ПОЛУЧЕНИЕ КОЛЛОИДНОГО РАСТВОРА СЕРЕБРА И ПОДБОР ОПТИМАЛЬНЫХ СТАБИЛИЗАТОРОВ. ИЗУЧЕНИЕ ИХ ОПТИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ. ТЕЗИСЫ ПРОЕКТА

1. Название:

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.

2. Цель и задачи работы:

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.

3. Профиль:

Химия, физика

4. Оборудование и реактивы:

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

5. Основные этапы работы:

1.Обоснование темы.

2.Постановка цели и задач.

3.Составление обзора литературы.

4.Практическая часть.

5. Обработка и систематизация полученных данных.

6. Результаты работы:

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.

1.  Для проведения эксперимента необходимо подготовить различные коллоидные системы и растворы серебра.
2.  Необходимо приготовить различные источники направленного света.
3.  Для наблюдений явлений рассеяния света необходимо приготовить тёмный экран.
4.  Для получения чёткой картины эксперимента проводить наблюдения при затемнении или в вечернее время.
5.  Для фиксирования результатов эксперимента необходимо приготовить цифровой фотоаппарат.
6.  Фотоаппарат настроить на съёмку в затемнённом помещении.
7.  Повторить серию опытов 5 – 6 раз.
8.  Полученные результаты необходимо проанализировать, а затем представить в табличном и графическом виде.

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.

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.

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.