Tema 8 - Siliciu, Carbon - tie Cunoastere

8/3/2019 Tema 8 - Siliciu, Carbon - tie Cunoastere

1/33

1

Tema 8 - Siliciu/ carbon informaie/ cunoatere

1. PROVOCRI1. Sub ce forme regsim siliciul i carbonul n viaa noastr?

2. Cum culegi informaia pentru a cunoate?

3. Cum ar fi artat viaa bazat pe siliciu, n locul carbonului?

4. Putem tri fr calculator?

2. TRASEE DE CUNOATERE1. Chimie si tehnologie: cum folosim ceea ce natura a creat pentru a ne simplifica existenta?

2. Procese chimice si chimia vietii. Stiinta snttii: unde si de ce este nevoie de C ai Si in

corpul uman?

3. Stiinta&creativitate&comunicare.

4. Puin chimie, puin geografie i multe pietre preioase.

5. Consecinele introducerii computerului n activitatea uman. Aplicaii sociale,

industriale, medicale, cercetarea tiinific, tehnologii ale comunicaiei.6. Amprenta biologic amprenta digital. Tema poate fi abordat din perspectiva

biologiei, a filosofiei sau sociologiei.

7. De la diod la microprocesor. Evoluia componentelor electronice pe baz de siliciu. De la

patefon la MP3. Se pot realiza studii de caz pe problematica temei, din punctul de vedere al

fizicii, chimiei, istoriei tehnicii.

8. Crbunele resurs energetic. Se poate realiza un studiu energetic la resurselor de

crbuni pe glob.

9. La nisip la cristal: tiin i art (Boemia, Murano, Jena).

10.Frumuseea naturii, natura frumuseii. Diamante, fulerene, grafit. Structuri poliedrice.11.De la siliciu la Silicon Valley. Istorie, cercetare, tehnologie de vrf.

12.De la mecanismul din Antikithera la computer. Marile momente ale evoluiei ale

tehnologiei de calcul.

3. EXEMPLE DE ABORDARE INTEGRAT


2/33

2

Subtema 2 - Procese chimice i chimia vieii. tiina sntii: unde i de ce este

nevoie de C i Si n corpul uman?

SiliciulSiliciul, al doilea element ca rspndire pe Pmnt dup oxigen, se gsete n natur sub formde combinaii (dioxid de siliciu, mic, feldspat). Masa siliciului reprezint 27,5% din cea ascoarei Pmntului.

Rolul n organism

Siliciul este unul dintre cele mai noi oligoelemente evideniate ca eseniale pentru organism. norganismul uman deine mai multe roluri dintre care calcifierea oaselor este cel mai important.

Rolul su n consolidarea scheletului este esenial n fazele timpurii ale formrii acestuia. Siliciul

intervine n metabolismul componentelor esutului conjunctiv, cu rol de susinere, al crui

aport este esenial n dezvoltarea embrionar, vindecarea rnilor, osificare. Acest mineral mai

este corelat cu procesele de mbtrnire vascular, n sensul c el se reduce semnificativ cu

vrsta din pereii arteriali n care s-a instituit procesul de ateroscleroz.

Siliciul d strlucire dinilor, unghiilor i prului. Exist i n esutul pulmonar, de aceea este

recomandat pentru remineralizarea bolnavilor de tuberculoz. Pentru c ajut la formarea

oaselor i cartilajelor, mineralul nu trebuie s lipseasc din alimentaia gravidelor i din cea acopiilor care sufer de rahitism. De asemenea, el contribuie la asimilarea fosforului, care este

foarte important pentru sntatea creierului.

Se estimeaz c un adult ar avea nevoie de 20-30 mg siliciu/zi.

Surse de siliciu

Dintre sursele cele mai bogate de siliciu amintim: cerealele integrale, citricele, merele, nucile,

alunele, varza, morcovii, fasolea verde, ceapa prazul. Dintre buturi, berea conine siliciu. i

petele conine siliciu, dar coninutul n acest element este influenat de mediul n care a trit

petele respectiv.Cerealele integrale conin o form asimilabil de siliciu i din acest motiv, n cazul carenelor, se

recomand ca prim opiune. S-a dovedit c produsele obinute din cereale decorticate nu

conin siliciu.


3/33

3

Fig. 1 - Peste

Fig. 2 - Citrice

Fig. 3 - Seminte

Alimentele care conin siliciu sunt numeroase i ne putem asigura fr probleme necesarulzilnic, carena de siliciu fiind foarte rar ntlnit. De obicei apare la persoanele care nu consumlegume i fructe i la persoanele vrstnice deoarece siliciul se asimileaz mai greu odat cu

naintarea n vrst.


4/33

4

Acidul silicic i metasilicatul sunt diferite forme de suplimente administrate n cazul unor

carene severe.Despre siliciu tiai c. importana acestui mineral pentru sntate a fost identificat abia n anii '70?

contribuie la ntrirea sistemului imunitar?

un nivel sczut de estrogen scade capacitatea de absorbie a siliciului n organism?

siliciul se gsete i n cristalinul ochilor?

mai este numit i mineralul frumuseii"?

excesul de siliciu nu este toxic pentru organism?

s-a observat c frecvena cancerului este mai mic n regiunile bogate n siliciu?

mineralul este util persoanelor care sufer de afeciuni nervoase i celor care vor s-icreasc performanele intelectuale?

CarbonulCarbonul este un element foarte important i interesant: se gsete sub form de grafit,diamant i fulerene i prezint capacitatea de a forma legturi simple sau multiple cu ali atomimici, inclusiv cu ali atomi de carbon. Aceste caracteristici conduc la apariia a aproape zecemilioane de compui chimici diferii.

n tabelul de mai jos sunt prezentate cantitile elementelor ce apar n organismul

uman, calculate pentru un individ de 70 kilograme:

1.1.

Masa(g)

1.1.1.

Element

Masa(g)

1.1.2.

Element

Masa(g)

O 45500 Si 1,4 Mn 0,02

C 12600 Rb 1,1 V 0,02H 7000 F 0,8 Se 0,02N 2100 Zr 0,3 Ba 0,02Ca 1050 Br 0,2 As 0,01P 700 Sr 0,14 B 0,01S 175 Cu 0,11 Ni 0,01K 140 Al 0,10 Cr 0,005


5/33

5

Identificai rolul i unor aminoacizi eseniali (nu pot fi sintetizai de ctre

organism i trebuie luai din alimentaie) precum i sursele alimentare!

