Содержание

Контрольная работа по теме: Строение вещества. 11 класс

Контрольная работа №2

«Строение вещества».

Вариант 1

Часть А: Тестовые задания с выбором ответа.

( 2 балла за 1 правильный ответ)

1. В молекуле СО2 химическая связь:

а) ионная, б) ковалентная неполярная, в) ковалентная полярная, г) водородная.

2. В каком ряду записаны вещества только с ионной связью:

а) SiO2, CaO, Na 2SO4 ; б) HClO4, CO2 ,NaBr; в) MgO. NaI, Cs 2O ; г) H 2O, AlCl3, RbI.

3. Число σ-связей в молекуле этанола:

а) 6, б) 8, в) 7, г) 5.

4. По донорно-акцепторному механизму образована одна из ковалентных связей в соединении или ионе:

а) NH3, б) (NH4)2 S, в) CCl4

, г) SiF4.

5.Наибольшую электроотрицательность имеет элемент:

а) азот, б) сера, в) бром, г) кислород.

6.Степень окисления -3 фосфор проявляет в соединении:

а) P2O3, б) P2O5, в) Ca3P2 г) Ca(H2PO4)2.

7.Валентность III характерна для:

а) Ca, б) P, в) O, г) Si.

8. Все элементы в ряду могут проявлять степени окисления -1 и +5:

а) Rb, Ca, Li, б) H, Si, F, в) Cl, I, Br, г) As, N,T e.

9. Молекулярную кристаллическую решётку имеет:

а) H2S, б) NaCl, в) SiO2, г) Cu.

10. Гомологом вещества, формула которого СН2=СН-СН3, является:

а) бутан, б) бутен-1, в) бутен-2, г) бутин-1.

11. Вещество, формула которого NaHS называют:

а) сульфид натрия, б) сульфат натрия, в) гидросульфид натрия, г) гидросульфат натрия.

Часть В: Задания со свободным ответом.

  1. (3 балла)

Составьте структурные формулы не менее трёх возможных изомеров вещества состава С4Н8. Назовите эти вещества.

  1. ( 5 балла)

Какой объём кислорода потребуется для полного сгорания 1 кг этилена (этена)?

  1. ( 7 баллов)

Найдите молекулярную формулу углеводорода, массовая доля углерода в котором составляет 81,8%. Относительная плотность вещества по азоту равна 1,57. Определите число связей и их тип в молекуле данного вещества.

Контрольная работа №2

«Строение вещества».

Вариант 2

Часть А: Тестовые задания с выбором ответа.

( 2 балла за 1 правильный ответ)

1. В молекуле азота N2 химическая связь:

а) ионная, б) ковалентная неполярная, в) ковалентная полярная, г) водородная.

2. В каком ряду записаны вещества только с ионной связью:

а) SO2, CaO, К 2SO4 ; б) H 2S, AlCl3 ,NaI; в) CO. C 2H2, Cs 2O ; г) CaO, BaI2, Li2O.

3. Число σ-связей в молекуле этина:

а) 5, б) 4, в) 3, г) 6.

4.Вещестао, между молекулами которого существует водородная связь:

а) этанол, б) метан, в) водород, г) бензол.

5.Наибольшая степень окисления серы в соединении:

а) KHSO3, б) Na2S, в) H2SO4, г) S8.

6.Среди элементов IVА группы наиболее электроотрицательным является:

а) Si, б) Ge, в) C г) Sn.

7.Валентность IV характерна для:

а) Ca, б) P, в) O, г) Si.

8. Все элементы в ряду могут проявлять степени окисления -3 и +5:

а) Ga , Al, Be, б) C, Se, F, в) S, In, Br, г) P, N, Sb.

9.Атомную кристаллическую решётку имеет каждое из двух веществ:

а) хлорид натрия и алмаз, б) оксид углерода и кремний, в) алмаз и графит, г) оксид кремния (IV) и красный фосфор.

10. Изомером вещества, формула которого СН 3 -СН=СН-СН3, является:

а) бутан, б) бутин-2, в) бутен-1, г) 2- метилпропан.

11. Вещество, формула которого СН3СООNa называют:

а) гидрокарбонат натрия, б) ацетат натрия, в) формиат натрия, г) карбонат натрия.

Часть В: Задания со свободным ответом.

  1. (3 балла)

Составьте структурные формулы не менее трёх возможных изомеров вещества состава С4Н10 О. Назовите эти вещества.

  1. ( 5 балла)

Какая масса кислорода потребуется для полного сгорания 67,2 л (н.у.) фосфина (РН3), если в результате реакции образуется оксид фосфора (V) и вода?

  1. ( 7 баллов)

Найдите молекулярную формулу циклоалкана, если известно, что массовая доля углерода в нём составляет 85,71% . относительная плотность паров этого вещества по воздуху равна 1,931. Определите число связей и их тип в молекуле данного вещества.

Контрольная работа №2

«Строение вещества».

Вариант 3

Часть А: Тестовые задания с выбором ответа.

( 2 балла за 1 правильный ответ)

1. В хлориде натрия химическая связь:

а) ионная, б) ковалентная неполярная, в) ковалентная полярная, г) водородная.

2 Соединениями с ковалентной неполярной и ионной связью являются соответственно:

а)P4 и N 2O ; б) P4 и SO3; в) P4 и LiCl; г)P4 и РН3.

3. Число π-связей в молекуле серной кислоты:

а) 4, б) 2, в) 8, г) 6.

4. По донорно-акцепторному механизму образована одна из ковалентных связей в соединении или ионе:

а) NH3, б) NaNO3, в) CO2, г) SiH4

.

5.Наибольшую электроотрицательность имеет элемент:

а) натрий, б) литий, в) рубидий, г) калий.

6.Наибольшая степень окисления азота в соединении:

а) HNO3, б) Na 3N, в) N 2O г ) N2 H4.

7.Верны ли следующие утверждения?

А. Высшая валентность элемента определяется номером группы.

Б.Высшая валентность элемента определяется номером периода.

а) верно только Б, б) верно только А в) верны ода утверждения, г) оба утверждения неверны.

8. Все элементы в ряду могут проявлять степени окисления +7:

а) Sb, Al, Be, б) Te, Sn, F, в) Cl, I, Br, г) P, N,O.

9. Молекулярную кристаллическую решётку имеет:

а) хлорид калия, б) «сухой» лёд, в) сульфид натрия, г) чилийская селитра.

