Основы нанотехнологий в школьном курсе химии | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 20 марта, печатный экземпляр отправим 24 марта.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Педагогика

Опубликовано в Молодой учёный №4 (346) январь 2021 г.

Дата публикации: 21.01.2021

Статья просмотрена: 11 раз

Библиографическое описание:

Сурикова, О. В. Основы нанотехнологий в школьном курсе химии / О. В. Сурикова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 4 (346). — С. 367-369. — URL: https://moluch.ru/archive/346/77852/ (дата обращения: 07.03.2021).



Содержание химического образования и, соответственно, школьного учебника химии непосредственно связано с целью образования. Лучшие современные учебно-методические комплексы по химии полностью справляются с задачей развития системного мышления и подготовке к будущей профессии.

Однако на нынешнем уровне развития человечества химические открытия приобрели огромное значение в самых разнообразных сферах человеческой деятельности и химия как наука далеко ушла от тех концепций, которые излагаются в школьном курсе химии. Прежде всего это объясняется вступлением химии в эпоху нанотехнологий [1].

Нанотехнологии настолько стремительно вошли в нашу жизнь, что преподавателям естественнонаучных дисциплин нельзя обходить эту тему стороной. Поэтому использование научной информации, связанной с нанотехнологическими исследованиями и разработками, на уроках химии просто необходимо.

Вводить «современные, нанотехнологические» примеры в школьный курс химии следует взвешенно, осторожно и точечно. Они должны удовлетворять целому ряду требований:

— иметь отношение к повседневной жизни или общественным проблемам;

— быть достаточно простыми и понятными для обучающихся в рамках имеющихся у них знаний по химии;

— иллюстрировать основные законы, принципы и методы химии;

— не вступать в противоречие с другими примерами, содержащимися в курсе;

— привлекать внимание обучающихся к химии;

— способствовать созданию положительного образа химии.

Знакомство с нанотехнологиями нужно начинать с чёткого определения данного понятия. Это необходимо для того, чтобы обучающиеся понимали и чётко представляли, о чём идёт речь.

Нанотехнологии — это методы, с помощью которых люди могут работать с мельчайшими частицами, складывая из них различные вещества и материалы с заданными свойствами, нужные человеку устройства и механизмы.

Наночастицы — это объекты, размеры которых составляют около одной миллиардной части метра (1*10– 9 м).

Примеры использования нанотехнологий и наночастиц можно рассматривать при изучении практически любого раздела школьной химии (табл.1).

Таблица 1

Нанотехнологический компонент в школьном курсе химии

№ п/п

Темы курса химии

Нанотехнологическое содержание

1

Вещества. Атомы и молекулы. Химический элемент как вид атомов

Структурные уровни материи: микро-, макро-, мега-объекты. Разнообразие микромира.

2

Простые вещества — металлы: серебро, золото и алюминий. Общие физические и химические свойства металлов, применение.

Химические и бактерицидные свойства наночастиц серебра и золота. Новые области применения. Особые свойства алюминия.

3

Простые вещества — неметаллы: углерод и кремний

Особая роль углерода и кремния в наномире. Графен — слой графита. Фуллерены — наношарики из углерода. Углеродные нанотрубки — трубки из графена. Нанокерамика. Стеклокерамика.

4

Вода. Очистка воды.

Наночастицы используемые в фильтрах (диоксид титана)

5

Мыла. Синтетические моющие средства.

Самоочищающиеся покрытия и материалы, «эффект лотоса».

6

Синтез полимеров. Реакции полимеризации и поликонденсации.

Дендримеры. Умные полимеры.

7

Волокна. Природные, синтетические, искусственные волокна.

Виксеры. Применение нанонитей.

8

Биологическая роль и значение углеводов, жиров, белков.

Использование ДНК для синтеза лекарств. Нанотехнологии против вирусов и бактерий. Нанокапсулы. Нанотехнологии в борьбе с раковыми заболеваниями.

Например, продемонстрировать уникальные химические свойства наночастиц можно при изучении электрохимического ряда напряжений металлов. Как известно, те металлы, которые расположены в этом ряду правее водорода, не вступают в реакцию с обычными кислотами. Соляная кислота с обычным серебром не реагирует. Однако, наночастицы серебра реагируют с соляной кислотой, с выделением водорода. Причина такого поведения наночастиц связана с так называемыми поверхностными эффектами. Дело состоит в том, что в маленькой частице существенно увеличивается доля атомов, находящихся на поверхности. У этих атомов есть оборванные связи, и как следствие, они обладают более высокой энергией и активностью.

Химические свойства наночастиц можно показать и на примере изучения органической химии. Например, всем известно, что алканы — это насыщенные углевороды, которые не содержат кратных связей. Следовательно, алканы не имеют валентных возможностей для присоединения каких-либо молекул. Однако, наночастицы магния настолько активны, что могут присоединиться к метану. Двухвалентный атом магния внедряется между атомами углерода и водорода [2].

Так как наночастицы имеют высокую химическую активность, то многие из них являются активными катализаторами. Таким образом, при изучении общей химии, также можно использовать примеры из нанонауки.

В настоящее время нанотехнологии используются для изготовления:

— высокопрочных материалов;

— тонкоплёночных компонентов микроэлектроники;

— нанопористых материалов для химической и нефтехимической промышленности (катализаторы, адсорбенты, фильтры и сепараторы);

— электрических аккумуляторов;

— биосовместимых тканей для трансплантации;

— лекарственных препаратов.

Если обучающиеся будут понимать значение нанотехнологий и наночастиц в современном мире, то их интерес к этой области несомненно возрастёт.

Химия — это наука, на примере которой можно воспитать не одно поколение будущего Нанонауки!

Литература:

  1. Эрлих Г. В. Нанотехнологии как национальная идея. Химия и жизнь. 2008, 3, 32.
  2. Ахметов М. А. Введение в нанотехнологии. Химия. СПб.: Образовательный центр «Участие», 2012, 108.
Основные термины (генерируются автоматически): наночастиц, школьный курс химии, нанотехнология, наночастиц серебра, соляная кислота, химия.


Задать вопрос