Cl 105 Pb 0,08 Co 0,003

Na 105 Sb 0,07 Mo


6/33

6

1. Realizai o clasificare a proteinelor n funcie de sursa de provenien!2. Hemoglobina este o proteina transportoare de oxigen la nivelul organismuluiuman iar hemocianina ndeplinete acelai rol la o specie de molute! Realizaiun eseu: Hemoglobina vs. hemocianina!3. Hormonii au structur proteic. Documentai-v i realizai o prezentarePowerPoint n care s prezentai cteva exemple de hormoni precum i rolul lorla nivelul organismului uman!4. Fitohormonii sunt hormoni produi de plante. Documentai-v pe aceasttem!5. Enzimele sunt proteine fr de care celule vii nu pot nfptui reacii complexe

ntr-un timp scurt, la temperatura mediului nconjurtor. Realizai un proiect n

care s descriei rolul enzimelor, clasificarea acestora, exemple.6. Aportul energetic al proteinelor.

Fig. 5 - Rodopsina - protein implicat n procesul vederii

Fig 6 - Hemoglobina - proteina transportoare de oxigen


7/33

7

Pe baza clasificrii de mai jos, realizai o descrierea principalelor glucide: surse

naturale, coninut estimativ al unor alimente n glucide, structur, valoare

energetic, transformri la nivelul organismului uman.

Fig. 7 - Insulina (hormon) - proteina implicat n metabolismul glucidelor

Glucide (zaharide)

Zaharidele sau glucidele sunt substane organice, cu funciune mixt ce conin grupricarbonilice i grupri hidroxilice. Ele au o importan deosebit att pentru mediul vegetal cti pentru cel animal. Din punct de vedere biochimic i fiziologic, glucidele reprezint punctul deplecare pentru proteine, lipide, acizi organici . Biosinteza glucidelor se face prin fotosintez.

Criteriu declasificare

Reprezentani

Dup origine- glucide de origine vegetal (fructoza, zaharoza, amidonul, etc.)- glucide de origine animal (glicogenul)

Dup valoarea

energetic

- glucide energetice (glucoza - este principalul donor de energie la om,lactoza, amidonul, etc.)

- glucide neenergetice (celuloza, pectinele, amidonul rezistent, etc.)

Dup structurachimic

- monoglucide (carbohidrai formai dintr-o singur molecul)- oligoglucide (hidrai de carbon care au n structura lor mai multe resturi

(2-6) de monoglucide)- poliglucide (zaharide cu structur ramificat care pot conine zeci, sute

sau mii de resturi monoglucidice)


8/33

8

Glicogenul este un polizaharid compus din mai multe molecule de glucoz.

Prezentai rolul acestuia la nivelul organismului uman precum i modul

n care acesta este sintetizat n organism!

Fig. 8 - Glicogenul

LipideLipidele sau grsimile sunt compui organici grai, insolubili n ap, dar solubili n majoritateasolvenilor organici. Ele au un rol important n viaa materiei vii.

Sunt formate din glicerin i acizi grai i pot fi saturate, nesaturate, hidrogenate.

tiai c...

... uleiul de pete ajut la creterea rezistenei inimii i asta fiindc scade simitorcolesterolul?

... doar 25%-30% din colesterol ajunge n organism prin aport alimentar, restul fiindprodus de ficat (aproape 1.000 mg pe zi)? Cantitatea total de colesterol din organism este deaproximativ 145 grame!


9/33

9

1. n ce alimente se gsesc grsimile saturate, nesaturate i hidrogenate?

2. Pe baza cunotinelor de la orele de chimie, prezentai caracteristicile acizilorgrai i dai exemple de acizi grai!

3. Acizii grai eseniali nu pot fi produi de organismul nostru, prin urmare trebuie

s i obinem din alimentaie. Documentai-v i realizai o prezentare n care s

descriei acizii grai eseniali, surse i rolul acestora la nivelul organismului!

4. Aportul energetic al lipidelor. Coninutul mediu de lipide al unor alimente.

5. Investigaii medicale pentru determinarea nivelului de lipide din organism.

n natur,.carbonul este un element foarte rspndit att n stare nativ (crbunii de pmnt

superiori:hula i antracitul, i inferiori:lignitul i turba) ct mai ales n stare combinat (dioxid

de carbon i carbonai sau combinaii organice petrolul).

Siliciul este al doilea element ca rspndire, dup oxigen i se gsete numai n stare

combinat, n principal n dioxid de siliciu i silicai sau alumino silicai.

CARBONUL. Pe lng rolul fundamental pe care l are n chimia organic carbonul formeaz i

numeroi compui anorganici i o serie foarte mare de compui organometalici.

Carbonul exist sub dou forme alotropice cristaline: diamant i grafit.Aceste forme alotropice sunt complet diferite ntre ele. n diamant fiecare atom de carbon este

legat prin legturi simple (cu lungimea de 1,54) de ali 4 atomi identici situai n vrfurile unui

tetraedru regulat. Ca rezultat se formeaz cristalul tridimensional cu legturi foarte puternice,

covalente, cristalizat n sistem cubic. Grafitul are o structur alctuit din straturi plane, fixe,

fiecare atom de carbon fiind situat la distana de 1,42 de ali trei atomi apropiai aflai n

acelai plan, atomii de carbon fiind dispui n vrful unor hexagoane.

Fulerene. Descoperirea recent a clusterului C60 cu form de minge de fotbal a produs o mare

emoie n lumea tiinific deoarece nu se putea imagina c acest element att de studiat, arputea forma astfel de specii noi. Prin arc electric ntre doi electrozi de carbon se obine o mare

cantitate de carbon fin (sub form de funinigine), care conine i cantiti semnificative de C 60,

alturi de cantiti mici de fulerene, specii nrudite, C70, C76 i C84. Fulerenele dizolvate ntr-un

solvent din clasa hidrocarburilor, se pot separa prin cromatografie.

Actualmente fulerenele au dintre cele mai variate aplicaii, de la catalizatori la medicamente

anti SIDA.


10/33

1 0

Nanotuburile de carbon sunt forme alotrope ale carbonului cu structur cilindric (la scar

nano). Fulerenele i nanotuburile de carbon au proprieti fizico chimice total diferite de celecunoscute pentru carbonul aa zis normal. Pe cnd diamantul este inert din punct de vedere

chimic, fulerenele sunt extrem de reactive.

tiai c...

