Titul: NANOTECHNOLOGIE: Tvorba modelu fullerenu

Podobné dokumenty
Fullereny. Nanomateriály na bázi uhlíku

GRAFEN VERSUS MWCNT; POROVNÁNÍ DVOU FOREM UHLÍKU V DETEKCI TĚŽKÉHO KOVU. Název: Školitel: Mgr. Dana Fialová. Datum:

Uhlík v elektrotechnice

Lasery RTG záření Fyzika pevných látek

Uhlíkové struktury vázající ionty těžkých kovů

Nanotechnologie. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: devátý

Nanotechnologie a jejich aplikace. doc. RNDr. Roman Kubínek, CSc.

Využití kalorimetrie při studiu nanočástic. Jindřich Leitner VŠCHT Praha

Ch - Rozlišování látek

Úloha 1: Vypočtěte hustotu uhlíku (diamant), křemíku, germania a α-sn (šedý cín) z mřížkové konstanty a hmotnosti jednoho atomu.

Biochemie žákovská sada Obj. číslo

VODA S ENERGIÍ Univerzita odhalila tajemství vody Objev hexagonální vody

Třídění látek. Chemie 1.KŠPA

Modely modifikací uhlíku

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

GYMNÁZIUM CHEB SEMINÁRNÍ PRÁCE

EU peníze středním školám digitální učební materiál

EU peníze středním školám digitální učební materiál

Domácí úlohy ke kolokviu z předmětu Panorama fyziky II Tomáš Krajča, , Jaro 2008

Uhlík a jeho alotropy

Laboratorní práce č. 1: Přibližné určení průměru molekuly kyseliny olejové

KAPALINY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Termika - 2. ročník

Podivuhodný grafen. Radek Kalousek a Jiří Spousta. Ústav fyzikálního inženýrství a CEITEC Vysoké učení technické v Brně. Čichnova

Uhlíkové nanotrubice. Rozdělení, struktura. Eva Košťáková KNT, FT, TUL

Jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů -> nukleony

Určitě si pamatuješ, že všechno se skládá z atomů. Kámen, pero, videohra, televize, pes a ty také se skládáš z atomů

P E N R O S E O V A T E S E L A C E

Uhlík Ch_025_Uhlovodíky_Uhlík Autor: Ing. Mariana Mrázková

Mol. fyz. a termodynamika

Ch - Chemie - úvod VARIACE

materiál č. šablony/č. sady/č. materiálu: Autor:

DUM č. 7 v sadě. 24. Ch-2 Anorganická chemie

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

VAROVÁNÍ Přemýšlení o kvantové mechanice způsobuje nespavost

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

Antonín Slavík Katedra didaktiky matematiky MFF UK. 50. výročí KDM MFF UK

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH

Nanomateriály - nanotechnologie

STRUKTURA A VLASTNOSTI KAPALIN

Plazmové metody. Co je to plazma? Jak se uplatňuj. ují plazmové metody v technice?

Organická chemie. uhlíku. Realizace na PC s připojením k internetu. Určeno pro práci jednotlivců. úložiště či odešle na určený .

Látkové množství n poznámky 6.A GVN

Klastry Při neustálém dělením tuhé látky (kovu, slitiny, keramiky i grafitu) bychom se dostali až ke strukturám, které by obsahovaly dva až několik st

13. Kolik molů vodíku vznikne reakcí jednoho molu zinku s kyselinou chlorovodíkovou?

Intelligent Heating. Připojovací sady pro připojení všech typů sa moregulačních topných kabelů DEVI ke studenému konci.

II. Zakresli množinu bodů, ze kterých vidíme úsečku délky 3 cm v zorném úhlu větším než 30 0 a menším než 60 0.

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Zařazení materiálu: Šablona: Sada: Inovace a zkvalitnění výuky v oblasti přírodních věd (V/2) Název materiálu: Autor materiálu: Pavel Polák

Modulární systém dalšího vzdělávání pedagogických pracovníků JmK v přírodních vědách a informatice CZ.1.07/1.3.10/ Brožura dobré praxe.

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

Název: Letectví Rozmrazování letadla

Každá kružnice má střed, označuje se S. Všechny body kružnice mají od středu S stejnou vzdálenost, říká se jí poloměr kružnice a označujeme ho r.

