Презентація на тему "генетичний зв'язок". Конспект уроку «Генетичний зв'язок між основними класами органічних сполук

Між різними класами органічних речовин існує генетична взаємозв'язок, що дозволяє здійснювати синтези необхідних сполук, виходячи з обраної схемою перетворень. У свою чергу найпростіші органічні речовини можуть бути отримані з неорганічних речовин. Як приклад розглянемо практичне здійснення реакцій згідно з наступною схемою:

CH3 CH2 OH

CH C O

оцтова до-та амінооцтова до-та.

1) З вуглецю (графіту) метан можна отримати прямим синтезом:

C + 2H2		CH4,

або у дві стадії – через карбід алюмінію:

3C + 4Al t Al4 C3

Al4 C3 + 12H2 OCH4 + Al(OH)3 .

2) Етилен з метану можна отримати різними способами в кілька стадій, наприклад, можна провести синтез Вюрца з подальшим дегідруванням етану:

2CH3 Br + 2Na

CH3 + 2NaBr

або здійснити термічний крекінг метану та часткове гідрування отриманого ацетилену:

2CH4	1500 o C	CH + 3H2

CHCH + H2 Ni CH2 CH2.

3) Етиловий спирт виходить при гідратації етилену в присутності неорганічної кислоти:

CH2 CH2 + H2 OH + t CH3 CH2 OH.

4) Оцтовий альдегід (етаналь) можна отримати дегідруванням етанолу на мідному каталізаторі, або при окисленні спирту оксидом міді(II):

	200 o C	O+H



CH3 CH2 OH + CuO		CH3 C	Cu + H2 O

5) Оцтовий альдегід легко окислюється до оцтової кислоти, наприклад, реакції «срібного дзеркала», або при взаємодії з підкисленим розчином KMnO4 або K2 Cr2 O7 при нагріванні. Схематично це можна показати наступним рівнянням (спробуйте скласти повні рівняння реакцій):

CH C O

6) Синтез амінооцтової кислоти проводиться через проміжну стадію одержання хлороцтової кислоти:

CH3 CO OH + Cl2 P (червоний) ClCH2 CO OH + HCl

ClCH2 C	2NH3	CH2 C	NH4 Cl

Зверніть увагу на те, що галогенопохідні органічних сполук, зважаючи на їх високу реакційну активність, часто використовуються в органічних синтезах як вихідні та проміжні речовини.

ВАРІАНТ 1

2. Розрахуйте кількість речовини (у молях) та масу речовини (у грамах) кожного продукту при проведенні мелених перетворень: етан → брометан → еатнол, якщо етан був узятий масою 90 г. Вихід продукту на кожній стадії синтезу умовно прийнятий за 100 %.

3. Складіть схему та рівняння реакцій, за допомогою яких з метану можна отримати карбонову кислоту.

ВАРІАНТ 2

1. Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:

2. Розрахуйте кількість речовини (у молях) та масу речовини (у грамах) кожного продукту при проведенні наступних перетворень: бензол → хлорбензол → фенол, якщо бензол був узятий масою 156 г. Вихід продукту на кожній стадії синтезу умовно прийнятий за 100%.

3. Складіть схему та рівняння реакцій, за допомогою яких з етилену можна отримати амінокислоту.

ВАРІАНТ 3

1. Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:

2. Розрахуйте кількість речовини (у молях) та масу речовини (у грамах) кожного продукту при проведенні наступних перетворень: бензол → нітробензол → анілін, якщо бензол був узятий масою 39 г. Вихід продукту на кожній стадії синтезу умовно прийнятий за 100%.

3. Складіть схему і рівняння реакцій, за допомогою яких з вугілля можна отримати складний ефір.

ВАРІАНТ 4

1. Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:

2. Розрахуйте кількість речовини (у молях) та масу речовини (у грамах) кожного продукту при проведенні наступних перетворень: хлорметан → метанол → метилацетат, якщо хлорметан був узятий масою 101 г. Вихід продукту на кожній стадії синтезу умовно прийнятий за 100 %.

3. Складіть схему та рівняння реакцій, за допомогою яких з метану можна отримати ароматичний амін.

Дивитись схожі

Код для вставки

ВКонтакті

Однокласники

Телеграм

Рецензії

Додати свою рецензію

Слайд 2

Взаємозв'язок між класами речовин виражається генетичними ланцюжками

Генетичний ряд – це здійснення хімічних перетворень, у яких із речовин одного класу можна отримати речовини іншого класу.
Щоб здійснити генетичні перетворення, необхідно знати:
класи речовин;
номенклатуру речовин;
властивості речовин;
типи реакцій;
іменні реакції, наприклад синтез Вюрца:

Слайд 3

Слайд 4

Які реакції слід провести, щоб із одного типу вуглеводнів отримати інший?
Стрілки в схемі вказані вуглеводні, які безпосередньо можна перетворити один на одного однією реакцією.

Слайд 5

Здійсніть кілька ланцюжків перетворень

Визначте тип кожної реакції:

Слайд 6

Перевіряємо

Слайд 7

Розподіліть речовини на класи:

С3Н6; СН3СООН; СН3ОН; С2Н4; НСООН; СН4; С2Н6; С2Н5ОН; НСОН; С3Н8; СН3СООС2Н5; СН3СОН; СН3СООСН3;

Слайд 8

Перевірка

Алкани: СН4; С2Н6; С3Н8
Алкени: С3Н6; С2Н4
Спирти: СН3ОН; С2Н5ОН
Альдегіди: НСОН; СН3СОН
Карбонові кислоти: СН3СООН; НСООН
Складні ефіри: СН3СООС2Н5; СН3СООСН3

Слайд 9

Як можна отримати з вуглеводнів:
а) спирти; б) альдегіди; в) кислоти?