10. Изомером вещества, формула которого СН

3 –СН2-СН2-ОН , является:

а) метилэтиловый эфир, б) бутанол-1, в) диметиловый эфир, г) бутанол-2.

11. Вещество, формула которого НСОН не называют:

а) формальдегид, б) метаналь , в) муравьиная кислота , г) муравьиный альдегид.

Часть В: Задания со свободным ответом.

  1. (3 балла)

Составьте структурные формулы не менее трёх возможных изомеров вещества состава С4Н8О2 . Назовите эти вещества.

  1. ( 5 балла)

Какая масса воды может быть получена при взаимодействии с кислородом 224л водорода (н.у.)?

  1. ( 7 баллов)

Найдите молекулярную формулу алкена, массовая доля углерода, в котором составляет 85,7%. Относительная плотность паров этого вещества по оксиду углерода (IV) равна 1,593. Определите число связей и их тип в молекуле данного вещества.

Контрольная работа по теме «Строение вещества

Контрольная работа  по теме «Строение вещества»

Часть А

1. Пара элементов, между которыми образуется ионная химическая связь:

а) углерод и сера б) водород и азот в) калий и кислород г) кремний и водород

2. Наименее полярной является связь:

а) C-H б) C-Cl в) C-F г) C-Br

3.Вещество, в молекуле которого нет «пи-связи»:

а) этилен б) бензол в) аммиак г) азот

4. Атом углерода имеет степень окисления -3 и валентность 4 в соединении с формулой:

а) CO2 б) C2H6 в) CH3Cl г) CaC2

5. Атомную кристаллическую решётку имеет:

а) сода б) вода в) алмаз г) парафин

6.Вещество, между атомами которого существует водородная связь:

а) этан б) фторид натрия в) этанол г) углекислый газ

7. Группа формул соединений, в которых имеется только sp3-гибридизация:

а) CH4, C2H4, C2H2 б) NH3, CH4, H2O в) H2O, C2H6, C6H6 г) C3H8, BCl3, BeCl2

8. Между атомами есть ковалентная связь, образованная по донорно-акцепторному механизму в

молекуле:

а) CH3NO2 б) NH4NO2 в) C5H8 г) H2O

Часть Б

1. Определите вид связи и напишите электронные и графические формулы веществ: C2H2, Br2, K3N.

 

2. Напишите реакцию полимеризации винилхлорида. Определите структурное звено и молекулярную массу полимера, если степень полимеризации равна 350.

 

3. Напишите все изомеры для вещества с формулой С4Н6 и назовите их.

Контрольная работа №4 по теме «Химическая связь. Строение вещества. ОВР»

I вариант

 

 

 

Задание №1

Дайте краткую характеристику элемента серы по следующему плану:

  • Положение в ПСХЭ
  • Электронная конфигурация атомов
  • Валентные возможности (с примерами веществ)
  • Высший оксид, его характер
  • Высший гидроксид, его характер
  • Водородное соединение

Задание №2

Даны следующие вещества: фтор, фторид натрия, фторид кислорода (II). Напишите формулы этих веществ и определите тип химической связи. Покажите направление смещения электронной плотности, если она смещена. Ответ мотивируйте. Составьте электронные формулы для данных веществ.

Задание №3

Составьте схемы электронного баланса и расставьте коэффициенты в уравнениях, определите окислитель, восстановитель.

  1. S + H2SO4 = SO2 + H2O
  2. S + KOH = K2S + K2SO3 + H2O

II вариант

 

Задание №1

Дайте краткую характеристику элемента фосфора по следующему плану:

  • Положение в ПСХЭ
  • Электронная конфигурация атомов
  • Валентные возможности (с примерами веществ)
  • Высший оксид, его характер
  • Высший гидроксид, его характер
  • Водородное соединение

Задание №2

Даны следующие вещества: хлор, хлорид калия, хлороводород. Напишите формулы этих веществ и определите тип химической связи. Покажите направление смещения электронной плотности, если она смещена. Ответ мотивируйте. Составьте электронные формулы для данных веществ.

Задание №3

Составьте схемы электронного баланса и расставьте коэффициенты в уравнениях, определите окислитель, восстановитель.

  1. Na2S + KMnO4 + H2O = S + MnO2 + NaOH + KOH
  2. NH3 + O= NO + H2O

 

 

 

Контрольная работа № 1. Строение вещества

1.                  Порядковый номер элемента соответствует:

А. Заряду ядра атома;                                   В. Числу электронных слоев;

Б. Числу электронов в наружном слое;      Г. Числу нейтронов в атоме.

2. Ряд элементов, расположенных в порядке усиления неметаллических свойств:

А. Вr, Cl, O;                       В. S, C, Si;

Б. S, P, N;                          Г. N, Si, P.

3. Число атомов всех элементов в формульной единице фосфида калия:

А. 2;       Б. 3;       В. 4;      Г. 5.

4. Газ тяжелее воздуха:

А. Неон.                            В. Угарный газ.

Б. Ксенон.                        Г. Этилен.

5. Аэрозолем является:

А. Дезодорант.                            В. Пылевое облако.

Б. Лак для волос.                        Г. Все ответы верны.

6. Индивидуальным веществом является:

А. Бронза.                        В. Клейстер.

Б. Сульфид натрия.       Г. Воздух.

7. Установите соответствие между составом атома и положением в Периодической системе:

Состав атома:                                    Положение элемента в ПС:

1)38р, 50n, 38ē;                                      А. 5-й период IIБ группа;

2) 48р, 64n, 48ē;                                     Б. 5-й период VIА группа;

3) 42р, 54n, 42ē;                                     В. 5-й период IIА группа;

4) 52р, 76n, 52ē.                                     Г. 5-й период VIБ группа.

8. Установите соответствие между типом химической связи и формулой вещества:

Тип химической связи:                     Формула вещества:

1) ковалентная неполярная;                 А. СO2;

2) ионная;                                                   Б. Sr;

3) металлическая;                                    В. SrCl2;

4) ковалентная полярная.                      Г. I2.

Составьте схемы образования связей.

9. Установите соответствие между названием вещества и типом кристаллической решетки:

Название вещества:                        Тип кристаллической решетки:

1) оксид алюминия;                           А. металлическая;

2) хлорид натрия;                               Б. ионная;

3) хлороводород;                                В. атомная;

4) алюминий.                                      Г. молекулярная.

