Malá galerie vědeckého obrazu

Krystaly – svět k objevování

Výstava potrvá od 12. 4. 2018 do 13. 6. 2018

bez vernisáže

Výstava "CRYSTALS: WORLD TO DISCOVER" je ilustrovanou procházkou fascinujícím světem krystalů, jejich četnými aplikacemi a dopadem krystalografie na náš každodenní život nejen prostřednictvím vědy a techniky, ale i kultury a umění.

Výstavu vytvořila Španělská národní rada pro výzkum (CSIC) a společnost Triana S & T v roce 2014, jenž byl Valným shromážděním OSN prohlášen Mezinárodním rokem krystalografie. Jak uznává samotné usnesení OSN, krystalografie je věda, která umožnila materiální pochopení našeho světa a je zásadní pro řešení výzev, které nevyhnutelně vyvolává rozvoj lidstva. Pro většinu občanů je však krystalografie neznámá věda.

Na stánkách projektu je možné najít mnoho podrobností a ilustrací: https://cristales.fundaciondescubre.es/?page_id=1769

Český překlad popisků na vystavených plakátech

Buňka

Krystalografie hrála rozhodující úlohu při objevu struktury dvoušroubovice DNA (deoxyribonukleové kyselina). Stalo se tak díky vyhodnocení rentgenových difrakčních snímků, které byly pořízeny Rosalindou Franklinovou. I dnes pomáhá rentgenová krystalografie při určování struktur množství dalších biomolekul – stále větších a složitějších, což nám pomáhá odhalit tajemství života.

Víte, jak došlo k rozluštění struktur makromolekul? Přemýšleli jste někdy o tom, proč je v biomedicíně tak důležité pochopit vztah mezi strukturou a funkcí biomolekuly?

Diamant

Diamant je fascinující materiál – do jisté míry „král krystalů“. Nejenže je to nejdražší drahokam a nejtvrdší známý materiál, ale je také součástí rodiny krystalických struktur tvořených pouze atomy uhlíku a s vlastnostmi, které jsou stejně úžasné a hodnotné/cenné jako samotný diamant.. Tato rodina polymorfů – krystaly se stejným chemickým složením, ale různými strukturami – obsahuje grafit i fullereny, uhlíková nanovlákna a grafen. Všechno jsou to různé formy uspořádání atomů uhlíku a některé z nich mohou hrát významnou roli v dějinách lidstva.

Víte, jaká je souvislost mezi různými uhlíkovými polymorfy? Přemýšleli jste někdy o tom, jak se hodnotí kvalita diamantu? Věděli jste, že 1m2 grafenu je schopen udržet až 4 kg váhy?

Kytara

Všechny moderní elektronické přístroje fungují díky vlastnostem krystalů – od elektrické kytary po axiální tomograf v nemocnici, od osobních počítačů po herní konzole. Krystaly polovodičů najdete v čipech, piezoelektrické krystaly v elektronických hodinkách, mikrofonech a reproduktorech; pyroelektrické krystaly v termografech a poplachových systémech a tekuté krystaly v displejích mobilů a televizorů. A v neposlední řadě najdete krystaly, jako jsou grafen či quasikrystaly v materiálech budoucnosti.

Víte, které vlastnosti krystalů jsou v těchto technologiích využívány? Odhadnete kolik výrobků, které denně využíváte, pracuje díky krystalům? Chtěli byste se dozvědět, jak se získávají krystaly v průmyslu?

Zmrzlina

Slovo krystal je řeckého původu – kryos znamená chladný, ledový – a znamená „superchladnou“ vodu. V současnosti je již detailně známo, jak je krystalizace vody rozhodující/významná pro technologii uchovávání potravin, meteorologii i klimatické změny. Stejně jako led – což je krystalická voda – jsou i další potraviny krystalické (sůl a cukr) a mnoho dalších krystaly obsahuje (zmrzlina, máslo i čokoláda).

Dovedete si představit, jak závisí kvalita zmrzliny na tvaru a velikosti krystalů ledu? Víte, proč závisí kvalita čokolády na tom, jak krystaluje? Víte, jaký je rozdíl mezi hnědým a bílým cukrem?

Vajíčko

Skořápka vajíčka je tvořena miliony dokonale zorganizovaných mikrokrystalů uhličitanu vápenatého. Je to podivuhodná konstrukce – nejen dokonalý zásobník bílkovin, současně i ideální prostředí pro vývoj embrya.

Chtěli byste vědět, čím je tato struktura - tak dokonalá a zároveň tak účinná – vytvořena? Víte, k čemu se využívá studium její krystalické struktury? Proč je tak tenká skořápka tak pevná?

Ruce

Některé molekuly mají sklon existovat ve 2 různých formách – „pravá“ nebo „levá“, jsou zrcadlově symetrické jako naše ruce. Krystaly těchto látek se mohou vyskytovat jednak pouze v jedné formě, nebo jak směs obou. Obě tyto formy a krystaly z nich tvořené se nazývají „chirální“. Biologická aktivita těchto molekul a fyzikální vlastnosti jejich krystalů se významně liší v závislosti na chiralitě. Příkladem takovéto molekuly je LIMONEN – „levotočivá“ forma voní jako pomeranč, zatímco „pravotočivá“ jako citron.

