Рідкі кристали. Полімери

План-конспект уроку фізики  _________

в 10 класі

Тема. Рідкі кристали. Полімери

 Мета уроку:

навчальна - познайомити учнів з властивостями рідких кристалів і полімерів, розповісти про їх застосування

розвивальна – формувати в учнів вміння користуватися науково-популярною  літературою та виявлення творчих здібностей при розв’язуваннні вправ;

виховна – виховати трудолюбивість, точність і чіткість при відповідях  і  розв’язуваннізавдань та навчити дітей «бачити» фізику навколо себе

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

План уроку

Хід уроку

І. Організаційна частина

ІІ. Мотивація пізнавальної діяльності

ІІІ. Вивчення нового матеріалу 

1. Рідкі кристали

Рідкокристалічним станом речовини називається такий стан, властивості якого є проміжними між властивостями твердого крис­талу й рідини. Агрегатні стани речовин поділяються на три види: тверде, рідке й газоподібне, проте такий розподіл не відображає внутрішню будову речовини, ступінь упорядкованості її частинок. Деякі речовини (скло, смоли) мають властивості характерні і для твердих, і для дуже в’язких переохолоджених рідин. Зокрема, дея­кі органічні матеріали переходять з твердого стану в рідкий, випро­бовуючи ряд переходів, включаючи виникнення нової фази, яку називають рідкокристалічним станом (рідким кристалом).

Уперше утворення нової незвичайної фази було помічено ав­стрійським ботаніком Рейнітцером у 1888 році, коли він визначав властивості отриманої ним нової органічної речовини — холесте- рілбензоата. Однак холестерілбензоат не унікальна речовина. Було знайдено ще багато схожих речовин, після чого було запропонова­но дати їм назву «рідкі кристали (РК)».

^ Рідкі кристали — особливий стан деяких органічних речовин, у якому вони мають плинність і властивість утворювати просторові структури, подібні до кристалічних.

Рідкі кристали утворюються в речовинах з довгастою формою молекул, взаємна орієнтація яких зумовлює анізотропію їх фізич­них властивостей.

Рідкі кристали дуже чутливі до зміни зовнішніх умов. Напри­клад, навіть під час незначної зміни температури, тиску, електрич­ного або магнітного полів вони можуть змінювати колір.

Ця властивість рідких кристалів використовується в різних приладах, наприклад, у рідкокристалічних медичних термометрах. Особливо широко застосовуються рідкі кристали у виготовленні дисплеїв — від годинника і мобільних телефонів до комп’ютерів

і телевізорів.

Всі форми життя, так чи інакше, пов’язані з діяльністю живої клітини, багато структурних ланок яких схожі на структуру рід­ких кристалів. Володіючи чудовими діелектричними властивос­тями, рідкі кристали утворюють внутрішньоклітинні гетерогенні поверхні. Вони регулюють взаємодію між клітиною і зовнішнім середовищем, а також між окремими клітинами і тканинами, по­відомляють необхідну інертність складовим частинам клітини, захищаючи її від ферментативного впливу. Таким чином, встанов­лення закономірностей поведінки рідких кристалів відкриває нові перспективи в розвитку молекулярної біології.

2. Полімери

Полімери (від грец. polymeres — що складається з багатьох частин) — хімічні сполуки з високою молекулярною масою (від декількох тисяч до багатьох мільйонів), молекули яких склада­ються з великого числа повторюваних груп (мономірних ланок). За походженням полімери діляться на природні (біополімери), на­приклад білки, нуклеїнові кислоти, смоли природні, і синтетич­ні, наприклад поліетилен, поліпропілен, феноло-формальдегідні смоли.

Природні (біополімери) утворюються в результаті життєді­яльності рослин і тварин й утримуються в деревині, вовні, шкірі. Це протеїн, целюлоза, крохмаль, лігнін, латекс. Вони можуть бути виділені з рослинної і тваринної сировини.

Зазвичай природні полімери піддаються операціям виділен­ня, очищення, модифікації, коли структура основних ланцюгів залишається незмінною. Продуктом такої переробки є штучні по­лімери. Прикладами є латекс, що виготовляється з натурального каучуку; целулоїд, що представляє собою нітроцелюлозу, пласти­фіковану камфорою для підвищення еластичності.