Слайд 10

Подорож вуглецю

З СаС2 С2Н2 СН3СНО С2Н5ОН
СН3СООН СН3СООСН2СН3

Слайд 11

2С + Са СаС2
СаС2 + 2Н2О С2Н2 + Са(ОН)2
С2Н2 + Н2О СН3СНО
СН3СНО + Н2 С2Н5ОН
СН3СНО + О2 СН3СООН
СН3СООН + СН3СН2ОН СН3СООС2Н5

Слайд 12

Для кисневмісних сполук

скласти рівняння реакцій, вказати умови протікання та тип реакцій.

Слайд 13

Отримання складного ефіру з вуглеводню

С2Н6 С2Н5ClС2Н5ОН СН3СНО СН3СООН СН3СООСН2СН3

Слайд 14

Слайд 15

Слайд 16

Слайд 17

Слайд 18

Слайд 19

Висновок: Сьогодні на уроці – на прикладі генетичного зв'язку органічних речовин різних гомологічних рядів ми побачили та довели за допомогою перетворень – єдність матеріального світу.

Слайд 20

бутан бутен-1 1,2-дибромбутан бутен-1
пентен-1 пентан 2-хлорпентан
пентен-2 СО2
Здійсніть перетворення.

Переглянути всі слайди

Конспект

Що таке нано?

.�

Слайд 3

Слайд 4

Слайд 5

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 9

Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

Слайд 13

Слайд 14

Демонстрація відеофрагменту.

Слайд 15

Слайд 16

Слайд 17

Слайд 18

Слайд 19

Слайд 20

Слайд 21

Слайд 22

Слайд 23

Слайд 24

Слайд 25

Що таке нано?

Нові технології – це те, що рухає людство вперед на його шляху до прогресу.�

Цілі та завдання даної роботи це розширення та вдосконалення знань учнів про навколишній світ, нові досягнення та відкриття. Формування навичок порівняння, узагальнення. Вміння виділяти головне, розвиток творчого інтересу, виховання самостійності у пошуку матеріалу.

Початок XXI століття проходить під знаком нанотехнологій, які поєднують біологію, хімію, IT, фізику.

Останніми роками темпи науково-технічного прогресу залежали від використання штучно створених об'єктів нанометрових розмірів. Створені на їх основі речовини та об'єкти розміром 1 – 100 нм називають наноматеріалами, а способи їх виробництва та застосування – нанотехнологіями. Неозброєним оком людина здатна побачити предмет діаметром приблизно 10 тис. нанометрів.

У найширшому сенсі нанотехнології – це дослідження та розробки на атомному, молекулярному та макромолекулярному рівні у масштабі розмірів від одного до ста нанометрів; створення та використання штучних структур, пристроїв і систем, які в силу своїх надмалих розмірів мають істотно нові властивості та функції; маніпулювання речовиною атомної шкалою відстаней.

Слайд 3

Технології визначають якість життя кожного з нас та могутність держави в якій ми живемо.

Промислова революція, розпочавшись у текстильній промисловості, підштовхнула розвиток технологій залізничного сполучення.

Надалі зростання перевезень різних товарів стало неможливим без нових технологій автомобілебудування. Таким чином, кожна нова технологія викликає народження та розвиток суміжних технологій.

Справжній період, у якому ми живемо, називають науково-технічною революцією чи інформаційною. Початок інформаційної революції збігся з розвитком комп'ютерних технологій, без яких життя сучасного суспільства вже не представляється.

Розвиток комп'ютерних технологій завжди було з мініатюризацією елементів електронних схем. В даний час розмір одного логічного елемента (транзистора) комп'ютерної схеми складає близько 10-7 м, і вчені вважають, що подальша мініатюризація елементів комп'ютера можлива лише тоді, коли будуть розроблені спеціальні технології, що одержали назву «нанотехнології».

Слайд 4

У перекладі з грецької слово "нано" означає карлик, гном. Один нанометр (нм) – це мільярдна частина метра (10-9 м). Нанометр дуже малий. Нанометр у стільки ж разів менше одного метра, скільки товщина пальця менше діаметра Землі. Більшість атомів мають діаметр від 0,1 до 0,2 нм, а товщина ниток ДНК близько 2 нм. Діаметр еритроцитів – 7000 нм, а товщина людського волосся – 80 000 нм.

На малюнку зліва направо в порядку зростання розмірів показані різні об'єкти – від атома до Сонячної системи. Людина вже навчилася отримувати вигоду з об'єктів різних розмірів. Ми можемо розщеплювати ядра атомів, видобуваючи атомну енергію. Проводячи хімічні реакції, ми отримуємо нові молекули та речовини, що мають унікальні властивості. За допомогою спеціальних інструментів людина навчилася створювати об'єкти – від шпилькової головки до величезних споруд, які видно навіть із космосу.

Але якщо подивитися на малюнок уважно, то можна помітити, що існує досить великий діапазон (в логарифмічному масштабі), куди довгий час не ступала вчена нога – між сотнею нанометрів і 0,1 нм. З об'єктами, що мають розмір від 0,1 нм до 100 нм, потрібно працювати нанотехнологіям. І є всі підстави вважати, що можна змусити наномір працювати на нас.

Нанотехнології використовують останні досягнення хімії, фізики, біології.

Слайд 5

Останніми дослідженнями доведено, що у Стародавньому Єгипті нанотехнології застосовували для фарбування волосся у чорний колір. Для цього використовували пасту із вапна Са(ОН)2, оксиду свинцю та води. У процесі фарбування виходили наночастинки сульфіду свинцю (галеніту), в результаті взаємодії з сіркою, яка входить до складу кератину, що й забезпечувало рівномірне та стійке фарбування.

