Chemické pokusy s nanomateriály/Thermoexcitace tekutých nanokrystalů

Thermoexcitace tekutých krystalů
Chemikálie	cholesteryl oleyl karbonát, Cholesteryl benzoát a Cholesteryl nonanoát
Pomůcky	Lepicí páska, zkumavka, Špachtle, teploměr, papír a Ochranné rukavice
Typ pokusu	střední škola a žákovský školní pokus
Časová náročnost	15 min
Bezpečnost
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Popis pokusu

Provedením pokusu je možné pozorovat změnu vlnových délek emitovaného (vyzařovaného) záření v závislosti na složení směsi a vnitřní struktuře látek. Při různých teplotách dochází k excitaci konkrétní směsi tekutých krystalů. Tato směs poté emituje záření s vlnovými délkami, které odpovídají viditelnému spektru. Úpravou poměrů jednotlivých komponent ve směsi, tak lze kontrolovat teplotu, při které k excitaci a následné emisi dochází.

Princip

Příprava tekutých krystalů, které při různých teplotách thermoexcitací vyzařují odlišné vlnové délky světla na základě odlišné velikosti a uspořádání částic, ze kterých jsou krystaly tvořeny.

Tekuté krystaly jsou specifickou skupinou látek. Svými vlastnostmi se pohybují na pomezí klasických kapalin a pevných krystalických látek. Například mohou téct jako kapaliny, ale jejich molekuly jsou zároveň orientovány, tak jako je možné pozorovat u krystalických látek. Tekuté krystaly jsou velmi citlivé na změny vnějších vlivů, jako je teplota. Při změnách vnějších faktorů dochází v tekutých krystalech k přeuspořádání jejich molekulární struktury. U některých tekutých krystalů dochází se změnou teploty ke změně ve strukturním uspořádání, které se projeví změnou barvy krystalu. Tato skupina se nazývá termotropní tekuté krystaly. Této vlastnosti se využívá při výrobě barevných indikátorů teploty, kontrole obvodů nebo v lékařství.

Postup

Ilustrace k pokusu: Thermoexcitace tekutých krystalů.

1. Podle tabulky připravíme směsi tekutých krystalů, které budou citlivé na rozdílné teplotní intervaly. (Množství chemikálií je uvedeno v hmotnostních poměrech jednotlivých složek.)
2. Ustřihneme dva čtverce průhledné samolepící folie nebo lepicí pásky (cca 10 x 10 cm).
3. Na lepicí stranu folie naneseme malé množství směsi tekutých krystalů (směs č. 1). Pokud již směs ztuhla můžeme ji opatrně zahřát, tak abychom opět dosáhli konzistence viskózní kapaliny.
4. Druhý kus samolepicí folie přilepíme na čtverec se směsí tekutých krystalů, tak abychom vytvořili transparentní čtverec se směsí krystalů uvnitř. Směs uvnitř opatrně stlačíme, aby došlo k rozprostření krystalů na větší plochu. Folii se směsi fixem označíme a celý proces zopakujeme i se zbytkem připravených směsí.
5. Folie s tekutými krystaly položíme na bílý papír a pár minut pozorujeme chování krystalů.
6. V rukavicích opatrně přitlačíme prsty na směsi tekutých krystalů a pozorujeme jejich chování při zahřátí tělesným teplem. (Prsty je nutné ponechat na folii po stejnou dobu u všech 4 vzorků.)
7. Zopakujeme kroky 5 a 6, ale tentokrát položíme folie s krystaly na černý papír a pozorujeme chování krystalů.

Tabulka s poměry chemikálií pro přípravu thermokrystalů

Směs tekutých krystalů	Teplotní interval [°C]	Cholesterol oleyl karbonát	Cholesterol pelergonát	Cholesterol benzoát
Směs č. 1	17-23	65 %	25 %	10 %
Směs č. 2	26,5-30,5	45 %	45 %	10 %
Směs č. 3	32-35	40 %	50 %	10 %
Směs č. 4	37-40	30 %	60 %	10 %

Poznámky

• K rozpuštění směsi krystalů, je možné použít místo vařiče fén na vlasy. Teplota fénu není tak vysoká, a proto není třeba teplotu kontrolovat, jako u zahřívání na vařiči.