Это первоначальная разроботка проекта. Его реализация возможна в рамках Курчатовского проекта с использованием цифровых датчиков по химии и физике.Тезисы размещены на сайте Московского методцентра.
Вложение | Размер |
---|---|
![]() | 35.05 КБ |
ПОЛУЧЕНИЕ КОЛЛОИДНОГО РАСТВОРА СЕРЕБРА И ПОДБОР ОПТИМАЛЬНЫХ СТАБИЛИЗАТОРОВ. ИЗУЧЕНИЕ ИХ ОПТИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ.
Работу выполнили учитель химии Якимович Раиса Алексеевна и учитель физики Сюкиева Людмила Дорджиевна, ГБОУ Школа № 879.
Получение стабильных концентрированных водных дисперсий с заданными физико-химическими свойствами на базе наночастиц серебра является необходимой стадией при создании наноструктурных материалов, применяемых в микроэлектронике, электрохимии, при синтезе оптико-электронных сенсоров, пигментов др
В связи с бактерицидными свойствами ионов серебра его нанодисперсии могут служить основой для создания новых классов бактерицидных препаратов, различного рода лекарственных веществ.
Главным вопросом остается возможность получения дисперсной системы с требуемой устойчивостью во времени и к действию внешних факторов.
Известным методом получения золей и порошков металлов является химическое осаждение, однако возможности регулирования дисперсности и других свойств золей металлов требуют детального изучения.
Гипотеза. Условия получения коллоидного раствора серебра методом жидкофазного химического осаждения из растворов влияют на дисперсионные характеристики наночастиц серебра и его устойчивость.
Цель работы – изучение процесса восстановления серебра в водных растворах и определение оптимальных условий синтеза наночастиц серебра, подбор стабилизаторов, сообщающих устойчивость коллоидному раствору серебра, изучение оптических и электрических его свойств.
Задачи работы:
- Экспериментально получить разными способами коллоидный раствор серебра;
- очистить полученный золь: диализ, ультрафильтрация;
- определить условия и порог коагуляции;
- исследовать устойчивость и определить защитное число при различных стабилизаторах;
- оптические свойства золей;
- изучить оптические свойства золей серебра.
Химия, физика
1. Аналитические весы лабораторные.
3. рН – метр.
4. Электрическая плитка.
5. Числовые датчики цвета и мутности.
6. Спектрофотометр.
7. Web-камера на подвижном штативе.
8. Приборы для наблюдения конуса Тиндаля.
9. 1-канальный мех. дозатор переменного объема ЛенПипет ЛАЙТ, 1-10 мл.
10. Цифровые датчики освещенности, напряжения и силы тока.
11. Штатив с бюретками, пробирки, мерные цилиндры, коническая колбы, химические стаканы, электрическая плитка.
Реактивы: 0,025 М раствор AgNO3, 0,1% раствор танина, 0,05% раствор тетрабората натрия (рН=9), свежеприготовленный 0,1% раствор желатины, дистиллированная вода, медицинский препарат Протаргол, крахмал, яичная скорлупа, «Аскорбиновая кислота с глюкозой». ГОСТ-000906.05
1.Обоснование темы.
2.Постановка цели и задач.
3.Составление обзора литературы.
4.Практическая часть.
5. Обработка и систематизация полученных данных.
1. Данные.
а) Методика получения коллоидных частиц серебра.
б) Обобщенные результаты по определению порога коагуляции и защитного числа.
в) Сравнение подобранных стабилизаторов.
г) Подтверждение эффекта Тиндаля и электрических свойств коллоидов.
2. Продукт.
3. Презентация.
4. Текст работы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии. – М.: Химия, 1975.
2. Конькова А. В. Коллоидные растворы: руководство к лабораторной работе.
– Северск: Изд–во СТИ НИЯУ МИФИ, 2010.
3. Агафонова Е. И. и др.. Практикум по физической и коллоидной химии. – М. :Высшая школа, 1985.
4. Балезин С. А., Ерофеев Б. В., Подобаев Н. И. Основы физической и коллоидной химии. – М.: Просвещение, 1970.
5. Ершов Б. Г. Наночастицы металлов в водных растворах: электронные, оптические и каталитические свойства. /Журнал российского химического общества им. Д.И. Менделеева/. – 2001. - Т. XLV, № 3. С. 20–30.
6. Кузьмина Л. Н. Получение наночастиц серебра методом химического восстановления /Л. Н. Кузьмина, Н. С. Звиденцова, Л. В. Колесников// Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева. - 2007. - Т. XХХ, 8. - С.7-12.
7. Сергеев Б .М.. Получение наночастиц серебра в водных растворах полиакриловой кислоты / Б.М.Сергеев, М. В. Кирюхин, А. Н. Прусов, В. Г. Сергеев // Вестник Московского Университета. Серия 2. Химия – 1999. – Т. 40, № 2
8. Вегера А. В. Синтез и физико-химические свойства наночастиц серебра/
А. В. Вегера, А. Д. Зимон// Московский государственный университет технологии и управления. – 2006
9. Шабанова Н. А. Химия и технология нанодисперсных систем / Н. А. Шабанова, В. В. Попов, П. Д. Саркизов. / – М.: ИКЦ «Академкнига» – 2007
Приложение.
