ZVOLTE CÍLOVOU SKUPINU pro přehlednější zobrazení.

    Expozice

    Garant: 
    Bc. Kristýna Nová
    Klíčová slova: 
    Anotace pro veřejnost: 
    Jak je možné, že materiály, které vznikly ze stejných atomů, mají zcela odlišné vlastnosti? Vlastnosti materiálů jsou závislé na způsobu výroby. Pochytejte všechny atomy a vytvořte tak rozličné sloučeniny!
    Anotace pro 1. stupeň ZŠ: 
    V této hře budou žáci chytat imaginární atomy, ze kterých se vytvoří celá sloučenina. Stejné atomy mohou utvářet látky, které mají ale jiné vlastnosti. Například grafit a diamant.
    Anotace pro 2. stupeň ZŠ: 
    V této hře budou žáci chytat imaginární atomy, ze kterých se vytvoří celá sloučenina. Stejné atomy mohou utvářet látky, které mají ale jiné vlastnosti. Například grafit a diamant.

    Věda a technika v pozadí

    Vlastnosti látek, které se skládají ze stejných prvků, závisí na uspořádání jednotlivých atomů nebo molekul. Příkladem může být uhlík. Uhlík se v přírodní formě vyskytuje na Zemi v podobě diamantu a tuhy. Mezi uměle vyrobené struktury patří fullereny, grafen a uhlíková nanopěna.

    Teorie

    Fullereny představují třetí krystalickou formu uhlíku, která se skládá z kulovitých molekul C60 uspořádaných do kubické plošně centrované (při teplotě 250 K) nebo do prosté kubické mřížky (při teplotě 220 K). Poprvé byly klastry (shluky) C60 pozorovány v roce 1985 v parách uvolněných z grafitu ohřívaného pulsním laserem. Poté se ukázalo, že tvar klastru je typ ikosaedru, který má kulovitý tvar, jehož povrch je tvořen 20 šestiúhelníky a 12 pětiúhelníky, které mají v rozích atomy uhlíku. V roce 1990 se Krätschmerovi podařilo rozpustit páry uhlíku obsahující klastry C60 v benzenu, který je původně bezbarvý a poté zbarvil se do červena. Tak vznikla možnost připravit krystalický C60. Molekuly C60 získaly jméno podle podoby s projekty architekta Buckminstera Fullera – fullereny. Sloučeniny C60 s dalšími prvky se označují jako fullerity. Zajímavou vlastností některých fulleritů je supravodivost. Existují i klastry s jiným počtem atomů uhlíku, například C70, který má tvar podobný ragbyovému míči.


    Fulleren C60.
    Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.

    Grafen je tvořený jedinou nebo maximálně dvěma vrstvami atomů uhlíku uspořádaných do pravidelné šestiúhelníkové struktury. Jeho tloušťka je milionkrát menší než lidský vlas. Grafen je materiál s velkou pevností, pružností, ohebností, elektrickou vodivostí, dokonalou průhledností a kromě toho dokáže efektivněji pohlcovat kinetickou energii než ocel. Dvouvrstvová struktura grafenu se chová jako polovodič, který může být ovládán elektrických polem. IBM v roce 2008 zkonstruovala tranzistor z grafenu. Za přípravu grafenu a realizaci řady pokusů v roce 2004 byli o šest let později oceněni Nobelovou cenou za fyziku André Geim a Konstantin Novoselov, oba ruského původu pracující v Manchesteru. Metoda, kterou k získání grafenu použili se jmenuje exfoliace a není to nic jiného než strhávání tenkých grafitových vrstev pomocí obyčejné lepící pásky. O grafenu se ale ve vědeckých kruzích mluvilo už dřív. Linus Pauling a Philip Russell Wallace už ve 40. letech teoreticky předpověděli jeho existenci.

     
    Struktura grafenu.
    Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
    Zajímavost z techniky: Grafen má velké technické uplatnění. Čínští vědci z Univerzity aeronautiky a astronautiky v Nankingu zjistili, že působením mořské vody a grafenu je možné vyrábět elektrický proud. Pokud je souvislá kapička mořské vody tažená rovnoběžně s rovinou grafenu, pak při jejím pohybu dochází i k pohybu iontů, které obsahuje. To vyvolá elektrostatickou nerovnováhu a s tím spojené měřitelné elektrické napětí. To je ale velmi malé (0,3 V). S dalším použitím grafenu přišli američtí vědci z Univerzity of Michigan. Vyvinuli miniaturní multispektrální infračervený detektor světla vyrobený ze dvou vrstev grafenu oddělených izolující vrstvou, který je tak malý, že je možné jej umístit na kontaktní čočku. Detektor funguje i jako termovize a dokáže zachytit tepelné záření. V americké Národní laboratoři Oak Ridge zjistili, jak s pomocí porézní membrány z grafenu odsolit mořskou vodu. Porézní membránou totiž projdou jen molekuly vody. A proč ještě není všechno okolo nás vyrobeno z grafenu? Důvodem je jeho astronomická cena – v roce 2008 vyšel centimetr čtvereční na stotisíc dolarů. Od té doby s vývojem nových technologií jeho cena klesá.

    Uhlíková nanopěna vznikla poté, co v australské národní laboratoři v Cambeře vystavili uhlíkový terčík v argonové atmosféře působení výkonného laserového pulsního systému. Nanopěna má překvapivě feromagnetické vlastnosti. Nanopěna existuje při nižších teplotách. Při pokojové teplově efekt nanopěny mizí. Uvažuje se o využití nanopěny v medicíně.

    Odborné dotazy

    Rezervace a nákup vstupenek

    Recepce

    Poradíme Vám s objednáním a nákupem vstupenek.