UHLÍK x-krát jinak Jitka Soukupová & Zuzana Štauberová

UHLÍK X-KRÁT JINAK C 6OC 70 DiamantIonsdaleit C 540 Uhlíková nanotrubice Amorfní uhlík Fullereny Grafit

UHLÍK X-KRÁT JINAK Forma: GRAFIT Pokus č. 1 a 2 Grafit (tuha) je nejčastější přírodní modifikace uhlíku. Její struktura se skládá z vrstev tzv. grafenu, které jsou tvořeny uhlíky navázanými do šestiúhelníků. Grafen = 1 vrstva grafitu objev 2004 Andre Geim Konstantin Novoselov Nobelova cena 2010 Nanotrubice Sumio Iijima 1991

UHLÍK X-KRÁT JINAK Forma: GRAFIT Pokus č. 1: „VÝROBA“ GRAFENU Pomůcky: Tuha (grafit) Izolepa Ev. elektronový mikroskop Postup: Co nejtenčí úlomek rozdrcené tuhy přilepíte na izolepu. Izolepu přehnete a přimáčknete lepivou stranou na úlomek z druhé strany. Pak přeloženou pásku zase rozevřete, máte na ní už dva tenké plátky grafitu. Ty pak stejným způsobem dělíte znovu a znovu - až získáte grafeny. Abyste grafeny získané pomocí izolepy našli, potřebujete elektronový mikroskop.

UHLÍK X-KRÁT JINAK Forma: GRAFIT Pokus č. 2: FARADAYOVA KLEC Ten byl i výborným demonstrátorem, a tak postavil velký krychlový dřevěný rám (o straně 12 stop) a ten celý pokryl vodivým materiálem. Do této konstrukce si pak při jedné ze svých večerních veřejných přednášek sedl a nechal ji nabít až natolik, že bylo patrné, jak z ní létají jiskry, on sám však přitom uvnitř žádný efekt elektrického pole nepocítil a na vnitřní straně klece žádný náboj nedetekoval. Faradayovy klece se využívá zejména tam, kde je třeba chránit zařízení či osoby před škodlivým elektromagnetickým polem, rádiovými vlnami apod. Pro tyto účely jsou stavěny specializované Faradayovy klece. Faradayova klec je pojem známý již od 19. století. Její princip je založen na tom, že elektrický náboj je soustředěn pouze na povrchu vodiče, nikoli uvnitř jeho bjemu. Tento jev popsal a objasnil roku 1836 anglický fyzik Michael Faraday.

UHLÍK X-KRÁT JINAK Forma: GRAFIT Pokus č. 2: FARADAYOVA KLEC Pomůcky: ping-pongový míček natřený tuhou z kružítka plastové pravítko vlněná šála dva cedníky: 1 plastový 1 kovový

UHLÍK X-KRÁT JINAK Forma: GRAFIT Pokus č. 2: FARADAYOVA KLEC Postup: Pingpongový míček zcela začerníme tuhou z kružítka, aby se jeho povrch stal vodivý. Potom míček překryjeme nejprve kovovým a potom plastovým cedníkem. Připravíme si plastové pravítko a vlněnou šálu, kterou pravítko elektrujeme. Přiložíme zelektrované pravítko k pingpongovému míčku pokrytému vodivou tuhou. Pozorujeme chování míčku. Poté zakryjeme míček kovovým cedníkem, ke kterému opět přiblížíme zelektrované pravítko a znovu sledujeme, jak se bude chovat míček pod sítem. Vyměníme kovový cedník za plastový a opět k němu přiložíme zelektrované pravítko a sledujeme chování míčku.

UHLÍK X-KRÁT JINAK Forma: GRAFIT Pokus č. 2: FARADAYOVA KLEC Vysvětlení: Kovový cedník se chová jako vodivý obal, odstiňující vnější elektrické pole. Volný náboj se rozloží pouze na povrchu vodiče, což je právě kovový cedník. Z kovového cedníku se tak stane model Faradayovy klece, která se využívá k odstínění elektrického náboje. Přes plastový cedník je míček pokrytý vodivou tuhou k pravítku přitahován, jako kdyby tam žádný cedník nebyl, protože reaguje na elektrovanou tyč díky svému vodivému povrchu z tuhy stejně jako v případě, kdy nebyl zakrytý vůbec.

