Pozoruhodný křemík 2015

Ve čtvrtek 5. 2. 2015 přijel za žáky třetích ročníků SPŠST Panská z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně doc. Zdeněk Bochníček se svou přednáškou Pozoruhodný křemík. V učebně 13 se během tří vyučovacích hodin postupně vystřídali žáci tříd 12A, 12D a 12L naší školy. Žáci ostatních tříd třetích ročníků se mohli zúčastnit dobrovolně, srdečně byli zváni zaměstnanci školy a zástupci Spolku rodičů, který se podílel na finančním zajištění akce. Z řad pedagogů se zúčastnili Ivanka Čerychová, Katka Kovaľová a Jan Slavíček.

V úvodu přednášky doc. Bochníček poděkoval za opětovné pozvání do Prahy a pochvaloval si, jak rád přednáší pro žáky, kteří mají o přednášku i experimenty zájem. Pak už se věnoval poměrně hojně rozšířenému a pro současné technologie velmi důležitému chemickému prvku.

Nejdříve přiblížil „křemíkovou revoluci“, která nastala za posledních 30 let. Když žáci viděli na promítací stěně parametry moderního počítače z roku 1985, usmívali se. Bylo jim jasné, že iVěci, které mají po kapsách, jsou o několik řádů výkonnější, než počítač z roku 1985 v ceně čtyř osobních automobilů (v tehdejších cenách). Při pohledu na flash disk s kapacitou 512 megabytů, který doc. Bochníček zakoupil před cca 10 lety za 6000,- Kč, byl šok pro všechny ještě větší. Flash disky s kapacitou více než desetinásobnou lze v současné době získat jako dárek nebo odměnu za vyplněnou anketu, uzavřenou smlouvu, nadlimitní nákup, …

Po tomto zajímavém úvodu popsal doc. Bochníček výrobu křemíku. Popsal a vysvětlil všechny fáze přípravy, kterými křemík postupně prochází. Z křemene, ve kterém se křemík v přírodě vyskytuje nejvíce, je nutné vyrobit křemenný písek, vysoce čistý polykrystal a nakonec sice méně čistý, ale pro další průmyslové využití výrazně lepší monokrystal. Z něj se vyrábějí křemíkové desky pro integrované obvody používané ve sdělovací technice, počítačové technice, televizní technice, … Všechny zmiňované fáze křemíku měl Zdeněk Bochníček s sebou v originální podobě.

„To, co vám ukazuji, jsou skutečné materiály, o kterých mluvím. Nejsou to žádné atrapy,“ vysvětloval Zdeněk, když ukazoval tyč čistého polykrystalu a špici nebo hlavu „špinavějšího“ monokrystalu křemíku. „Vše jsem dostal darem od firmy z Rožnova pod Radhoštěm, která křemíkové desky vyrábí.“

Ačkoliv byla tato část přednášky plná důležitých informací, v žádném případě nebyla nudná! Zdeněk Bochníček vše přibližoval na příkladech, které žáci chápali a které jim byly blízké. Velmi zajímavá byla i historka o vynálezci v současné době nejpoužívanější metody výroby monokrystalického křemíku - o polském chemikovi Janu Czochralském (1885 - 1953). Přivezené exponáty pak nechal Zdeněk kolovat po třídě, aby si je mohli žáci prohlédnout zblízka.

Druhá část přednášky byla věnována experimentům. Jako první předvedl Zdeněk velmi jednoduchý experiment, který si každý může provést doma: na bílý papír promítl spojkou obraz vlákna rozsvícené žárovky. Údiv u žáků vzbudil pak tím, když vlákno promítl na několik metrů vzdálenou stěnu učebny, a všichni tak mohli vidět strukturu vlákna žárovky. Obraz na stěně byl totiž mnohonásobně zvětšený. Pak vložil mezi žárovku a spojnou čočku oboustranně vyleštěnou křemíkovou desku a obraz vlákna žárovky zmizel.

„Když sem dám ale ruku, tak cítím teplo. Infračervené záření tedy tou deskou prochází,“ usmíval se Zdeněk a vše současně ukazoval i na grafu závislosti absorpce elektromagnetického záření v křemíku na vlnové délce. Abychom všichni v učebně skutečně věřili, že infračervené záření prochází, vložil Zdeněk na bílý papír stínítka termocitlivou fólii. Během několika sekund se na ní vytvořila tepelná stopa vlákna žárovky.

Dalším experimentem ukázal nedokonalost kamer a digitálních fotoaparátů. Ačkoliv se výrobci snaží docílit věrného zobrazení (tj. zobrazení, při kterém CCD čip ve fotoaparátu nebo kameře absorbuje pouze okem viditelné elektromagnetické záření), čip zachytí i fotony infračerveného záření. Stačí vzít dálkový ovladač k televizoru nebo dataprojektoru a „posvítit“ jím do objektivu kamery. Okem žádné záření nevidíme, ale kamera je detekuje.

Na závěr si pak připravil doc. Bochníček opravdovou lahůdku. Pomocí kamery, před jejímž objektivem byla připevněna křemíková deska, ukázal jasný obraz plamene svíčky stojící před deskou. Pro okem viditelné záření je deska neprůhledná, zatímco pro infračervené záření je průhledná. Proto byl plamen hořící svíčky jasně vidět. Obraz plamene promítaný na stěnu učebny fascinoval všechny. Když pak posvítil vedle svíčky do objektivu kamery LED svítilnou, která měla ve viditelném oboru elektromagnetického záření výrazně větší intenzitu světla než svíčka, obraz snímaný kamerou se nezměnil. Důvod je prostý: světlo LED neobsahuje infračervené záření, které by prošlo křemíkovou deskou. A jiné záření, než infračervené, použitá křemíková deska nepropustí.

Po tomto experimentu se se žáky rozloučil a sklidil od nich zasloužený potlesk.

Průběh přednášky a předvedené experimenty zachycují fotografie. Fotografie byly pořízeny během tří uskutečněných přednášek, ale jsou seřazeny tak, aby jejich pořadí odpovídalo průběhu jedné přednášky.

Poděkování:

Autor fotografií:

© Jaroslav Reichl, 6. 2. 2015