10. Установите соответствие между дисперсной системой и агрегатным состоянием дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Дисперсная система:                        Агрегатное состояние дисперсной фазы и

                                                              дисперсионной среды:

1) минеральная вода;                          А. газ/ жидкость;

2) снежный наст;                                   Б. газ/ твердое вещество;

3) нержавеющая сталь.                       В. твердое вещество/ твердое вещество.

11. Какова массовая доля поваренной соли в растворе, полученном при разбавлении 400г 25%-ого раствора 50г воды?

Контрольная работа по теме «Строение вещества», 11 класс

Категория: Химия.

Контрольная работа по теме «Строение вещества», 11 класс

I вариант

1. Дать определение ионной связи. Определить типы связей в следующих веществах: Cah3, Ch5, h3, HCl, CaCl2.

2. Расставить степени окисления и составить структурные формулы:

h3SO4, P2O5, C2H6, Nh4, SO3.

3. Определить концентрацию раствора, полученного при смешивании 100 г 10% раствора, 80 г дистиллированной воды и 20 г того же вещества.

4. Вычислить массу соли, полученной при взаимодействии 40 г 5%-ного раствора гидроксида натрия и 63 г 10%-ного раствора азотной кислоты.

II вариант

1. Дать определение ковалентной связи. Определить типы связей в следующих веществах: Mg3N2, N2, Nh4, CS2, MgO.

2. Расставить степени окисления и составить структурные формулы: h4PO4, SO2, Cl2O7, C2H6, P2O3.

3. Определить концентрацию раствора, полученного при смешивании 160 г дистиллированной воды, 40 г некоторого вещества и 200 г 5%– ного раствора этого же вещества.

4. Вычислить массу осадка, полученного при взаимодействии 36,5 г 20%-ного раствора соляной кислоты и 170 г 10%-ного раствора нитрата серебра.

III вариант

1. Oпределение ионной связи. В каких веществах есть ионные связи: h3O, NaH, Ch5, P2O5, Mg3N2?

2. Составить структурные формулы следующих веществ: CCl3COOH, h3O2, C2h3, C2h5, C2H6.

2. При сливании 160 г 10%-ного раствора сульфата меди и 80 г 20%-ного раствора гидроксида натрия выпал осадок. Определить его массу.

IV вариант

1. Определение ковалентной химической связи. В каких перечисленных ниже веществах ковалентные связи: P4, NaCl, Nh4, Cl2, K2O, Mgh3?

2. Составить структурные формулы следующих веществ: CrO3, HCl, Nh3Ch3COOH, C6H6, Cl2O7.

3. При сливании 196 г 5%-ного раствора серной кислоты и 80 г 10%-ного раствора гидроксида натрия получена соль. Определить её массу.

Е. И. Краснощекова, МКОУ Поселковая СОШ, п. Колос, Калачеевский район, Воронежская область

Метки: Химия

Манипуляции с материей на атомарном уровне | Feature

Первая статья о святом Граале была написана исследователем IBM Фаэдоном Авурисом, вдохновленным мощью новых инструментов, позволяющих химикам манипулировать материей на атомном уровне.

В 1981 году Герд Бинниг и Генрих Рорер из IBM разработали первый сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Вскоре за это изобретение им была присуждена Нобелевская премия по физике. Четыре года спустя Бинниг запатентовал атомно-силовой микроскоп (АСМ), аналогичный прибор, который исследует атомные структуры материалов путем измерения силы между образцом и наконечником, а не электрического тока, как в случае с СТМ.Сегодня многие приборы объединяют две системы в одном устройстве, что позволяет одновременно анализировать силу и силу тока.

Мы были рады, что помимо возможности видеть «атомы», мы также можем вносить изменения в эту шкалу

Фаедон Авурис, IBM Research

До этих открытий Авурис использовал методы дифракции для изучения химии и физики твердых поверхностей, но быстро осознал мощь новых методов.«Когда появилась СТМ, я с самого начала включился в нее и начал видеть то, что мы обычно называем «атомами» — в основном некоторое представление плотности заряда в расположении атомов. Мы были просто совершенно ошеломлены. Это было так показательно», — вспоминает он. «Это так отличалось от того, что показала нам дифракция в виде макроскопической средней структуры, было так много локальных вариаций, дефектов, различных доменов структур [выявленных с помощью СТМ]».

Авурис и его команда работали до поздней ночи, чтобы свести к минимуму влияние вибраций, производимых людьми, гуляющими по зданию, на их сверхточные эксперименты.«По мере того, как мы продвигались вперед, мы заметили изменения на поверхности, когда мы сканировали ее снова и снова», — вспоминает он. «И после того, как мы провели несколько тщательных экспериментов, мы поняли, что некоторые изменения не были спонтанными — мы на самом деле вызывали эти движения атомов».

Стало очевидным, что при движении иглы СТМ механические силы могут скользить по поверхности атомов. Применяя ток, можно даже заставить атомы прыгать с поверхности на кончик и обратно. «Мы были взволнованы тем, что помимо возможности видеть «атомы», мы также могли вносить изменения в этот масштаб, что было действительно неслыханно до того момента. Это было огромное волнение», — говорит Авурис.

Последовала череда ошеломляющих экспериментов, продемонстрировавших невероятный уровень контроля, который химики теперь могли осуществлять над своими образцами. На знаменитой демонстрации в 1990 году Дон Эйглер и Эрхард Швейцер из IBM использовали СТМ при очень низких температурах, чтобы маневрировать 35 атомами ксенона по поверхности кристаллического никеля, что дало название компании. Три года спустя лаборатория Эйглера использовала аналогичные методы для создания кольца из 48 атомов железа на поверхности меди.Это было названо «квантовым загоном» из-за необычных моделей стоячих волн, создаваемых поверхностными электронами, захваченными внутри структуры.

«После этого первоначального всплеска результатов и оптимизма в течение многих лет медленно приходило осознание того, что сделать следующие шаги было просто сложнее, чем мы себе представляли, — говорит Крис Лутц, присоединившийся к команде Эйглера в 1990 году. много новой физики, полученной путем размещения хорошо разделенных атомов на плотноупакованных поверхностях, но было трудно увидеть расположение атомов в любой плотноупакованной структуре, идентифицировать элемент данного атома или разместить атомы там, где мы хотели сделать молекулу.