Особливі механічні властивості полімерів:

еластичність — здатність до високих зворотніх деформацій при відносно невеликому навантаженні (каучук);

слабка крихкість склоподібного й кристалічних полімерів (пластмаса, органічне скло);

здатність макромолекул до орієнтації під дією спрямованого механічного поля (використовується у виготовленні волокон

і плівок).

Особливості розчинів полімерів:

висока в’язкість розчину при малій концентрації полімеру;

розчинення полімеру відбувається через стадію набухання.

Особливі хімічні властивості:

здатність різко змінювати свої фізико-механічні властивості під дією малих кількостей реагенту (вулканізація каучуку і т. п.). Особливі властивості полімерів пояснюються не тільки вели­кою молекулярною масою, а й тим, що макромолекули мають лан­цюгову будову і володіють унікальною для неживої природи влас­тивістю — гнучкістю.

Природні і штучні полімери відіграли велику роль в сучасній техніці, а в деяких областях залишаються незамінними і дотепер, наприклад, в целюлозно-паперовій промисловості. На основі по­лімерів виготовляють гуму, волокно, пластмасу, плівку та лако­фарбові покриття. Всесвітньо відомим науковим центром дослі­дження та розробки полімерних матеріалів для багатьох галузей промисловості є Інститут хімії високомолекулярних сполук Націо­нальної Академії наук України (Київ).

3. Молекулярна будова живих організмів

Всі живі організми мають клітинну будову, за винятком вірусів. Це одиниця будови всіх живих організмів. На клітинному рівні здій­снюється перетворення речовин і енергії та передача інформації.

До складу всіх біосистем, що знаходяться вище молекулярного рівня, входять певні органічні речовини, деякі неорганічні сполу­ки, а також велика кількість води. Упорядкованість клітини про­являється в тому, що для неї характерний певний набір клітинних компонентів.

Наприклад, молекули нуклеїнових кислот, які несуть спадко­ву інформацію, містять мільйони атомів, розташованих у певному порядку. Ці молекули утворюють подвійні спіралі у вигляді дуже довгих ланцюгів. Так, загальна довжина всіх молекул нуклеїно­вих кислот, які містяться в організмі однієї людини, більше, ніж у 100 разів перевищує відстань від Землі до Сонця.

Злагоджене функціонування біологічних молекул не може по­яснюватися в тій системі, у якій пояснюються речовини неживої матерії. Однак фізика і біологія були покладені в основу появи но­вої науки — біофізики. Ця наука вивчає будову живих організмів, використовуючи методи досліджень, як фізики, так і біології (а та­кож інших наук, наприклад, хімії та інформатики).

Питання до учнів під час викладення нового матеріалу

1. Який стан речовини називають рідкокристалічним?

2. Які головні особливості рідких кристалів?

3. Наведіть приклади застосування рідких кристалів у техніці.

4. Яка головна особливість будови полімерів?

5. Що таке пластмаси? Які їх властивості?

IV.ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

Контрольні запитання

1.Яку роль відіграють рідкі кристали в організмі людини?

2. Які особливості молекулярної будови живих організмів?

3. У чому полягають основні властивості полімерів?

4. Чим відрізняються природні полімери від синтетичних?

5. Як використовуються полімери в медицині?

Що ми дізнались на уроці

Речовини, що поєднують властивості рідин і кристалів, назива­ються рідкими кристалами.

Речовини, що складаються з дуже великої кількості однакових або різних за будовою атомних груп, а також чергуються, скла­довими ланками, з’єднаними між собою хімічним зв’язком в довгі лінійні, розгалуджені і навіть просторові тривимірні структури, називають полімерами.

V. Домашнє завдання

Конспект.

Дайте відповідь на питання.

1. Як можна змінювати властивості рідких кристалів?

2. Які основні переваги рідкокристалічних екранів?

3. Які, відомі вам, речовини є полімерами?

4. Як використовуються полімери в науці й техніці?