1 3Koresponden 0 0n Semin 0 0 Inspirovan 0 5 Chemickou Tematikou

Korespondenˇcn´ı Semináˇr Inspirovan´ y Chemickou Tematikou

roˇ cn´ık 7, s´ erie 1 2008/2009

roˇ cn´ık 7, s´ erie 1

Korespondenˇ cn´ı Semin´ aˇr Inspirovan´ y Chemickou Tematikou

Korespondenˇcn´ı semináˇr prob´ıhá pod záˇstitou Pˇr´ırodovˇedecké fakulty Univerzity Karlovy Hlavova 2030 128 43 Praha 2

V´ aˇ zen´ı vyuˇ cuj´ıc´ı chemie! Pr´ avˇe se V´ am do rukou dostal korespondenˇcn´ı semináˇr, kter´ y m˚ uˇze pomoci Vaˇsim student˚ um k vˇetˇs´ımu z´ ajmu o chemii prostˇrednictv´ım zaj´ımav´ ych u ´loh i odborn´ ych soustˇredˇen´ı. Pˇredejte jim pros´ım zad´ an´ı KSICHTu. Mnohokrát dˇekujeme. Pokud m´ ate z´ ajem, m˚ uˇzeme V´ am pos´ılat jednotlivé série pˇr´ımo do ˇskoly. Staˇc´ı, kdyˇz n´ am sdˇel´ıte adresu, na kterou m´ ame KSICHT pos´ılat. Zadán´ı KSICHTu bude zveˇrejˇ nov´ ano i na Internetu. M´ ate-li k nˇemu pˇr´ıstup, m˚ uˇzete ´ vyuˇz´ıt i tento zp˚ usob. Ulohy m˚ uˇzete pouˇz´ıt napˇr´ıklad ke zpestˇren´ı v´ yuky nebo jako inspiraci. Pˇriloˇzen´ y let´ aˇcek pros´ım vyvˇeste na viditelné m´ısto ve Vaˇs´ı ˇskole, aby si ho mohli prohlédnout vˇsichni studenti. Dˇekujeme.

Mil´ı pˇ r´ıznivci chemie i ostatn´ıch pˇ r´ırodovˇ edn´ ych obor˚ u! Pr´ avˇe drˇz´ıte v rukou zad´ an´ı u ´loh Korespondenˇcn´ıho Semináˇre Inspirovaného Chemickou Tematikou, KSICHTu. Uˇz sedm´ ym rokem pro vás, stˇredoˇskol´ aky, KSICHT pˇripravuj´ı studenti Pˇr´ırodovˇedecké fakulty Univerzity Karlovy, Vysoké ˇskoly chemicko-technologické a Pˇr´ırodovˇedecké fakulty Masarykovy univerzity. Semin´ aˇr je podporov´ an v r´ amci Rozvojového projektu C102b/2008.

Jak KSICHT prob´ıh´ a? Korespondenˇcn´ı semin´ aˇr je soutˇeˇz, pˇri n´ıˇz si vy, ˇreˇsitelé KSICHTu, dopisujete s n´ ami, autory, a naopak. Vy n´ am poˇslete ˇreˇsen´ı zadan´ ych u ´loh, my vˇse oprav´ıme, ohodnot´ıme a zaˇsleme v´ am je zp´ atky s pˇriloˇzen´ ym autorsk´ ym ˇreˇsen´ım a pˇeti u ´lohami nové série. To vˇsechno se za cel´ y ˇskoln´ı rok ˇctyˇrikrát zopakuje.

Proˇ cˇ reˇ sit KSICHT? V r´ amci tohoto semin´ aˇre se zdokonal´ıte nejen v chemii samotné, ale i v mnoha dalˇs´ıch uˇziteˇcn´ ych schopnostech. Za vˇsechny jmenujme zlepˇsen´ı logického 1



myˇslen´ı, schopnosti vyhled´ avat informace, tˇr´ıdit je a zaˇrazovat je do kontextu. Aˇckoli to zn´ı moˇzn´ a hrozivˇe, nebojte, ono to p˚ ujde vlastnˇe samo. Na výletech se m˚ uˇzete sezn´ amit s dalˇs´ımi ˇreˇsiteli KSICHTu a námi, autory, studenty vysok´ ych ˇskol. M´ ate ˇsanci rozˇs´ıˇrit si své obzory, ale taky se bavit a uˇz´ıt si. Uvid´ıte, ˇze chemici nejsou suchaˇri v b´ıl´ ych pláˇst´ıch. Na konci ˇskoln´ıho roku poˇr´ ad´ ame na Pˇr´ırodovˇedecké fakultˇe UK odborné soustˇredˇen´ı, kde si vyzkouˇs´ıte pr´ aci v laboratoˇri, seznám´ıte se s modern´ımi pˇr´ıstroji a poslechnete si zaj´ımavé pˇredn´ aˇsky. Pro nejlepˇs´ı ˇreˇsitele jsou pˇripraveny hodnotné ceny! Od letoˇsn´ıho akademického roku se n´ am nav´ıc podaˇrilo zajistit prom´ıjen´ı pˇ rij´ımac´ıch zkouˇ sek do chemick´ ych (a nˇekter´ ych dalˇs´ıch) studijn´ıch obor˚ u na Pˇ r´ırodovˇ edeck´ e fakultˇ e UK. Bez pˇrij´ımac´ı zkouˇsky budou pˇrijati ˇreˇsitelé, kteˇr´ı ve ˇskoln´ım roce 2007/2008 z´ıskali alespoˇ n 50 % z celkového poˇctu bod˚ u nebo ve ˇskoln´ım roce 2008/2009 v 1.–3. sérii z´ıskaj´ı alespoˇ n 50 % z celkového poˇctu bod˚ u za tyto série.

Jak´ eu ´ lohy na v´ as ˇ cekaj´ı? ´ Ulohy se t´ ykaj´ı r˚ uzn´ ych odvˇetv´ı chemie a snaˇz´ıme se, aby si v nich kaˇzd´ y z v´ as pˇriˇsel na své. Jsou tu u ´loˇzky hravé i pravé lah˚ udky, jejichˇz vyˇreˇsen´ı uˇz d´ a pr´ aci. Nechceme jen suˇse provˇeˇrovat vaˇse znalosti, procviˇc´ıte si i chemickou logiku a v experiment´ aln´ı u ´loze prok´ aˇzete téˇz svou chemickou zruˇcnost. Pokud nezvl´ adnete vyˇreˇsit vˇsechny u ´lohy, v˚ ubec to nevad´ı, byli bychom moc rádi, kdybyste si z ˇreˇsen´ı u ´loh odnesli nejen pouˇcen´ı, ale hlavnˇe abyste se pˇri ˇreˇsen´ı KSICHTu dobˇre bavili. Jak se n´ am naˇse snaˇzen´ı daˇr´ı, to uˇz mus´ıte posoudit sami. KSICHT v´ am pˇrin´ aˇs´ı s kaˇzdou séri´ı i seri´ al, ˇcten´ı na pokraˇcován´ı. V letoˇsn´ım roˇcn´ıku zaˇrazujeme na vaˇse pˇr´ an´ı seri´ al o nanoˇc´ astic´ıch. Dozv´ıte se spoustu zaj´ımav´ ych a uˇziteˇcn´ ych informac´ı, které pak m˚ uˇzete pouˇz´ıt nejen pˇri ˇreˇsen´ı u ´loh KSICHTu, ale i pˇri dalˇs´ım studiu chemie.