Кто кого цитирует?

По сравнению со многими сетями цитирования в других областях, эта относительно проста с четко определенными кластерами исследователей.

Изобретатель

Самый большой узел принадлежит Герду Биннигу, который изобрел сканирующую туннельную микроскопию и атомно-силовую микроскопию.

Отделение биофизики

Кластер слева состоит из исследователей, использующих эти методы для изучения биологических систем, представленных здесь Карлосом Бустаманте.

Наномир

Исследователи углеродных нанотрубок составляют еще один кластер — это сеть Рика Смолли.

Наука об одном атоме

Дон Эйглер является частью более крупного кластера, использующего АСМ и СТМ для манипуляций с атомами. Эйглер, как известно, написал IBM, используя атомы ксенона.

Полный экран во всплывающем окне

По сравнению со многими сетями цитирования в других областях, эта относительно проста с четко определенными кластерами исследователей.

Самый большой узел принадлежит Герду Биннигу, который изобрел сканирующую туннельную микроскопию и атомно-силовую микроскопию.

Кластер слева состоит из исследователей, использующих эти методы для изучения биологических систем, представленных здесь Карлосом Бустаманте.

Исследователи углеродных нанотрубок составляют еще один кластер — это сеть Рика Смолли.

Дон Эйглер является частью более крупного кластера, использующего АСМ и СТМ для манипуляций с атомами. Эйглер, как известно, написал IBM, используя атомы ксенона.

 

Идентификация атомов

Крупный прорыв произошел в 2000 году, когда группа под руководством Со-Вай Хла из Свободного университета Берлина использовала СТМ для проведения реакции сочетания Ульмана. Сначала они использовали импульс напряжения от наконечника СТМ, чтобы отделить йод от двух молекул йодбензола.Затем они использовали наконечник, чтобы перетащить два получившихся фенила рядом друг с другом, прежде чем обеспечить достаточное количество энергии активации, чтобы соединить их вместе и сформировать молекулу бифенила.

Вскоре после этого группа под руководством Оскара Кастанса и Сейдзо Мориты из Университета Осаки, Япония, провела несколько удивительных манипуляций с комнатной температурой с помощью АСМ. В 2005 году они использовали АСМ для проведения контролируемых латеральных манипуляций с атомами в верхнем слое полупроводника. Три года спустя они показали, что атомы в верхнем слое полупроводника могут заменяться атомами, исходящими из наконечника АСМ. Команда даже показала, что с помощью АСМ можно различать разные типы атомов.

«Я думаю, что это определенно была важная веха в манипулировании атомами, — говорит Лео Гросс, руководитель группы манипуляций с атомами и молекулами IBM в Цюрихе, Швейцария. Гросс объясняет, что результаты Кастанса вдохновили его команду начать использовать АСМ, ранее сосредоточившись исключительно на СТМ.

Показать в полноэкранном режиме

В 2009 году команда Гросса сделала еще один рывок вперед. Прикрепив одну молекулу монооксида углерода к наконечнику АСМ, они смогли резко улучшить разрешение своих изображений до такой степени, что смогли увидеть отдельные связи внутри органических молекул.Наконечник СО даже позволяет Гроссу и его коллегам различать разные типы связей. В прошлом году они использовали этот метод для изучения редкого аллотропа углерода, структура которого обсуждалась химиками-теоретиками в течение многих лет. Соперничающие группы утверждали, что цикло[n]углероды могут иметь либо «полииновую» структуру, образованную из чередующихся одинарных и тройных углерод-углеродных связей, либо «кумуленовую» структуру с последовательными двойными связями. Проблема заключалась в том, что эти соединения очень реакционноспособны и их очень трудно изучать.

Команда

Гросса начала с замаскированной версии молекулы, подготовленной группой Гарри Андерсона в Оксфорде. Маскирующие группы достаточно стабилизировали материал, чтобы его можно было нанести на инертную поверхность, охлажденную до 5К. «Затем с помощью импульсов напряжения мы могли бы удалить эти маскирующие группы и сформировать кольцо», — говорит Гросс. «Затем мы использовали изображение с высоким разрешением и увидели девятикратную симметричную структуру, в которой девять тройных связей становятся яркими, давая большее отталкивание в АСМ, а одиночные становятся темными.Таким образом, по этим изображениям мы действительно смогли выяснить, что это полииническая структура».

Будущее хранилища данных?

Другие технические достижения открывают возможности для манипуляций с атомами. Одной из движущих сил этого исследования было желание создать наноразмерные устройства и хранилище данных еще меньшего размера.

Тридцать лет назад Эйглеру и Швейцеру потребовалось 22 часа непрерывной работы, чтобы расшифровать «IBM» с 35 атомами. К 2016 году автоматизированному СТМ потребовалось столько же времени, чтобы записать килобайт данных, контролируя положение более 8100 атомов хлора на поверхности меди.Команда Сандера Отте из Технического университета Делфта использовала эту систему для моделирования методом Монте-Карло и кодирования отрывков из лекции Ричарда Фейнмана « На дне много места » и лекции Дарвина « о происхождении видов ».

Сегодня Лутц отвечает за проект IBM по наномагнетизму и стремится еще больше расширить границы хранения данных, контролируя спины отдельных атомов. «Примерно с 2000 года мы начали более интенсивно изучать магнитные свойства и построили новую машину, которая могла охлаждаться до половины Кельвина и иметь магнитное поле до нескольких Тесла, что позволило нам изучить зеемановскую энергию, чтобы перевернуть вращение атома, — говорит Лутц. В 2012 году они сделали магнитный бит памяти всего из 12 атомов железа. С помощью одного импульса тока от наконечника СТМ команда IBM могла изменить спин всех 12 атомов одновременно, переключая крошечные антиферромагнетики между двумя магнитными состояниями.

А в последние годы группа разработала способ использования электронного спинового резонанса с СТМ. Это дает им возможность контролировать ядерные спины отдельных атомов и даже использовать эти атомы в качестве датчиков для измерения магнитных свойств других атомов поблизости.

‘Меня почти каждый день удивляет, что мы смотрим на атомы по одному. Часто я делаю паузу и думаю о том, что один атом, который мы изучаем сегодня, находится внутри гелиевого дьюара, рядом с которым я стою, и, вероятно, завтра он будет там точно в том же месте», — говорит Лутц. «То, что делает этот атом, может изменить мой день к худшему или к лучшему, и его поведение представляет собой то, что сделал бы каждый атом этого изотопа в тех же обстоятельствах».

