Chemické pokusy s nanomateriály/Příprava nanočástic stříbra

	Příprava nanočástic stříbra
Chemikálie	tetrahydridoboritan sodný, dusičnan stříbrný a destilovaná voda
Pomůcky	Erlenmeyerova baňka, pasteurova pipeta, vialka, led, magnetické míchadlo a kádinka
Typ pokusu	střední škola a žákovský školní pokus
Časová náročnost	30 min
Bezpečnost
	Některá data mohou pocházet z datové položky.

Popis pokusu

Provedením pokusu budou připraveny nanočástice stříbra o velikosti 10-14 nm. Koloidní disperze nanočástic stříbra bude připravena redukcí stříbrné soli tetrahydridoboritanem sodným. Barva připravené koloidní suspenze je sytě žlutá, což v porovnání s průhledným roztokem dusičnanu sodného a stříbrným zabarvení pevného stříbra poukazuje na závislost optických vlastností materiálu na jeho vnitřní struktuře a velikosti přítomných částic.^[1]

Princip

Stříbrné nanočástice jsou v posledních letech častým předmětem nanotechnologického výzkumu zejména díky svým unikátním vlastnostem a potenciálním aplikacím v medicíně, chemickém průmyslu či elektrotechnice. Mezi významné vlastnosti nanočástic stříbra patří vysoká tepelná vodivost, odolnost proti oxidaci a antibakteriální účinky. Tyto vlastnosti je možné pozorovat i u pevného bulk stříbra, u nanočástic jsou však zásadně výraznější a intenzivnější.^[2]

Nanočástice stříbra o velikosti 1-100 nm lze připravit například redukcí ze stříbrné soli. Redukčním činidlem pro jejich přípravu je tetrahydridoboritan sodný, který neslouží pouze jako redukovadlo, ale také jako stabilizátor vznikajících nanočástic, pokud je v reakční směsi v přebytku. Redukcí dusičnanu stříbrného tetrahydridoboritanem sodným vznikájí nanočástice o velikosti 10-14 nm. Ke stabilizaci vznikajících kovových nanočástic dochází navázáním tetrahydridoboritanových aniontů na povrch kovové nanočástice. Tyto stříbrné nanočástice získávají záporný povrchový náboj a vzájemně se začnou elektrostaticky odpuzovat. Narušením rovnováhy ve směsi (neukončení reakce, přidání elektrolytů) dojde k destabilizaci nanočástic a jejich následné agregaci (shlukování do větších objektů). Protože optické vlastnosti koloidní disperze závisí na velikosti částic v ní přítomných, dojde agregací ke změně zbarvení disperze.

Postup

Ilustrace popisující chemický pokus - Příprava nanočástic stříbra. V ilustraci je znázorněn postup práce a schématické znázornění struktury a velikosti vznikajících částic.

Připravíme si roztoky dusičnanu stříbrného a tetrahydridoboritanu sodného. Roztok dusičnanu stříbrného o koncentraci 1,0 mmol/l připravíme smícháním 1,7 mg AgNO₃ s 10 ml destilované vody. 2,0 mmol/l roztok tetrahydridoboritanu sodného připravíme ve 100 ml Erlenmeyerově baňce rozpuštěním 2,27 mg NaBH₄ ve 30 ml destilované vody.
Baňku s tetrahydridoboritanem sodným vložíme do ledové lázně a postavíme na magnetickou míchačku.
Do roztoku NaBH₄ za stálého míchání pomalu přikapáváme roztok dusičnanu stříbrného pomocí pasteurovy pipety.
Roztok se po přidání 2 ml AgNO₃ zbarví do slabě žluté a postupným přidáváním zbytku připraveného roztoku AgNO₃ se barva mění na sytě žlutou (obrázek A). V tu chvíli zastavíme míchání a připravenou koloidní disperzi nanočástic uložíme do průhledné vialky. Nyní je možné srovnat vzhled koloidního stříbra s roztokem dusičnanu sodného a pevného stříbra. Nanočástice stříbra jsou stabilizovány přebytkem redukčního činidla NaBH₄ a koloidní disperze může být v uzavřené nádobě uložena po dobu několika týdnů až měsíců.
Pokud připravenou disperzi nanočástic stříbra nepřestaneme míchat dojde k postupné agregaci (shlukování) nanočástic přítomných ve směsi a roztok začne postupně tmavnout a přecházet přes tmavě žlutou (obrázek B) do fialového (obrázek C) až šedého zbarvení (obrázek D). Stejnou barevnou změnu způsobenou agregací částic můžeme pozorovat, pokud ke směsi přidáme malé množství nasyceného roztoku chloridu sodného (3,6 g v 10 ml vody).

Poznámky

Tetrahydridoboritan sodný je velmi nebezpečná chemikálie, při provádění pokusu se však pracuje pouze s velmi málo koncentrovaným roztokem této látky. Zředěný roztok je vhodné, připravit předem, tak aby žáci nepřišly do kontaktu s pevným tetrahydridoboritanem, ale pouze s jeho roztokem, jehož nebezpečnost je významně nižší.

Reference

↑ Solomon, S. D. et al. Synthesis and study of silver nanoparticles. J. Chem. Educ. 84, 322–325 (2007).
↑ Song, K. C., Lee, S. M., Park, T. S. & Lee, B. S. Preparation of colloidal silver nanoparticles by chemical reduction method. Korean J. Chem. Eng. 26, 153–155 (2009).

[1] Solomon, S. D. et al. Synthesis and study of silver nanoparticles. J. Chem. Educ. 84, 322–325 (2007).

[2] Song, K. C., Lee, S. M., Park, T. S. & Lee, B. S. Preparation of colloidal silver nanoparticles by chemical reduction method. Korean J. Chem. Eng. 26, 153–155 (2009).

[1]

[2]