У Британському Музеї зберігається "Кубок Лікурга" (на стінах кубка зображені сцени з життя цього великого спартанського законодавця), виготовлений давньоримськими майстрами - містить мікроскопічні частинки золота і срібла, додані в скло. При різному освітленні кубок змінює колір – від темно-червоного до світло-золотистого. Аналогічні технології застосовувалися і під час створення вітражів середньовічних європейських соборів.

В даний час вчені довели, що розмір цих частинок від 50 до 100 нм.

Слайд 6

У 1661 році ірландський хімік Роберт Бойль опублікував статтю, в якій розкритикував твердження Аристотеля, згідно з яким все на Землі складається з чотирьох елементів - води, землі, вогню та повітря (філософська основа основ тодішньої алхімії, хімії та фізики). Бойль стверджував, що це складається з "корпускул" - надмалих деталей, які у різних поєднаннях утворюють різні речовини і предмети. Згодом ідеї Демокріта та Бойля були прийняті науковою спільнотою.

У 1704 Ісаак Ньютон висловив припущення про дослідження таємниці корпускул;

У 1959 році американський фізик Річард Фейнман заявив: "Поки що ми змушені користуватися атомарними структурами, які пропонує нам природа". "Але в принципі фізик міг би синтезувати будь-яку речовину за заданою хімічною формулою".

У 1959 році Норіо Танігучі вперше вжив термін "нанотехнології";

У 1980 році Ерік Дрекслер використав цей термін.

Слайд 7

Річард Філліпс Фейман (1918-1988) видатний американський фізик. Один із творців квантової електродинаміки. Лауреат Нобелівської премії з фізики 1965 року.

Знаменита лекція Фейнмана, відома під назвою "Там, унизу, ще багато місця" вважається сьогодні стартовою точкою у боротьбі за підкорення наносвіту. Вона була вперше прочитана в Каліфорнійському технологічному інституті 1959 року. Слово «внизу» у назві лекції означало у «світі дуже малих розмірів».

Нанотехнологія стала самостійною галуззю науки і перетворилася на довгостроковий технічний проект після детального аналізу, проведеного американським вченим Еріком Дрекслером на початку 1980-х років та публікації його книги «Машини творення: майбутня ера нанотехнології».

Слайд 9

Першими пристроями, за допомогою яких стало можливим спостерігати за нанооб'єктами та пересувати їх, стали скануючі зондові мікроскопи - атомно-силовий мікроскоп і скануючий тунельний мікроскоп, що працює за аналогічним принципом. Атомно-силова мікроскопія (АСМ) була розроблена Гердом Біннігом та Генріхом Рорером, яким за ці дослідження у 1986 році було присуджено Нобелівську премію.

Слайд 10

Основою АСМ служить зонд, зазвичай зроблений з кремнію і є тонкою пластинкою-консоль (її називають кантилевером, від англійського слова "cantilever" - консоль, балка). На кінці кантилевера розташований дуже гострий шип, що закінчується групою з одного або кількох атомів. Основний матеріал-кремній та нітрид кремнію.

При переміщенні мікрозонда вздовж поверхні зразка вістря шипа піднімається і опускається, окреслюючи мікрорельєф поверхні, подібно до того, як ковзає па грамплатівці патефонна голка. На кінці кантилевера, що виступає, розташована дзеркальна площадка, на яку падає і від якої відбивається промінь лазера. Коли шип опускається і піднімається на нерівностях поверхні, відбитий промінь відхиляється, і це відхилення реєструється фотодетектором, а сила, з якою шип притягується до прилеглих атомів - п'єзодатчиком.

Дані фотодетектора та п'єзодатчика використовуються в системі зворотного зв'язку. В результаті можна будувати об'ємний рельєф поверхні зразка в режимі реального часу.

Слайд 11

Інша група зондувальних мікроскопів, що сканують, для побудови рельєфу поверхні використовує так званий квантово-механічний «тунельний ефект». Суть тунельного ефекту полягає в тому, що електричний струм між гострою металевою голкою та поверхнею, розташованою на відстані близько 1 нм, починає залежати від цієї відстані – чим менша відстань, тим більше струм. Якщо між голкою і поверхнею прикладати напругу 10 В, цей «тунельний» струм може становити від 10 рА до 10 нА. Вимірюючи цей струм і підтримуючи його постійним, можна зберігати постійним та відстань між голкою та поверхнею. Це дозволяє будувати об'ємний профіль поверхні. На відміну від атомно-силового мікроскопа, тунельний мікроскоп, що сканує, може вивчати тільки поверхні металів або напівпровідників.

Скануючий тунельний мікроскоп можна використовувати для переміщення якогось атома в точку, вибрану оператором. Отже, можна маніпулювати атомами і створювати наноструктури, тобто. структури поверхні, мають розміри порядку нанометра. Ще в 1990 році співробітники IBM показали, що це можливо, склавши з 35 атомів ксенону назву своєї компанії на платівці з нікелю.

Конічний диференціал прикрашає головну сторінку сайту Інституту молекулярного виробництва. Складено Е.Дрекслер з атомів водню, вуглецю, кремнію, азоту, фосфору, водню та сірки загальним числом 8298. Комп'ютерні розрахунки показують, що існування та функціонування її не суперечить законам фізики.

Слайд 12

Заняття учнів ліцею у класі нанотехнологій РДПУ ім. Герцена.

Слайд 13

Наноструктури можна збирати не лише з окремих атомів чи одиночних молекул, але й молекулярних блоків. Такими блоками або елементами створення наноструктур є графен, вуглецеві нанотрубки і фулерени.

Слайд 14

1985 Річард Смеллі, Роберт Керл і Гарольд Крото відкрили фулерени, вперше зуміли виміряти об'єкт розміром 1 нм.

Фулерени це молекули, що складаються з 60 атомів, розташованих у формі сфери. 1996 року групі вчених було присуджено Нобелівську премію.

