Изучение коллоидной химии наночастиц на основе синтеза наночастиц Cu2O из таблеток аскорбиновой кислоты с глюкозой

Изучение коллоидной химии наночастиц на основе синтеза наночастиц Cu₂O из таблеток аскорбиновой кислоты с глюкозой.

Сколько существует человечество, столько же перед ним стоит вопрос - что же нас всех ждет в будущем? Сможем ли мы победить страшные болезни, сможем ли отправляться на другие планеты, как могут развиться наши технологии в сфере информации, электроники, энергетики и экологии?

Этими вопросами задаются не только взрослые, но и школьники. Ведь они и есть - наше будущее. Именно поэтому, они должны пытаться понять все тонкости и особенности такой быстро развивающейся науки, как нанотехнологии. Не за горами то время, когда знания по данной теме будут крайне необходимы во всех отраслях современной жизни.

Можно не сомневаться, что появилась необходимость создать систему введения нанотехнологического образования в школьные учебные программы. Начать можно с малого - опыты по определению каких - либо наночастиц в рамках внеурочной работы по химии.

Отличительной чертой современной коллоидной химии является то, что она охватывает широкое поле деятельности, включая чрезвычайно изощренную (сложную) теорию, с одной стороны, и простые эмпирические наблюдения, с другой.

В старшей школе коллоидная химия базируется на знании процессов, протекающих на границе раздела фаз. В реальном мире человек постоянно имеет дело с физическими и химическими процессами, происходящими на границе раздела фаз, которыми обычно пренебрегают. Более того, многое существенно зависит от таких процессов, например, дыхание. Учебники для высшей школы по коллоидной химии указывают и на причину возникновения поверхностных состояний: адсорбированный атом вносит локальное нарушение в периодическую структуру поверхности. А любые нарушения поверхности являются предметом не идеальных, а реальных моделей. Таким образом, коллоидная химия в высшей школе строится на основе реального, а не идеального моделирования.

В лабораторных работах мы будем использовать химический способ получения наночастиц металлов- химическое восстановление ионов в растворе. В настоящее время этот метод является наиболее распространённым благодаря своей доступности и высокой скорости реакции.

Образование наночастиц металлов или металлсодержащих соединений связано с протеканием окислительно-восстановительных процессов. Однако, многие термодинамически возможные реакции настолько заторможены, что без создания специальных условий, скорость их протекания чрезвычайно мала. Проведение восстановления в неводных растворителях позволяет избежать влияния среды на полноту восстановления и получать наночастицы активных, по отношению к воде, металлов. Следует учитывать, что при получении наночастиц металлов в водных растворах восстановитель присутствует в определённой концентрации и при заданном рН. К имеющим практическое значение в химической практике относятся такие восстановители, как гидразин, гидроксиламин, тетрагидробораты и гипофосфиты щелочных металлов, формальдегид, аскорбиновая кислота, глюкоза.

Отличительной особенностью образования металлсодержащих золей( коллоидов) является то, что они формируются в среде, способствующей их стабилизации, т.е. препятствующей коагуляции и росту частиц. В этих условиях восстанавливаемый металл тратится в основном на создание новых зародышей, в результате чего дисперсность частиц чрезвычайно высока (менее 10-15 нм).

Хотелось бы предложить несколько лабораторных опытов по нахождению Cu₂O путем восстановления глюкозы и синтезом из таблеток аскорбиновой кислоты с глюкозой.

Описание и условия проведения опытов предлагаю рассмотреть ниже.

Лабораторная работа №1

Синтез наночастиц Cu₂O путем восстановления глюкозой

Реактивы и оборудование

Реактивы: дистиллированная вода, гранулы NаОН, порошок CuSO₄*5H₂O, глюкоза;

Оборудование: весы, электрическая плитка, мерные цилиндры, стаканы обычные и термостойкие, стеклянные палочки для перемешивания.

Порядок выполнения работы

Взвесить 12 г NаОН. В мерном цилиндре отмерить 48 мл H₂O и налить в стакан, в нем растворить навеску щелочи.

Отмерить 110 мл H₂O, налить в термостойкий стакан и поставить на плитку. Пока вода греется, взвесить 19 г CuSO₄*5H₂O и растворить в теплой воде.

В мерном цилиндре отмерить 3.2 мл H₂O и налить в стакан. Взвесить 4.8 г глюкозы и растворить в стакане с водой.

Полученный раствор глюкозы добавить в теплый раствор с CuSO₄.

В стакан, содержащий CuSO₄и глюкозу, быстро, при перемешивании прилить раствор NаОН.

Подождать, осаждение Cu₂O заканчивается примерно через 1 час.

С помощью спектрофотометра снять спектр поглощения полученного раствора и определить максимум пика плазмонного поглощения наночастиц оксида меди (I).

Выводы и наблюдения запишите в тетрадь.

Вопросы и задания

Приведите формулу глюкозы. Какую роль играет глюкоза в данном эксперименте?

Напишите правила работы со щелочами в лаборатории.

Лабораторная работа №2

Синтез наночастиц Cu₂O из таблеток аскорбиновой кислоты с глюкозой

Реактивы и оборудование

Реактивы: дистиллированная вода, 0.01М (0,025%) растворCuSO₄, 0.01М (0,04%) раствор NаОН, таблетки аскорбиновой кислоты (ОАО «Фармстандарт-УфаВИТА»);

Оборудование: мерные цилиндры, стаканы для смешивания компонентов, стеклянные палочки для перемешивания, электрическая плитка, фарфоровая ступка и пестик.

Порядок выполнения работы

Приготовить 3 стакана и пронумеровать их.

В ступке растереть одну таблетку аскорбиновой кислоты и поместить порошок в стакан №1, растереть 2 таблетки и поместить в стакан №2, растереть 3 таблетки и поместить в стакан №3.

В каждый стакан налить по 50 мл дистиллированной воды и тщательно перемешать. Используя бумажный фильтр «Красная лента» отфильтровать полученные растворы.

Отмерить в мерном цилиндре 4 мл CuSO₄и при перемешивании добавить в каждый стакан.

Отмерить 10 мл раствора NаОН и добавить в каждый стакан тщательно перемешивая раствор до появления желтой окраски.

Сравнить цвет раствора в каждом стакане.

Снять спектры поглощения полученных растворов в диапазоне 200-1000 нм и определить длину волны максимума поглощения наночастиц оксида меди (I). Происходит ли смещение максимума поглощения при увеличении концентрации аскорбиновой кислоты? В какую область спектра происходит это смещение?

Сохраните растворы с полученными частицами Cu₂O и снимите спектры поглощения через сутки, неделю. Сравните полученные спектры поглощения. Что можно сказать об устойчивости наночастиц?

В заключении можно сказать, что такие опыты крайне важны для внеурочной работы по химии для учащихся средней школы, так как они очень наглядные и побуждают учеников к исследовательской деятельности в других областях химии.

Список литературы:

Акимбаева Д.И. Методико-исторический очерк развития курса «Коллоидная химия» https://infourok.ru/avtor-akimbaeva-di-metodikoistoricheskiy-ocherk-razvitiya-kursa-kolloidnaya-himiya-1396307.html

Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: «Химия», 1975. - 512 с.

Писаренко А.П., Поспеловой К.А. Курс коллоидной химии. М.: Высшая школа, 1969, 248 стр. Изд. 3-е, испр.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/313884-izuchenie-kolloidnoj-himii-nanochastic-na-osn