Название(я): Благородная металлическая радуга
Номер в каталоге: 4
Основной предмет (школа): химия, физика
Область знания (ВУЗ): плазмонный резонанс на наночастицах благородных металлов
Актуальность: Все знают, как выглядит металлическое серебро, однако совсем немногие школьники и их преподаватели видели окрашенные коллоиды (золи) металлического серебра. Если варьировать размер и форму наночастиц серебра в широких пределах, можно получить стабильные золи всех цветов радуги. Все эти коллоидные растворы достаточно легко получаются из разбавленных растворов нитрата серебра (солей серебра) в присутствии восстановителей (аскорбиновая кислота, боргидрид натрия) и стабилизаторов (например, цитрат - ион).
Новизна: при правильном выборе процедуры синтеза (экспериментальных условий) получаются растворы, предсказуемо (контролируемо) поглощающие свет в заданном диапазоне (пик плазмонного резонанса) и окрашенные визуально в дополнительные цвета. Подобные наночастицы могут найти и в ряде случаев уже находят практическое использование в весьма современных областях науки и техники – (био)сенсорике и солнечных батареях, в дополнение к давно уже избитым бактерицидным и фунгицидным растворам для наружного медицинского применения.
Цель: получение золей металлического серебра с контролируемыми оптическими свойствами
Задачи:
1. Изучение литературы по истории и химии серебра, оксилительно – восстановительным реакциям, практическому использованию серебра и его наночастиц
2. Анализ научной литературы, подобранной тьютором, по методам получения золей наночастиц серебра заданного размера и формы, а также особенностям оптических свойств таких золей (в открытом доступе такой литературы может не оказаться, но она легко может быть предоставлена ВУЗами)
3. Подготовка реактивов (растворов) и получение окрашенных золей
4. Анализ стабильности золей в отношении добавления электролитов, окислителей, восстановителей, кислот, щелочей, перекиси водорода, при хранении при комнатной температуре и при замораживании с объяснением наблюдаемых явлений, высушивание и редиспергирование золей
5. Комбинирование золей различного цвета для получения других цветов
6. Изучение поглощения света различных длин волн (различные лазерные указки и эффект Тиндаля)
7. Комплексное исследование наночастиц серебра в сотрудничестве с ВУЗом (спектры поглощения, рентгенофазовый анализ, просвечивающая электронная микроскопия, динамическое светорассеяние)
8. Объяснение полученных результатов и их практической значимости
Экспериментальные подходы: восстановление растворов нитрата серебра (солей серебра) в присутствии восстановителей (аскорбиновая кислота, боргидрид натрия) и стабилизаторов (например, цитрат - ион) в соответствии с выбранной по литературе методикой.
Методические подходы: приготовление разбавленных растворов, способы выражения и пересчета концентраций растворов, написание окислительно – восстановительных реакций, смешение аликвот растворов, окислительные эквиваленты
Требующиеся нестандартные реактивы и ресурсы: нитрат серебра, боргидрид натрия (доступен во многих ВУЗах), цитрат натрия, особо чистая вода
Освоение школьником теоретического материала: структура металлов и сплавов, окислительно – восстановительные реакции, зародышеобразование и рост кристаллов, строение золей, стабилизация коллоидных систем, теория цветности, плазмонный резонанс (объяснения со стороны тьютора)
Навыки, получаемые школьником: приготовление растворов, методы анализа наноматериалов, смешение цветов (цветовая карта)
Предшествующий материал по школьной программе: химия серебра (возможно, самостоятельное изучение), окислительно – восстановительные реакции, растворы
Роль учителя: общий контроль за выполнением проекта, обеспечение простейшей лабораторной посудой
Возможная помощь тьюторов: обеспечение реактивами, инструментальные методы анализа (спектры поглощения в УФ и видимой области, просвечивающая электронная микроскопия, рентгенофазовый анализ), консультативная помощь
Техника безопасности: общие правила безопасности при работе с боргидридом натрия и солями серебра
Примечания: вариант с золотом (кассиев пурпур и др.) также возможен, но более дорог в реализации, поэтому стоит, в основном, ориентироваться на наночастицы серебра, тем более, что они могут обладать бактерицидным и фунгицидным действием, ляпис может продаваться в аптеках, кроме того, серебро можно свободно купить в Сбербанке или (что интереснее) добыть из старых черно - белых фотографий, что может являться дополнительной интересной работой. Отдельным (самым простым) способом получения золя металлического серебра является просто кипячение аммиачного комплекса «оксида серебра (I)» в воде.
Коллоидный раствор наночастиц серебра. Форма и размер наночастиц отвечает за цвет растворов.
Первичные литературные ссылки для начала поиска: наночастицы металлов
Другие работы кластера "Каталог тем проектных работ" (гипертекстовый навигатор):
- 1.Cупергидрофобные покрытия природного происхождения с эффектом «лотоса»
- 2.Покрытия - хамелеоны
- 3.Синтез и исследование нетоксичных квантовых точек
- 5.Получение искусственных опалов
- 6. Синтез и свойства люминофоров
- 7.Получение вспененного графита и графена
- 8.Сорбционные свойства силикагеля
- 9.Абразивные материалы
- 10.Эффект Тиндаля
- 11.Электрохромные материалы
- 12.Металлотермическое получение материалов
- 13.Свойства двумерных нанореакторов.
- 14.Магнитные жидкости
- 15.Исследование доступных жидкокристаллических систем
- 16.Силикатный сад
- 17.Жизнь и смерть липосом
- 18.Фунгицидные и бактерицидные наноматериалы
- 19.Химические источники тока
- 20.Вселенная клеточных автоматов
- 21.Сканирующая зондовая микроскопия
- 22.Клатраты
- 23.Проводящие полимеры
- 24. Наноматериалы на основе диоксида титана
- 25.Собственный фильтр для очистки воды
- 26.Биокерамика
- 27.Защита документов от подделки
- 28.Дурацкая замазка
- 29.Кольца Лизеганга
- 30. Разделение наночастиц
 |
|