Демонстрація відеофрагменту.

Слайд 15

Алюміній з невеликою присадкою (не більше 1%) фулерену набуває твердості сталі.

Слайд 16

Графен - це одиночний плоский лист, що складається з атомів вуглецю, пов'язаних між собою і утворюють ґрати, кожен осередок якого нагадує бджолину соту. Відстань між найближчими атомами вуглецю у графені становить близько 0,14 нм.

Світлі кульки – атоми вуглецю, а стрижні з-поміж них – зв'язку, утримують атоми у листі графена.

Слайд 17

Графіт, з чого зроблені грифелі звичайних олівців, є стопкою листів графена. Графени у графіті дуже погано пов'язані між собою і можуть ковзати один щодо одного. Тому, якщо провести графітом по паперу, то лист графену, що стикається з нею, відокремлюється від графіту і залишається на папері. Це пояснює, чому графітом можна писати.

Слайд 18

Дендрімери – це одна зі стежок у наномир за напрямком «знизу-вгору».

Деревоподібні полімери - наноструктури розміром від 1 до 10 нм, що утворюються при з'єднанні молекул, що мають структуру, що гілкується. Синтез дендрімерів - це одна з нанотехнологій, що тісно стикаються з хімією полімерів. Як і всі полімери, дендримери складаються з мономерів і молекули цих мономерів мають гіллясту структуру.

Усередині дендримера можуть утворюватися порожнини, заповнені речовиною, у присутності якої дендримери були утворені. Якщо дендрімер синтезований у розчині, що містить будь-який лікарський препарат, цей дендример стає нанокапсулою з даним лікарським препаратом. Крім того, порожнини всередині дендримера можуть містити речовини з радіоактивною міткою, які застосовуються для діагностики різних захворювань.

Слайд 19

У 13% випадків люди помирають від раку. Ця хвороба вбиває щорічно близько 8 мільйонів людей у всьому світі. Багато типів ракових захворювань досі вважаються невиліковними. Наукові дослідження показують, що залучення нанотехнологій може стати потужним інструментом у боротьбі із цим захворюванням. Дендрімери – капсули з отрутою для ракових клітин

Ракові клітини для поділу та росту потребують великої кількості фолієвої кислоти. Тому до поверхні ракових клітин дуже добре прилипають молекули фолієвої кислоти, і якщо зовнішня оболонка дендримерів міститиме молекули фолієвої кислоти, то такі дендримери вибірково прилипатимуть тільки до ракових клітин. За допомогою таких дендрімерів можна ракові клітини зробити видимими, якщо до оболонки дендрімерів прикріпити ще якісь молекули, що світяться, наприклад, під ультрафіолетом. Прикріпивши до зовнішньої оболонки дендримера ліки, що вбивають ракові клітини, можна не тільки виявити їх, але й вбити.

Як стверджують вчені, за допомогою нанотехнологій у кров'яні клітини людини можна буде вбудовувати мікроскопічні датчики, які запобігають появі перших ознак розвитку хвороби.

Слайд 20

Квантові точки вже зараз є зручним інструментом для біологів, щоб розглянути різні структури всередині живих клітин. Різні клітинні структури однаково прозорі і пофарбовані. Тому, якщо дивитися на клітину в мікроскоп, то нічого, крім її країв, і не видно. Щоб зробити помітною певну структуру клітини були створені квантові точки різних розмірів, здатні прилипати до певних внутрішньоклітинних структур.

До найменшого зеленого світла, що світиться, приклеїли молекули, здатні прилипати до мікротрубочок, що становлять внутрішній скелет клітини. Середні за розміром квантові точки можуть прилипати до мембран апарату Гольджі, а найбільші – до ядра клітини. Клітину занурюють у розчин, що містить усі ці квантові точки, і тримають у ньому деякий час, вони проникають усередину та прилипають туди, куди можуть. Після цього клітину споліскують у розчині, що не містить квантових точок, та під мікроскоп. Клітинні структури стали добре помітні.

Червоне – ядро; зелені – мікротрубочки; жовтий – апарат Гольджі.

Слайд 21

Діоксид титану, TiO2 – найпоширеніша сполука титану землі. Його порошок має сліпуче білий колір і тому використовується як барвник при виробництві фарб, паперу, зубних паст і пластмас. Причиною є дуже високий показник заломлення (n=2,7).

Оксид титану TiO2 має дуже сильну каталітичну активність – прискорює перебіг хімічних реакцій. У присутності ультрафіолетового випромінювання розщеплює молекули води на вільні радикали – гідроксильні групи ОН- та супероксидні аніони О2- такої високої активності, що органічні сполуки розкладаються на вуглекислий газ та воду.

Каталітична активність зростає із зменшенням розміру його частинок, тому їх використовують для очищення води, повітря та різних поверхонь від органічних сполук, які, як правило, шкідливі для людини.

Фотокаталізатори можна включати до складу бетону автомобільних доріг, що дозволить покращити екологію навколо доріг. Крім того, пропонують додавати пудру з цих наночастинок до автомобільного палива, що також має знизити вміст шкідливих домішок у вихлопних газах.

Нанесена на скло плівка з наночастинок діоксиду титану прозора та непомітна для ока. Однак таке скло під дією сонячного світла здатне самоочищатися від органічних забруднень, перетворюючи будь-який органічний бруд у вуглекислий газ і воду. Скло, оброблене наночастинками оксиду титану, позбавлене жирних плям і тому добре змочується водою. В результаті, таке скло менше пітніє, оскільки крапельки води відразу розпластуються вздовж поверхні скла, утворюють тонку прозору плівку.