Fulerenele, ca i nanotuburile de carbon, au fost menionate n literatura tiinifico-fantastic cu

mult nainte de a fi descoperite

Fulerene sunt n curs de cercetare ca matrici purttoare de medicamente sau izotopi radioactivi.

Astfel, un medicament cu potenial toxic este introdus (deocamdat teoretic) n interiorul unei

fulerene care l va transporta n organism la int; pe parcursul cltoriei n organism efectultoxic al acestuia va fi mult diminuat.

Exist un mare numr de substane n care carbonul are un grad sczut de cristalinitate. Din

aceast categorie a materialelor parial cristaline, de importan industrial sunt negru de fum,

crbune activ i fibrele carbon.

Structurile acestor substane nu sunt complet elucidate deoarece nu se pot obine

monocristale care s permit un studiu complet prin spectroscopie de raze X, totui, pe baza

informaiilor disponibile, se poate afirma c structurile acestora sunt foarte apropiate de cele

ale grafitului, de care se deosebesc prin grad de cristalinitate i formele microcristalelor.Negru de fum este o form foarte fin divizat a carbonului, care se prepar n cantiti foarte

mari (8106 tone/an) din hidrocarburi, prin combustie n absena aerului. Pentru el s au propus

dou structuri, una format din straturi suprapuse, similar grafitului, i alta din sfere

stratificate, similar fulerenelor. Cea mai important cantitate de negru de fum este folosit, n

industrie, ca pigment n industria cernelurilor i ca material de umplere n industria cauciucului,

adaosul de negru de fum ducnd la creterea rezistenei n timp a cauciucului i a degradrii

provocate de radiaia solar.

Crbunele activ se prepar prin piroliza controlat a materialelor organice. Se caracterizeaz

printr-o suprafa specific foarte mare (n unele situaii se depete 1000 m

2

/g) care sedatoreaz prezenei unor particule de dimensiuni foarte mici. Din aceast cauz este un

absorbant foarte eficient pentru diferite molecule, inclusiv pentru ageni poluani de natur

organic din apa potabil, gazele toxice din aer sau impuriti dintr-un amestec de reacie.

Exist o serie de dovezi care ar confirma existena n anumite zone ale suprafeei, definite prin

colurile unor plane, unde hexagoanele sunt acoperite cu produi de oxidare ce includ grupri


11/33

1 1

carboxilice i hidroxilice, structur ce ar explica intensitatea activitii de suprafa a crbunelui

activ.Fibrele de carbon se obin prin piroliza controlat a fibrelor de asfalt sau a fibrelor sintetice i se

ncorporeaz ntr-o varietate de produse de plastic, pentru mrirea rezistenei acestora

(rachete de tenis i componente pentru aviaie).

Structura fibrelor carbon amintete de cea a grafitului n care straturile extinse sunt nlocuite

de fii paralele cu axa fibrei. Tria legturilor din interiorul planului (care amintete de cea a

grafitului) face ca fibra s fie rezistent la extensie sau traciune.

tiai c

n 1970, din dorina de a crea materiale alternative, s-a descoperit fibra de carbonIniial, un kilogram de fibra de carbon costa aproximativ 20 milioane de dolari iar acum, se fabric

la scar industrial, e mai ieftin dar tot costa de 30 de ori mai mult dect otelul.

Teflonuleste un material cu proprieti speciale, foarte dur dar i elastic i plastic, are o foarte

bun rezisten la atacul diverilor ageni chimici, printre care acizi i baze tari, dar i unii

solveni organici, iar dac n momentul polimerizrii se adaug grafit sau negru de fum se

obine teflonul grafitat, material cu un coeficient de frecare foarte mic. Teflonul se utilizeaz

foarte mult n industria chimic, att la confecionarea garniturilor de etanare fixe dar mai ales

pentru piese n micare ct i a unor reactoare. Teflonul se utilizeaz i n domeniul casnic, laconfecionarea multor obiecte.

Teflonul a fost descoperit din ntmplare, n 1938 de ctre Roy Plunkett.

Carburile sunt compui binari ai carbonului cu elemente mai puin electronegative dect el, i

dup natura legturii chimice pot fi: carburi ionice (cu elemente slab electronegative, metalele

active, carburi covalente, (SiC sau B4C3, caracterizate prin duriti foarte mari, refractare, inerte

chimic i foarte stabile termic, de ex. carbura de siliciu, utilizat la lefuit i ca rezisten n

cuptoarele cu nclzire electric), carburi interstiiale, (caracteristice metalelor tranziionale, n

care atomii de carbon, cu raz mic, ocup golurile din reeaua metalic.

SILICIUL.

Siliciul ultra pur, care se utilizeaz n industria semiconductorilor i care conine mai puin de

10-9 % atomi de impuritate, se obine prin metoda topirii zonale sau prin tragerea n

monocristal prin procedeul Czochralski.


12/33

1 2

Siliciul cristalizeaz n reea tip diamant, cristalele sunt lucioase, cenuii, cu duritate 7, casante

i cu proprieti semiconductoare.Proprieti chimice. Siliciul este un element foarte puin reactiv la temperatur obinuit,

compuii cu hidrogenul de formul SinH2n+2, silanii, se obin, cei ase termeni, prin reacia

siliciurii de magneziu cu acidul clorhidric:

Proprietile chimice ale silanilor se deosebesc mult de cele ale alcanilor: sunt mult mai puin

stabili termic i cu excepia monosilanului, SiH4, toi ceilali se aprind spontan n aer.

Descompunerea total, n siliciu i hidrogen are loc la o temperatur ceva mai mare de 500C.

Prin astfel de reacii se poate obine o depunere pelicular de siliciu stare pur i cristalin,

necesar n industria semiconductorilor. Descompunerea silanului sub influena descrcrilor

electrice duce la obinerea siliciului n stare amorf, care se folosete pentru obinerea celulelorsolare, necesare calculatoarelor de buzunar.

Materialul semiconductor, utilizat la obinerea bateriilor solare pentru calculatoare, numit

siliciu amorf, este n realitate o hidrur solid a siliciului, cu formula SiHx, x 0,5.

siliciu prezint o serie de combinaii organice, numite siliconi, combinaii polimere n

care atomii de siliciu sunt legai ntre ei prin atomi de oxigen (legturile SiOSi sunt numite

legturi siloxanice) iar valenele nelegate ale siliciului sunt saturate de cel puin un radical

organic (SiR). Denumirea oficial a acestor compui este de poliorganosiloxani.