Методика изучения оптических свойств растворов.
В работе необходимо провести сравнительное изучение эффекта Тиндаля в коллоидных системах. Для исследования нужно приготовить вышеперечисленные системы. Для эксперимента использовать следующие источники света: фонарь с аккумуляторными батареями; диапроектор школьный; лазерная указка с красным цветом, набор «Спектроскопия», необходимый для сборки установки, включающей стеклянную кювету с плоскопараллельными стенками, заполненную коллоидным раствором. В каждом опыте необходимо измерять угол рассеяния света. Для подтверждения «истинности» растворов нам нужны сравнительные образцы: раствор поваренной соли и воды.
Методика изучения электрических свойств коллоидных растворов. Она заключается в измерении цифровыми датчиками показаний напряжения и силы тока в растворах. Данные измерения относятся к наиболее распространенным видам измерений. Этими приборами можно проверить образцы на проводимость электрического тока и вычислить электрическое сопротивление системы.
Исследование эффекта Тиндаля в коллоидных растворах.
9. Сделать выводы, опровергнуть или доказать выдвинутую гипотезу исследования.
Мы подтвердим, что коллоиды – механическая смесь нескольких фаз, но очень необычная, отличающаяся от типичных механических смесей огромной поверхностью раздела фаз. Интенсивность рассеянного в данном направлении света (при постоянных параметрах падающего света) зависит от числа рассеивающих частиц и их размера. А так же датчики освещенности из «Цифровой лаборатории» дадут нам показания отраженного света. Можно составить график освещенности коллоидных растворов.
Система | Наличие эффекта Тиндаля | Яркость свечения рассеяния | Угол рассеяния | Наблюдение эффекта | |
сбоку | из точки излучения света |
Таблица. Источник света – лазерная указка, свет - красный.
Проверка на электрическую проводимость. При пропускании электрического тока можно пронаблюдать за изменениями показаний датчиков и значениями силы тока и напряжения. Опыты провести со всеми образцами растворов. Для этого использовать цифровые датчики, источник тока. По полученным показаниям в различных растворах необходимо составить таблицы и построить графики зависимости силы тока от сопротивления образца.
Методика получения золей серебра.
К 1000 мл дистиллированной воды добавить 30 мл 0,05 раствора тетрабората натрия (рН=9), 20 мл 0,1%-ного раствора танина. Затем отобрать 650 мл этого раствора и добавить к нему 2,5 мл 0,025 М раствора AgNO3. Золь, полученный этим методом, обладает высокой стабильностью, о чем свидетельствует воспроизводимость спектра поглощения в течение длительного времени. Спектры поглощения Ag-гидрозоля зарегистрировать при комнатной температуре в области 300-700 нм на спектрофотометре (длина оптического пути – 10 мм, в кювете сравнения – дистиллированная вода).
Получение наночастиц серебра
К раствору нитрата серебра добавить раствор восстановителя (глюкозы, аскорбиновой кислоты, боргидрида натрия, фарм.препарата «Аскорбиновая кислота с глюкозой», формалина). Соотношение объемов 1:1. Приготовленные растворы нагреть на плитке (t=96–98С) и облучать СВЧ в микроволновой печи (режим – max). Объем раствора и время его нагревания и облучения необходимо подбирать экспериментально при постоянном контроле.
Коагуляция коллоидного раствора
Коагуляцию полученного золя проводим электролитами с одинаковыми зарядами анионов, но с разными зарядами катионов (NaCl, BaCl2, FeCl3). Для этого в три разные колбы наливаем по 10 мл золя. Заполняем бюретки растворами: 2 М раствора NaCl; 0,005 М раствора BaCl2; 0,0033 М раствора FeCl3. Затем осторожно, по каплям, титруем золь до первых признаков явной коагуляции (помутнение или изменение окраски).
Вычисляем порог коагуляции по уравнению Р=1/γ
Результаты заносим в таблицу.
Электролит | V, мл | С, моль/л | γ, моль/л | Р= 1/γ | lnP | Z |
NaCl | ||||||
BaCl2 | ||||||
FeCl3 |
Z-валентность коагулирующего иона
Затем рассчитываем коагулирующую способность (Р) катиона как величину, обратную порогу коагуляции.
Полученные результаты изображаем графически, откладывая по оси абсцисс значения Z, а по оси ординат значения величины lnP.
В заключении делаем вывод о зависимости коагулирующей способности иона от величины его заряда.
Подбор стабилизаторов для различных коллоидных систем.
Опытным путем подбираем различные ПАВ среди полисахаридов, белков. Проводим коагуляцию в их присутствии. Определяем защитное число.
Соленая снежинка
Спасибо тебе, дедушка!
Туманность "Пузырь" в созвездии Кассиопея
Рисуем осень: поле после сбора урожая
Загадка Бабы-Яги