MEZIPŘEDMĚTOVÉ ÚLOHY
s tematikou „NANO“
© Zdeňka Hájková, 2009
Tento materiál je součástí diplomové práce „Návrh implementace nových poznatků z interdisciplinárního oboru „nanotechnologie“ do výuky
přírodovědných předmětů na SŠ“ vypracované na Katedře učitelství a didaktiky chemie na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy v Praze
pod vedením RNDr. Petra Šmejkala, Ph.D.
Úloha 1: Tajemné poháry
Forma: motivační
Interdisciplinarita: chemie – fyzika
Diskutované tajemné poháry jsou jednou ze stop dávných „nanotechnologů“. Pocházejí asi
ze 4. století našeho letopočtu, tedy z doby, kdy jejich výrobci a uživatelé zřejmě ještě neznali
a nepoužívali pojem nanotechnologie. Poháry byly pojmenovány podle mytologického
thráckého krále ………………. Ten je zobrazen na vlysu pohárů, jak je lákán do podsvětí řeckou
nymfou Ambrosií, která se proměnila ve vinnou révu. Jev, který nás zajímá, spočívá v neobvyklých
barvách pohárů. Poháry jsou totiž příkladem speciálního typu tzv. dichroického skla, které mění
barvu v závislosti na umístění světleného zdroje. Pozorujeme-li poháry v odraženém, např.
denním světle, jsou zelené (viz obrázek vlevo). Pokud však zdroj světla umístíme dovnitř pohárů,
jsou červené (viz obrázek vpravo). Chemickou analýzou bylo zjištěno, že složení skla těchto pohárů
je podobné tomu, jaké je používáno dnes. Za pozorované barevné změny mohou nanokrystaly
ze slitiny stříbra a zlata (v molárním poměru 14:1) o velikosti asi 70 nm. Poháry byly vyrobeny
pravděpodobně v Římě, není však známo, jakou technologii římští skláři použili. Dnes lze poháry
vidět v Britském muzeu v Londýně.
Úkol: Vylušti křížovku a odhal tak jméno onoho bájného krále, po němž poháry nesou svůj název.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
1.
Nanočástice (např. ty ze slitiny zlata a stříbra) nelze pozorovat pomocí světelného mikroskopu.
K jejich zobrazení musíme použít přístroj s větším rozlišením, tj. např. ……………………
mikroskop.
2.
V textu byla několikrát použita předpona nano-. Ve vědeckém slova smyslu se tato předpona
používá pro vyjádření 10
-9
, tj. jedné …………………… celku.
3.
Složení skla tajemných pohárů je podobné moderním sklům – nejhojněji zastoupeným oxidem
je SiO
2
, tj. oxid ………………… .
(Obrázky byly převzaty z http://www.britishmuseum.org.)
4.
Pro dosažení zajímavých barevných efektů se do skel přidávají prášky zejména ze stříbra, zlata,
zinku, kadmia, síry a selenu. Zapiš značky uvedených chemických prvků v daném pořadí.
5.
Pokud jsou poháry osvětleny zevnitř, jsou zbarveny ……………… .
6.
Poháry byly pravděpodobně vyrobeny ve 4. století našeho letopočtu v Římě, kde byla úředním
jazykem latina. Jak se latinsky řekne stříbro?
7.
Unikátní zbarvení skla pohárů je způsobeno přítomností krystalů ze slitiny stříbra a zlata
o velikosti několika desítek ………………… .
8.
Předpona nano- se používá jako první část řady slov (zmíněny byly např. nanotechnologie,
nanokrystaly). Její význam je malost, drobnost, trpaslictví. Zkus odhadnout, co znamená řecké
slovo „nanos”, ze kterého je tato předpona odvozena.
Úloha 2: Alotropické modifikace uhlíku
Forma: osvojovací
Interdisciplinarita: chemie – geologie
Alotropické modifikace představují různou formu uspořádání atomů daného prvku.