Aceste structuri se pot uni ntr-un numr foarte mare de organo siloxani liniari, ciclici, ramificai

sau tridimensionali. n funcie de raportul dintre numrul atomilor de siliciu i numrul radicalilor organici din

structura de baz siliconii se clasific n:

- uleiurile siliconice, n care raportul R/Si > 2 i mas molecular mic. Sunt de obicei lichide cu

temperatur de fierbere foarte ridicate. Spre exemplu dac uleiurile organice au temperaturi

de fierbere ntre 3-500C, cam la aceleai temperaturi ncepnd i procesul de degradare, pe

cnd uleiurile siliconice sunt stabile pn la temperaturi de 1200C.

- elastomeri sau cauciucuri siliconice n care raportul R/Si = 2 i care au o structur

tridimensional. Aceti compui sunt foarte elastici i cu rezisten mecanic foarte bun..

Aceast flexibilitate permite elastomerilor pe baz de siliciu s i pstreze proprietile elasticechiar la temperaturi foarte joase. Elastomerii sunt foarte utilizai att n industrie ct i n

industria bunurilor de consum.

Resurse web suplimentare

http://www.ipt.arc.nasa.gov/carbonnano.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Czochralski_process


13/33

1 3

http://www.stiintasitehnica.ro/index.php?menu=8&id=132

http://www.stiintasitehnica.ro/index.php?menu=8&id=241http://www.ch.ic.ac.uk/local/projects/unwin/Fullerenes.html

http://www.research.ibm.com/nanoscience/nanotubes.html

Stiati c...?1. O pastil de Si obtinut din nisip st la baza fuctionrii procesorului computerului

2. Ingot, Electronic Grade Silicon, contine un singur atom strin la un miliard de atomi de

Siliciu

3. Nanotuburile de carbon sunt de mii de ori mai subtiri dect firul de pr

4. Stiinta care se ocup cu studiul pietrelor pretioase este Gemologia

5. Organismul uman contine aproximativ 1200 g de Calciu, din care 99% este stocat n oase si

dinti. Restul, de 1%, adica 10 12 g se distribuie n restul organismului, n snge, plasm.

Aportul de Calciu, zilnic recomandat este de 850 1500 mg

6. n Egiptul Antic carbonatul de sodiu era folosit la prepararea mumiilor, datorit proprietrii

sale higroscopice

7. Siliciul intervine n formarea tendoanelor, a pielei

8. Siliciul, antioxidant si antitoxic se gseste n pleava cerealelor, pielita fructelor, n usturoi, n

polen

9. Bovinele contin 150 mg Si/litru de snge, iepurele, 12,6 mg/litru, om, 9mg/litru, iar cinele

5,5 mg/litru

10.Se studiaz nlocuirea Cipului de Si cu nanotuburile de Carbon

Reflectati si v informati n legtur cu afirmatiile de mai sus. Care sunt explicatiile?


14/33

1 4

1.n antichitate, se credea ca diamantele au proprietti magice si, uneori terapeutice.

Se credea ca diamantele pot alunga diavolii, pot vindeca, pot spori curajul lupttorilorin btlii sau pot feri de moarte. Casele cu diamante ngropate n cele patru colturi ar

fi ferite de trsnete. Filozoful grec Platon (427-347 I.Hr.) considera pietrele pretioase

ca fiinte vii aprute din combinatia cu spiritele astrale. Diamantele erau purtate ca

amulete impotriva otrvirilor. Pulberea de diamant era considerat, n egal msur

otrav si medicament. Baiazid al II- lea, a fost ucis de fiul su, care i-a pus praf de

diamant n mancare, iar Papa Clement al VII-lea a fost omort de medicii si, care i-au

dat 14 linguri pline de praf de pietre pretioase. Misticism sau stiint?

1.1Documentati-v n legtur cu semnificatia diamantului n diverse culturi ti

perioade istorice.

1.2. Cutati explicatia stiintific a comportamentul diamantului n diversele situatiiidentificate1.3. Elaborati un raport de cercetare pe o structur asupra creia conveniti n echip.2. Exist viat dincolo de planeta Pmnt? Care sunt argumentele pentru rspunsul

ales?

2.1.Documentati-v n legtur cu conditiile necesare pentru existenta vietii

2.2.Argumentati rspunsul Da, sau Nu asupra cruia conveniti, prin consens, n cadrul

echipei.

2.3.Elaborati un eseu pornind de la argumentele identificate anterior.

Bibliografie1. www.stiintasitehnica.ro

2. www.revistamagazin.ro, Fumul ngheat o superputere

3. http://doru.juravle.com/cursuri, Structura Globului terestru

4. www.infoastronomy.com/sistemsolar

5.

http://agonia.ro, Despre cristale, Rodica Stanil6. Rudolf Steiner, Teosofia, Fiinta omului

7. www.stiinta.info


15/33


16/33

1 6

tiai c:- n 1970 s-au produs primele diamante artificiale de calitate. Teoretic, orice material bogat n

carbon, inclusiv zahrul i alunele pot fi transformate n diamante, n condiii speciale de reacie.

- Diamantul se transform spontan n grafit

- Diamantul este cel mai dur mineral care se gsete pe Pmt,

- Aprecierea diamantelor se face n funcie de cei 4 C : colour (culoare), cut (tietura), clarity

(claritate) i carat (greutate).

- Identificarea diamantelor include verificarea duritii, a indicelui de refracie, a luciului i

conductivitii termice.

ATENTIE: Nu confundai termenul de diamant cu cel de briliant; diamantul reprezint o piatr

preioasa, briliantul reprezint o form de tietura a pietrei (orice piatr poate fi tiata briliant).

Transformarea diamantului n grafit la temperatura camerei i la presiune ridicat este un

fenomen spontan, dar n condiii obinuite nu se observ. Diamantul este o faz mult mai

dens dect grafitul i formarea acestuia necesit presiuni foarte mari; prin procedee conduse

la temperaturi ridicate i n prezena unor compui cu rol catalitic, se obin cantiti mari de

diamante comerciale, utilizate ca material abraziv n industrie. La temperaturi i presiuni mari

(1800C i 70 kbar). Se pot sintetiza i diamante de calitatea pietrelor preioase, dar procedeelerespective sunt neeconomice.

