Опишите устройство наномотора, преобразующего световую энергию в механическую работу (6 баллов).

Предложите эксперимент по внедрению наночастиц серебра в нанотрубки из оксида титана (6 баллов).

2. Напишите уравнения или схемы химических реакций, которые можно использовать для получения наночастиц: а) Al₂O₃; б) TiO₂; в) Pd; г) Au; д) Li; е) ZnSe (6 баллов).

3. Получение и исследование наночастиц золота в настоящее время является актуальной задачей. Метод Брюста–Шифрина позволяет легко получать термически стабильные и устойчивые на воздухе наночастицы золота с небольшим разбросом по размерам и контролируемым диаметром в интервале от 1,5 до 5,2 нм. Методика их получения сводится к следующему. Водный раствор HAuCl₄ смешивают с раствором бромида тетра-н-октиламмония в толуоле. Полученную смесь обрабатывают додекантиолом, а затем прибавляют избыток NaBH₄. Об образовании наночастиц золота свидетельствует мгновенное отчетливое потемнение толуольной фазы смеси. Примерно через 24 ч толуол удаляют на роторном испарителе, а полученный твердый продукт промывают на фильтре этанолом и гексаном для удаления избытка додекантиола. Полученные наночастицы золота могут быть многократно выделены и повторно переведены в раствор с помощью органических растворителей без необратимой агрегации или разрушения.

Ответьте на вопросы:

1) Является ли описанный способ получения наночастиц золота диспергированием («сверху вниз») или агрегацией («снизу вверх»)?

2) Для межфазного переноса также может использоваться бромид триметил-н-октил­аммония. Он переносит AuCl₄^– из водной фазы в органическую. Какое свойство бромида триметил-н-октил-аммония обусловливает его использование для межфазного переноса?

а) Один конец частицы заряжен положительно, а другой – отрицательно;

б) один конец частицы является гидрофильным, а второй – гидрофобным;

в) один конец частицы проявляет кислотные свойства, а второй – основные.

3) В чем заключается роль NaBH₄ в описанном выше синтезе?

а) является восстановителем;

б) является окислителем;

в) необходим для нейтрализации;

г) является комплексообразователем.

4. Напишите уравнения реакций углерода с концентрированными азотной и серной кислотами. Как вы думаете, почему графит вступает в эти реакции, а алмаз – нет (6 баллов)?

5. Фуллерен – сильно эндотермичное вещество: при его образовании из графита поглощается 2350 кДж/моль. В то же время, при синтезе фуллерена из отдельных атомов углерода, находящихся в газовой фазе, выделяется большое количество теплоты. Объясните эти факты (6 баллов).

6. Как можно перевести фуллерен в водорастворимую форму? Предложите два способа (6 баллов).

7. Кроме окисления CO, наночастицы золота ускоряют и другие реакции: гидрохлорирование ацетилена, синтез пероксида водорода, разложение озона, разложение сернистого газа, восстановление оксидов азота пропеном. Напишите уравнения перечисленных реакций (6 баллов).

8. Объясните, к каким вредным последствиям может привести повышенное содержание серы в автомобильном бензине (6 баллов).

Напишите уравнения электродных полуреакций, протекающих в карбонатном топливном элементе (6 баллов).

Рассчитайте массу водорода в баллоне объемом 100 л, находящемся при комнатной температуре (6 баллов).

Опишите устройство наномотора, преобразующего световую энергию в механическую работу (6 баллов).

12. Используя представление о структуре графита, оцените, сколько атомов углерода изображено на рисунке (6 баллов):

Рисунок 8 - АСМ-изображение поверхности графита. Размер изображения (2x2) нм2

13. Имеются два наноматериала одного и того же химического состава, состоящие из частиц сферической формы. Средний радиус частиц первого материала – 200 нм, а второго – 40 нм. Какой из двух материалов имеет большую удельную поверхность и во сколько раз (6 баллов)?

14. При каком минимальном n размер частицы Fen может попасть в нанодиапазон (6 баллов)?

15. Сколько атомов углерода входит в состав наноалмаза диаметром 5.0 нм? Какой процент от общего объема алмаза занимают атомы углерода? Необходимая информация: ковалентный радиус атома углерода составляет 0.077 нм (половина длины связи C–C). Плотность алмаза 3.52 г/см³ (6 баллов).

16. Удельная поверхность открытых одностенных углеродных нанотрубок равна 1000 м²/г, а плотность составляет 1.3 г/см³. Считая, что у всего материала отношение объема к поверхности – такое же, как и у одной трубки, оцените диаметр нанотрубки (6 баллов).