Kappale 17 hiili

Hiilestä (ja sen muodoista) tietoa

Hiili C (carbon)
- alkuaineena eri muotoja (timantti, grafiitti jne.)
- orgaaninen kemia, hiiliyhdisteiden kemiaa (- eliö eli organismi, C elollisen luonnon tärkeä alkuaine)
- orgaaniset yhdisteet sis. hiiltä ja vetyä
- molekyyliyhdisteitä, esim.metaani
- hiilen 4 sidosta (4 "kättä", uloimmalla kuorella 4 elektronia)
- renkaita, suoria ja haarautuvia ketjuja - miljoonia yhdisteitä
- elävät organismit, kasvit ja eläimet sis. hiiltä
- hiilen kiertokulku: yhteyttäminen (fotosynteesi)?, palaminen, lahoaminen, maatuminen

HIILI

Alkuainehiilen esiintymismuodot tutuiksi:

1. Timantti 
- kovinta luonnossa
- pyramidimainen rakenne!
- kova paine ja korkea lämpötila (150-200 km syvyydessä)
- valontaittokyky (korut)
- lasin leikkuu, metallityöt (porien terät), timanttikalvoja - valmistus synteettisesti
- johtaa lämpöä
- ei johda sähköä

2. Grafiitti
- yleisin muoto
- pehmeää, tumman harmaa, tahraava (noki, puuhiili)
- päällekkäisiä levyjä (levyissä hiiliatomien muodostamia renkaita), monta grafeenikerrosta päällekkäin (ks.seur.kohta) 
- lyijykynän "lyijy"
- lääkehiili, aktiivihiili, piirroshiili
- "liukasta", päällystetään laakereita
- johtaa sähköa, elektrodimateriaali
- johtaa lämpöä

Materiaalitekniikan tutkituimmat aineet: grafeeni, fullereeni ja nanoputki !!!! Kuuminta hottia!
3. Grafeeni
- löydetty v. 2004
- yhden atomin paksuinen hiiliatomiverkko (hiiliatomi tiukasti kiinni 3 muun hiiliatomin kanssa)
- korkea vetolujuus, lujin ja kestävin materiaali, n. 200 kertaa terästä kestävämpää
- kevyttä
- joustaa, venyy
- grafiitin yksittäinen taso (lyijykynän piirtojälki)
- aurinkokennot
- kosketusnäytöt
- hyvä lämmön- ja sähkönjohde
- valo kulkee läpi hyvin
- kierrätettävää, myrkytön, ympäristöystävällinen
käyttö:
-https://www.youtube.com/watch?v=BvywtePz-_w


4. Fullereeni
- pallomainen rakenne; 5- ja 6- renkaita, "jalkapallo"
- grafeenin pallomainen rakenne
- C60
- suprajohde (johtaa sähköä ilman vastusta alhaisissa lämpötiloissa)


5. Hiilinanoputki
- rullalle kierrettyä grafeenia
- "putkia", erittäin luja rakenne
- nm on miljardisosa metri
- johtaa, kestää, taipuu, joustaa - monia mahdollisuuksia!

Hiilen allotropia

http://www02.oph.fi/etalukio/opiskelumodulit/kemia/kemia3/hiili.html


TÄLLÄ ALOITETAAN
1.
....fullereenista englanniksi - melko iisi seurata....kokeile ja mieti esim. fullereenin rakenne ja esiintyminen...löydätkö???

.....


2. Ryhmätyöt käyntiin. Hiilen muodot - tärkeimmät asiat taululle
3. Rakenteet ja niiden mallit 

Hiilikuitu.....sitä tätä päivää....
https://fi.wikipedia.org/wiki/Hiilikuitu#/media/File:Cfaser_haarrp.jpg

Kpl 17 läksyt

Kirjoita vihkon SIVUN  pituinen tiivistelmä, josta löytyvät seuraavat käsitteet alleviivattuna:
- hiili
- hiilen esiintymismuodot
- suprajohde
- orgaaninen kemia
- 4 sidosta
- molekyylikaava
- rakennekaava

Tee 6 tehtävää!(s. 115)

kpl 17 Hiili


1. Hiilen rakenne (8.lk muistelmia...jaksollinen järjestelmä)
- metalli vai epämetalli
- jakso
- ryhmä
- kuva
- yhdisteitä...

2. Rakennekaava ja molekyylikaava (vrt. suoria, ketjuja, renkaita)
- 4 sidosta eli "kättä"

3. Ryhmätyönä ( vihkon aukeama ja yhteinen taulukuva, apuna netti ja oma kirja kpl 17)
Hiilen eri muodot:
a) Timantti
https://fi.wikipedia.org/wiki/Timantti
b) Grafiitti (esim. lyijykynä)
https://fi.wikipedia.org/wiki/Grafiitti
c) Grafeeni
https://fi.wikipedia.org/wiki/Grafeeni
d) Nanoputki
https://fi.wikipedia.org/wiki/Nanoputki
e) Fullereeni
https://fi.wikipedia.org/wiki/Fullereeni


Etsi tärkeät asiat mm. käyttö, rakenne, ominaisuudet, miten löydetty, muuta mielenkiintoista.

+4. Hiilikuitu
- kesto,keveys
- mailat(golf,tennis)
- lentokoneet,polkupyörät
- hiuksen ohuena kestää miehen painon
- hiilikuitu + epoksi ---> hiili saadaan jäykkään muotoon,jäykkä putki (hiilisäikeet ristikkäin, ja epoksi
kovettaa). Tällainen putki kestää miehen painon "leuanvetotankona"

++ Selitä vielä a) aktiivihiili ja b) kivihiili c) ruskohiili d) musta hiili e) hiilijalanjälki

5. Sormenjälkitutkimus: vetokaapissa yksitellen, muut tekevät läksyjä
- kaasupoltin, nokeava liekki(ilma-aukko kiinni), keittopullo(sis.vesitilkka)
- verrataan - löytyykö samanmoista toista? Miksi näinkin saadaan sormenjäljet näkyviin?

- sotke hiiltä sormiin, ja ope laittaa vaseliinia päälle.....ihanaa!
- kokeile millä keinoin lähtee pois, kylmällä vedellä, lämpimällä vedellä vai saippuavedellä vai hankaamalla?....testaa, ja mieti miksi näin?