Producia de diamante a rilor marcate cu galben a fost estimat la cel puin 20 mii de caratede diamante de calitate pentru bijuterii n cursul anului 2008

n unele ri, diamantele i alte pietre preioase sunt tratate termic, sau radioactiv, cu scopul de

a le mbunti calitile optice. De exemplu, la nclzire sau iradiere, ametistul se transform

n citrin. Nu toate rile impun etichetarea corespunztoare a nestematelor, cu precizarea

tuturor tratamentelor la care acestea au fost supuse.

Legislaie

Ordonana de urgen nr.190 din 11/09/2000 - privind regimul metalelor preioase, aliajelor

acestora i pietrelor preioase n Romnia

Imagini dintr-o min de diamante din Canada


17/33

1 7

Exploatri de diamante

Mina Brigham Canyon din Utah,

operaiunile de exploatare au fost ncepute

n 1863 i continu n prezent,

Cea mai mare min de diamante - Rusia,

Siberia de Est

diametrul 1250 m

adncime 525 m.

Cea mai mare min de diamante - Rusia,

Siberia de Est (sgeata roie indic

prezena unui camion)

Mina de diamante roze din Australia

Argyle Pink Diamonds produce diamante

roz, excepionale i rare care sunt vndute

numai prin licitaie.

Diamante renumite


18/33


19/33

1 9

Sarcini de lucru

1. Cutai n literatur legende despre diamante (proprieti tmduitoare, mistere,bijuterii celebre) i realizai o scurt prezentare.

2. Crbunele, grafitul, diamantul i fulerenele au aceeai formul chimic i totui sunt

diferite. Care sunt factorii care conduc la diferenierea proprietilor fizice, chimice,

estetice ale acestor substane?

3. Realizai o prezentare a pietrelor care imit diamantul (falsurile): diamantsintetic(moissanit), safir, cuar, topaz, turmalina, zircon, strass.

Perlele

Perla natural (mrgritarul) este o nestemat produs de unele scoici, cu duritatea de 3,5 4,

i reprezint o combinaie dintre CaCO3-carbonat de calciu i o substan organic proteic

complex numit conchiolin. Cristalele de CaCO3, sub form de aragonit i calcit,

determin luciul perlei prin fenomenul de interferen a luminii.

Culoarea perlei este determinat de temperatura i calitatea apei n care a trit scoica i variaz

de la alb la galben, roz, cenuiu sau negru.

Cuttori de perle Mikimoto Kkichi (25 ianuarie 1858 21

septembrie 1954), ntreprinztor japonez care s-a

ocupat de producerea perlelor de cultur

Perlele se formeaz sub cochilia unor molute n principal stridii i midii - ca i reacie natural

a organismului lor mpotriva iritrii produse de unele corpuri strine, n special diveri parazii

sau nisip. Stratul de aragonit CaCO3, cunoscut ca sidef, este secretat in jurul corpului iritant, in

straturi, formnd perla solid. Lumina reflectata de aceste straturi succesive de sidef produce


20/33

2 0

1. Ce presupunea n trecut meseria de cuttor de perle?2. Cutai n literatur legende despre perle (proprieti tmduitoare, mistere,bijuterii celebre) i realizai o scurt prezentare.

un luciu/irizaie caracteristica cunoscut sub numele de "orientul perlei". La perlele de cultur,

un corp strin este introdus sub cochilia molutei pentru a produce formarea perlei.Principalele zone de recoltare a perlelor au fost Golful Persic, Golful Manaar (Oceanul Indian) si

Marea Roie. Polinezia si Australia sunt principalii productori de perle de cultur. n Japonia i

China sunt cultivate perle att de ap dulce ct i de ap srat. O veche zicala spune ca perlele

sunt lacrimile lui Dumnezeu.

Perle naturale noi nu prea se mai gsesc, sau sunt extrem de rare, aproape 100% din perlele de

pe pia sunt de perle de cultur.

Exista perle artificiale?

Desigur, ele se fac din plastic, acoperit cu o substana care conine solzi de peste mrunii ipot arata foarte bine, dar luciul lor dispare rapid.

Cum tiu c perlele sunt naturale?

Pentru a verifica dac o perl este natural, atinge suprafaa cu muchia unui dinte sau alt

material dur, dac suprafaa obinut este aspr - perla este mai mult ca sigur natural, iar

dac este fin - mai mult ca sigur perla respectiv este o imitaie.

tiai c:

ntr-un irag, perlele nu trebuie s se ating una de alta deoarece se pot zgria, de aceea se

nnoad separat!

Perlele se msoar n grani (1 gran=0,05 grame).

Chihlimbarul este o piatr preioas galben, transparent cu forme de translucide, de origine

organic (C10H16O; acid succinic) mai precis provine din rin fosil. Unele zcminte de

chihlimbar prezint incluziuni strine (insecte, frunze, microorganisme).

260 milioane de ani se apreciaz a fi vrsta chihlimbarului!

n 1716, arul Petru cel Mare a primit cadou fin partea regelui Prusiei un obiect de art

deosebit, aa numita Sala de chihlimbar n timpul celui de-al doilea rzboi mondial,


21/33

2 1

1. Localizai pe hart Muzeul Chihlimbarului din comuna Colti , judeul Buzu.

2. Cutai n literatur legende despre chihlimbar (proprieti tmduitoare, mistere,

bijuterii celebre) i realizai o scurt prezentare.

bijuteria a disprut, ns fragmente din sala de chihlimbar au fost reconstruite i expuse la

Palatul de iarn din Sankt Petersburg.La noi n ar se afl o colecie unic de chihlimbar, n comuna Coli, jud. Buzu, localitate

renumit prin subsolul bogat n roci cu chihlimbar, dar i prin miestria oamenilor de a prelucra

aceast minunat bogie a naturii.

Repere istorice:

1578 - Mihnea Vod i soia sa Neaga nzestreaz biserica din Aluni cu o ui ncrustat cu

chihlimbar.

1836 - se confecioneaz portigarete din chihlombar.

1927 - din minele din Coli se extrage chihlimbar.

1932- . Inginerul Dumitru Grigorescu, omul de care se leag epoca de vrf a chihlimbaruluiromnesc (1927-1937), ofer personal reginei Angliei (Mary, soia lui George al V-lea) un

medalion de chihlimbar n care erau conservate insecte. 1937, minele de la Coli

falimenteaz.