C-1 ELEKTŘINA Z CITRONU

strana 2-4 strana 5-7 strana 8-10

VYPRACOVAT DO

Uhlíkové nanotrubice. Rozdělení, struktura. Eva Kuželová Košťáková KNT, FT, TUL

Demonstrační interaktivní Bohrův model atomu Obj. číslo

Inovace výuky o materiálech ve strojírenských oborech Příklad : vybrané nanomateriály. TTnet ČR, Berta Rychlíková, OU Ostrava

5. Duté zrcadlo má ohniskovou vzdálenost 25 cm. Jaký je jeho poloměr křivosti? 1) 0,5 m 2) 0,75 m 3) Žádná odpověď není správná 4) 0,25 m

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Pracovní list č.3 k prezentaci Křivky chladnutí a ohřevu kovů

OBSAH 1 Úvod Fyzikální charakteristiky Zem Referen ní plochy a soustavy... 21

Chemie i do zadních lavic, vyzkoušejte nový pohled na chemické pokusy

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice

K učení Komunikativní Sociální a personální

Střední škola obchodu, řemesel a služeb Žamberk

PARKOVACÍ SYSTÉM NÁVOD K POUŽITÍ THUNDER PK011

Mikro a nano vrstvy. Technologie a vlastnosti tenkých vrstev, tenkovrstvé sensory - N444028

Nano a mikrotechnologie v chemickém inženýrství. Hi-tech VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE ÚSTAV CHEMICKÉHO INŽENÝRSTVÍ

Molekula = soubor atomů. charakteristika molekuly: sumární vzorec H 2 O, C 2 H 6,... strukturní vzorec

FYZIKA MIKROSVĚTA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

37 MOLEKULY. Molekuly s iontovou vazbou Molekuly s kovalentní vazbou Molekulová spektra

SESTAVENÍ MODELU GEOMETRICKÉHO TĚLESA origami

VNITŘNÍ VYHŘÍVÁNÍ RUKOJETÍ HEAT DEMON - METRICKÉ NÁVOD K INSTALACI

Inovace výuky Přírodopis. Vlastnosti nerostů. Př 9/ 14, 15. minerál, tvrdost, hustota, vryp, lesk, barva, vodivost, kujnost, rozpustnost

Určení hmotnosti zeměkoule vychází ze základního Newtonova vztahu (1) mezi gravitačním zrychlením a g a hmotností M Z gravitačního centra (Země).

Programy na PODMÍNĚNÝ příkaz IF a CASE

Hmotnost atomů a molekul 6 Látkové množství 11. Rozdělení směsí 16 Separační metody 20. Hustota, hmotnostní a objemový zlomek 25.

Seminární práce Nanomateriály uhlíkové NANOtrubky

Název: Exotermní reakce

METALOGRAFIE II. Oceli a litiny

Atomy a molekuly. Nenechte drobotinu, aby se tak dřela

MATEMATICKÁ OLYMPIÁDA

Protonové číslo Z - udává počet protonů v jádře atomu, píše se jako index vlevo dole ke značce prvku

Nanotechnologie. Problematika nanomateriálů a nanotechnologií z hlediska ochrany zdraví i životního prostředí

Nanotechnologie jako součást výuky fyziky

STRUKTURA PEVNÝCH LÁTEK STRUKTURA PEVNÝCH LÁTEK

Povrch a objem těles

Moderní nástroje v analýze biomolekul

Na Zemi tvoří vodík asi 15 % atomů všech prvků. Chemické slučování je děj, při kterém z látek jednodušších vznikají látky složitější.

Dotazník pro učitele fyziky základních a středních škol v České republice

STEREOMETRIE 9*. 10*. 11*. 12*. 13*

Fungování tepelné izolace - měření úniku tepla na modelech klasického a zatepleného domu (experiment)

Vlastnosti kapalin. Povrchová vrstva kapaliny

DUŠEVNÍ VLASTNICTVÍ VE VÝUCE JAROSLAV VYSKOČIL, ONDŘEJ KOŠEK

FYZIOLOGIE ROSTLIN Laboratorní práce č. 3

Golayův kód 23,12,7 -kód G 23. rozšířený Golayův kód 24,12,8 -kód G 24. ternární Golayův kód 11,6,5 -kód G 11

Teorie hybridizace. Vysvětluje vznik energeticky rovnocenných kovalentních vazeb a umožňuje předpovědět prostorový tvar molekul.