Через несколько лет после написания статьи о Святом Граале исследования Авуриса изменили направление, и он продолжил вносить значительный вклад в область углеродных нанотехнологий, прежде чем уйти на пенсию в 2016 году.Но он с любовью вспоминает свое время работы манипулятором атома. «Это действительно красивое поле, оно дает вам уникальное представление о мире атомов и молекул в реальном пространстве. Я все еще люблю его», — говорит он. «Мои самые счастливые годы в моей исследовательской жизни были, когда поздно ночью я и мой постдок сидели перед экраном и любовались экзотическими пейзажами, которые мы видели перед нашими глазами».

Исправление: эта статья была обновлена ​​29 сентября, в предыдущей версии была указана неверная принадлежность ранней работы Оскара Кастанса по манипуляциям с комнатной температурой и не упоминалось, что Сейдзо Морита был соруководителем.

Заголовок гонки цитирования: На этом графике показаны 20 наиболее цитируемых статей, связанных с атомными и молекулярными манипуляциями, которые были опубликованы за последние 25 лет. Многие из этих работ связаны с производством наноэлектроники, а также с анализом биомолекул. Статья Лео Гросса с 896 цитированиями об использовании АСМ с наконечниками из СО для идентификации отдельных связей в органических молекулах занимает четвертое место в рейтинге — несмотря на то, что она является одной из самых недавно опубликованных статей в топ-20 

.

Заголовок сети цитирования: Эта диаграмма связывает исследователей, которые цитировались в ключевых статьях по манипуляциям с атомами за последнюю четверть века, с авторами этих статей.По-видимому, существуют отдельные группы, которые обычно цитируются друг другом. Самый большой узел в крайнем правом углу изображения — это Герд Бинниг, соавтор сканирующего туннельного микроскопа и атомно-силового микроскопа, получивший Нобелевскую премию по физике 1986 года за свою работу над СТМ. Большой кластер в середине показывает многих исследователей, чья работа обсуждается в этой статье, в том числе Дона Эйглера, Оскара Кастанса и Со-Вай Хла. Федон Авурис появляется в большом кластере слева от центра вместе с другими исследователями, интересующимися нанотехнологиями, а крайняя левая группа выделяет исследователей, известных своей работой над биомолекулами

.

Заголовок сети соавторства: На этой диаграмме исследователи связаны с другими исследователями, с которыми они опубликовали ключевые статьи по атомным и молекулярным манипуляциям.Оскар Кастанс отображается в виде темно-синего узла в одном из кластеров справа от центра — этот цвет означает, что его первая ключевая статья в нашем наборе данных была опубликована в период с 1995 по 1999 год. Лео Гросс, чья ключевая статья о наконечниках CO для АСМ была опубликована в 2009 году, выглядит как светло-синий узел чуть ниже Кастанса. Большое количество небольших кластеров иллюстрирует широкое применение таких инструментов, как СТМ и АСМ, а также других методов молекулярного манипулирования, таких как оптический пинцет. Большой узел в центре диаграммы — это Джонатан Рид из Бристольского университета, чья группа использует оптические и электродинамические методы для анализа аэрозольных частиц

.

Geo caption: На этой карте показано местонахождение авторов важных статей по манипуляциям с атомами, опубликованных с 1995 года.Похоже, что большинство крупных игроков в этой области сосредоточено в США, Европе и Японии. Мы можем наблюдать рост отрасли в конце 1990-х – начале 2000-х годов после нескольких неурожайных лет в середине 1990-х

Дополнительная информация

Для объяснения того, как были построены эти визуализации данных, см. За данными

 

Дальнейшее чтение

1 М. Гарг и К. Керн, Аттосекундная когерентная манипуляция электронами в туннельной микроскопии, Science , 2020, 367 , 411 (DOI: 10.1126/наука.aaz1098)

2 X Zeng et al , Наноразмерная адаптация супрамолекулярных кристаллов с помощью ориентированного внешнего электрического поля, Наноразмер , 2020, 12 , 15072 (DOI: 10.1039/d0nr01946a)

3 A Sweetman, NR Champness и A Saywell, Химические реакции на поверхности, характеризуемые сканирующей зондовой микроскопией со сверхвысоким разрешением, Chem. соц. Ред. , 2020, 49 , 4189 (DOI: 10.1039/d0cs00166j)

4 Р. Дж. П. Роман и др. , Индуцированная туннельным током локальная экситонная люминесценция в p-легированных монослоях WSe 2 , Наноразмер , 2020, 12 , 13460 (DOI: 10.1039/д0нр03400б)

5 D Peller et al , Силы субцикла атомного масштаба когерентно управляют одномолекулярным переключателем, Nature , 2020, 585 , 58 (DOI: 10.1038/s41586-020-2620-2)

6 MR Tchalala et al , Окисление силиконовых нанолент, индуцированное наконечником, Nanoscale Adv. , 2020, 2 , 2309 (DOI: 10.1039/d0na00332h)

7 S Ghamari et al , Борофеновый пинцет для диэлектрофореза: улавливание наночастиц менее 10 мВ, Appl.Серф. науч. , 2020, 527 , 146859 (DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.146859)

8 В Jansson et al , Механизм роста наноконечных наконечников в сильных электрических полях, Нанотехнологии , 2020, 31 , 355301 (DOI: 10. 1088/1361-6528/ab9327)

9 M Leisegang et al , Наведение управляемой протонами направленности в одной молекуле, J. Phys. хим. C , 2020, 124 , 10727 (DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c01913)

10 Дж Qi et al , Активируемая силой изомеризация одиночной молекулы, Дж.Являюсь. хим. соц. , 2020, 142 , 10673 (DOI: 10.1021/jacs.0c00192)

 

5 Исследование внутренней работы молекулы и контроль за ней | Управление квантовым миром: наука об атомах, молекулах и фотонах

многомерных поверхностей потенциальной энергии могут привести к интригующим структурам, таким как конические пересечения, которые играют решающую роль в том, как энергия, выделяемая изолированной молекуле, перераспределяется между электронными и колебательными движениями молекулы и, в конечном счете, в том, как молекула реагирует или распадается. .Например, только при тщательном учете этих неадиабатических взаимодействий можно было правильно смоделировать одну из простейших химических реакций — диссоциативную рекомбинацию H 3 + с электроном. Действительно, неадиабатические переходы играют важную роль во многих фундаментальных процессах в физике, химии и биологии, включая фотохимию и безызлучательную релаксацию, перенос заряда и фотосинтез, а также эффекты растворителя в жидкостях.Есть некоторые среды, в которых неадиабатические взаимодействия неизбежны. Например, для частиц размером в несколько нанометров расстояние между электронными уровнями и расстоянием между энергиями колебаний сравнимы, что позволяет предположить, что нанонаука будет изобиловать неадиабатическими эффектами.

