या अधिक के व्यास के साथ एक चक्र का आकार होता है।
चावल। 2. पानी की सतह पर तेल की मोनोमोलेक्यूलर परत
एम - श्रोणि, सी - पानी, ओ - तेल, डी - गठन व्यास, डी - गठन मोटाई
(तेल कण आकार)
हम पानी की सतह पर एक टॉर्च से प्रकाश की किरण को तिरछे दिशा में निर्देशित करके रोशन करते हैं। इसके कारण परत की सीमाएँ अधिक दिखाई देती हैं। हम पानी की सतह के ठीक ऊपर रखे रूलर से इसके अनुमानित व्यास D का आसानी से पता लगा सकते हैं। इस व्यास को जानने के बाद, हम एक वृत्त के क्षेत्रफल के सूत्र का उपयोग करके परत S के क्षेत्रफल की गणना कर सकते हैं:
अगर हमें पता होता कि तेल का आयतन क्या है V1 गिराई गई बूंद में समाहित है, तो तेल के अणु d के व्यास की आसानी से गणना की जा सकती है, यह मानते हुए कि तेल पिघल गया और सतह S के साथ एक परत बन गई, अर्थात:
सूत्र (1) और (2) और एक सरल परिवर्तन की तुलना करने के बाद, हम एक सूत्र प्राप्त करते हैं जो हमें एक तेल कण के आकार की गणना करने की अनुमति देता है:
वॉल्यूम वी निर्धारित करने का सबसे आसान, लेकिन सबसे सटीक तरीका नहीं1 यह जाँचना है कि सिरिंज में निहित मिश्रण की कुल मात्रा से कितनी बूँदें प्राप्त की जा सकती हैं और इस संख्या द्वारा उपयोग किए जाने वाले तेल Vo की मात्रा को विभाजित करें। ऐसा करने के लिए, हम मिश्रण को एक पिपेट में इकट्ठा करते हैं और बूंदों का निर्माण करते हैं, उन्हें उसी आकार का बनाने की कोशिश करते हैं जब उन्हें पानी की सतह पर गिराया जाता है। हम ऐसा तब तक करते हैं जब तक कि पूरा मिश्रण समाप्त न हो जाए।
एक अधिक सटीक, लेकिन अधिक समय लेने वाली विधि पानी की सतह पर एक तेल की बूंद को बार-बार गिराना, एक मोनोमोलेक्युलर तेल की परत प्राप्त करना और उसके व्यास को मापना है। बेशक, प्रत्येक परत बनने से पहले, पहले इस्तेमाल किए गए पानी और तेल को बेसिन से बाहर निकाला जाना चाहिए और साफ किया जाना चाहिए। प्राप्त मापों से, अंकगणितीय माध्य की गणना की जाती है।
प्राप्त मूल्यों को सूत्र (3) में प्रतिस्थापित करते हुए, इकाइयों को परिवर्तित करना और मीटर (एम) और वी में अभिव्यक्ति को व्यक्त करना न भूलें1 क्यूबिक मीटर में (एम3). कण आकार मीटर में प्राप्त करें। यह आकार उपयोग किए गए तेल के प्रकार पर निर्भर करेगा। विशेष रूप से बनाई गई सरलीकृत धारणाओं के कारण परिणाम गलत हो सकता है, क्योंकि परत मोनोमोलेक्युलर नहीं थी और बूंदों का आकार हमेशा समान नहीं था। यह देखना आसान है कि एक मोनोमोलेक्यूलर परत की अनुपस्थिति d के मान का अधिक अनुमान लगाती है। तेल कणों के सामान्य आकार 10 की सीमा में होते हैं।-8-10-9 एम. ब्लॉक 10-9 मी कहा जाता है नैनोमीटर और अक्सर फलते-फूलते क्षेत्र में उपयोग किया जाता है जिसे जाना जाता है नैनो.
तरल की "गायब" मात्रा
चावल। 3. तरल संकोचन परीक्षण पोत का डिजाइन;
जी - पारदर्शी, प्लास्टिक ट्यूब, पी - पोक्सिलिन, एल - शासक,
टी - पारदर्शी टेप
निम्नलिखित दो प्रयोग हमें यह निष्कर्ष निकालने की अनुमति देंगे कि विभिन्न निकायों के अणुओं के अलग-अलग आकार और आकार होते हैं। पहले के लिए, पारदर्शी प्लास्टिक ट्यूब के दो टुकड़े काटें, दोनों आंतरिक व्यास में 1-2 सेमी और 30 सेमी लंबा। ट्यूब के प्रत्येक टुकड़े को चिपकने वाली टेप के कई टुकड़ों के साथ एक अलग शासक के किनारे पर पैमाने के विपरीत चिपकाया जाता है (चित्र। 3). पॉक्सिलिन प्लग के साथ होज़ के निचले सिरे को बंद करें। दोनों शासकों को एक ऊर्ध्वाधर स्थिति में चिपके हुए होसेस के साथ ठीक करें। किसी एक होज में इतना पानी डालें कि होज की आधी लंबाई, मान लीजिए 14 से.