Din pcate, n 1948, minele de la Coli sunt nchise.

Pietre preioase pe baz de siliciu

Alturi de aluminiu (sub form de Al2O3), siliciul este concurentul carbonului n industria

pietrelor preioase,

n componena pietrelor preioase, siliciul se gsete sub form de combinaii, i nu liber,

precum carbonul n diamant:

- dioxid de siliciu, SiO2, in stare amorf este banalul nisip, iar cristalizat n sistem trigonal,

l cunoatem drept cuar, ametist, onix, etc; SiO2 hidratat formeaz opalul.

- Silicai M2+(SiO3)2-, de obicei silicai compui.

Cuarul este o piatr nestemat destul de rspndit n scoara terestr, cu formula chimic

SiO2. n funcie de condiiile n care s-a format (temperatur, presiune, prezena ionilor strini),

cuarul prezint mai multe varieti, unele dintre ele colorate.

Principalele minerale cu formula SiO2


22/33

2 2

Ametist, este varietatea violeta sitransparenta a cuarului, conine impuriti

de aluminiu, fer, calciu, magneziu. Fiecare

zcmnt de ametist are o culoare unic

Citrinul SiO2 cu impuriti de fer, este

varietatea galbena a cuarului

Ametrin = ametist +citrin, cristal bicolor

Cuarul fumuriu/brun

tiai c:

Legenda spune c dac bei din cupe de ametist nu te mbei. Vechii grecii spuneau c aceasta

piatra are puterea de a proteja de orice intoxicaie!

Exist cuar roz.


23/33

2 3

Agatul i onixul sunt minerale care conin SiO2 90-96% cu numeroase incluziuni; agatul se

ntlnete n culori pastelate (galben, roz, brun, aezate succesiv) iar onixul, alb cu negruaezate alternativ, concentrice.

tiai c:

nc din Egiptul Antic, existau procedee de schimbare a culorii onixului. Onixul era obinut prinintroducerea unui agat ntr-o soluie de zahr urmat de nclzirea n acid sulfuric, se producea

astfel carbonizarea particulelor de zahr iar culoarea iniial a mineralului se schimba

In Imperiul Roman, onixul era folosit la confecionarea sigiliilor.

Onix Agat

Opalul este un hidrogel solid tipic cu formula SiO2nH2O; se gsete n mase compacte,

stalactitice. Este componentul principal al unor microorganisme ca diatomee, radiolite.

Culoarea variaz, de la alb, la glbui, ocru, rou, verde, chiar negru.


24/33

2 4

1. Gsii proverbe, zictori i citate despre pietrele preioase. Comentai-le!2. Localizai pe hart principalele exploatri de pietre preioase.

3. Mergei la un magazin de bijuterii i ncercai s identificai pietrele preioase expuse fr

s citii etichetele!4. Pe baza proprietilor fizico - chimice ale cuarului, explicai folosirea acestuia n

industria materialelor semiconductoare i electronic.

Min de opale din Australia

n prezent, Australia produce aproximativ 95% dintotalul de opal din lume, prin exploatarea acestuia dinroci sedimentare din centrul continentului.Alte ri care produc cantiti mici de opal suntHonduras, Mexic, fosta Cehoslovacie i Brazilia. Cuexcepia opalului brazilian, care se extrage tot din rocisedimentare, n celelalte ri opalul se produce prinextracie din roci vulcanice.Din punct de vedere calitativ, opalul extras din roci

sedimentare este superior celui extras din roci

vulcanice.

Schimbarea culorii se datoreaz difraciei i interferenei luminii pe particulele de SiO2 deform sferic, cu diametrul cuprins ntre 150-350nm.

tiai c:

Opalul conine pn la 30% ap?


25/33

Pagina

25

Subtema 12.De la mecanismul din Antikithera la computer

Se poate demonstra c o singur main special de acest tip poate fi fcut s efectueze lucrul

tuturor celorlalte. De fapt ar putea fi fcut s funcioneze ca model al oricrei alte maini. Maina

special poate fi numit main universal.

(Alan Turing, 1947)

Repere cronologice:

Cca 1800 .Hr. savanii babilonieni dezvolt algoritmii ca metode de rezolvare a problemelor

matematice.

Cca 1000 .Hr. fenicienii codific limbajul prin intermediul sunetelor, inventnd alfabetul. LaBabilon sunt utilizate abace simple pentru calcule.

Cca 200 .Hr. utilizarea, n China, a abacului numit Suan-pan.

Cca 80 .Hr. Construirea mecanismului din Antikithera (Grecia).

Cca 700 d. Hr. rspndirea cifrelor arabe n Europa i a noiunii de 0 (zero).

Cca 1000 Papa Silvestru al III-lea inventeaz o form superioar de abac.

1612 John Napier inventeaz sistemul de calcul care i poart numele: oasele lui Napier i

logaritmii.

1642 La Universitatea din Heidelberg (Germania), Wilhelm Shickard construiete primul

orologiu cu patru funcii de calcul. La Paris, Blaise Pascal construiete prima main de calcul

(calculator) mecanic.1673 Filosoful i matematicianul Gottfried Leibniz construiete un calculator mecanic capabil s

execute nmuliri, mpriri, extragerea rdcinii ptrate. Introduce funcia n matematic.

1833 Charles Babbage proiecteaz o main de calculat programabil, devenind printele

informaticii. Primul programator a fost matematiciana Ana Byron Lovelace, singura care, n

epoc, a neles funcionarea mainii i a scris primul program pentru aceasta (1842).

1854 Irlandezul George Boole public The Mathematical Analysis of Logic, n care utilizeaz

sistemul binar ce avea s poarte numele de algebra boolean.

1890 Herman Hollerith breveteaz maina de calcul pe baz de cartele perforate. n 1895 pune

bazele firmei Tabulating Machine Co., care va deveni, n 1924, International Business Machines

Corporation, adic binecunoscuta IBM.

1927 n cadrul Massachusetts Institute of Technology (MIT), Vannevar Bush construiete

analizatorul diferenial, un computer capabil s execute calcule difereniale simple. Bush a

susinut constituirea unei reele internaionale capabile s stocheze i s vehiculeze informaii,

numit Memex, fapt pentru care este considerat unul dintre pionierii Internetului (1945).

1936 Alan Turing pune bazele informaticii moderne i construiete maina de calcul care i

poart numele.