Діоксид титану перестає працювати у закритих приміщеннях, т.к. у штучному світлі практично немає ультрафіолету. Проте вчені вважають, що, трохи змінивши його структуру, можна буде зробити його чутливим і до видимої частини сонячного спектру. На основі таких наночастинок можна буде виготовити покриття, наприклад, для туалетних кімнат, внаслідок чого вміст бактерій та іншої органіки на поверхнях туалетів може знизитись у кілька разів.

Через свою здатність поглинати ультрафіолетове випромінювання діоксид титану вже зараз застосовується для виготовлення сонцезахисних засобів, наприклад, кремів. Виробники кремів стали використовувати його у вигляді наночастинок, які настільки малі, що забезпечують практично абсолютну прозорість сонцезахисного крему.

Слайд 22

Нанотрава, що самоочищається, і «ефект лотоса»

Нанотехнології дозволяють створювати поверхню, схожу на масажну мікрощітку. Таку поверхню називають нанотравою, і вона є безліччю паралельних нанодротів (наностержнів) однакової довжини, розташованих на рівній відстані один від одного.

Крапля води, потрапивши на нанотраву, не може проникнути між нанотравинками, тому що заважає високий поверхневий натяг рідини.

Щоб змочуваність нанотрави зробити ще меншим, її поверхню покривають тонким шаром гідрофобного полімеру. І тоді як вода, а й будь-які частинки будь-коли прилипнуть до нанотраве, т.к. стосуються її лише кількох точках. Тому і частинки бруду, що опинилися на поверхні, покритій нановорсинками, або самі звалюються з неї, або захоплюються краплями води, що скочуються.

Самоочищення ворсистої поверхні частинок бруду називають «ефектом лотоса», т.к. квіти та листя лотоса чисті навіть тоді, коли вода навколо каламутна та брудна. Відбувається це через те, що листя і квітки не змочуються водою, тому краплі води скочуються з них, як кульки ртуті, не залишаючи сліду і змиваючи весь бруд. Навіть краплях клею та меду не вдається втриматися на поверхні листя лотоса.

Виявилося, що вся поверхня листя лотоса густо вкрита мікропухирцями висотою близько 10 мкм, а самі пухирці, у свою чергу, вкриті мікроворсинками ще меншого розміру. Дослідження показали, що всі ці мікропухирці та ворсинки зроблені з воску, що володіє, як відомо, гідрофобними властивостями, роблячи поверхню листя лотоса схожою на нанотраву. Саме пухирчаста структура поверхні листя лотоса значно зменшує їх змочуваність. Для порівняння: відносно гладка поверхня листа магнолії, який не має здатності до самоочищення.

Таким чином, нанотехнології дозволяють створювати самоочисні покриття і матеріали, що мають також водовідштовхувальні властивості. Матеріали, виготовлені із таких тканин, залишаються завжди чистими. Вже виробляють вітрове скло, що самоочищається, зовнішня поверхня якого покрита нановорсинками. На такому склі «двірникам» робити нічого. Є у продажу постійно чисті колісні диски для коліс автомобілів, що самоочищаються з використанням «ефекту лотоса», і вже зараз можна пофарбувати зовні будинок фарбою, до якої б бруд не прилипав.

З покритого безліччю крихітних кремнієвих волокон поліестеру, швейцарським ученим вдалося створити водонепроникний матеріал.

Слайд 23

Нанодротом називають дроти з діаметром порядку нанометра, виготовлені з металу, напівпровідника або діелектрика. Довжина нанодротів часто може перевищувати їх діаметр 1000 і більше разів. Тому нанодроти часто називають одномірними структурами, які надзвичайно малий діаметр (близько 100 розмірів атома) дає можливість виявлятися різним квантово-механическим ефектам. У природі нанодротів немає.

Унікальні електричні та механічні властивості нанодротів створюють передумови для їх використання у майбутніх наноелектронних та наноелектромеханічних приладах, а також як елементи нових композитних матеріалів та біосенсорів.

Слайд 24

На відміну від транзисторів мініатюризація батарейок відбувається дуже повільно. Розмір гальванічних елементів живлення, приведений до одиниці потужності, зменшився за останні 50 років лише в 15 разів, а розмір транзистора за цей час зменшився більш ніж 1000 разів і становить зараз близько 100 нм. Відомо, що розмір автономної електронної схеми часто визначається її електронної начинкою, а розміром джерела струму. При цьому чим розумніша електроніка приладу, тим більшу батарейку вона вимагає. Тому для подальшої мініатюризації електронних приладів необхідно розробляти нові типи батарейок. І тут знову допомагають нанотехнології

Компанія Toshiba у 2005 році створила прототип літій-іонної акумуляторної батарейки, негативний електрод якої був покритий нанокристалами титанату літію, внаслідок чого площа електрода зросла у кілька десятків разів. Новий акумулятор здатний набирати 80% своєї ємності всього за одну хвилину зарядки, тоді як звичайні літій-іонні акумулятори заряджаються зі швидкістю 2-3% за хвилину, і для повної зарядки їм потрібно цілу годину.

Крім високої швидкості перезаряджання акумулятори, що містять електроди з наночастинок, мають збільшений термін служби: після 1000 циклів заряду/розряду відбувається втрата лише 1% її ємності, а загальний ресурс нових батарей становить понад 5 тисяч циклів. А ще ці акумулятори можуть працювати при температурах до -40оC, втрачаючи при цьому лише 20% заряду проти 100% у типових сучасних акумуляторних батарей вже при -25оC.

З 2007 року з'явилися у продажу акумулятори з електродами з наночастинок, що проводять, які можуть бути встановлені на електромобілі. Ці літій-іонні акумулятори здатні запасати енергію до 35 кВт/год, заряджаючи до максимальної ємності всього за 10 хвилин. Зараз дальність пробігу електромобіля з такими акумуляторами - 200 км, але вже розроблена наступна модель цих акумуляторів, що дозволяє збільшити пробіг електромобіля до 400 км, що практично можна порівняти з максимальним пробігом бензинових машин (від заправки до заправки).