Здесь способность лепить аттосекундные импульсы и управлять электронным движением внутри молекул может оказаться бесценной. Способность управлять электронной волновой функцией позволит ученым проводить молекулы через такие пересечения поверхностей по разным траекториям и следить за их результатом, предоставляя средства для детального отображения характера поверхностей потенциальной энергии и движения электронов вблизи пересечения, а также для выяснения механизмов. для неадиабатических процессов.В таких экспериментах движение ядер можно было бы контролировать с помощью сверхбыстрых рентгеновских лучей высокой энергии, таких как те, которые будут получены в XFEL, обсуждаемых в главе 4. Преимущество использования таких рентгеновских лучей состоит в том, что они возбуждают самые внутренние электроны. атомов, которые обеспечивают наиболее точное определение положения атомов. Вместе такие возможности значительно продвинут экспериментальное изучение динамики реакций в молекулярной физике, химии и биологии и дадут важные подсказки для понимания этой динамики.

Управление Абсолютом в масштабе времени

Самые короткие импульсы и самые интенсивные электромагнитные поля, которые применялись к атомам и молекулам, вообще не генерируются лазерами. Скорее, они были получены путем ускорения заряженных частиц до чрезвычайно высоких скоростей и столкновения их с образцом целевых атомов или молекул. Во многих отношениях эффект острого импульса заряда, проходящего через образец, подобен очень короткому лазерному импульсу. На протяжении десятилетий физика атомных столкновений позволяла понять реакцию атомов и молекул на короткие импульсы электромагнитного излучения. Область физики атомных столкновений достаточно зрелая, и ее достижения настолько хорошо известны в литературе и приложениях, что ей в значительной степени остается стоять на своем собственном мощном историческом послужном списке

.

Заряд и строение материи

Строение материи

Изучая химию, вы знаете, что материя состоит из атомов, которые объединяются в молекулы и кристаллы.Чтобы понять, как образуются молекулы и кристаллы, а также свойства макроскопической материи, нам нужно более глубоко изучить структуру атома. Ключевые идеи, которые нам необходимо знать, следующие:

  • Атомы состоят из электронов и ядер;
  • Размеры атомов определяются распределением электронов в атоме;
  • Ядра малы, но содержат почти всю массу атома;
  • Связи между атомами, из которых строятся молекулы и кристаллы, возникают из-за электрических сил между электронами и ядрами и совместного использования электронов между разными атомами.

Ядра в атоме можно рассматривать для большей части химии и биологии, как если бы они были классическими «точечными массами» в ньютоновском смысле — объектами, которые можно смоделировать как не имеющие структуры и значительных размеров. Единственное, что имеет значение для нас, это то, как они сочетаются (создают и ощущают) с силами дальнего действия — гравитацией (у них есть масса), электрическими силами (у них есть заряд) и магнитными силами (у них есть магнитный момент). На самом деле мы знаем, что они состоят из нейтронов и протонов, и даже многое знаем о строении нейтронов и протонов.Но структура ядра и структура нейтронов и протонов не играют роли в поведении молекул при нормальных температурах. Они не играют никакой роли в понимании биологии (за исключением того, что субструктуры объясняют радиоактивность, и мы можем использовать их в качестве зондов обычной материи).

Электроны более сложны. Они намного легче ядер (масса электрона примерно в 1/2000 массы нейтрона или протона) и, как следствие, рассредоточены по гораздо большему объему, чем ядро. Это «в результате» здесь является абсурдной строкой. Оно возникает из-за квантовой природы материи и того факта, что квантовые свойства тем важнее, чем легче объект. Это вовсе не очевидно и выходит за рамки того, что мы можем здесь обсуждать. Полезно думать об этом так: из-за своей легкости электрон движется очень быстро — вращается и заполняет пространство атома, как лопасти электрического вентилятора. Это не совсем правильно — электрон может быть во многих местах одновременно — но для отправной точки это не так уж и плохо.

Что для нас здесь важно, как для электронов, так и для ядер, это их электрические свойства.

Заряд и электрическая сила

Мы идентифицировали три силы действия на расстоянии: гравитацию, электричество и магнетизм. Откуда они? Почему они происходят? Трудно представить, какой ответ мы могли бы дать на этот вопрос. Почему объекты действуют друг на друга, когда ударяются друг о друга? Мы могли бы ответить, что объекты не могут занимать одно и то же место, поэтому они отталкивают друг друга. Но это предполагает особое свойство материи — они не могут занимать одно и то же пространство. Ответ для наших сил дальнего действия таков:

.

Основные частицы, из которых состоит материя, обладают свойствами — массой, зарядом и магнитным моментом. Каждое из этих свойств создает и реагирует на силы действия на расстоянии.

Вот и все. Это аналог «объекты не могут занимать одно и то же пространство», который должен удовлетворить нас — пока — относительно того, почему при взаимодействии объектов существуют нормальные силы.(В конце концов мы увидим эти макроскопические контактные силы как следствие действия электрической силы и законов квантовой механики.) Результат равен

.

Каждый заряд оказывает действие электрических сил на расстоянии на любой другой заряд. Именно эта сила удерживает атомы вместе.  

В нашей модели материи вся материя состоит из электронов и ядер, а ядра состоят из протонов и нейтронов. Заряд электрона в некотором смысле противоположен заряду протона в том смысле, что электрон и протон в одном и том же месте будут создавать силы на третий заряд, которые компенсируют друг друга.Это хорошо отображается на положительные и отрицательные числа, которые сокращаются, когда мы их складываем. Мы называем заряд протона положительным, а заряд электрона отрицательным.