Transkript:

Plán Titul: NANOTECHNOLOGIE: Tvorba modelu fullerenu Témata: NANOTECHNOLOGIE: Tvorba modelu fullerenu Čas: 90 minut (2 vyučovací hodiny) Věk: 10. třída žáci ve věku 15 16 let Diferenciace: Instrukce, IT podpora atd.: Schopnější studenti dostanou za úkol vypočítat nezbytné parametry. Se schopnějšími studenty je možno diskutovat o parametrech geometrické struktury molekuly fullerenu Studenti, kteří dokončí práci rychleji, mohou pracovat na přiložených rozšiřujících úkolech. Studentům je zadána souvislá práce. Je jim vysvětleno, jak vytvořit model fullerenu. Studenti vyplní pracovní listy s různými aktivitami individuálně, nebo ve skupinách 2-3 studentů. Každá skupina má za úkol najít a uspořádat informace o fullerenech z určitého aspektu a prezentovat získané informace. Vybavení potřebné pro tuto aktivitu: Dvě vytištěné kopie přílohy 1 Jedna vytištěná kopie přílohy 2. Nůžky na papír. Lepicí páska (nejlépe průhledná) Pracovní list s aktivitami. Požadované znalosti: Koncept atomu, atom uhlíku. Typy mnohoúhelníku; součet úhlů v mnohoúhelníku Zdraví a bezpečnost: Výstupy této aktivity: Všichni Budou znát příklady nejnovějších technologií kolem nás. Se seznámí s počátkem nanotechnologií fullereny. Budou umět vytvořit model molekuly fullerenu. Budou schopni rozpoznat geometrickou strukturu fullerenu. Většina Bude schopna vyhledat, systemizovat a prezentovat informace o fullerenech. Bude umět popsat geometrickou strukturu fullerenu. Někteří Budou schopni vypočítat parametry geometrické struktury molekuly fullerenu. Budou znát a budou schopni popsat aplikace fullerenů v současnosti i v budoucnosti. Bezpečné zacházení s nůžkami. 1

Plán Hlavní aktivita Studenti začnou pracovat na pracovním listu NANOTECHNOLOGIE: Tvorba modelu fullerenu. Fulleren molekula skládající se kompletně z atomů uhlíku, schopných vytvořit dutou kouli, elipsoid, nebo trubici (nanotrubici), Strukturou je podobná grafitu, ale může také být vystavěna z pěti- nebo osmiúhelníků. Jejich jméno je odvozeno od jména stavitele Buckminstera Fullera, který navrhoval podobně vypadající geodetické stavby. Fullereny jsou třetí objevenou modifikací uhlíku, kromě grafitu a diamantu. Tyto molekuly jsou tvořeny výhradně uhlíkem (počet atomů nesmí být menší než dvacet a v každém případě sudý), tvarem je dutá koule, elipsoid, trubice, nebo je plochý. Kulovité fullereny jsou také známy jako buckyballs, a válcové jako nanotrubice nebo buckytubes. Více viz http://fulerenai.tikra.info/teorija/kas-yrafulerenai/#sthash.d0gd7pp4.dpuf Vysvětlení praktika je uvedeno. Jak vytvořit model fullerenu Molekula fullerenu C 60 má stejný tvar jako fotbalový míč. Má 32 povrchů, z nichž 20 jsou jednoduché šestiúhelníky a 12 pětiúhelníky. Tyto povrchy jsou spojeny 60 body (vrcholy). U fullerenů je na každém z těchto vrcholů atom uhlíku. Papírový model fullerenu C 60 může být snadno vytvořen ve třídě nebo doma. Bude se skládat z 20 šestiúhelníků spojených tak, že 12 pětiúhelníkových mezer zůstane prázdných. Pracovní postup 1. Okopírujte stránky (dvě kopie Přílohy 1, jednu Přílohy 2). 2. Vystřihněte jeden tvar z první stránky. 3. Slepte dohromady okraje označené písmenem C lepicí páskou. 4. Dávejte pozor, abyste dostali pět šestiúhelníků okolo pětiúhelníkové mezery. 5. Opakujte stejný postup s druhou kopií stránky. 6. Vystřihněte tvar z druhé stránky. Měli byste dostat dva souvislé pruhy, každý tvořený pěti šestiúhelníky. 2