Слайд 25

Щоб одна речовина вступила в хімічну реакцію з іншою, необхідні певні умови, і дуже часто створити такі умови неможливо. Тому велика кількість хімічних реакцій існує лише на папері. Для їх проведення необхідні каталізатори – речовини, які сприяють перебігу реакції, але не беруть участь у них.

Вчені встановили, що внутрішня поверхня вуглецевих нанотрубок теж має велику каталітичну активність. Вони вважають, що при згортанні «графітового» листа з атомів вуглецю в трубочку концентрація електронів на її внутрішній поверхні стає меншою. Це пояснює, здатність внутрішньої поверхні нанотрубок послаблювати, наприклад, зв'язок між атомами кисню і вуглецю в молекулі СО, стаючи каталізатором окиснення СО до СО2.

Щоб об'єднати каталітичну здатність вуглецевих нанотрубок і перехідних металів, наночастинки з них ввели всередину нанотрубок (Виявилося, що цей нанокомплекс каталізаторів здатний запустити реакцію, про яку тільки мріяли - прямий синтез етилового спирту із синтез-газу (суміші окису вуглецю) натурального газу, вугілля і навіть біомаси.

Насправді людство завжди намагалося експериментувати із нанотехнологіями, навіть не підозрюючи про це. Ми з вами про це дізналися на початку нашого знайомства, почули поняття нанотехнології, дізналися історію та імена вчених, які дозволили зробити такий якісний стрибок у розвитку технологій, познайомилися з самими технологіями та навіть почули історію окриття фулеренів від першовідкривача, лауреата Нобелівської премії Річарда.

Технології визначають якість життя кожного з нас та могутність держави, в якій ми живемо.

Подальший розвиток цього напряму залежить від вас.

Завантажити конспект

Узагальнюючий урок

Цілі уроку:

Забезпечити засвоєння учнями знань про генетичний зв'язок між класами органічних сполук;

Розвиток уміння самостійного мислення;

Створити умови для становлення навичок самостійної та колективної роботи.

Завдання уроку:

Продовжити формування вміння учнів застосовувати раніше набуті знання;

Розвиток логічного мислення;

Розвиток мовної культури учнів;

Розвиток пізнавального інтересу до предмета.

Хід уроку:

1. Введення.

2. Розминка.

3. Вікторина: «Вгадай речовину».

4. Складання генетичного ланцюжка.

5. Домашнє завдання.

Введення. Знаючи хімію функціональних груп, можливі шляхи їх заміни, умови їх перетворень, можна планувати органічний синтез, переходячи від сполук порівняно простих до складніших. У відомій книзі Керрола «Аліса в країні чудес» Аліса звертається до Чеширського Кота: «Скажіть, будь ласка, куди мені йти?» На що Чеширський Кіт резонно зауважує: "Це багато в чому залежить від того, куди ти хочеш прийти". Як цей діалог пов'язати із генетичним зв'язком? Постараємося, використовуючи знання з хімічних властивостей органічних сполук, здійснити перетворення від найпростіших представників алканів до високомолекулярних сполук.

I. Розминка.

1. Повторити класи органічних сполук.

2. Які бувають за структурою ряди перетворень?

3. Рішення рядів перетворень:

1) CaC2 → C2H2 → C6H6 → C6H5Cl → C6H5OH → C6H2Br3OH

2) Al4C4 → CH4 → C2H2 → C6H6 → C6H5ONa → C6H5OCH3

3) гексан → бензол → хлорбензол → толуол → 2.4.6-трибромтолуол

ІІ. Вікторина: «Вгадай речовину».

Завдання учням: визначити речовину про яку йдеться і сказати кілька слів про цю речовину. (Учень біля дошки записує формули речовин).

1) Цю речовину називають – болотний газ, є основою природного газу, цінна та доступна сировина для синтезу багатьох речовин. (Метан)

Доповнення вчителя: одне цікаве повідомлення у тому, де став у нагоді метан. Фахівцям однієї з дослідних лабораторій ВМС США вдалося розробити спосіб одержання штучних алмазів. Метан подавався на розпечену до 2500 С пластину вольфраму, на якій і осідали кристали, що утворюються при цьому.

2) Цю речовину називають – світильний газ. Цей газ застосовувався спочатку переважно для освітлення: вуличні світильники, театральні рампи, похідні та шахтарські ліхтарі. На старих велосипедах встановлювалися карбідні ліхтарі. У посудину, заповнену карбідом кальцію, надходила вода, і газ, що утворився, по спеціальному соплу потрапляв у лампу, де і згоряв яскравим полум'ям. (Ацетилен)

3) Структура цієї речовини встановлювалася 40 років, а рішення прийшло, коли в уяві Кекуле виникла змія, яка кусала себе за хвіст. (Бензол)

4) Спеціальними експериментами було встановлено, що при вмісті цієї речовини в повітрі приблизно 0,1% швидше дозрівають овочі та фрукти. Цю речовину називають регулятором росту рослин. (Етилен)

Доповнення вчителя: виявляється, для цвітіння ананасів необхідний етилен. На плантаціях джгут мазут, і невеликих кількостей етилену, що утворюється, достатньо для отримання врожаю. А вдома можна скористатися стиглим бананом, який також виділяє етилен. До речі, етилен може передавати інформацію. У антилоп куди основною їжею служить листя акацій, які виробляють танін. Ця речовина надає листям гіркого смаку, а у великих концентраціях - отруйно. Антилопи вміють вибирати листя з низьким вмістом танніну, але в екстремальних умовах з'їдають будь-які та гинуть. Виявляється, листя, що поїдають антилопами, виділяють етилен, який служить сигналом для сусідніх акацій, і через півгодини їх листя посилено продукує танін, що призводить до загибелі антилоп.