26/33

Pagina

26

Completai reperele cronologice de mai sus cu date semnificative pentru temastudiat, cuprinznd perioada anilor 1991-2010.

1940 n SUA, firma Bell contruiete primul computer digital.

1941 Konrad Zuse construiete, n Germania, primul computer electromecanic, Z3.

1943 ncepe construirea computerului Electronic Numerical Integrator And Calculator(Calculatori Integrator Electronic Numeric) ENIAC, calculator numeric de tip Turing, proiectat pentru

armata SUA. A fost finalizat n 1946.

1951 n SUA este realizat UNIVAC 1, primul calculator comercial. Acesta cntrea 13 tone.

1953 Este realizat prima imprimant de vitez mare, pentru UNIVAC 1.

1954 Inventarea limbajului de programare Fortran.

1958 n Japonia se construiete NEC, primul computer electronic.

1964 Limbajul de programare BASIC.

1967 Primul calculator portabil (Texas Instruments).

1969 Sistemul de operare UNIX. Limbajul de programare Pascal.1972 Primul calculator electronic de buzunar.

1975 nfiinarea firmei Microsoft. Deschiderea primului magazin specializat n computere, la

Santa Monica (SUA).

1977 nfiinarea firmei Apple.

1980-1990 Dezvoltarea reelei Internet (precursor: ARPANET). 1990: Lansarea programului

Windows 3.0.

1989 Inventarea WWW (World Wide Web) la CERN (Elveia; Tim Berners Lee).

1991 Punerea n vnzare a computerelor portabile (laptop).

2009 Jaguar, cel mai rapid computer al momentului, este construit la Laboratorul Naional Oak

Ridge (SUA), atingnd o vitez de 1,75 petaFLOPS.

Mecanismul din insula Antikithera i misterele sale. Considerat a fi obiectul cel mai complex

pstrat pn astzi din lumea antic, mecanismul din bronz din Antikithera a fost descoperit nanul 1900, ntr-o epav scufundat n dreptul insulei greceti Antikithera, din apropierea Cretei.

Pe baza monedelor identificate n acelai loc, n anii 1970, de celebrul oceanolog Jacques Yves

Cousteau, mecanismul a putut fi datat n jurul anului 80 .Hr., dar, potrivit altor opinii, este mai

vechi cu cel puin un secol. Este cel mai vechi mecanism cu roi dinate cunoscut pn acum.

Dei a fost studiat de nenumrai cercettori, inclusiv n cadrul unor campanii ample de

cercetare, obiectul continu i astzi s fie considerat misterios, din cauza metodelor


27/33

Pagina

27

tehnologice avansate utilizate la construirea lui i a funciilor sale complexe. Numele

inventatorului este, de asemenea, un mister, ipotezele avansate n aceast privin ducnd spre

unul dintre urmtorii savani ai Antichitii: Arhimede din Siracuza (sec. III .Hr., printelemecanicii statice), Hiparchos din Niceea (sec. II .Hr., precursor al trigonometriei) sau Poseidonios

din Rhodos (sec. II-I .Hr.). Cercetrile efectuate de dr Derek de Solla Price, de la Universitatea

Yale, n anii 1950-1970, prin radiografiere cu raze X, au relevat existena unui dispozitiv deosebit

de complex, cu 32 de roi dinate, ace mobile, axe, tamburi. De aceea, Solla Price l-a definit ca

fiind un calculator antic. Conform cercetrilor aprofundate, cu mijloace tehnice moderne,

inclusiv prin scanare, realizate n anii 2005-2006 de echipe de la universitile din Atena, Salonic

i Cardiff, mecanismul din Antikithera reprezint o main pentru calcularea timpului (format

din aproximativ 80 de piese) pe baza micrilor Soarelui i a Lunii, pentru studiul micrilor altor

planete cunoascute n epoc i al eclipselor, folosit, probabil, n navigaia maritim. Deasemenea, pare s fie apropiat, ca principiu i rol, de planetariul lui Arhimede, o alt enigm a

Antichitii.

Sursa documentar 1

Mecanismul este extraordinar, unic n felul su. nfarea lui este perfect, datele astronomice

oferite sunt corecte. Modul n care a fost conceput, din punct de vedere mecanic, este absolut

uimitor. Indiferent cine l-a construit, l-a realizat cu o acuratee deosebit. Din perspectiv istoric i

tiinific, consider acest obiect chiar mai valoros dect Mona Lisa.

(profesorul Michael Edmunds, Universitatea din Cardiff)

Fig. 10 -Mecanismul din Antikithera (Muzeul Naional de Arheologie din Atena)


28/33

Pagina

28

1. Organizai pe grupe de cte patru elevi, realizai cte o prezentare cu titlul Motenirea

lui Arhimede din Siracuza, n care s descriei domeniile tiinifice inaugurate saudezvoltate de Arhimede, inveniile acestuia, aspecte ale lumii nconjurtoare care pot fiexplicate prin teoriile lui Arhimede.2. Realizai investigaie cu privire la planetariul lui Arhimede i la posteritatea acestuia.

Fig. 11 - Schema mecanismului din Antikithera

Abacul. Primele maini de calcul. Cuvnt ce provine din limba greac (abakion, tabl, tbli),

abacul desemneaz un instrument simplu, folosit nc din Antichitate, pentru efectuarea

calculelor. n principiu este vorba de un ansamblu de diagrame ce reprezint grafic variaia unei

mrimi scalare, n funcie de doi parametri variabili. Primele abace se pare c au fost folosite nMesopotamia, n mileniul II .Hr. De asemenea, abacul putea fi ntlnit n Antichitatea roman,

greac, chinez (suan-pan), japonez (soroban), ca i n civilizaiile precolumbiene. n zilele

noastre, abacul (numrtoarea) este folosit n sistemele de nvmnt la nivel precolar sau

colar inferior, fiind util n familiarizarea copiilor cu numerele abstracte, plecnd de la elemente

concrete.

Fig. 12 - Abac (desen, sec. XIX)


29/33

Pagina

29

n perioada Renaterii i la nceputul Epocii Moderne, studiile de matematic, mecanic,

astronomie, au contribuit la conturarea ideii de main de calculat i la construirea primelor

prototipuri.