अब हम पूछते हैं कि दोनों द्रवों के मिश्रण के स्तम्भ की ऊँचाई क्या होगी? आइए प्रयोगात्मक रूप से उनका उत्तर प्राप्त करने का प्रयास करें। शराब को पानी की नली में डालें और तुरंत तरल के शीर्ष स्तर को मापें। हम इस स्तर को नली पर जलरोधक मार्कर के साथ चिह्नित करते हैं। फिर दोनों तरल पदार्थ को एक तार से मिलाएं और फिर से स्तर की जांच करें। हम क्या देखते हैं? यह पता चला है कि यह स्तर घट गया है, अर्थात। मिश्रण की मात्रा इसे बनाने के लिए प्रयुक्त सामग्री के आयतन के योग से कम है। इस घटना को द्रव आयतन संकुचन कहा जाता है। वॉल्यूम में कमी आमतौर पर कुछ प्रतिशत होती है।
मॉडल स्पष्टीकरण
संपीड़न प्रभाव की व्याख्या करने के लिए, हम एक मॉडल प्रयोग करेंगे। इस प्रयोग में अल्कोहल के अणु मटर के दानों द्वारा दर्शाए जाएंगे, और पानी के अणु खसखस होंगे। पहले, संकीर्ण, पारदर्शी डिश में लगभग 0,4 मीटर ऊँचे बड़े दानों वाले मटर डालें, उदाहरण के लिए, एक लंबा जार। खसखस को उसी ऊँचाई के दूसरे समान बर्तन में डालें (फोटो 1ए)। फिर हम खसखस को मटर के बर्तन में डालते हैं और रूलर की मदद से उस ऊंचाई को मापते हैं जिस तक अनाज का शीर्ष स्तर पहुंचता है। हम इस स्तर को पोत पर एक मार्कर या एक फार्मास्युटिकल रबर बैंड के साथ चिह्नित करते हैं (फोटो 1बी)। कंटेनर को बंद करें और इसे कई बार हिलाएं. हम उन्हें लंबवत रखते हैं और जाँचते हैं कि अनाज मिश्रण का ऊपरी स्तर अब किस ऊँचाई तक पहुँचता है। यह पता चला है कि यह मिश्रण करने से पहले कम है (फोटो 1 सी)।
प्रयोग से पता चला कि मिलाने के बाद, छोटे खसखस ने मटर के बीच की खाली जगहों को भर दिया, जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण द्वारा घेरी गई कुल मात्रा कम हो गई। इसी तरह की स्थिति शराब और कुछ अन्य तरल पदार्थों के साथ पानी मिलाने पर होती है। उनके अणु सभी आकार और आकार में आते हैं। नतीजतन, छोटे कण बड़े कणों के बीच के अंतराल को भर देते हैं और तरल की मात्रा कम हो जाती है।
फोटो 1. संपीड़न मॉडल के अध्ययन के निम्नलिखित चरण:
a) अलग-अलग बर्तन में बीन्स और खसखस,
ख) छंटने के बाद अनाज, ग) मिश्रण के बाद अनाज की मात्रा में कमी
आधुनिक निहितार्थ
आज यह सर्वविदित है कि हमारे चारों ओर के सभी शरीर अणुओं से बने हैं, और बदले में वे परमाणुओं से बने हैं। अणु और परमाणु दोनों निरंतर यादृच्छिक गति में हैं, जिसकी गति तापमान पर निर्भर करती है। आधुनिक सूक्ष्मदर्शी, विशेष रूप से स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप (एसटीएम) के लिए धन्यवाद, व्यक्तिगत परमाणुओं को देखा जा सकता है। विधियों को भी जाना जाता है जो एक परमाणु बल माइक्रोस्कोप (एएफएम-) का उपयोग करते हैं, जो आपको अलग-अलग परमाणुओं को सटीक रूप से स्थानांतरित करने और उन्हें नामक प्रणालियों में संयोजित करने की अनुमति देता है। nanostructures. संपीड़न प्रभाव के व्यावहारिक प्रभाव भी हैं। आवश्यक मात्रा का मिश्रण प्राप्त करने के लिए आवश्यक कुछ तरल पदार्थों की मात्रा का चयन करते समय हमें इसे ध्यान में रखना चाहिए। आपको इसे ध्यान में रखना चाहिए, incl। वोडका के उत्पादन में, जैसा कि आप जानते हैं, मुख्य रूप से एथिल अल्कोहल (शराब) और पानी के मिश्रण हैं, क्योंकि परिणामी पेय की मात्रा सामग्री की मात्रा के योग से कम होगी।