Plán 7. Pomocí lepicí pásky spojte okraj jednoho pruhu označený písmenem A se stejným okrajem druhého pruhu. 8. Slepte okraj označený písmenem B s druhým okrajem označeným stejným písmenem. 9. Připojte části z první stránky k části, kterou jste právě vytvořili. Slepte volné okraje pětiúhelníků páskou, jak je vidět na obrázku. 10. Otočte sestavený tvar a přilepte další část ze stránky jedna stejným způsobem. 11. To je vše. Model C60 držíte v rukou. Aktivita s pracovním listem Žáci vyplní pracovní list individuálně, mají odpovědět na otázky. Schopnější žáky je možno požádat, aby vypočítali nezbytné parametry. Rozšiřující aktivita Žáci, kteří dokončili práci rychleji, dostanou k řešení přiložené rozšiřující úkoly. (NANOTECHNOLOGIE: Tvorba modelu fullerenu). Společná aktivita Zeptáme se žáků na provedený postup. Pak žáci diskutují o odpovědích na zadané otázky. Se schopnějšími žáky je možno diskutovat o parametrech geometrické struktury molekuly fullerenu. 3

Pracovní list NANOTECHNOLOGIE: FULLERENY Cíl hodiny: Seznámit se s počátky nanotechnologií fullereny. Seznámit se se strukturou fullerenu při tvorbě modelu molekuly fullerenu. Nanotechnologie je interdisciplinární vědní obor, jeden z nejrychleji rostoucích. Tato pokročilá technologie otevírá nové možnosti vývoje nových materiálů a zařízení, jaké jsme si dříve neuměli ani představit. Bohužel jen velmi málo lidí ví, že objev fullerenů v roce 1985 zahájil éru nanotechnologií. Nejen že dal vzniknout tomuto novému vědnímu oboru, ale také slině ovlivnil fyziku, chemii a další disciplíny (ACS vyznamená objev fullerenů. Azo Nanotechnology, http://www.azonano.com/news.asp?newsid=19,861). Objev fullerenů byl tak důležitý, že za něj byla udělena Nobelova cena v r. 1996. Tento objev měl obrovský význam pro fyziku, chemii, informatiku a další vědní obory. Fullereny jsou třetí objevenou alotropickou modifikací uhlíku, kromě grafitu a diamantu. Tyto molekuly jsou tvořeny výhradně uhlíkem (počet atomů nesmí být menší než dvacet a v každém případě sudý) tvarem je dutá koule, elipsoid, trubice, nebo je plochý. Kulovité fullereny jsou také známy jako buckyballs, a válcové jako uhlíkové nanotrubice nebo buckytubes. Fullereny se podobají svou strukturou grafitu, jiné alotropické modifikaci uhlíku, která je tvořena vrstvami, v nichž jsou spojeny šestiúhelníkové prstence, ale také mají uvnitř pětiúhelníkové (někdy šestiúhelníkové) prstence, které způsobují, že vrstvy nejsou ploché. Na fullereny se mohou vázat atomy vodíku a železa a tvoří tak velké složité molekuly. Fullereny jsou jedněmi z hlavních nanomateriálů, spolu s nanokompozity, nanočásticemi, keramickými materiály, uhlíkovými nanotrubicemi a tenkými vrstvami. Stavba molekuly fullerenu je zajímavá. Uvnitř každé uhlíkové koule vzniká prázdný kulový prostor, do něhož lze díky jeho kapilárním vlastnostem vložit atomy a molekuly jiných látek. Jsou syntetizovány a zkoumány molekuly fullerenů skládající se z různého počtu atomů uhlíku od 36 do 540. Více viz na: http://fulerenai.tikra.info/teorija/kas-yra-fulerenai/#sthash.d0gd7pp4.dpuf 4

