Предложите эксперимент по внедрению наночастиц серебра в нанотрубки из оксида титана (6 баллов).
2. Напишите уравнения или схемы химических реакций, которые можно использовать для получения наночастиц: а) Al2O3; б) TiO2; в) Pd; г) Au; д) Li; е) ZnSe (6 баллов).
3. Получение и исследование наночастиц золота в настоящее время является актуальной задачей. Метод Брюста–Шифрина позволяет легко получать термически стабильные и устойчивые на воздухе наночастицы золота с небольшим разбросом по размерам и контролируемым диаметром в интервале от 1,5 до 5,2 нм. Методика их получения сводится к следующему. Водный раствор HAuCl4 смешивают с раствором бромида тетра- н -октиламмония в толуоле. Полученную смесь обрабатывают додекантиолом, а затем прибавляют избыток NaBH4. Об образовании наночастиц золота свидетельствует мгновенное отчетливое потемнение толуольной фазы смеси. Примерно через 24 ч толуол удаляют на роторном испарителе, а полученный твердый продукт промывают на фильтре этанолом и гексаном для удаления избытка додекантиола. Полученные наночастицы золота могут быть многократно выделены и повторно переведены в раствор с помощью органических растворителей без необратимой агрегации или разрушения.
Ответьте на вопросы:
1) Является ли описанный способ получения наночастиц золота диспергированием («сверху вниз») или агрегацией («снизу вверх»)?
2 ) Для межфазного переноса также может использоваться бромид триметил- н -октиламмония. Он переносит AuCl4– из водной фазы в органическую. Какое свойство бромида триметил- н -октил-аммония обусловливает его использование для межфазного переноса?
а) Один конец частицы заряжен положительно, а другой – отрицательно;
б) один конец частицы является гидрофильным, а второй – гидрофобным;
в) один конец частицы проявляет кислотные свойства, а второй – основные.
3 ) В чем заключается роль NaBH4 в описанном выше синтезе?
а) является восстановителем;
б) является окислителем;
в) необходим для нейтрализации;
г) является комплексообразователем.
4. Напишите уравнения реакций углерода с концентрированными азотной и серной кислотами. Как вы думаете, почему графит вступает в эти реакции, а алмаз – нет (6 баллов)?
5. Фуллерен – сильно эндотермичное вещество: при его образовании из графита поглощается 2350 кДж/моль. В то же время, при синтезе фуллерена из отдельных атомов углерода, находящихся в газовой фазе, выделяется большое количество теплоты. Объясните эти факты (6 баллов).
6. Как можно перевести фуллерен в водорастворимую форму? Предложите два способа (6 баллов).
7. Кроме окисления CO, наночастицы золота ускоряют и другие реакции: гидрохлорирование ацетилена, синтез пероксида водорода, разложение озона, разложение сернистого газа, восстановление оксидов азота пропеном. Напишите уравнения перечисленных реакций (6 баллов).
8. Объясните, к каким вредным последствиям может привести повышенное содержание серы в автомобильном бензине (6 баллов).
Напишите уравнения электродных полуреакций, протекающих в карбонатном топливном элементе (6 баллов).
Рассчитайте массу водорода в баллоне объемом 100 л, находящемся при комнатной температуре (6 баллов).
Опишите устройство наномотора, преобразующего световую энергию в механическую работу (6 баллов).
12. Используя представление о структуре графита, оцените, сколько атомов углерода изображено на рисунке (6 баллов):
|
| Рисунок 8 - АСМ-изображение поверхности графита. Размер изображения (2x2) нм2 |
13. Имеются два наноматериала одного и того же химического состава, состоящие из частиц сферической формы. Средний радиус частиц первого материала – 200 нм, а второго – 40 нм. Какой из двух материалов имеет большую удельную поверхность и во сколько раз (6 баллов)?
14. При каком минимальном n размер частицы Fe n может попасть в нанодиапазон (6 баллов)?
15. Сколько атомов углерода входит в состав наноалмаза диаметром 5.0 нм? Какой процент от общего объема алмаза занимают атомы углерода? Необходимая информация: ковалентный радиус атома углерода составляет 0.077 нм (половина длины связи C–C). Плотность алмаза 3.52 г/см3 (6 баллов).
16. Удельная поверхность открытых одностенных углеродных нанотрубок равна 1000 м2/г, а плотность составляет 1.3 г/см3. Считая, что у всего материала отношение объема к поверхности – такое же, как и у одной трубки, оцените диаметр нанотрубки (6 баллов).