5) Виноградний цукор. (Глюкоза.)

6) Винний спирт. (Етанол)

7) Масляниста рідина. Яку було отримано з толуанського бальзаму. (Толуол)

8) При небезпеці мурахи виділяють саме цю речовину. (Мурашина кислота)

9) Вибухова речовина, яка має кілька назв: тол, тротил. ТНТ. Зазвичай, з 1 г вибухової речовини утворюється близько 1 л газів, що відповідає тисячократному збільшенню об'єму. Механізм дії будь-якої вибухової речовини зводиться до миттєвого утворення великого обсягу газу з невеликого обсягу рідини або твердої речовини. Тиск газів, що розширюються, і являє собою руйнівну силу вибуху. (Трінітротолуол)

ІІІ. Складання генетичного ланцюжка.

Робота у групах. Клас поділяється на групи по 4 особи.

Завдання групам: скласти ряд перетворень, використовуючи якнайбільше речовин, вгаданих у вікторині. Завдання пропонується на якийсь час. Після виконання, завдання перевіряється біля дошки.

Наприкінці уроку оцінити відповіді учнів.

Розглянемо генетичний ряд органічних речовин, до якого включимо найбільшу кількість класів сполук:

Кожній цифрі над стрілкою відповідає певне урнпнення реакції (рівняння зворотної реакції позначено цифрою зі штрихом):

IV. Домашнє завдання: Скласти генетичний ряд перетворень, що включає не менше п'яти класів органічних сполук.

Аліса (у Країні Чудес Чеширському коту): - Скажіть, а куди мені звідси йти? Аліса (у Країні Чудес Чеширському коту): - Скажіть, а куди мені звідси йти? Чеширський кіт: Це залежить від того, куди Ви хочете прийти? Чеширський кіт: Це залежить від того, куди Ви хочете прийти? 2

Стратегія синтезу «Я хочу оспівати хвалу створенню молекул – хімічному синтезу… …Я переконаний, що і є мистецтво. І водночас синтез – це логіка». Роальд Хоффман (Нобелевська премія з хімії 1981 р) Вибір вихідної сировини Побудова вуглецевого кістяка молекули Введення, видалення або заміна функціональної групи Захист групи Стереоселективність 5

З + H 2 Ru, 1000 атм, C ThO 2, 600 атм, C Cr 2 O 3, 30 атм, C Fe, 2000 атм, C ZnO, Cr 2 O 3, 250 атм, C ПАРАФІНИ ІЗОПАРІФІНИ ТО СH 3 OH 6

С n H 2n+2 Схема утворення σ-зв'язків у молекулі метану Моделі молекул метану: шарострижнева (ліворуч) і масштабна (праворуч) СH4СH4СH4СH4 Тетраедрична будова sp 3 -гібридизація σ - зв'язку гомолітичний розрив зв'язку X: Y гомолітичний розрив зв'язку Реакції S R) заміщення (SR) ГорінняДегідрування S - англ. substitution – заміщення Прогноз реакційної здатності 7

СH 3 Cl – МЕТИЛХЛОРИД CH 4 МЕТАН С – САЖА С 2 Н 2 – АЦЕТИЛЕН СH 2 Cl 2 – ДИХЛОРМЕТАН СHCl 3 – ТРИХЛОРМЕТАН СCl 4 – ТЕТРАХЛОРМЕТАН Н 2 – ВОДОРОД СИНТЕЗ ГАЗ СO + H 2 СИНТЕЗ ГАЗ СO + H 2 Сl 2, hγ Хлорування С піроліз Н 2 О, Ni, C Конверсія О 2, Окислення СH 3 OH – МЕТАНОЛ HCHO – МЕТАНАЛЬ розчинники Бензол СHFCl 2 фреон HCOOH - мурашина кислота Синтетичний бензин СИНТЕЗИ НА ОСНОВІ МЕТАНУ 8 хлорпікрин СH 3 NH 2 метиламін HNO 3, C Нітрування

С n H 2n Схема утворення σ- зв'язків за участю sp 2 -гібридних хмар атома вуглецю Схема утворення π – зв'язків за участю p-хмар атома вуглецю Модель молекули етилену Реакції електрофільного приєднання (A E) Полімеризація Полімеризація Окислення О2Окислення 2 – гібридизація σ– та σ – і π – зв'язки Есв (С = С) = 611 кДж/моль Есв (С – С) = 348 кДж/моль A – англ. addition – приєднання Прогноз реакційної здатності 9

C 2 H 4 Етилен Полімеризація H 2 O, H + Гідратація Cl 2 Хлорування Окислення ЕТИЛОВИЙ СПІРТ З 2 Н 5 OH ЕТИЛОВИЙ СПІРТ З 2 Н 5 OH СИНТЕЗИ НА ОСНОВІ НОВИЙ АЛЬДЕГІД O 2, Ag KMnO 4, H 2 O O 2, PdCl 2, CuCl 2 ПЕНД ПЕНД З МПа 80 0 С, 0.3МПа, Al(C 2 H 5) 3, TiCl 4 СКД ПЕВД ПЕВД Бутадієн-1,3 (дивініл) Оцтова кислота Діоксан Оцтова кислота

С n H 2n-2 Схема утворення σ- зв'язків і π – зв'язків за участю sp-гібридних хмар атома вуглецю Моделі молекули ацетилену реакції електрофільного приєднання (A E) реакції за участю «кислого» атома водню Лінійна будова (180 0) (циліндричний розподіл електронної щільності) sp – гібридизація σ– та 2 σ – та 2π – зв'язки Прогноз реакційної здатності 11

