Chemické pokusy s nanomateriály/Příprava nanočástic zlata pomocí čaje

Příprava nanočástic zlata pomocí čaje
Chemikálie	kyselina chlorozlatitá
Pomůcky	černý čaj, kádinka, magnetické míchadlo, Pipeta, nálevka a filtrační papír
Typ pokusu	střední škola a žákovský školní pokus
Časová náročnost	40 min
Bezpečnost
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Popis pokusu

Provedením pokusu jsou biosynteticky připraveny nanočástice zlata. Příprava nanočástic je provedena s různými koncentracemi černého čaje. Při použití 1% roztoku vznikají částice s největší velikostí a roztok je zbarven slabě fialově. Se zvyšující se koncentrací se zmenšuje velikost vznikajících částic a dochází k barevné změně vznikající disperze na tmavě červenou.

Princip

Nanočástice zlata mění své optické vlastnosti v závislosti na velikosti částic. S velikostí částice se mění pohlcované a odražené vlnové délky elektromagnetického záření, které na částici dopadá. Se změnou odrážených vlnových délek se výrazně mění barva disperzí nanočástic. Čím menší je připravená částice, tím delší je odražená vlnová délka (posun k červené). Při přípravě nanočástic zlata o různých velikostech lze tuto optickou změnu pozorovat i okem. Připravené disperze mají odlišné velikosti částic v závislosti na použitém redukčním činidle a jeho koncentraci. Rozdílná velikost částic se odráží v optických vlastnostech disperze, roztoky mají odlišné zbarvení.

Jednou z možných metod přípravy nanočástic zlata je biosyntéza pomocí rostlinných látek. Na rozdíl od klasických fyzikálních a chemických metod přípravy nanočástic nejsou při biosyntéze využívány toxické chemikálie. Metody biosyntézy bývají také ekologicky i energeticky šetrnější. Příkladem biosyntézy zlatých nanočástic je redukce zlatité soli, při které jsou jako redukční činidlo využity fytochemikálie (katechiny a theaflaviny) přítomné v listech černého čaje. Využité fytochemikálie slouží při biosyntéze nejen jako redukční činidla, ale také jako stabilizátory vznikajících nanočástic, které zabraňují jejich aglomeraci (shlukování do větších objektů).

Velikost vznikajících nanočástic je závislá na koncentraci redukčního činidla. Změnou koncentrace černého čaje při syntéze je tak možné připravit disperze s odlišnými velikostmi nanočástic. Čím vyšší je koncentrace černého čaje využitého pro redukci, tím menší budou vznikající částice. Změnu velikosti částic je možné sledovat na změně zbarvení disperzí, protože velikost částic ovlivňuje optické vlastnosti.

Postup

Ilustrace popisující chemický pokus - Příprava nanočástic zlata pomocí čaje. V ilustraci je znázorněn postup práce a schématické znázornění vnitřní struktury vznikajících nanočástic.

1. Nejprve si připravíme výluh z černého čaje, kterým budeme redukovat zlatitou sůl. Navážíme 120 mg čajových lístků a vsypeme do kádinky s 12 ml.
2. Kádinku postavíme na magnetickou míchačku, zapneme míchání a necháme 15 minut při pokojové teplotě.
3. Postavíme filtrační aparaturu a směs přefiltrujeme. Z filtrátu odebereme 6 ml do kádinky, ve které bude probíhat syntéza nanočástic. Kádinku s filtrátem postavíme na magnetickou míchačku a za stálého míchání přidáme po kapkách 0,1 ml 0,1 M roztoku kyseliny chlorozlatité (0,1 M roztok připravíme smícháním 340 mg HAuCl4 s 9,9 ml destilované vody).
4. Směs v kádince necháme míchat po dobu 5 minut. Reakční směs v průběhu míchání přejde z mírně žlutého do fialového zbarvení. Tento barevný přechod indikuje vznik nanočástic.
5. Po změně barvy roztoku necháme roztok míchat dalších 15 minut, poté připravenou disperzi nanočástic sejmeme z magnetické míchačky a uložíme stranou.
6. Následně připravíme výluhy čaje v odlišných koncentracích (5 a 10 %) a budeme opakovat přípravu zlatých nanočástic stejným způsobem. 5% roztok připravíme smícháním 600 mg čajových lístků s 12 ml vody. 10% roztok připravíme smícháním 1,2 g čaje a 12 ml vody. Objem přídavku kyseliny chlorozlatité necháme vždy stejný 0,1 ml. Se zvyšující se koncentrací čaje se zmenšuje velikost připravovaných nanočástic.
7. Nakonec připravené disperze vzájemně porovnáme. Změna velikosti přítomných nanočástic se projevuje změnou zbarvení jednotlivých směsí.

Poznámky

• Kyselinu tetrachlorzlatitou lze připravit rozpuštěním kousku čistého kovového zlata ve směsi kyseliny chlorovodíkové a kyseliny dusičné (3:1). Připravená kyselina tetrachlorozlatitá nebude zcela čistá chemická látka, ale pro demonstrační účely je kvalita dostačující.

• Pro dosažení nejlepších experimentálních výsledků musí být extrakt z čajových lístků čerstvě připraven.