Kappale 17 hiili
Puu ja hiili, (kiva herättely N. 2 min.)
Orgaaninen kemia
Orgaaninen yhdiste on kemiallinen yhdiste, jossa on hiili- ja vetyatomien välisiä tai useampien hiiliatomien välisiä kovalenttisia sidoksia. Hiilen ja vedyn lisäksi yhdisteissä voi olla mukana muitakin alkuaineita, usein muun muassa happea tai typpeä
Hiilen kierto
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!
- 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
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)
- 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?