Jak se tedy m˚ uˇ zete st´ at ˇ reˇ siteli KSICHTu? Nen´ı nic jednoduˇsˇs´ıho! Staˇc´ı se jen zaregistrovat 1 na naˇsich webov´ ych stránˇ sen´ı n´ k´ ach. Reˇ am poté m˚ uˇzete pos´ılat bud’ klasicky na adresu KSICHT, Pˇ r´ırodovˇ edeck´ a fakulta Univerzity Karlovy, Hlavova 2030, 128 43 Praha 2 nebo elektronicky pˇres webový formul´ aˇr 2 jako soubory typu PDF. V pˇr´ıpadˇe jak´ ycholiv dotaz˚ u ˇci nejasnost´ı se na n´ as pros´ım kdykoliv obrat’te e-mailem [email protected]. 1 http://ksicht.natur.cuni.cz/prihlaska 2 http://ksicht.natur.cuni.cz/odeslani-reseni

2



Kaˇzdou u ´lohu vypracujte na zvl´ aˇstn´ı pap´ır (aspoˇ n formátu A5, menˇs´ı kusy pap´ıru maj´ı totiˇz tendenci se ztr´ acet), uved’te svoje celé jméno, n´ azev a ˇc´ıslo ˇ sen´ı piˇste ˇcitelnˇe, vˇezte, ˇze nem˚ u ´lohy! Reˇ uˇzeme povaˇzovat za správné nˇeco, co nelze pˇreˇc´ıst. V pˇr´ıpadˇe, ˇze pos´ıl´ ate u ´lohy pˇres webov´ y formuláˇr, uloˇzte kaˇzdou u ´lohu do samostatného souboru typu PDF a nezapomeˇ nte v záhlav´ı kaˇzdé stránky uvést svoje celé jméno, n´ azev a ˇc´ıslo u ´lohy! V´ıce informac´ı o elektronickém odes´ılán´ı ˇreˇsen´ı naleznete pˇr´ımo na str´ ance s formul´ aˇrem. Nepos´ılejte n´ am pros´ım naskenovan´ a ˇreˇsen´ı, nebot’ jsou ˇcasto velice ˇspatnˇe ˇciteln´ a. V´ yjimkou jsou nakreslené a naskenované obr´ azky, které pˇripoj´ıte k ˇreˇsen´ı napsanému na poˇc´ıtaˇci. Do ˇreˇsen´ı také piˇste vˇsechny vaˇse postupy, kter´ ymi jste dospˇeli k v´ ysledku, nebot’ i ty bodujeme. Uved’te radˇeji v´ıce neˇz ménˇe, protoˇze se m˚ uˇze stát, ˇze za ˇ sen´ı strohou odpovˇed’ nem˚ uˇzeme d´ at témˇeˇr ˇz´ adné body, aˇckoli je správná. Reˇ vypracov´ avejte samostatnˇe, nebot’ pˇri spoleˇcném ˇreˇsen´ı se spoluˇreˇsitelé podˇel´ı o z´ıskané body rovn´ ym d´ılem.

KSICHT na Internetu Na webov´ ych str´ ank´ ach KSICHTu3 naleznete broˇzurku ve formátu PDF a rovnˇeˇz aktu´ aln´ı informace o pˇripravovan´ ych akc´ıch. Pokud m´ ate dotaz k u ´loze, m˚ uˇzete se zeptat pˇr´ımo autora na e-mailové adrese ve tvaru [email protected]. Jestliˇze má u ´loha v´ıce autor˚ u, piˇste prvn´ımu uvedenému.

V´ ylet s KSICHTem Pozor, pozor! Zakrouˇzkujte si v kalend´ aˇri v´ıkend od 7. do 9. listopadu! Bude se konat jiˇz jeden´ act´ y v´ıkendov´ y v´ ylet s KSICHTem. Tentokrát pojedeme do Chlumce nad Cidlinou. Pros´ıme potenci´ aln´ı zájemce, aby se zaregistrovali na str´ ank´ ach KSICHTu4 do 27. ˇr´ıjna. Zaregistrujte se vˇsak co nejdˇr´ıve, poˇcet m´ıst je omezen! Jakékoli zv´ıdavé dotazy t´ ykaj´ıc´ı se v´ yletu piˇste Michalovi na e-mailovou adresu [email protected]. Aktuáln´ı informace naleznete na webov´ ych str´ ank´ ach KSICHTu.

Term´ın odesl´ an´ı 1. s´ erie Série bude ukonˇcena 3. listopadu 2008. Vyˇreˇsené u ´lohy je tˇreba odeslat nejpozdˇeji v tento den (rozhoduje datum poˇstovn´ıho raz´ıtka ˇci ˇcas na serveru KSICHTu). 3 http://ksicht.natur.cuni.cz 4 http://ksicht.natur.cuni.cz/akce-ksichtu

3



´ Uvodn´ ıˇ cek Mil´ı ksicht’´ aci! Pr´ azdniny tradiˇcnˇe utekly rychleji neˇz ether z k´ adinky a nyn´ı nastává ona horˇs´ı ˇc´ ast roku. Podzim, zima a jaro. Venku bude oˇsklivˇe, nastanou inverzn´ı situace, bude padat mlha, smog a obˇcas i lidé na neposypan´ ych chodn´ıc´ıch. Ve dne bude tma. V noci taky. Jedn´ım slovem ideáln´ı obdob´ı pro pohodlné posezen´ı u hrnku teplého ˇcaje a ˇcerstvé broˇzurky KSICHTu. Jako motivaci jsme pro v´ as nav´ıc letos pˇripravili novinku. Vˇsichni piln´ı ˇreˇsitelé KSICHTu, kteˇr´ı se letos budou hl´ asit na vysokou ˇskolu, maj´ı ˇsanci od nás z´ıskat exkluzivn´ı osvˇedˇcen´ı o svˇedomitém ˇreˇsitelstv´ı, d´ıky nˇemuˇz jim budou odpuˇstˇeny (letos znovu zavedené) pˇrij´ımac´ı zkouˇsky na vybrané obory na PˇrF UK. Chemie v pˇr´ırodn´ıch vˇed´ ach je samozˇrejmˇe jedn´ım z nich. Aˇz tedy budete nˇekdy v budoucnu luˇstit chemickou osmismˇerku a nˇekdo vás bude napom´ınat, ˇze m´ ate dˇelat nˇeco poˇr´ adného, m˚ uˇzete mu s klidem odpovˇedˇet, ˇze se svˇedomitˇe pˇripravujete na pˇrij´ımac´ı zkouˇsky. Jaké u ´lohy v´ as tedy ˇcekaj´ı a neminou v této sérii? Pro zahˇr´ at´ı po letn´ı pauze v´ as ˇcek´ a jako prvn´ı u ´loha s názvem Chemtris. Spr´ avn´ y chemik mus´ı vˇedˇet, kdy, co a v jakém poˇrad´ı má sypat do reakˇcn´ı smˇesi. Mohou mu k tomu b´ yt n´ apomocny kusy pap´ıru, tuˇzka, n˚ uˇzky, bystr´ y mozek a v pˇr´ıpadnˇe nouze i hasic´ı pˇr´ıstroj. Spr´ avn´ y hráˇc Tetrisu je na tom velmi ˇ podobnˇe. Proˇc to tedy nezkusit zkombinovat. Zivot vˇsak nejsou pouze hry. Obˇcas je tˇreba zatnout zuby a nap´ıt se i kyselého v´ına. D˚ uleˇzité je vˇsak umˇet spr´ avnˇe odhadnout situaci. Po naˇs´ı u ´loze In vino veritas to bude brnkaˇcka. Pˇred uveden´ım tˇret´ı u ´lohy bych se chtˇel omluvit vˇsem barvoslep´ ym ˇreˇsitel˚ um za sn´ıˇzen´ y poˇzitek z ˇreˇsen´ı. Tato u ´loha je totiˇz cel´ a toˇc´ı kolem barev. Dozv´ıte se v n´ı napˇr´ıklad, kolik rajˇcatového protlaku ukr´ yv´ a jediná pilulka a k ˇcemu bylo katolické c´ırkvi barvivo na marmel´ ady. Z u ´lohy n´ asleduj´ıc´ı vám pak nejsp´ıˇse zamrzne u ´smˇev na rtech. Je totiˇz jedn´ım slovem cool“. I k fyzice n´ızk´ ych teplot ” si lze totiˇz vybudovat vˇrelé city. Na z´ avˇer jsme si vás dovolili troˇsku potrápit koordinaˇcn´ı chemi´ı. Pokud si nejste zcela jisti, co ˇze to pˇresnˇe slovo koordinaˇcn´ı znamen´ a, budete m´ıt pˇr´ıleˇzitost to zjistit bˇehem zkoumán´ı tajemstv´ı anorganick´ ych cytostatik. Tradiˇcnˇe je také zaˇrazen seri´ al, letos na téma nanoˇcástice, a kreslen´ y zaj´ıˇcek chemik. Zcela nakonec snad uˇz jen popˇr´ at hodnˇe trpˇelivosti s ˇreˇsen´ım a mnoho pˇr´ıjemn´ ych chvil s KSICHTem. A nezapomeˇ nte se pˇrihlásit na v´ ylet, tentokrát se sejdeme v Chlumci nad Cidlinou. Mˇejte se hezky. Za vˇsechny autory Honza Havl´ık