Поскольку большая часть материи состоит из равного количества положительных и отрицательных зарядов, почти все электрические силы компенсируются, и мы обычно не видим их эффектов. Но поскольку силы между зарядами зависят от расстояния, может быть важно распределение положений положительных и отрицательных зарядов.

Для биологических и химических систем тот факт, что электроны легкие и могут перемещаться от одного атома к другому или распределяться между атомами, играет решающую роль.Просто чтобы напомнить вам о важном моменте, который вы узнали из химии:

Атом или молекула, у которых электронов больше или меньше, чем протонов, имеет суммарный заряд и называется ионом. Электроны и ионы являются основными источниками электрических эффектов в веществе.

Верно также и то, что для некоторых молекул распределение заряда в молекуле неравномерно. Одна сторона или конец могут иметь более отрицательный заряд, а другой может иметь более положительный заряд.Поскольку расстояние имеет значение в электрических силах, ориентация большого количества таких молекул вместе может иметь значительный эффект.

[Вы можете сделать такой макроскопический объект, взяв что-то, состоящее из таких молекул, и выровняв их. Вы можете сделать это с воском, поместив его в электрическое поле, когда он расплавлен, а затем заморозив его. Замороженный восковой стержень будет иметь встроенный электрический эффект — например, положительный заряд на одном конце и отрицательный на другом. Он действует как стержневой магнит, но с электрическими, а не магнитными силами.Такой объект называется электретом . ]

Ниже мы рассмотрим эти вопросы более подробно.

Джулия Гувеа, Марк Эйхенлауб и Джо Редиш 21.08.13

DOE объясняет… стандартную модель физики элементарных частиц

Стандартная модель физики элементарных частиц — лучшая на сегодняшний день теория ученых, описывающая самые основные строительные блоки Вселенной. Это объясняет, как частицы, называемые кварками (из которых состоят протоны и нейтроны) и лептоны (включая электроны), составляют всю известную материю.Это также объясняет, как переносящие силы частицы, принадлежащие к более широкой группе бозонов , влияют на кварки и лептоны.

Стандартная модель объясняет три из четырех фундаментальных сил, управляющих Вселенной: электромагнетизм, сильное взаимодействие и слабое взаимодействие. Электромагнетизм переносится фотонами и включает взаимодействие электрических полей и магнитных полей. Сильное взаимодействие, переносимое глюонами, связывает атомные ядра, делая их стабильными. Слабое взаимодействие, переносимое бозонами W и Z, вызывает ядерные реакции, питающие наше Солнце и другие звезды на протяжении миллиардов лет. Четвертой фундаментальной силой является гравитация, которая не может быть адекватно объяснена Стандартной моделью.

Несмотря на успех в объяснении Вселенной, Стандартная модель имеет ограничения. Например, бозон Хиггса придает массу кваркам, заряженным лептонам (например, электронам) и бозонам W и Z. Однако мы пока не знаем, дает ли бозон Хиггса массу также нейтрино   — частиц-призраков, которые очень редко взаимодействуют с другим веществом во Вселенной.Кроме того, физики понимают, что около 95 процентов Вселенной состоит не из обычной материи, какой мы ее знаем. Вместо этого большая часть Вселенной состоит из темной материи и темной энергии , которые не вписываются в Стандартную модель.

Управление науки Министерства энергетики: вклад в Стандартную модель физики элементарных частиц

DOE имеет долгую историю поддержки исследований элементарных частиц. Пять из шести типов кварков, один тип лептона и все три нейтрино были обнаружены в нынешних национальных лабораториях Министерства энергетики США.Исследователи, поддерживаемые Управлением науки Министерства энергетики США, часто в сотрудничестве с учеными со всего мира, внесли свой вклад в открытия и измерения, получившие Нобелевскую премию, которые усовершенствовали Стандартную модель. Эти усилия продолжаются и сегодня, с экспериментами, которые проверяют точность Стандартной модели и еще больше улучшают измерения свойств частиц и их взаимодействий. Теоретики работают с учеными-экспериментаторами, чтобы разработать новые возможности для изучения Стандартной модели. Это исследование может также дать представление о том, какие виды неизвестных частиц и сил могут объяснить темную материю и темную энергию, а также объяснить, что произошло с антиматерией после Большого взрыва.

Стандартная модель физики элементарных частиц Факты

  • Вся обычная материя, включая каждый атом в периодической таблице элементов, состоит только из трех типов частиц материи: верхних и нижних кварков, из которых состоят протоны и нейтроны в ядре, и электронов, окружающих ядро.
  • На создание полной Стандартной модели ушло много времени. Физик Дж.Дж. Томсон открыл электрон в 1897 году, а в 2012 году ученые на Большом адронном коллайдере нашли последний кусочек головоломки — бозон Хиггса.

Ресурсы и соответствующие термины

Благодарности

Авторы: Хитоши Мураяма (Калифорнийский университет в Беркли и LBNL) и Курт Риссельманн (Fermilab)

 

Научные термины могут сбивать с толку. Объяснения DOE предлагают простые объяснения ключевых слов и понятий в фундаментальной науке. В нем также описывается, как эти концепции применяются к работе, которую проводит Управление науки Министерства энергетики, помогая Соединенным Штатам преуспеть в исследованиях во всем научном спектре.

Энергия и материя: потоки, циклы и сохранение

Энергия и материя характеризуют как физические, так и биологические системы. Эти системы определяются как типами энергии и материи, которые они содержат, так и тем, как эта материя и энергия перемещаются через системы и между ними. В природных системах и энергия, и материя сохраняются внутри системы. Это означает, что энергия и материя могут менять форму, но не могут быть созданы или уничтожены. Энергия и материя часто циркулируют внутри системы, и различные формы материи и энергии могут взаимодействовать.Окружающая среда должна учитываться при изучении энергии и материи системы для изучения потока в систему и из нее. Ученые стремятся изучать потоки и взаимодействия материи и энергии, в то время как инженеры часто стремятся свести к минимуму ввод и максимизировать выход материи и энергии по отношению к данной системе.

 

Ученые и инженеры, занимающиеся изучением океана и водных ресурсов, изучают различные типы материи и энергии. Например, биогеохимики описывают круговорот материи и преобразование энергии в больших и малых масштабах.Биогеохимики могут исследовать циклы элементов и соединений, таких как вода, углерод и ртуть (рис. 2.17). Некоторые экологи исследуют изменение стадий разложения китовых падений. Инженеры-океанологи разрабатывают способы преобразования энергии ветра и морских волн в электроэнергию, пригодную для использования людьми в прибрежных районах и за их пределами.