C2H2C2H2 HСl, Hg 2+ H 2 O, Hg 2+ Реакція Кучерова С акт, С тримеризація СИНТЕЗИ НА ОСНОВІ АЦЕТИЛЕНУ ОЦЕНИЙ АЛЬДЕГІД ОЦЕНИЙ АЛЬДЕГІД СuCl 2, HCl, NH 4 Cl димеризація ROH опреновий ВІНІЛАЦЕТИЛЕН ВІНІЛОВІ ЕФІРИ Полівінілові ефіриПолівінілхлорид ВІНІЛХЛОРИД HCN, СuCl, HCl, 80 0 C АКРИЛОНІТРИЛ Волокна 12

Схема утворення π-зв'язків у молекулі бензолу Делокалізація електронної щільності в молекулі бензолу Схема утворення σ- зв'язків у молекулі бензолу за участю sp 2 – гібридних орбіталей атомів вуглецю С n H 2n-6 Прогноз реакційної здатності Плоска молекула sp σ – та π – зв'язки Ароматична структура Реакції електрофільного заміщення (S E) Реакції радикального приєднання (AR) Реакції радикального приєднання (AR) Горіння 14 М. Фарадей (1791–1867) Англійський фізик та хімік. Засновник електрохімії. Відкрив бензол; вперше отримав у рідкому стані хлор, сірководень, аміак, оксид азоту (IV).

БЕНЗОЛ H 2 /Pt, C гідрування СИНТЕЗИ НА ОСНОВІ БЕНЗОЛУ НІТРОБЕНЗОЛ НІТРОБЕНЗОЛ Сl 2, FeCl 3 хлорування HNO 3, H 2 SO 4 (конц) нітрування CH 3 Cl, AlCl 3 алкілЛЛУЛЛ 2,4,6- тринітро- толуол СТИРОЛ СТИРОЛ Полістирол 1. СH 3 CH 2 Cl, AlCl 3 Алкілування 2. – H 2, Ni дегідрування СH 2 =CH-CH 3, AlCl 3 алкілування КУМОЛ (ІЗОПРОПИЛБЕНЗОЛ) КУМОЛГИЗОК АН Фенол Ацетон ГЕКСАХЛОРАН ГЕКСАХЛОРАН 15

СИНТЕЗИ НА ОСНОВІ МЕТАНОЛУ СH 3 OH ВІНІЛМЕТИЛОВИЙ ЕФІР ВІНІЛМЕТИЛОВИЙ ЕФІР ДИМЕТИЛАНІЛІН C 6 H 5 N(CH 3) 2 ДИМЕТИЛАНІЛІН C 6 H 5 N(CH 3) 2 ДИМЕ ЕФІР CH 3 –O–CH 3 МЕТИЛАМІН СН 3 NH 2 МЕТИЛАМІН СН 3 NH 2 ВІНІЛАЦЕТАТ МЕТИЛХЛОРИД СН 3 Сl МЕТИЛХЛОРИД СН 3 Сl ФОРМАЛЬДЕГІД СuO, t HCl NH 3 МЕТИЛТІОЛ СН 3 3 5 NH 2 + CO 16 H +, t

СИНТЕЗИ НА ОСНОВІ ФОРМАЛЬДЕГІДУ МЕТАНОЛ СH 3 OH МЕТАНОЛ СH 3 OH УРОТРОПІН (ГЕКСМЕТИЛЕНТЕТРАМІН) УРОТРОПІН (ГЕКСМЕТИЛЕНТЕТРАМІН) МУРАВ'ЯНА КИСЛОТА МУРАВ'ЯНА КИСЛОТА Гексоген [O] [H] 1861 А.М. Бутлерів 18

CxHyOzCxHyOz Генетичний зв'язок кисневмісних органічних сполук АЛЬДЕГІДИ АЛЬДЕГІДИ КАРБОНОВІ КИСЛОТИ КАРБОНОВІ КИСЛОТИ КЕТОНИ КЕТОНИ СКЛАДНІ ЕФІРИ дегідратація гідрування окиснення, дегідрування етерифікація етерифікація окиснення H +, t

C n H 2n+2 C n H 2n Циклоалкани Алкени C n H 2n-2 АлкіниАлкадієни C n H 2n-6 Арени, бензол

C n H 2n+2 C n H 2n ЦиклоалканиАлкени C n H 2n-2 АлкіниАлкадієни Первинні е Вторинні Третні C n H 2n-6 Арени, бензол 12 C n H 2n Циклоалкани Алкени C n H 2n-2

C n H 2n+2 C n H 2n ЦиклоалканиАлкени C n H 2n-2 АлкіниАлкадієни Первинні е Вторинні Третні C n H 2n-6 Арени, бензол Циглера – Натта (1963 р) 25

C n H 2n+2 C n H 2n ЦиклоалканиАлкени C nH 2n-2 АлкіниАлкадієни Первинні ВторинніТретичні C n H 2n-6 Арени, бензол n- 2 АлкіниАлкадієни

C n H 2n+2 C n H 2n ЦиклоалканиАлкени C n H 2n-2 АлкіниАлкадієни Первинні е Вторинні е Третичні C n H 2n-6 Арени, бензол ні C n H 2n-2 Алкін Алкадієни

Застосування аніліну АНІЛІН Н.М. Зінін (1812 – 1880) Лікарські речовини Барвники Вибухові речовини Cтрептоцид НорсульфазолФталазол Отримання аніліну – реакція Зініна Тетрил

C n H 2n+2 C n H 2n Циклоалкани Алкени C n H 2n-2 АлкіниАлкадієни Первинні Вторинні Третні C n H 2n-6 Арени, бензол Поліетилен Поліпропілен Каучуки Жири Синтетичні барвники Фенол2 Циклоалкани Алкени C n H 2n-2 АлкіниАлкадієни