4



Zad´ an´ı u ´loh 1. s´ erie 7. roˇ cn´ıku KSICHTu ´ Uloha ˇ c. 1: Chemtris ˇ Autoˇri: Ludˇek M´ıka a Pavel Rezanka

6 bod˚ u

Kaˇzdý mus´ı zn´ at hru Tetris, snad jen mimozemˇst’anu spadnuvˇs´ımu pr´ avˇe z Venuˇse nebudou d´ılky sloˇzené ze 4 kostiˇcek nic ˇr´ıkat. Tato pomˇernˇe star´ a hra se doˇckala mnoha pˇredˇel´ avek, od vybuchuj´ıc´ıch kostiˇcek aˇz po zazd´ıv´ an´ı Lem´ık˚ u. Chemické ztv´ arnˇen´ı vˇsak na svˇet pˇrich´ az´ı aˇz ted’. V pˇr´ıloze m´ ate v´ ysledek prohrané hry jednoho neznámého chemika. Aˇc je to chemik velice ˇsikovn´ y, hran´ı her mu moc nejde. Vˇsak se na to pod´ıvejte, nepodaˇril se mu zkompletovat ani jeden ˇr´ adek.

Pravidla chemtrisu jsou n´ asledovn´ a: Hrac´ı kameny (pˇri hˇre je chemik otáˇcel pouze v rovinˇe pap´ıru) jsou vytvoˇreny rozstˇr´ıh´ an´ım periodické tabulky, která neobsahovala lanthanoidy a aktinoidy a konˇcila prvkem 112 Uub. 1. Doplˇ nte do kaˇzdého pol´ıˇcka chemtrisu odpov´ıdaj´ıc´ı prvek periodické tabulky. 2. Z hrac´ıch kamen˚ u sestavte zpˇet periodickou tabulku, nalepte ji na pap´ır a poˇslete n´ am ji zpˇet. 3. Dalˇs´ı kostiˇcka, kter´ a mˇela pˇrij´ıt, je zobrazena pod textem NEXT. Mohla by b´ yt také vystˇriˇzena z periodické tabulky, pokud bychom vzali do u ´vahy vˇsechny v souˇcasnosti zn´ amé prvky, tzn. nejen ty s protonov´ ym ˇc´ıslem do 112? Pokud ano, nakreslete tento hrac´ı k´ amen pod sestavenou periodickou tabulku a doplˇ nte do nˇej odpov´ıdaj´ıc´ı prvky. Pokud existuje v´ıce ˇreˇsen´ı, uved’te je vˇsechna. 4. Kter´ y ze souˇcasnˇe zn´ am´ ych prvk˚ u m´ a nejvyˇsˇs´ı protonové ˇc´ıslo?

5



´ Uloha ˇ c. 2: In vino veritas Autor: Jana Zikmundov´ a

7 bod˚ u

Adam, Boˇrek a Cyril, spolubydl´ıc´ı na koleji, zaˇcali oslavovat posledn´ı sloˇzenou zkouˇsku semestru. Adam vyt´ ahl zakoupenou l´ ahev v´ına. Nebyla zrovna nejlevnˇejˇs´ı, ale pˇrece nebu” deme p´ıt krabiˇc´ ak, no ne?“ Vˇsichni si nalili poctivou m´ıru a napili se. Adam pˇredvedl uk´ azkový ˇskleb a Cyril se podezˇr´ıvavˇe pod´ıval na l´ ahev. Je to fakt polosuchý?“ Jen Boˇrek si pochva” loval pˇr´ıjemnˇe výraznou kyselinku. Odoln´ı jedinci (Boˇrek a Cyril) dopili l´ ahev do dna. Do posledn´ı sklenky ale spolu s v´ınem nalili i nˇekolik ˇcir´ ych krystalk˚ u. Znalec v´ın Boˇrek prohlásil, ˇze je to neˇskodn´ y vinn´ y k´ amen. 1. Co je to vinn´ y k´ amen a proˇc ho m˚ uˇze obsahovat i v´ıno vyrobené z ˇcirého moˇstu? Adam s n´ apisem polosuché“ na etiketˇe rozhodnˇe nesouhlasil, a proto se ” rozhodl své nedopité v´ıno prozkoumat. Jak zjistil, je moˇzné podle vyhláˇsky dˇelit v´ına podle obsahu cukr˚ u na such´ a, polosuch´ a. . . (viz tabulka 1). v´ıno

obsah cukru [mg ml−1 ]

suché polosuché polosladké sladké

<4 4–12 12–45 > 45

Tabulka 1: Rozdˇelen´ı v´ın podle obsahu zbytkového cukru Pˇri stanoven´ı cukr˚ u ve v´ınˇe Adam postupoval podle staré normy, kterou naˇsel v knihovnˇe, a to n´ asledovnˇe: 10,0 ml b´ılého v´ına nalil do 50ml odmˇerné baˇ nky a doplnil destilovanou vodou. Z takto pˇripraveného roztoku odebral pipetou 20,0 ml, pˇridal 20 ml roztoku s´ıranu mˇed’natého a 20 ml alkalického roztoku v´ınanu draselno-sodného. Tmavˇe modr´ y roztok vaˇril pˇresnˇe 3 minuty a pak ho prudce ochladil. Roztok pˇri varu zesvˇetlal a vylouˇcilo se trochu rezaté slouˇceniny. Tu dekantoval, promyl a rozpustil v dostateˇcném mnoˇzstv´ı roztoku s´ıranu ˇzelezitého okyseleného kyselinou s´ırovou. Roztok titroval roztokem manganistanu draselného o koncentraci 0, 019 mol dm−3 . Reakce prob´ıhaj´ıc´ı pˇri varu nen´ı stechiometrick´ a, a proto je v normˇe i tabulka (jej´ı ˇc´ ast je v tabulce 2) ud´ avaj´ıc´ı z´ avislost hmotnosti invertn´ıho cukru

6



m ve 20,0 ml v´ına zˇredˇeného podle v´ yˇse uvedeného postupu na spotˇrebˇe manganistanu draselného V0 o koncentraci 0,020 mol dm−3 : V0 [ml] m [mg]