Pracovní list C60 První objevený, nejznámější a nejčastěji zkoumaný fulleren. Je to nejkulatější a nejsymetričtější molekula, která byla dosud objevena. Skládá se z 60 atomů uhlíku, z nichž každý je umístěn v molekule na spojovacím bodu dvou šestiúhelníků a jednoho pětiúhelníku. V molekule C60 je počet šestiúhelníků 20 a pětiúhelníků 12. Každý pětiúhelník sousedí jen se šestiúhelníky, a každý šestiúhelník má tři společné stěny s šestiúhelníky a tři s pětiúhelníky. Má stejnou stavbu jako Evropský fotbalový míč. Tato molekula má v průměru 7-15 Å a tloušťka je jeden atom uhlíku. Z chemického a fyzikálního hlediska jsou velmi stabilní (začínají se štěpit až při 1000 C). Mají větší elasticitu než jakákoliv známá dvourozměrná struktura nebo prvek. Nejvyšší hustota uspořádání ze všech známých struktur. Za normálních okolností je neproniknutelný pro všechny prvky, dokonce i pro atom helia s energií 5eV. Mohou se na ně vázat atomy vodíku a železa a tvořti tak velké složité molekuly. Poměrně malá kritická teplota (33 K), proto mají supravodivé vlastnosti. C60 tvoří žluté krystaly, ale při tavení mění barvu na fialovou. - Více viz na: http://fulerenai.tikra.info/teorija/fulerenu-rusys/c60/#sthash.dpralqvm.dpuf 5

Pracovní list Úkol na příští hodinu Vyhledejte na internetu a uspořádejte informace o fullerenech týkající se těchto aspektů: Jak byly fullereny objeveny historie objevu fullerenů; Objevitelé vědci, kteří objevili fullereny (Harold W. Kroto, Robert F. Curl, Richard E. Smalley); Nobelova cena kdy, kdo a za co obdržel cenu; Druhá Nobelova cena další významná cena spojená s fullereny - grafen, jeho objev a možnosti využití; Význam objevu jaké jsou přínosy objevu fullerenů pro vědu a lidstvo, jaké nové možnosti přinesl; Co jsou fullereny teorie, definice, příklady a ilustrace; Původ názvu odkud pochází název nově objevené látky; Aplikace jaké jsou aplikace fullerenů v současnosti a jaké jsou jejich možnosti do budoucna; Typy fullerenů popis existujících typů fullerenů. 6

Otázky NANOTECHNOLOGIE: Tvorba modelu fullerenu Answer sheet Z jakých atomů se skládá fulleren? Z uhlíku (C) Z kolika atomů se skládá molekula fullerenu C60 molecule? 60 atomů uhlíku Jaké další látky jsou složeny z atomů uhlíku? Grafit, diamant, grafen. Kolik a jaké geometrické tvary tvoří fulleren C60? 20 šestiúhelníků a 12 pětiúhelníků. 7

Otázky Součet úhlů v mnohoúhelníku s = (n - 2) 180, n počet stran mnohoúhelníku. Pomocí vzorce pro součet úhlů v mnohoúhelníku vypočítejte součet vnitřních úhlů pětiúhelníku Jaká je velikost jednoho vnitřního úhlu pětiúhelníku? Pomocí vzorce pro součet úhlů v mnohoúhelníku vypočítejte součet vnitřních úhlů šestiúhelníku Jaká je velikost jednoho vnitřního úhlu šestiúhelníku? 8

Rozšíření Na těchto obrázcích jsou uvedeny příklady pravidelných pětiúhelníků, nacházejících se v přírodě. Uveďte další příklady pravidelných pětiúhelníků, nacházejících se v přírodě. Květy svlačce Nakrájená okra Mořská hvězdice Pentagon ministerstvo obrany USA Když znáte velikost jednoho vnitřního úhlu pětiúhelníku, vypočítejte velikost vnitřního úhlu trojúhelníku. 9

Rozšíření Na těchto obrázcích jsou uvedeny příklady pravidelných šestiúhelníků, nacházejících se v přírodě. Uveďte další příklady pravidelných šestiúhelníků, nacházejících se v přírodě. Včelí plást Ideální krystalová struktura grafenu Čínský pavilon (atomy uhlíku) Když znáte velikost jednoho vnitřního úhlu šestiúhelníku, vypočítejte velikost vnitřních úhlů trojúhelníku ABC. 10

Příloha 1 Udělejte si dvě kopie této stránky Pattern 1 Print two copies of this page.

Příloha 2 Udělejte si jednu kopii této stránky Pattern 1 Print two copies of this page. 12