UHLÍK X-KRÁT JINAK Název získaly podle staveb, které projektoval americký architekt a matematik Richard Buckminster Fuller ( ) Forma: FULLERENY Pokus č. 3: MODELY FULLERENŮ Fullereny objev 1985 Robert F. Curl Richard E. Smalley Harold W. Kroto Nobelova cena 1996 Pavilon Expo 67, Montreal „pětiúhelníková porucha“ grafenu  způsobí zakřivení

UHLÍK X-KRÁT JINAK musí být právě 12, aby utvořily uzavřené těleso, Fullereny jsou souměrné „koule“ z uhlíkových atomů, tvořené pěti a šestiúhelníky. Forma: FULLERENY Pokus č. 3: MODELY FULLERENŮ Duální těleso Např. molekula C 80 ze 120 klikatých jednotek ( ) s + 80 v = 120 h + 2 (Eulerova věta) pak může být v podstatě libovolný počet.

UHLÍK X-KRÁT JINAK C 70 má tvar ragbyového míče. Existují i větší tvary C 240, C 270, C 540… C 20 (pravidelný dvanáctistěn) Nejmenší a nejméně stabilní C20 C 270 Forma: FULLERENY Pokus č. 3: MODELY FULLERENŮ C 60 - Nejrozšířenější a nejstabilnější Průměr této téměř dokonalé koule je asi 1 nm.

UHLÍK X-KRÁT JINAK Fullereny – Parc de la Villette – La Géode 400 x 20 = 8000 stěn (ve skutečnosti 6500) → 8000 vrcholů →fulleren C 8000

UHLÍK X-KRÁT JINAK Budete potřebovat: papírové čtverce o straně cca 10 cm Optimální je kostka - barevný nelepený poznámkový blok Postup: Z papírového čtverce sestavíme tzv. klikatou jednotku (phizz unit). Tři klikaté jednotky spojte dohromady. Není třeba je lepit, spoj je dost pevný. Stejným způsobem připojujte další klikaté jednotky. Forma: FULLERENY Pokus č. 3: MODELY FULLERENŮ

UHLÍK X-KRÁT JINAK Z klikatých jednotek lze vytvořit i jiné tvary Forma: FULLERENY Pokus č. 3: MODELY FULLERENŮ

UHLÍK X-KRÁT JINAK Forma: AMORFNÍ UHLÍK Pokus č. 4: FILTRACE COCA-COLY Amorfní uhlík je forma uhlíku bez pravidelné krystalové struktury. Pro praktické využití se připravuje např. jako tzv. aktivní uhlí. Pomůcky: několik sklenic láhev s Coca-Colou živočišné uhlí v tabletkách nebo prášku třecí miska s tloučkem filtrační papír trychtýř

UHLÍK X-KRÁT JINAK Forma: AMORFNÍ UHLÍK Pokus č. 4: FILTRACE COCA-COLY Postup: Nalijte Colu do jedné ze sklenic a smíchejte s živočišným uhlím. (Pokud máte uhlí v tabletách, tak ho nejdřív rozetřete v třecí misce.) Do trychtýře vložte filtrační papír a poprvé přefiltrujte roztok. Vyměňte filtrační papír a proces několikrát zopakujte, dokud roztok není průhledný. Úkol: Pozorujte postupnou změnu barvy roztoku po několika filtracích. Roztok můžete i ochutnat. Pro děti je jako následná aktivita zábavné ochutnávání se zavázanýma očima z původní a přefiltrované Coly a rozhodování, která je která. Vysvětlení: Živočišné uhlí na sebe váže barviva obsažená v Cole a filtrační papír nám je umožní plně oddělit. Ochutnáním zjistíte, že se změnila pouze barevná, nikoli však chuťová složka Coly.

UHLÍK x-krát jinak Jitka Soukupová & Zuzana Štauberová Děkujeme za pozornost.