7,2 22,7

7,4 23,4

7,6 24,1

7,8 24,7

8,0 25,5

8,2 26,1

Tabulka 2: Tabulka pro v´ ypoˇcet hmotnosti cukru

2. Napiˇste chemick´ y vzorec vylouˇcené sraˇzeniny, rovnici jej´ı reakce se s´ıranem ˇzelezit´ ym a rovnici titraˇcn´ı reakce. 3. Do jaké kategorie v´ıno spadalo, kdyˇz byla spotˇreba 7,7 ml roztoku manganistanu? 4. Touto metodou se ale nestanov´ı sacharosa, kter´ a m˚ uˇze ukazovat na pˇrislazov´ an´ı ˇrepn´ ym cukrem. Proˇc? Jak se mus´ı postupovat, aby se touto metodou sacharosa stanovit dala? 5. Jakou metodou lze stanovit z´ aroveˇ n glukosu, fruktosu i sacharosu? 6. Dalˇs´ı d˚ uleˇzitou vlastnost´ı v´ına je kyselost, která se stanovuje alkalimetrickou titrac´ı. Liˇsil by se v´ ysledek, kdyby Adam bod ekvivalence urˇcoval fenolftaleinem a potenciometricky do pH 7? Pokud ano, jak? 7. Kter´ y ze zp˚ usob˚ u urˇcen´ı bodu ekvivalence z ot´ azky 6 je vhodn´ y pro vˇsechny druhy v´ına? Proˇc?

7



´ Uloha ˇ c. 3: Barvy od A do C 10 bod˚ u Autoˇri: Kateˇrina Heczkov´ a a Pavla Sp´ aˇcilov´ a ˇ est´ı a duhu vid´ıme vˇzdycky ne nad sebou, ale nad Stˇ hlavami druhých (d´ anské pˇr´ıslov´ı). Duha lidi vˇzdycky fascinovala. Stejnˇe tak zmˇena barvy list˚ u na podzim nebo blankytn´ a barva nebe. Barvy. Jak by asi svˇet vypadal, kdybychom je nevidˇeli. V této u ´loze nahlédneme do vyuˇzit´ı barev v analytické chemii i v umˇen´ı a nakonec se tˇreba pˇri dobrém pivu zamysl´ıme nad zmˇenami barev, které se kolem n´ as vyskytuj´ı takˇrka bˇeˇznˇe. Takˇze hur´ a letem svˇetem do svˇeta barev. ˇ ast A jako Analytika C´ V analytické chemii jsou barevnost slouˇcenin a zmˇeny barev pˇri chemick´ ych reakc´ıch velmi d˚ uleˇzité. Barvy jsou vyuˇz´ıv´ any v kvalitativn´ıch analytick´ ych metod´ ach, ale ani kvantitativn´ı metody by se bez nich neobeˇsly. Zaˇcnˇeme anal´ yzou volumetrickou, tedy titrac´ı. 1. Ve volumetrické anal´ yze ˇcasto vyuˇz´ıv´ ame k urˇcen´ı bodu ekvivalence indik´ atory. Ke stanoven´ı obsahu hydrogenuhliˇcitan˚ u v mineráln´ı vodˇe odmˇern´ ym roztokem HCl m˚ uˇzeme vyuˇz´ıt napˇr´ıklad indikátor tashiro. Nakreslete jeho vzorec. K jak´ ym barevn´ ym pˇrechod˚ um bude pˇri titraci na tento indik´ ator doch´ azet? Obecnˇe popiˇste, co zp˚ usobuje zmˇenu barevnosti u acidobazick´ ych indik´ ator˚ u. 2. Indik´ atory pouˇz´ıv´ ame také pˇri komplexometrick´ ych titrac´ıch. Jako pˇr´ıklad m˚ uˇzeme uvést murexid. Chceme-li stanovit obsah vápn´ıku v jiˇz zm´ınˇené miner´ aln´ı vodˇe, m˚ uˇzeme postupovat n´ asledovnˇe. Do titraˇcn´ı baˇ nky odpipetujeme 15,00 ml vzorku a pˇrid´ ame 3 ml roztoku NaOH (1 mol dm−3 ) a murexid. Titrujeme roztokem chelatonu 3 (0,0100 mol dm−3 ). Jak se zmˇen´ı barva roztoku v bodu ekvivalence? Proˇc se v˚ ubec barva zmˇen´ı? Proˇc do roztoku pˇrid´ av´ ame NaOH? Jak´ y je obsah Ca2+ v mineráln´ı vodˇe v mg l−1 , pokud spotˇreby dvou titrac´ı ˇcinily 8,93 a 8,97 ml? 3. Barvu m´ a v n´ azvu i jedna z dalˇs´ıch kvantitativn´ıch metod – kolorimetrie. Na jakém principu je kolorimetrie zaloˇzena? Jaké dva pˇr´ıstupy k mˇeˇren´ı m˚ uˇzeme v kolorimetrii vyuˇz´ıt? 4. Nˇekter´ a pˇr´ırodn´ı barviva mohou m´ıt blahod´ arné u ´ˇcinky na lidsk´ y organismus, pˇredevˇs´ım jako prevence r˚ uzn´ ych onemocnˇen´ı. Pˇr´ıkladem m˚ uˇze b´ yt lykopen (C40 H56 ), ˇcervené barvivo rajˇcat. Pˇredstavte si, ˇze jste se

8



rozhodli spektrofotometricky zjistit, kolik lykopenu obsahuje rajsk´ y protlak. Odv´ aˇzili jste proto 5,0 g protlaku, pˇridali k nˇemu 10 ml acetonu, ve kterém se lykopen nerozpouˇst´ı, a smˇes zfiltrovali. Filtraˇcn´ı koláˇc jste potom extrahovali hexanem a z´ıskan´ y extrakt (20 ml) jste vysuˇsili chloridem v´ apenat´ ym. Vˇedomi si toho, ˇze ˇcist´ y lykopen se ve ˇskoln´ı laboratoˇri bˇeˇznˇe nepovaluje a nav´ıc je to l´ atka velmi drahá, rozhodli jste se jako standard pouˇz´ıt kapsli lykopenu, kter´ a se prodává v lékárnˇe jako potravinov´ y doplnˇek. Takov´ a kapsle dle v´ yrobce obsahuje 167 mg lykopenu. Standardn´ı roztok lykopenu jste pˇripravili tak, ˇze jste obsah kapsle pˇripom´ınaj´ıc´ı mazut rozpustili v hexanu a vznikl´ y roztok (10,0 ml) zfiltrovali. Do zkumavky s 2,0 ml hexanu jste potom odpipetovali 1,0 ml roztoku pˇripraveného z kapsle a vznikl´ y roztok 100× zˇredili. Pak jste si pˇripravili tˇri zkumavky, do kter´ ych jste napipetovali roztoky podle následuj´ıc´ı tabulky. Roztok ˇ c. Roztok vzorku [ml] Roztok standardu [ml] Hexan [ml]

1 2,0 0,0 0,3

2 2,0 0,1 0,2

3 2,0 0,3 0,0

Pak uˇz staˇcilo odpipetovat 0,5 ml pˇr´ısluˇsného roztoku do kyvety a zmˇeˇrit absorbanci na spektrofotometru Spekol pˇri 502 nm. V´ ysledky shrnuje dalˇs´ı tabulka. Kolik lykopenu obsahuje 1 kg rajˇcatového protlaku? Roztok ˇ c. Absorbance

1 0,160

2 0,266

3 0,478

ˇ ast B jako Barvy, laky, aneb pojd’me se ponoˇ C´ rit do v´ıru kr´ asn´ ych l´ atek a obraz˚ u. 5. V analytickém odd´ılu jsme se zm´ınili o murexidu. Jeho název souvis´ı s v´ yrazem Murex, jenˇz se zase v´ aˇze k jistému barvivu. Co je Murex a o jaké barvivo jde? Napiˇste i jeho vzorec. 6. Dalˇs´ı zaj´ımavé barvivo se v Evropˇe objevilo aˇz po objeven´ı Ameriky. Jeho nejvˇetˇs´ım odbˇeratelem byla zprvu katolick´ a c´ırkev, která toto barvivo vyuˇz´ıvala k barven´ı rouch sv´ ych hodnost´ aˇr˚ u. Dnes se toto barvivo pouˇz´ıvá v potravin´ aˇrstv´ı k pˇribarvov´ an´ı napˇr. jogurt˚ u a marmelád. Zaj´ımavé je, ˇze takto obarvenou marmel´ adu odm´ıtaj´ı konzumovat vegetariáni. O jaké pˇr´ırodn´ı barvivo se jedn´ a a z ˇceho se z´ısk´ av´ a?