Jednotlivé modifikace se od sebe liší nejen fyzikálními vlastnostmi (tvrdostí, hustotou apod.), ale
také svým chemickým chováním. Uhlík se vyskytuje v několika alotropických modifikacích –
některé jsou přírodní, další byly připraveny uměle v průběhu posledních dvaceti pěti let a jeví se
jako velmi perspektivní nanomateriály.
Úkol: S použitím následujících pojmů se pokus správně doplnit tabulku.
polovodič; měkký (3,5); diamant; šesterečná; průhledné, silně lámající světlo; grafit (tuha);
fulleren (C
60
– fullerit); nevodič; krychlová; vodič; měkký (0,5 – 2); šedočerné, vrstevnaté;
krychlová; hnědočerné, lesklé; nejtvrdší nerost (10)
Alotropická modifikace
Krystalová
soustava
Tvrdost
Vzhled krystalů
Elektrická
vodivost
přírodní
přírodní
umělá
(Obrázky byly převzaty z http://images.google.com.)
Úloha 3: Tři Nobelovy ceny za práci v nanosvětě
Forma: motivační, osvojovací
Interdisciplinarita: chemie – fyzika
V posledních třiceti letech zaznamenala nanotechnologie neuvěřitelně rychlý rozvoj. Došlo k něko-
lika zásadním objevům v oblastech nanovědy a nanotechnologie, které podstatně posunuly vývoj
vědy a techniky, a byly proto odměněny Nobelovou cenou. O které objevy šlo, prozrazují obrázky
níže.
Úkol: Spoj každý obrázek se jmény, pojmy a charakteristikami, které se k němu vztahují.
Albert Fert a Peter Grünberg
první uměle připravená
alotropická modifikace uhlíku
NC 2007
NC 1996
přístroj umožňující pozorovat jednotlivé atomy
a molekuly a dokonce s nimi manipulovat
NC 1986
kvantově-mechanický jev, který
umožnil výrazné zvýšení hustoty
zápisu dat na harddiscích
skenovací tunelový mikroskop (STM)
obří magnetický odpor
(gigantická magnetorezistence, GMR)
fullereny (na obr. fulleren C
60
)
Harold Kroto, Robert Curl a Richard Smalley
Gerd Binnig a Heinrich Röhrer
(Obrázky byly převzaty z http://images.google.com.)
Úloha 4: Biogenní minerály (biominerály)
Forma: osvojovací
Interdisciplinarita: chemie – biologie – geologie
Příklad nanotechnologie můžeme nalézt na pomezí živé a neživé přírody. Formou přírodní
nanotechnologie je totiž biomineralizace, proces, při němž organizmy produkují tzv. biogenní
minerály (biominerály), které se stávají součástí jejich organizmu a fungují nejčastěji jako opora
těla nebo ochrana před predátory. Příroda řídí syntézu těchto minerálů – kontroluje rozměr, tvar,
uspořádání krystalů a jejich interakci s organickými sloučeninami, což ovlivňuje výsledné vlastnosti
materiálů, jako např. vysokou pevnost, odolnost proti lomu i estetický vzhled. Biomateriály,
kompozity biogenních minerálů a organických molekul, jsou v současnosti jednou z hlavních
oblastí výzkumu materiálové vědy.
Úkol: Doplň tabulku.
Název biominerálu
Chemický vzorec
Výskyt a funkce
uhličitan vápenatý
(kalcit, aragonit)
tvoří pevné nanostrukturní bloky
ve ……………………………'>……………………………… či
ve ………………………………
oxid křemičitý
(křemen)
zpevňuje ……………………………
hydratovaný oxid
křemičitý
vytváří ………………………………
(tzv. frustulu)
oxid železnato-železitý
(magnetit)
nanokrystaly obalené lipidovou
membránou tvoří organely zvané
……………………; ty fungují jako
střelky kompasu a umožňují
magnetotaktickým bakteriím
…………………
fosforečnan-hydroxid
pentavápenatý
(hydroxyapatit)
je součástí …………… a ……………,
nejtvrdších částí lidského těla
monohydrát
šťavelanu vápenatého
v organizmech nežádoucí, protože je
hlavní složkou ………………………
(Obrázky byly převzaty z http://images.google.com.)
Dostları ilə paylaş: |