Эксперимент 10. Изучение основных представлений о применении достижений супрамолекулярной химии
Тема 4. Основы современных концепций микро- и наномира
Лабораторная работа № 4
Использование компьютерного моделирования для изучения структуры и электрических свойств металлов, диэлектриков, полупроводников и различных объектов микро - и наномира
Эксперимент 1. Изучение основных понятий, связанных с современными представлениями о строении вещества на уровне микромира.
Задание 1.
1. Кратко опишите, что представляет в современном понимании такая сущность, как электрон. Какую форму принимает его движение?
2. Кратко сформулируйте, как характеризуют в настоящее время состояние электрона.
Эксперимент 2. Изучение посредством моделирования основных понятий, связанных энергетическими состояниями атома
Задание 2.
1. Изучите, используя квантовомеханическую модель атома водорода, какой вид будет иметь график общей энергии электрона на данной орбитали в зависимости от главного квантового числа n .
Сделайте выводы о следующем.
1. Верно ли то, что энергия состояний электрона принимает дискретные значения и, если 
увеличивается, то электрон слабее связан с ядром, энергия такого электрона становится ближе к нулю, то есть к энергии свободного электрона, который покидает свой атом.
2. Какую надо сообщить внешнюю дополнительную энергию, чтобы электрон перешел в возбужденное состояние, характеризуемое главным квантовым числом 
.
deltaW12= W1-W2 =
3. Какие порции энергии будут излучены, если электрон будет возвращаться на основную орбиталь из возбужденного состояния с 
в первом случае единым переходом, а в другом случае - через промежуточный уровень с .
deltaW31= W3-W1 =
deltaW32= W3-W2 =
deltaW21= W2- W1=
Задание 3.
2. Изучите, используя квантовомеханическую модель атома водорода, какая испускается порция энергии и какой частоты будет излучение при переходе электрона с орбитали, характеризуемой главным квантовым числом 
, (более удаленной от ядра), на более близкую к ядру орбиталь . Возьмите 
, а 
.
Сделайте выводы о том, в какой диапазоне оптического излучения (ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном) будет излучение.
Задание 4.
Изучите, используя квантовомеханическую модель атома, почему уменьшение в стратосфере содержания озона составляет в настоящее время одну из наиболее острых проблем глобальной экологии.
Сформулируйте кратко, почему уменьшение или исчезновение озона в стратосфере создает серьезную угрозу
Эксперимент 4. Изучение основных понятий, связанных с современными представлениями о квантовомеханической модели атома
Задание 5.
Получите, используя имеющиеся интерактивные таблицы Менделеева, следующие данные.
А) Используя Интернет- ресурс (находящийся в папке) и интерактивную таблицу (Periodic Table) представьте сведения о строении орбиталей атомов водорода, гелия, атомов элементов Li, Be, C, N, O, F, Ne.
Б) Используя Интернет- ресурс (находящийся в папке) и интерактивную таблицу (Periodic Table) для калия, меди, алюминия, серебра, цезия, золота, франция представьте в виде таблицы 1 сведения обэнергии ионизации химического элемента, то есть о количество энергии, необходимое для отрыва наиболее слабо связанного электрона от атома.
Таблица1
| Nп/п | Элемент | Энергия ионизации, эВ | Энергия ионизации, кДж/моль |
| Калий К | |||
В) Используя Интернет- ресурс (находящийся в папке) и интерактивную таблицу (Periodic Table) для калия, меди, алюминия, серебра, фтора, хлора, брома представьте в виде таблицы 2 сведения о электроотрицательности, то есть способности атомов химического элемента притягивать к себе общие электронные пары.
Таблица 2
| Nп/п | Элемент | Сродство к электрону, эВ/атом | Сродство к электрону, кДж/моль |
Г) Используя Интернет- ресурс (находящийся в папке) и интерактивную таблицу (Periodic Table) для фтора, хлора, брома представьте в виде таблицы 3 сведения о сродстве химического элемента к электрону, то есть о количестве энергии, которая выделяется или поглощается при присоединении одного электрона к нейтральному атому.
Таблица 3
| Nп/п | Элемент | Сродство к электрону, эВ/атом | Сродство к электрону, кДж/моль |
| фтор | |||
| хлор | |||
| бром | |||
Эксперимент 5. Изучение основных понятий, связанных с тем, как образуются химические связи между элементами.
Задание 6.
1. Кратко опишите, что представляет в современном понимании такая сущность, как химическая связь
2. Кратко сформулируйте, какие бывают виды химической связи, и чем они принципиально отличаются друг от друга
3. Кратко опишите, какие образуются при перекрытии орбиталей виды ковалентных связей
4. Кратко сформулируйте, что представляет собой такая сущность, как бензольное кольцо.
Эксперимент 6. Изучение основных электрических свойств твердых тел и показателей, которыми они характеризуются.
Задание 7.
1. Кратко опишите, на какие группы различают материалы по способности проводить ток. Назовите типичных представителей каждой из групп.
Эксперимент 7. Изучение основных электрических свойств собственных и примесных полупроводников и показателей, которыми они характеризуются.
Задание 8.
1. Кратко опишите, что представляет собой такая сущность, как энергетическая диаграмма.
Задание 9.
Рассчитайте величину удельного объемного сопротивления электрическому току полупроводникового бруска, если он изготовлен из собственного полупроводника кремния и арсенида галлия.
На основании расчетов сделать выводы о том, какой из материалов можно считать полуизолятором.
Задание 10.
Для разновидностей примесных кремниевых полупроводников, отличающихся степенью легирования, определите, во сколько раз отличаются концентрации основных и неосновных носителей заряда при комнатной температуре.
Для них также сравнить процентное содержание основных носителей в общем количестве носителей и сделать вывод о том, какая доля примесей ионизирована при комнатной температуре и почему одни носители называют основными, а другие - неосновными.
Задание 11.
Рассчитайте, во сколько раз изменится концентрация собственных носителей зарядов в полупроводниковом бруске кремния, если температура окружающей среды изменилась с 27 0С до 87 0С.
Сделать выводы о влиянии температуры на собственную концентрацию носителей.
Эксперимент 8. Изучение основных аллотропных форм углерода.
Задание 12.
1. Кратко опишите, чем отличаются друг от друга фуллерены, графены и нанотрубки.
2. Кратко сформулируйте, какие новые физические свойства позволяют получить перспективные аллотропные формы углерода и где эти свойства могут найти применение
Эксперимент 9. Изучение основных представлений о наномире
Задание 12.
1. Кратко сформулируйте, почему человек стремится познать «тайны» наномира. Какие преимущества дает использование свойств наномира, и какие перспективы это открывает для нанотехнологий?
2.Посмотрите фильм http://www.nanonewsnet.ru/help/video/binom/bogdanov
Кратко сформулируйте, какими особенностями и достоинствами обладает наномир.
Эксперимент 10. Изучение основных представлений о применении достижений супрамолекулярной химии
Задание 14.
Кратко опишите,для каких целей может быть использована супрамолекулярная химия