9



7. Nejdraˇzˇs´ı barvou stˇredovˇeku byla modr´ a a nechat se vypodobnit v modrém odˇevu si mohli dovolit opravdu jen ti nejbohatˇs´ı. Modˇr se z´ıskávala z materi´ alu zvaného lapis lazuli. Jaké m´ a lapis lazuli chemické sloˇzen´ı a jak se naz´ yv´ a barva, kter´ a se z nˇej pˇripravovala? 8. Mal´ıˇrˇst´ı mistˇri minul´ ych stolet´ıch pouˇz´ıvali jako b´ılou barvu jistou nejmenovanou slouˇceninu. Po nˇekolika stolet´ıch se zdá, ˇze barva zˇsedla. Proˇc? O kterou slouˇceninu jde? ˇ ast C jako Co se jinam neveˇ C´ slo, ale mus´ıme se zeptat. 9. Co zp˚ usobuje, ˇze je tmavé pivo tmavé? Ve které ˇcásti v´ yroby se liˇs´ı od svˇetlého piva? 10. Co zp˚ usobuje zmˇenu barvy list˚ u na podzim? 11. Pˇri vylupov´ an´ı vlaˇssk´ ych oˇrech˚ u ze zelen´ ych skoˇrápek nám zhnˇednou koneˇcky prst˚ u. Jak´ a l´ atka zp˚ usobuje ono hnˇednut´ı a jak´ ym zp˚ usobem se dá tato nepˇr´ıjemnost odstranit?

10



´ Uloha ˇ c. 4: N2 (l) reloaded – Kapaln´ y dus´ık II Autoˇri: Radek Matuˇska a Petra Havl´ıkov´ a

13 bod˚ u

Pamatujete si na Flagga a jeho studené pˇredstaven´ı, co jsme vidˇeli minule? Jestli ano, jsem r´ ad, a i kdyby ne, tak dnes bude taky na co koukat. Na programu je ledov´ a mlha, létaj´ıc´ı m´ıˇcek a levitace. Ale skonˇc´ıme s u ´vody, protoˇze za velk´ ym pˇredvádˇec´ım stolem se uˇz vynoˇruje Flagg a v ruce m´ a polystyrenovou n´ adobu s tekut´ ym dus´ıkem. Postav´ı ji na st˚ ul a z n´ adoby se vylije trochu kapaliny. Jej´ı kapiˇcky bˇehaj´ı po stole a pˇrestoˇze má tekut´ y dus´ık teplotu varu za norm´ aln´ıho tlaku kolem −196 ◦ C, neodpaˇr´ı se okamˇzitˇe, ale jeˇstˇe chv´ıli poletuj´ı po stole, neˇz n´ am definitivnˇe zmiz´ı pˇred oˇcima. A Flagg se pt´ a: 1. Jak je moˇzné, ˇze se kapiˇcky dus´ıku neodpaˇr´ı, kdyˇz se setkaj´ı se stolem, kter´ y je urˇcitˇe o p´ ar set stupˇ n˚ u teplejˇs´ı, neˇz je teplota varu dus´ıku? A já dod´ av´ am, abyste se pokusili tento jev vysvˇetlit a napsali jméno vˇedce, po kterém je pojemenov´ an. 2. Z bˇeˇzného ˇzivota tento jev zn´ ate urˇcitˇe taky. Pˇri jaké situaci jej lze pozorovat? 3. Bude tento jev intenzivnˇejˇs´ı, pokud dus´ık dopadne na studenˇejˇs´ı, nebo na teplejˇs´ı podloˇzku? Svou odpovˇed’ zd˚ uvodnˇete. 4. Po bliˇzˇs´ım zkoum´ an´ı tˇreba dospˇejeme k z´ avˇeru, ˇze se dus´ık vylil kv˚ uli tomu, ˇze lépe teˇce“. Je to moˇzné vysvˇetlen´ı? Z hodnoty jaké veliˇciny tak ” budeme soudit? 5. Je nebezpeˇcné se kolem n´ adoby s tekut´ ym dus´ıkem pohybovat? Je moˇzné se odpaˇruj´ıc´ım plynem udusit? Pokud ne, co bychom museli udˇelat, aby bylo uduˇsen´ı dus´ıkem re´ alné? Vzpom´ın´ ate si na pokus s plastovou lahv´ı, kter´ y jsem pˇredvádˇel minule?“ ” pt´ a se Flagg. Pokud ano, m´ am pro v´ as pˇripravené pokraˇcován´ı,“ ˇr´ıká a vyta” huje plastovou l´ ahev o objemu 1, 5 l a nalije do n´ı docela dost tekutého dus´ıku, asi tak kolem 1300 ml. L´ ahev pevnˇe uzavˇre, trochu pˇridrzle se usmˇeje a rychle odhod´ı n´ adobu z nejbliˇzˇs´ıho okna do dvora (pˇriˇcemˇz si dává záleˇzet, aby doletˇela co nejd´ al od jeho laboratoˇre). A neˇz se pˇrekvapen´ı pˇriprav´ı, ukáˇzeme si ” pokus, kterému se ˇr´ık´ a Hrneˇcku vaˇr.“ Flagg vezme svou polystyrenovou nádobu s dus´ıkem, pˇresune se s n´ı k umyvadlu a napust´ı do nˇej trochu teplé vody a nech´ a vodu st´ ale pomalu pˇrikap´ avat. A potom do umyvadla zaˇcne pˇridávat 11