 

В соответствии с концепцией сквозная концепция энергии и материи может использоваться для развития понимания в физических дисциплинах, науках о жизни и науках о Земле.Из-за абстрактного и сложного характера энергии NGSS не вводит понятия энергии до третьего класса. На этом уровне учащиеся могут понимать потоки энергии в системы и из них. Материя также может быть абстрактным понятием, особенно на молекулярном уровне. По этой причине идея атомов не вводится в NGSS до средней школы. Однако все учащиеся могут наблюдать и описывать перенос материи на макроскопическом уровне. В средней и старшей школе может развиваться понятие о преобразовании форм материи и энергии.Соответствующие исследования могут быть использованы для устранения распространенных заблуждений о материи и энергии.

 

Что такое материя? — Определение из WhatIs.

com

Материя — это субстанция, обладающая инерцией и занимающая физическое пространство. Согласно современной физике, материя состоит из различных типов частиц, каждая из которых имеет массу и размер.

Наиболее известными примерами материальных частиц являются электрон, протон и нейтрон. Комбинации этих частиц образуют атомы.Существует более 100 различных видов атомов, каждый из которых представляет собой уникальный химический элемент. Комбинация атомов образует молекулу. Атомы и/или молекулы могут соединяться вместе, образуя соединение.

Материя может находиться в нескольких состояниях, также называемых фазами. Три наиболее распространенных состояния известны как твердое, жидкое и газообразное. Отдельный элемент или соединение вещества может существовать более чем в одном из трех состояний в зависимости от температуры и давления. Менее известные состояния материи включают плазму, пену и конденсат Бозе-Эйнштейна.Эти состояния возникают при особых условиях.

Различные виды материи могут объединяться, образуя вещества, которые могут не напоминать ни один из исходных ингредиентов. Например, водород (газообразный элемент) и кислород (другой газообразный элемент) объединяются, образуя воду (жидкое соединение при комнатной температуре). Процесс такого соединения называется химической реакцией. Химическая реакция включает взаимодействие между электронами атомов, но не влияет на ядра атомов.

В некоторых случаях материя преобразуется в энергию в результате атомных реакций, также известных как ядерные реакции.Этот тип реакции принципиально отличается от химической реакции, потому что он включает изменения в ядрах атомов. Наиболее распространенным примером атомной реакции является синтез водорода, происходящий внутри Солнца. Огромное давление внутри Солнца и внутри других звезд заставляет атомы водорода вместе образовывать атомы гелия. В этом процессе часть массы превращается в энергию по формуле

Е = мс 2

, где E — энергия в джоулях, m — масса в килограммах, а c — скорость света, которая примерно равна 2. 99792 x 10 8 метров в секунду в вакууме.

В последние годы ученые подтвердили существование вещества под названием антивещество. У электрона есть близнец-античастица, называемый позитроном, с такой же массой, но противоположным электрическим зарядом. Точно так же у протона есть двойник из антивещества, называемый антипротоном, а у нейтрона есть двойник из антивещества, называемый антинейтроном. Если частица вещества сталкивается со своей античастицей, то обе они полностью превращаются в энергию в соответствии с приведенной выше формулой, где м — это объединенная масса частицы и античастицы.Небольшие количества антиматерии были выделены в лабораторных условиях, но еще никому не удалось создать управляемую реакцию материи/антиматерии или даже неконтролируемую реакцию значительного масштаба.

Аналитическая химия — Американское химическое общество

Что такое аналитическая химия?

Аналитическая химия – это наука о получении, обработке и передаче информации о составе и структуре вещества. Другими словами, это искусство и наука определения того, что такое материя и сколько ее существует.

Аналитическая химия может быть сложной профессией, которая вносит значительный вклад во многие области науки. Это одна из самых популярных областей работы для химиков ACS.

Чем занимаются химики-аналитики?

Химики-аналитики используют свои знания в области химии, приборостроения, компьютеров и статистики для решения проблем почти во всех областях химии и для всех видов промышленности.

Типовые рабочие функции

Химик-аналитик может проводить базовые лабораторные исследования, разрабатывать процессы и продукты, разрабатывать инструменты, используемые в аналитическом анализе, преподавать или работать в области маркетинга и права. Типичные рабочие функции включают в себя:

  • Проведение качественного и количественного анализа
  • Отбор проб, определение, выделение, концентрирование и сохранение проб
  • Настройка пределов ошибок
  • Валидация и проверка результатов посредством калибровки и стандартизации
  • Выполнение разделения на основе дифференциальных химических свойств
  • Создание новых способов измерения
  • Интерпретация данных в правильном контексте
  • Сообщение результатов и выводов другим ученым

Специальные знания

Автоматизация снизила потребность в химиках-аналитиках для проведения рутинных анализов. (Хотя человеческие знания незаменимы, особенно для устранения неполадок.) Работодатели, как правило, нанимают химиков-аналитиков, которые знают, как использовать все более сложные инструменты, используемые в современных лабораториях. Они также ценят опыт в определенных типах анализа (например, пищевой, экологический, криминалистический).

Современные сложные контрольно-измерительные приборы, а также растущие нормативные требования создали новые возможности для химиков-аналитиков в различных областях:

  • Специалисты по обеспечению качества следят за тем, чтобы лаборатории следовали задокументированным и утвержденным процедурам.
  • Эксперты по контролю качества гарантируют качество продукции, которую производят лаборатории.
  • Химики с хорошими техническими и компьютерными навыками разрабатывают и используют сложные аналитические методы.
  • Государственным учреждениям требуются химики-аналитики для проверки соблюдения нормативных требований.
  • Предприимчивые химики-аналитики могут начать свой собственный бизнес, специализируясь на определенных видах анализов или классах соединений.

Где используется аналитическая химия?

Приложения аналитической химии включают:

  • Обеспечение безопасности и качества пищевых продуктов, фармацевтических препаратов и воды
  • Обеспечение соблюдения экологических и других норм
  • Сопровождение судебного процесса
  • Помощь врачам в диагностике заболеваний
  • Предоставление измерений и документации, необходимых для торговли и коммерции

Химики-аналитики часто работают в сфере услуг и работают в промышленности, научных кругах и правительстве.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.