Věděli jste, že všechny aminokyseliny tvořící bílkoviny jsou „levotočivé“, zatímco cukry a nukleové kyseliny jsou „pravotočivé“? Věděli jste, že jednou z nejúčinnějších metod na oddělení „pravé“ a „levé“ formy je právě KRYSTALIZACE? A víte, proč jsou vlastnosti dvou chirálních sloučenin tak odlišné?

Motýl

Modrá barva tohoto motýla není způsobena žádným pigmentem, ale je důsledkem interakcí viditelného světla s mikrostrukturami na povrchu jeho křídel. Tyto mikrostruktury, které příroda využívá po milióny let, jsou nám dnes známé jako fotonické krystaly. I další živé bytosti/živočichové dokáží zbarvit své tělo a vytvořit tak podobnou strukturu schopnou odrážet viditelné světlo a vyzařovat zelenomodré a měňavé/duhové barvy. Jedná se o tzv. strukturní barvy.

Víte, jak jsou tyto krystalické mikrostruktury tvořeny? Chtěli byste zjistit, jak a k čemu jsou fotonické krystaly vyráběny? Znáte další příklady zvířat či rostlin využívajících tento typ krystalu?

Ulita

Schránky živočichů, jako např. ulita této loděnky, jsou vytvořeny konstrukcí mikroskopických krystalů. Zatímco krystaly minerálů/nerostů mají charakteristické přímky, hranaté tvary a rovné plochy, příroda/život byla schopna vytvořit jedinečné architektonické prvky s plynulým zakřivením. Jedná se o biominerální struktury jedinečné pro svou krásu a zároveň s různými funkcemi, které v organismu zastávají/mají: čočky, zuby, kostry, či smysly/senzory...

Víte, které minerály jsou živými organismy nejvyužívanější? Přemýšleli jste někdy nad tím, jak živé organismy vytvářejí své minerální struktury? Věděli jste, že se inženýři snaží napodobit přírodu, aby mohli vyrobit nové materiály?

Pilulka

Hlavním nástrojem pro studium atomové a molekulární struktury látek je krystalová rentgenová difrakce. Pomocí této metody dokážeme pochopit/porozumět molekulám léčiv, minerálů, syntetickým i přírodním materiálům a zároveň struktuře makromolekul, které jsou nedílnou součástí našeho života - nukleových kyselin, bílkovin i sacharidů. Tyto informace nám např. pomáhají pochopit, jak léky fungují a jak je lze vylepšit.

Chtěli byste vědět, jaké jsou základy difrakce? Slyšeli jste o velkých synchrotronových zařízeních? Víte, jak jsou navrhována a vyvíjena antibiotika?

Mozaika

Krystaly nejsou ničím jiným než pravidelným uspořádáním atomů a molekul. Jejich vnitřní struktura je podobná uspořádání dlaždic na stěně nebo maurské mozaiky. Symetrie, která vyplývá z tohoto pravidelného uspořádání, je základní vlastností krystalů a inspirovala řadu uměleckých děl - v malířství, sochařství i architektuře. Tato symetrie je základem všech fyzikálních vlastností krystalů.

Víte, co je to symetrie? Přemýšleli jste někdy o tom, proč se nevyrábějí/neexistují dlaždice pětiúhelníkového tvaru? Víte, co znamená anizotropní?

Země

Většina nerostů/minerálů se v přírodě nachází ve formě krystalů. Ve skutečnosti lze historii lidstva vysvětlit/vyložit i jako historii kontroly nerostných surovin. Z nich získáváme kovy, hnojiva, suroviny pro nejmodernější výrobky, drahokamy i sůl. Zároveň hrají ústřední roli při kontrole obsahu CO2 v atmosféře či při vzniku zemětřesení.

Přemýšleli jste někdy o tom, jak minerály vznikají? Víte, kolik druhů nerostů/minerálů existuje? Chtěli byste vědět, jaké jsou největší krystaly na světě a kde se nacházejí?

Člověk

Naše tělo obsahuje řadu krystalických struktur, které jsou nezbytné pro fungování našeho organismu. Stojíme rovně/vzpřímeně, protože naše tělo má kostru tvořenou krystaly fosforečnanu vápenatého. Rovnováhu udržujeme díky krystalům vápence, které se nacházejí ve vnitřním uchu. Žvýkáme zuby vytvořenými z mikrokrystalů apatitu.

Přemýšleli jste někdy o struktuře našich kostí? Víte, jak krystalografie pomáhá dělat protézy a implantáty, které tělo neodmítne? Chtěli byste vědět, jak se vyrábí zubní pasta?

Palivo

Rozvoj zelené energie souvisí s novými krystalickými materiály. Např. zeolity jsou porézní materiály, které se využívají jako katalyzátory v ropném průmyslu. Zároveň se využívají jako molekulární síta při čištění vody. Efektivita/účinnost sluneční energie závisí na křemíkových krystalech. A pro potřeby akumulace energie je důležité zlepšení krystalizace materiálů polovodičů.

Víte, jak funguje solární elektrárna? Víte, co/jaké jsou palivové články a katalyzátory? Dokážete si představit, jak molekulové síto čistí vodu?

Ukázky ilustrací projektu Cristalles






© 2013–2018 Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakulta. Design noBrother.
Za obsah odpovídá Jan Valenta.