Chemické pokusy s nanomateriály/Nanočástice ZnO v opalovacích krémech

	Nanočástice ZnO v opalovacích krémech
Chemikálie	glycerol a Oxid zinečnatý
Pomůcky	kádinka, skleněná tyčinka, opalovací krém, papír a Zvýrazňovač
Typ pokusu	základní škola a žákovský školní pokus
Časová náročnost	15 min
Bezpečnost
	Některá data mohou pocházet z datové položky.

Popis pokusu

Provedením pokusu je připravena směs obsahující nanočástice oxidu zinečnatého simulující opalovací krém. Připravená disperze je schopna absorbovat UV záření. Tato vlastnost je pozorována pod UV lampou, kde je možné sledovat tmavé pole v místě nanesení disperze obsahující nanočástice. Připravený opalovací krém a jeho vlastnosti jsou následně porovnávány se směsí obsahující mikročástice oxidu zinečnatého.^[1]

Princip

Aktivními složkami některých opalovacích krémů jsou nanočástice oxidu zinečnatého (ZnO) a oxidu titaničitého (TiO₂). Tyto nanočástice jsou schopny absorbovat UV složku slunečního záření, které může způsobovat poškození kožních buněk a v extrémních případech až rakovinu kůže. Opalovací krémy obsahující nanočástice se při nanesení na pokožku jeví jako průhledné a nezanechávají bílý mastný film, tak jako opalovací krémy obsahující mikročástice oxidů zinku a titanu.

Nanočástice ZnO mohou být připraveny několika různými způsoby. Tyto způsoby jsou obecně označovány jako mechanické či chemické a dále se dělí podle fáze, ve které syntéza probíhá (kapalná, plynná). V případě chemických syntéz v kapalné fázi jsou ionty různých složek míchány dohromady v přesně definovaných poměrech za vzniku různých přesně definovaných sloučenin. Tyto syntézy většinou obnáší použití základního laboratorního vybavení a nejsou složité na provedení. Příkladem těchto syntéz nanočástic je proces přípravy mikroemulzí. Mikroemulze jsou definovány jako disperze tvořené vodou, olejem a surfaktantem (povrchově aktivní látka). Jedná se o stabilní systém, jednotlivé složky jsou obaleny vrstvou surfaktantu a vytváří tak kulovité útvary o velikosti 10-50 nm. Vrstva surfaktantu na povrchu kulovité částice slouží ke stabilizaci mikroemulze.^[2]

Požadovanou vlastností u opalovacích krému je schopnost absorbovat (pohlcovat) UV záření. Tuto vlastnost je možné pozorovat už u mikročástic oxidu zinečnatého a titaničitého. Při využití nanočástic se však schopnost absorbovat UV záření zvyšuje díky větší ploše povrchu nanočástic.

Postup

Ilustrace popisující chemický pokus - Nanočástice ZnO v opalovacích krémech. V ilustraci je znázorněn postup práce a srovnání absorpce UV záření různými druhy částic.

V kádince smícháme 2,5 g mikropráškového oxidu zinečnatého s 5 g glycerolu.
V další kádince smícháme 0,25 g nanoprášku ZnO se stejným množstvím glycerolu.
Na papír nakreslíme žlutým zvýrazňovačem dva čtverce (5x5 cm). Na žluté čtverce naneseme tenkou vrstvu jedné a druhé směsi (mikroprášek a nanoprášek).
Na papír se čtverci svítíme zdrojem UV záření a porovnáme rozdílnou absorpci UV záření směsmi. Vlastnosti připravených směsí porovnáme i s komerčně dostupným opalovacím krémem nebo obyčejným krémem na ruce.

Poznámky

Lze porovnat absorpci UV záření i samotného glycerinu pro podporu uvědomění, že za absorpcí UV záření stojí oxid zinečnatý.

Reference

↑ Guedens, W. J. et al. ZnO-based sunscreen: The perfect example to introduce nanoparticles in an undergraduate or high school chemistry lab. J. Chem. Educ. 91, 259–263 (2014).
↑ Van Den Rul, H., Mondelaers, D., Van Bael, M. K. & Mullens, J. Water-based wet chemical synthesis of (doped) ZnO nanostructures. J. Sol-Gel Sci. Technol. 39, 41–47 (2006).

[1] Guedens, W. J. et al. ZnO-based sunscreen: The perfect example to introduce nanoparticles in an undergraduate or high school chemistry lab. J. Chem. Educ. 91, 259–263 (2014).

[2] Van Den Rul, H., Mondelaers, D., Van Bael, M. K. & Mullens, J. Water-based wet chemical synthesis of (doped) ZnO nanostructures. J. Sol-Gel Sci. Technol. 39, 41–47 (2006).

[1]

[2]