dus´ık a zaj´ımav´ a ˇc´ ast pokusu zaˇc´ın´ a – z umyvadla se zvedá hustá, m´ısty skoro nepr˚ uhledn´ a mlha, kter´ a se pomalu sn´ aˇs´ı k zemi a Flagga, kter´ y má z pokusu – jako vˇzdy – aˇz dˇetinskou radost, zahaluje skoro celého. 6. Zkuste vymyslet, jaké sloˇzen´ı m´ a ona mlha a vysvˇetlete, proˇc to tak je. 7. Bude d´ ymu v´ıc, pokud bude pˇrikap´ avat voda studenˇejˇs´ı, nebo teplejˇs´ı? Najednou se ze dvora ozve ohluˇsuj´ıc´ı r´ ana. Flagg, kter´ y jen pobavenˇe sleduje vydˇeˇsené publikum, se uˇz pˇripravuje na dalˇs´ı pokus a vytahuje z kapsy svého laboratorn´ıho pl´ aˇstˇe pingpongov´ y m´ıˇcek, do kterého pˇrip´ınáˇckem udˇelá mal´ y otvor. Vezme jej do laboratorn´ıch kleˇst´ı a ponoˇr´ı do tekutého dus´ıku. Chv´ıli se nic nedˇeje a pak Flagg vytahuje neporuˇsen´ y m´ıˇcek. Ale proti svˇetlu je vidˇet, ˇze je asi do 1/3 objemu pln´ y tekutého dus´ıku. Pust´ı m´ıˇcek na st˚ ul a ten najednou zaˇcne prudce rotovat a m´ırnˇe se vzese nad st˚ ul. 8. R´ ana na dvoˇre byla samozˇrejmˇe zp˚ usobena lahv´ı, v n´ıˇz byl dus´ık. Vypoˇc´ıtejte tlak, kter´ y takto v l´ ahvi teoreticky vznikne, pokud se vˇsechen dus´ık vypaˇr´ı. Hustota kapalného dus´ıku je 804 kg m−3 . Teplotu v láhvi uvaˇzujte kolem 220 K. 9. L´ ahev ale evidentnˇe tlak nesnesla. Vypoˇc´ıtejte, pˇri jakém objemu vlitého tekutého dus´ıku uˇz plastov´ a l´ ahev nevydrˇz´ı a pukne. Mez pevnosti polyethylentereftal´ atu je µ = 13 MPa. Podm´ınky uvaˇzujte stejné jako v pˇredchoz´ım pˇr´ıpadˇe. 10. Z jakého d˚ uvodu se m´ıˇcek napln´ı dus´ıkem, pˇrestoˇze je naplnˇen vzduchem a je v nˇem pouze miniaturn´ı otvor? 11. Jak´ y je d˚ uvod rotace a vznesen´ı m´ıˇcku? A nyn´ı pˇrijde zlat´ y hˇreb dneˇsn´ıho pˇredstaven´ı – pˇredvedu vám opravdovou ” levitaci,“ oznamuje n´ am Flagg. A uˇz si pokus pˇripravuje. Do ploché polystyrenvé misky si vlije tekut´ y dus´ık a do nˇej um´ıst´ı jak´ ysi ˇsedoˇcern´ y kotouˇc. Toto ” je vysokoteplotn´ı supravodiˇc,“ upozorn´ı n´ as. Nech´ a jej chv´ıli v tekutém dus´ıku a pak vezme do kleˇstiˇcek neodymov´ y permanentn´ı magnet a k u ´ˇzasu vˇsech div´ ak˚ u jej poloˇz´ı nˇeco m´ alo pˇres centimetr nad supravodivý kotouˇc. Dokonce do nˇej trochu strˇc´ı a magnet zaˇcne rotovat. 12. Jistˇe tuˇs´ıte, ˇze tento z´ azrak“ m´ a nˇejaké logické zd˚ uvodnˇen´ı. Jak se tedy ” jmenuje jev, kter´ y n´ am byl pˇredveden? 13. Co je to vlastnˇe supravodiˇc a jak´ y v´ yznam m´ a oznaˇcen´ı vysokoteplotn´ı“, ” kdyˇz jej stejnˇe m´ aˇc´ıme v tekutém dus´ıku, kter´ y zrovna vysokou teplotu nem´ a? 12



14. Nakreslete pˇribliˇzné grafy z´ avislost´ı mˇerného odporu vysokoteplotn´ıho a n´ızkoteplotn´ıho supravodiˇce a vysvˇetlete, kter´ y z nich je v´ yhodnˇejˇs´ı co se t´ yˇce celkové praktiˇcnosti provozu a pouˇzit´ı. 15. Jak´ y je v souˇcasnosti nejlépe dostupn´ y vysokoteplotn´ı supravodiˇc? Uved’te vzorec této l´ atky. 16. A nakonec se pokuste co nejstruˇcnˇeji vysvˇetlit podstatu tohoto jevu (co to vlastnˇe drˇz´ı onen magnet ve vzduchu). Fungoval by jev, i kdybychom magnet pˇribl´ıˇzili z druhé strany supravodiˇce? Pˇredpokládejte, ˇze se pokus prov´ ad´ı se supravodiˇcem zm´ınˇen´ ym v pˇredchoz´ı otázce. 17. Vˇsimli jsme si, ˇze bˇehem pokusu Flagg st´ ale pˇriléval tekut´ y dus´ık. Proˇc tak ˇcinil? 18. A na z´ avˇer jeˇstˇe ot´ azka ekonomického charakteru. Pokuste se zjistit, kolik zaplat´ıme za jeden litr tekutého dus´ıku a srovnejte tuto hodnotu s cenou nˇejakého klasického n´ apoje. A t´ım naˇse velk´ a show s tekut´ ym dus´ıkem konˇc´ı a já doufám, ˇze se vám ” l´ıbila,“ pov´ıd´ a Flagg. Chrstne zbytek dus´ıku do umyvadla s vodou a zmiz´ı v husté mlze.

13



´ Uloha ˇ c. 5: Anorganick´ e cytostatikum Autor: Radek Matuˇska

17 bod˚ u

V ˇsedes´ atých letech minulého stolet´ı objevila skupina kolem Barnetta Rosenberga biologickou aktivitu slouˇceniny, kter´ a zabraˇ novala dˇelen´ı bunˇek bakterie Escherichia coli. Pˇrestoˇze bylo zjiˇstˇeno, ˇze buˇ nka naroste zhruba do tˇr´ısetn´ asobku své norm´ aln´ı velikosti, jej´ı dˇelen´ı selh´ av´ a. Takový u ´ˇcinek se oznaˇcuje jako cytostatický. Byl to velký objev a v nˇekolika letech bylo vyvinuto velké mnoˇzstv´ı analog˚ u této slouˇceniny, které mˇely protin´ adorovou aktivitu. Nebylo to vˇsak poprvé, co se vˇedci touto l´ atkou zabývali. Uˇz koncem 19. stolet´ı se o ni z anorganického hlediska zaj´ımal Alfred Werner, otec modern´ı koordinaˇcn´ı chemie. A pr´ avˇe o této slavné, i kdyˇz nepˇr´ıliˇs zn´ amé substanci bude n´ asleduj´ıc´ı u ´loha. Naˇse slavn´ a slouˇcenina je obyˇcejn´ y cis-diammin-dichloroplatnat´ y komplex. A uˇz jenom k n´ı se vztahuje spousta ot´ azek a zaj´ımavost´ı. 1. Nakreslete strukturn´ı vzorec této l´ atky a jej´ıho geometrického izomeru. 2. Jak´ y je geometrick´ y tvar naˇseho komplexu a proˇc tomu tak je? 3. [Pt(NH3 )2 Cl2 ] lze teoreticky pˇripravit dvˇema zp˚ usoby. Prvn´ım je amonol´ yza nˇejakého tetrachloroplatnatanu a druh´ ym reakce nˇejaké tetraamminplatnaté soli s chlorovod´ıkem. Pouze jedna z tˇechto reakc´ı vˇsak vede k cis deriv´ atu. Kter´ a z nich to je a proˇc tomu tak je? 4. Pod jak´ ym n´ azvem se s cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ] nejˇcasteji setkáme? 5. Je cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ] paramagnetick´ y nebo diamagnetick´ y komplex? 6. Jeˇstˇe dˇr´ıv neˇz Wernerem byla naˇse l´ atka pˇripravena v roce 1845 jedn´ım francouzsk´ ym chemikem, po nˇemˇz dostala dokonce p˚ uvodn´ı triviáln´ı jméno. O kterého chemika se jedn´ a a jak se cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ] jmenoval? K syntéze naˇseho cytostatika byl vyvinut postup, kter´ y ilustruje následuj´ıc´ı reakˇcn´ı schéma: KI, nadbytek

