Mezipředmětové Úlohy s tematikou „nano

---

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.)