Fig. 13 - Primul calculator mecanic, proiectat de Leonardo da Vinci, 1502

La nceputul secolului al XVII-lea, savantul scoian John Napier a descoperit c nmulirea i

mprirea numerelor se pot efectua prin adugarea, respectiv prin scderea logaritmilor acestornumere. Pentru a-i uura calculele, a creat un dispozitiv nrudit cu abacul, numit Oasele luiNapier. n aceeai perioad a fost inventat rigla de calcul, utilizat la nmuliri i mpriri. Acestinstrument a fost folosit de ingineri, arhiteci, constructori, matematicieni, pn n a doua

jumtate a secolului al XX-lea, fiind nlocuit doar de calculatoarele de buzunar.

Fig. 14 - Rigla de calcul

n 1642, Blaise Pascal, matematician francez, realiza ceea ce este considerat primul calculatormecanic, Pascalina. La sfritul aceluiai secol, Gottfried Leibniz construia primul calculatormecanic capabil s realizeze nmuliri i mpriri, dezvoltnd, de asemenea, forma modern asistemului binar, folosit de computerele digitale.

Fig. 15 - Pascalina, primul calculator mecanic, inventat de Blaise Pascal (1642)

Sursa documentar 2


30/33

Pagina

30

Organizai o dezbatere pornind de la sursele documentare 1 i 2. Exprimai-vacordul sau dezacordul n legtur cu mesajele transmise. Argumentai-vopiniile.

Imaginai un scenariu pornind de la urmtoarea ntrebare: cum ar fi evoluatlumea dac Charles Babbage ar fi reuit s-i realizeze calculatorul programabil? Arfi putut acesta s grbeasc progresul tehnic i modernizarea societii sau nu?

Este nedemn de un om excepional s iroseasc ceasuri ntregi trudind ca un sclav efectund calcule

pe care le-ar putea lsa fr grij n seama altora, dac s-ar folosi maini.

(Gottfried Leibniz, sec. XVII)

n prima jumtate a secolului al XIX-lea, Charles Babbage a proiectat o main de calcul

programabil, dar conceptul su era att de inovator, nct mijloacele tehnice ale vremii nu i-au

permis s finalizeze construirea dispozitivului. n 1842, Ana Byron a reuit s scrie primul

program pentru calculatorul lui Babbage, devenind astfel primul programator din istorie. La

sfritul secolului avea s fie pus la punct sistemul de stocare a informaiilor prin intermediul

cartelelor perforate.

Fig. 16 - Component a mainii de calcul inventat de Charles Babbage (1833)

Fig. 17 - Cartel perforat inventat de Herman Hollerith (1895)


31/33

Pagina

31

Secolul XX. Vremea calculatoarelor. n deceniile patru i cinci ale secolului trecut, cercetrileprivind calculatoarele i programarea acestora au luat avnt, n legtur i cu interesele militare

ale epocii. n 1936, Alan Turing a descris modelul matematic ce se afl i n zilele noastre la bazafuncionrii calculatoarelor: maina Turing. Prin aceasta, Turing a dat o definiie a calculatoruluiuniversal care execut un program stocat pe o band.

Fig. 18 - Reprezentare artistic a unei maini Turing

n afara problemelor impuse de spaiul limitat de stocare, calculatoarele moderne au ocapacitate de a executa algoritmi echivalent cu cea a mainii Turing universale (Turing-complete). Prima main Turing-complet a fost calculatorul Z3, al inginerului german KonradZuse. n anii 1940, n perioada construirii calculatorului EDVAC n SUA, John von Neumann aconceput arhitectura von Neumann, reprezentnd schema structural de baz a calculatoarelor.Primul calculator generic, ENIAC (care cntrea 30 de tone i efectua 5000 de operaii deadunare i scdere pe secund), i-a nceput activitatea, ce a continuat, fr ntrerupere timp de

opt ani, n 1946. n 1950, n Uniunea Sovietic, la Institutul de Electrotehnologie din Kiev, erarealizat primul calculator programabil din aceast ar, numit MESM.


32/33

Pagina

32

Realizai o prezentare scris sau PowerPoint cu tema: Computerul n lumea de azi:beneficii i riscuri.

Exprimai-v opinia n legtur cu sintagma sat global utilizat pentru a

desemna lumea de azi, unit prin mijloacele oferite de noile tehnologii aleinformaiei i comunicrii. Suntei de acord cu aceasta? Ce alte aspecte ntlnite nviaa cotidian mai pot sugera transformarea lumii ntr-un sat global?

n secolul XXI, exist i comuniti care resping n mod voit utilizarea tehnologiei,de la curentul electric la computer sau la medicina modern, cutnd s pstrezeun mod de via tradiional, apropiat de cel din secolul al XIX-lea. Un exemplu lconstituie comunitile Amish din Statele Unite, ce reunesc n jur de 200 000 demembri n total. Pornind de la acest aspect, exprimai-v opinia cu privire lamotivele unei astfel de atitudini.

Realizai o investigaie cu privire la modul n care utilizarea computerului i noilemijloace de comunicare (telefonie mobil, internet) au creat, n ultimele doudecenii, noi meserii i au modificat piaa muncii.

Fig. 19 - Calculatorul ENIAC (Universitatea din Philadelphia)

Tranzistoarele, apoi microprocesoarele, au facilitat miniaturizarea calculatoarelor, reducereacosturilor de producie i accesibilitatea lor comercial. Progresele n construcia propriu-zis aufost nsoite de cele privind programarea. n anii 1980-1990, calculatoarele au devenit din ce n cemai rspndite, astzi sunt prezente aproape peste tot n lume, iar internetul i noile tehnologiiale comunicrii au transformat omenirea ntr-un sat global.

Fig. 20 - Comunitate Amish (Indiana, SUA)


33/33

agina

33

Fig. 21 - Comunitate modern: Londra

Resurse web suplimentare

1. Mecanismul din Antikithera

http://www.cosmosmagazine.com/node/889http://www.sfgate.com/cgi-bin/article.cgi?f=/c/a/2006/11/30/BUGAGMLGMM43.DTLhttp://www.giovannipastore.it/ANTIKYTHERA.htm

2. Fundaia Naional pentru Cercetare din Grecia

http://www.eie.gr/index-en.html3. Cronologie

http://www.laynetworks.com/history.htmhttp://www.educalc.net/2331084.page

4. Muzeul Californian al Computeruluihttp://www.computerhistory.org

Tema 8 - Siliciu, Carbon - tie Cunoastere

Documents

Transcript of Tema 8 - Siliciu, Carbon - tie Cunoastere