+NH

+NH

+2 AgNO3

3 3 K2 [PtCl4 ] −−−−−−−−−→ A −−−−→ B −−−−→ C −−−−−−−→ D

−2 AgI

KCl, nadbytek

D −−−−−−−−−→ cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ]

14



7. Napiˇste strukturn´ı vzorce meziprodukt˚ u A aˇz D a vyˇc´ıslete rovnice prob´ıhaj´ıc´ıch dˇej˚ u. 8. Proˇc se pˇri syntéze vyuˇz´ıv´ a jodid draseln´ y a proˇc mus´ı b´ yt v nadbytku? 9. Podobn´ y protin´ adorov´ y u ´ˇcinek jako naˇse l´ atka má i tzv. karboplatina cis-[Pt(NH3 )2 (CBDCA)] – (CBDCA = cyklobutan-1,1-dikarboxylová kyselina). Napiˇste jej´ı strukturn´ı vzorec a n´ azev a navrhnˇete jej´ı pˇr´ıpravu z cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ]. Komplex cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ] m´ a podobn´ y mechanismus u ´ˇcinku jako tzv. alkylaˇcn´ı cytostatika. V organismu ˇc´ asteˇcnˇe pˇrech´ az´ı na reaktivn´ı aquakomplex, kter´ y se v´ aˇze na guaninové zbytky DNA/RNA, jeˇz spoj´ı. 10. Napiˇste vzorec reaktivn´ıho aquakomplexu, kter´ y v tˇele z cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ] vznik´ a ˇc´ asteˇcnou hydrol´ yzou, a poté napiˇste strukturn´ı vzorec jeho komplexu s dvˇema guaninov´ ymi zbytky, které se v´ aˇz´ı pˇres N7. 11. Rovnˇeˇz byly pops´ any i adukty s adeninem pˇres N7 a s cytosinem nebo uracilem pˇres N3. Napiˇste i jejich vzorce. 12. Na z´ akladˇe v´ yˇse vyˇreˇsen´ ych struktur popiˇste celkov´ y mechanismus u ´ˇcinku naˇseho cytostatika. Zejména se zamˇeˇrte na jeho p˚ usoben´ı na strukturu DNA/RNA. 13. Zd˚ uvodnˇete, proˇc geometrick´ y izomer l´ atky cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ] nemá stejn´ y u ´ˇcinek. Jako kaˇzdé léˇcivo m´ a ale cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ] i neˇzádouc´ı u ´ˇcinky – a je jich pomˇernˇe hodnˇe. Tud´ıˇz se chemici snaˇz´ı syntetizovat jiné, podobné látky ale s ménˇe neˇz´ adouc´ımi u ´ˇcinky. 14. Kter´ y org´ an se nejv´ıce pod´ıl´ı na odbour´ av´ an´ı cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ] v tˇele? 15. Jaké jsou hlavn´ı neˇz´ adouc´ı u ´ˇcinky cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ]? Uved’te alespoˇ n dva. 16. Jednou z l´ atek, kter´ a je daleko ménˇe toxick´ a, neˇz cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ] je jiˇz zm´ınˇen´ y cis-[Pt(NH3 )2 (CBDCA)]. Zkuste pˇrij´ıt na to, proˇc tomu tak je.

15



Seri´ al – Nanoˇ c´ astice I ˇ Autor: Pavel Rezanka

Slovo u ´ vodem Term´ın nano je ˇc´ım d´ al t´ım v´ıce skloˇ nov´ an a nen´ı proto divu, ˇze se dostal i na str´ anky KSICHTu. Co tedy m˚ uˇzete od tohoto seriálu oˇcekávat? V prvn´ım d´ılu to bude pˇr´ıprava a stabilizace nanoˇc´ astic. Ve druhém d´ılu si pov´ıme o charakterizaci nanoˇc´ astic. Tˇret´ı d´ıl bude zamˇeˇren na modifikaci nanoˇcástic a ve ˇctvrtém d´ılu bude kromˇe tematicky zamˇeˇrené u ´lohy popsáno i vyuˇzit´ı nanoˇc´ astic. A tˇreˇsniˇckou na dortu bude moˇznost pˇripravit si na závˇereˇcném soustˇredˇen´ı vlastn´ı nanoˇc´ astice!

Historie Prvn´ı zm´ınky o nanoˇc´ astic´ıch poch´ azej´ı z p´ atého nebo ˇctvrtého stolet´ı pˇred ˇ ıny. Tehdy bylo objeveno rozpustné zlato“, které bylo n. l. z Egypta a C´ ” pouˇz´ıv´ ano jak pro estetické (v´ yroba rub´ınového skla, barven´ı keramiky), tak pro léˇcivé u ´ˇcely (srdeˇcn´ı a sexu´ aln´ı problémy, u ´plavice, epilepsie a nádory a pro diagn´ ozu syfilis). Zn´ amé jsou tzv. Lykurgovy poh´ ary (viz obr´ azek 1) pocházej´ıc´ı asi ze 4. stolet´ı naˇseho letopoˇctu, které se nach´ azej´ı v Britském muzeu v Lond´ ynˇe.

Obr´ azek 1: Lykurgovy poh´ ary ˇ ımské ˇr´ıˇse. Jev, Poh´ ary a jim podobné artefakty se vyr´ abˇely v obdob´ı R´ kter´ y n´ as zaj´ım´ a, spoˇc´ıv´ a v neobvykl´ ych barv´ ach poháru. Je-li pozorován v odraˇzeném svˇetle, napˇr. denn´ım, je zelen´ y (viz obrázek 1 vlevo). Je-li vˇsak zdroj svˇetla um´ıstˇen dovnitˇr poh´ aru, poh´ ar je ˇcerven´ y (viz obrázek 1 vpravo).

16



Chemick´ a anal´ yza poh´ ar˚ u uk´ azala, ˇze sklo obsahuje 73 % SiO2 , 14 % Na2 O a 7 % CaO, tedy sloˇzen´ı podobné modern´ım skl˚ um. Sklo pohár˚ u vˇsak obsahuje malé mnoˇzstv´ı zlata (cca 40 ppm) a stˇr´ıbra (cca 300 ppm). Tyto kovy se ve skle nach´ azej´ı ve formˇe nanokrystal˚ u o rozmˇeru cca 70 nm. Nanokrystaly jsou slitinou zlata a stˇr´ıbra v pomˇeru 3:7. Nen´ı zn´ amo, jakou technologii v´ yroby tˇechto poh´ ar˚ u a podobn´ ych artefakt˚ u ˇr´ımˇst´ı skl´ aˇri pouˇz´ıvali. V roce 1857 Faraday ozn´ amil z´ısk´ an´ı koloidn´ıho zlata redukc´ı vodného roztoku tetrachlorozlatitanu. Term´ın koloid (z francouzského colle) byl vytvoˇren Grahamem v roce 1861. V tomto obdob´ı byly také pˇripraveny dalˇs´ı koloidn´ı kovy. Na rozkvˇet si ale oblast nanotechnologie, kter´ a je pokraˇcován´ım koloidn´ı chemie, musela poˇckat jeˇstˇe jedno stolet´ı. Z té doby pocház´ı v´ yrok laureáta Nobelovy ceny Richarda Feynmana: There is plenty of room at the bottom,“ ” kter´ ym navrhl smˇer pro rychle se rozv´ıjej´ıc´ı vˇedeckou oblast nanotechnologie. Koncem 20. stolet´ı uˇz umˇeli vˇedci manipulovat s atomy, molekulami a klastry na povrˇs´ıch. Miniaturizace struktur konvenˇcn´ı a elektronovou litografi´ı dosahuje teoretického limitu kolem 50 nm. Pro dalˇs´ı minituarizaci musely b´ yt vyvinuty alternativn´ı metody. A tak vˇedci n´ asleduj´ıc´ı Feynmanovu vizi pouˇzili atomy a molekuly jako stavebn´ı jednotky pro kompletaci struktur v ˇrádech nanometr˚ u zdola nahoru“. Unik´ atn´ı elektrické vlastnosti tˇechto nanoˇcástic, ” stejnˇe jako jejich optické a fotofyzik´ aln´ı vlastnosti, jako je velikost´ı kontrolovan´ a plasmonov´ a absorbance a fluorescence, umoˇzn ˇuj´ı ˇcástic´ım pˇredávat elektronické a fotonové sign´ aly.

