迈向纳米技术
几千年前，人们想知道周围的物体是由什么构成的。 答案五花八门。 在古希腊，科学家们表达了这样一种观点，即所有物体都是由不可分割的小元素组成的，他们称之为原子。 有多少，他们无法具体说明。 几个世纪以来，希腊人的观点仍然只是假设。 他们在 XNUMX 世纪归还给他们，当时进行了估计分子和原子大小的实验。
进行了一项具有历史意义的实验，使计算粒径成为可能 英国科学家瑞利勋爵. 由于它执行起来很简单，同时又非常有说服力，让我们试着在家里重复一遍。 然后我们转向另外两个实验，这将使我们能够了解分子的一些特性。
粒径是多少？
米。 1. 一种注射器的制备方法，用于将油在提取的汽油中的溶液放入其中； p - 氧磷脂，
c - 注射器
让我们尝试通过进行以下实验来回答这个问题。 从 2 cm 注射器3 取下柱塞并用 Poxiline 密封其出口，使其完全充满用于插入针头的出口管（图 1）。 我们等了几分钟，直到 Poxilina 变硬。 发生这种情况时，倒入注射器中约 0,2 厘米3 食用油并记录此值。 这是使用的油量。o. 用汽油填充注射器的剩余体积。 用电线混合两种液体，直到获得均匀的溶液，然后将注射器垂直固定在任何支架上。
然后将温水倒入盆中，使其深度为0,5-1厘米。使用温水，但不要太热，这样就看不到上升的蒸汽。 我们沿着水面切线拖动纸条数次以清洁随机花粉的表面。
我们将少量油和汽油的混合物收集到滴管中，然后用水驱动滴管穿过容器的中心。 轻轻按下橡皮擦，我们将尽可能小的水滴滴到水面上。 一滴油和汽油的混合物会在水面上向各个方向广泛扩散，并在最有利的条件下形成一个厚度等于一个颗粒直径的非常薄的层——所谓的 单分子层. 一段时间后，通常是几分钟，汽油会蒸发（因水温升高而加速），在表面留下单分子油层（图 2）。 所得层通常具有直径为几厘米或更大的圆形。
米。 2. 水面上的单分子油层
m – 骨盆，c – 水，o – 油，D – 地层直径，d – 地层厚度
（油粒大小）
我们通过将手电筒的光束斜射到水面上来照亮水面。 因此，图层的边界更加明显。 我们可以很容易地从水面上方的尺子上确定它的近似直径 D。 知道了这个直径，我们可以用圆的面积公式计算S层的面积：
如果我们知道油V的体积是多少1 假设油熔化并形成表面为 S 的层，则油分子的直径 d 可以很容易地计算出来，即：
在比较公式（1）和（2）并进行简单变换后，我们得到一个公式，可以计算油颗粒的大小：
确定音量 V 的最简单但不是最准确的方法1 是检查从注射器中包含的混合物的总体积可以得到多少滴，并将使用的油量 Vo 除以这个数字。 为此，我们将混合物收集在移液管中并产生液滴，试图使它们的大小与它们落到水面上时的大小相同。 我们这样做，直到整个混合物用完为止。
一种更准确但更耗时的方法是在水面上反复滴一滴油，获得单分子油层并测量其直径。 当然，在每一层制作之前，必须将之前用过的水和油倒出盆，倒干净。 根据获得的测量值，计算算术平均值。
将得到的值代入式（3），别忘了换算单位，用米（m）和V表示表达式1 立方米（m3)。 以米为单位获取粒度。 该尺寸取决于所用油的类型。 由于所做的简化假设，结果可能是错误的，特别是因为该层不是单分子的并且液滴尺寸并不总是相同的。 很容易看出，单分子层的缺失导致了对 d 值的高估。油颗粒的通常大小在 10 范围内-8-10-9 m. 第 10 座-9 m 被称为 纳米 并且经常用于被称为蓬勃发展的领域 纳米技术.
“消失”的液体体积
米。 3、液体收缩试验容器的设计；
g - 透明塑料管，p - poxylin，l - 尺子，
t——透明胶带
以下两个实验将使我们得出结论，不同物体的分子具有不同的形状和大小。 首先，剪下两根透明塑料管，内径均为 1-2 厘米，长 30 厘米。每根管用几块胶带粘在与刻度相对的单独尺子的边缘（图3). 用木塞塞关闭软管的下端。 用胶水软管将两个标尺固定在垂直位置。 将足量的水倒入其中一根软管中，形成一根大约为软管长度一半的柱子，例如 14 厘米。将等量的乙醇倒入第二根试管中。
现在我们要问，两种液体的混合物柱的高度是多少？ 让我们尝试通过实验得到答案。 将酒精倒入水管中，并立即测量液体的最高液位。 我们在软管上用防水标记标记这个水平。 然后用电线混合两种液体并再次检查液位。 我们注意到什么？ 事实证明，这个水平已经下降，即混合物的体积小于用于生产它的成分的体积之和。 这种现象称为液体体积收缩。 体积的减少通常是几个百分点。
型号说明
为了解释压缩效果，我们将进行模型实验。 本实验中的酒精分子以豌豆粒为代表，水分子以罂粟籽为代表。 将大约 0,4 m 高的大粒豌豆倒入第一个狭窄的透明盘子中，例如一个高罐子。将罂粟种子倒入第二个相同高度的容器中（照片 1a）。 然后我们将罂粟种子倒入装有豌豆的容器中，并用尺子测量谷物顶部达到的高度。 我们在容器上用记号笔或药用橡皮筋标记这个水平（照片 1b）。 关闭容器并摇晃几次。 我们将它们垂直放置并检查谷物混合物的上层现在达到的高度。 事实证明，它比混合前要低（照片 1c）。
实验表明，混合后，小罂粟种子填满了豌豆之间的自由空间，结果混合物所占的总体积减少了。 将水与酒精和其他一些液体混合时也会发生类似的情况。 它们的分子有各种大小和形状。 结果，较小的颗粒填充了较大颗粒之间的间隙，并且液体的体积减小了。
图 1. 压缩模型研究的以下阶段：
a) 豆子和罂粟种子在不同的容器中，
b) 脱落后的谷物，c) 混合后谷物体积的减少
现代意义
今天众所周知，我们周围的所有物体都是由分子组成的，而分子又是由原子组成的。 分子和原子都处于恒定的随机运动中，其速度取决于温度。 借助现代显微镜，尤其是扫描隧道显微镜 (STM)，可以观察到单个原子。 使用原子力显微镜 (AFM-) 的方法也是众所周知的，它允许您准确地移动单个原子并将它们组合成称为 纳米结构. 压缩效应也具有实际意义。 在选择获得所需体积混合物所需的某些液体量时，我们必须考虑到这一点。 您必须考虑到它，包括。 在伏特加酒的生产中，如您所知，伏特加酒主要是乙醇（酒精）和水的混合物，因为由此产生的饮料的体积将小于成分体积的总和。