Pˇ r´ıprava nanoˇ c´ astic kov˚ u Kovové nanoˇc´ astice mohou b´ yt pˇripraveny dvˇema hlavn´ımi metodami (viz obr´ azek 2): i. mechanick´ ym dˇelen´ım kovov´ ych agreg´ at˚ u (fyzikáln´ı metoda) a ii. nukleac´ı a r˚ ustem z´ arodku“ (chemick´ a metoda). ” Fyzik´ aln´ı metody vedou k ˇc´ astic´ım, jejichˇz pr˚ umˇery maj´ı velkou variabilitu. Takto pˇripravené koloidn´ı ˇc´ astice maj´ı vˇetˇsinou pr˚ umˇer vˇetˇs´ı neˇz 10 nm ˇ astice je moˇzno pˇripravit napˇr´ıklad a nejsou reprodukovatelnˇe pˇripravitelné. C´ mechanick´ ym mlet´ım hrudkov´ ych materi´ al˚ u a stabilizac´ı vznikl´ ych nanoˇcástic pˇrid´ an´ım koloidn´ıch chr´ an´ıc´ıch ˇcinidel. Techniky odpaˇrován´ı kovu poskytovaly chemik˚ um vˇsestrannou moˇznost pro produkci ˇsirokého rozsahu koloid˚ u kov˚ u na preparativn´ı laboratorn´ı ˇsk´ ale. Pouˇzit´ı techniky odpaˇrován´ı kovu je ale omezeno, protoˇze je obt´ıˇzné z´ıskat ˇc´ astice poˇzadované velikosti.

17



Obr´ azek 2: Schematick´ a ilustrace preparativn´ıch metod kovov´ ych nanoˇcástic Metoda zdola nahoru“ je mnohem obvyklejˇs´ı moˇznost pˇr´ıpravy nanoˇcástic, ” umoˇzn ˇuj´ıc´ı kontrolovat jejich velikost. V souˇcasné dobˇe jsou na nanoˇcástice kladeny tyto poˇzadavky: i. ii. iii. iv.

pr˚ umˇer od jednotek do des´ıtek nanometr˚ u, dobˇre definované sloˇzen´ı povrchu, reprodukovateln´ a syntéza a vlastnosti, izolovatelnost a moˇznost opˇetovného rozpuˇstˇen´ı.

V souˇcasné dobˇe se pro pˇr´ıpravu nanoˇc´ astic metodou zdola nahoru“ nejv´ıce ” vyuˇz´ıv´ a chemick´ a nebo elektrochemick´ a redukce sol´ı kov˚ u a kontrolovan´ y rozklad metastabiln´ıch organometalick´ ych slouˇcenin. Ke kontrole r˚ ustu nanoˇcástic a k jejich ochranˇe pˇred agregac´ı je pouˇz´ıv´ ano velké mnoˇzstv´ı stabilizátor˚ u, napˇr´ıklad donorové ligandy, polymery a detergenty. Prvn´ı reprodukovateln´ y standardn´ı n´ avod pro pˇr´ıpravu koloid˚ u kov˚ u publikoval Turkevich, kter´ y také navrhl mechanismus pro tvorbu nanoˇc´ astic zaloˇzen´ y na nukleaci, r˚ ustu a agregaci, jenˇz je st´ ale platn´ y. V poˇc´ ateˇcn´ım stavu nukleace je s˚ ul kovu redukována za vzniku atom˚ u kovu. Ty se sr´ aˇz´ı s dalˇs´ımi ionty, atomy kov˚ u nebo klastry a nevratnˇe tvoˇr´ı zárodky“ ” stabiln´ıho kovového j´ adra. Pr˚ umˇer z´ arodk˚ u by mˇel b´ yt pod 1 nm v závislosti na s´ıle kovov´ ych vazeb a velikosti redoxn´ıho potenci´ alu soli kovu a na pouˇzitém redukˇcn´ım ˇcinidle. 18



Koloidn´ı kovy jsou obecnˇe popisované jako monodisperzn´ı, pokud maj´ı smˇerodatnou odchylku pr˚ umˇer˚ u ˇc´ astic menˇs´ı neˇz 15 % z pr˚ umˇerné hodnoty. Rozdˇelen´ı pr˚ umˇer˚ u s relativn´ı smˇerodatnou odchylkou okolo 20 % je popisováno jako rozdˇelen´ı s malou variabilitou“. Pro pˇr´ıpravu nanoˇcástic s poˇzadovan´ ym ” rozdˇelen´ım se pouˇz´ıv´ a bud’ selektivn´ı separace, nebo selektivn´ı syntéza. Separaˇcn´ı metody zahrnuj´ı napˇr´ıklad chromatografii a ultracentrifugaci a poskytuj´ı monodisperzn´ı ˇc´ astice, ovˇsem pouze v ˇr´ adech miligram˚ u. Pˇri selektivn´ı syntéze, kterou jako prvn´ı popsal Turkevich, je d˚ uleˇzit´ ym faktorem ovlivˇ nuj´ıc´ım velikost ˇc´ astic s´ıla kovové vazby, molárn´ı pomˇer soli kovu, stabilizaˇcn´ıho a redukˇcn´ıho ˇcinidla, stupeˇ n konverze, reakˇcn´ı ˇcas, teplota a pˇr´ıpadnˇe i tlak. Kromˇe toho lze také pouˇz´ıt novˇejˇs´ı metody selektivn´ı pˇr´ıpravy nanoˇcástic, jako je elektrochemick´ a redukce, term´ aln´ı rozklad a nebo rozklad ultrazvukem. Chemick´ e metody Mezi nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ı metody pˇr´ıpravy nanoˇc´ astic patˇr´ı chemické metody, konkrétnˇe redukce. Pomoc´ı vhodn´ ych podm´ınek lze pˇripravit nanoˇcástice poˇzadovan´ ych tvar˚ u a velikost´ı. Redukce sol´ı pˇ rechodn´ ych kov˚ u v roztoku je nejv´ıce rozˇs´ıˇrená metoda pro pˇr´ıpravu koloidn´ıch suspenz´ı kov˚ u a je velmi jednoduchá na proveden´ı. Vznikaj´ı pˇri n´ı prakticky monodisperzn´ı nanoˇcástice v ˇrádovˇe gramov´ ych mnoˇzstv´ıch. Pro pˇr´ıpravu koloidn´ıch l´ atek jsou pouˇz´ıvána r˚ uzná redukˇcn´ı ˇcinidla, napˇr´ıklad hydridy a soli nebo dokonce oxidovatelná ˇcinidla jako jsou alkoholy. Klasick´ y Faraday˚ uv zp˚ usob je redukce tetrachlorozlatitanu citrátem sodn´ ym, kter´ ym byly pˇripraveny nanoˇc´ astice o pr˚ umˇeru asi 20 nm pouˇz´ıvané pro histologické aplikace. Turkevitch tento postup pouˇzil pro tvorbu a studium nanoˇc´ astic zlata. Pro svoji jednoduchost se stal obl´ıben´ ym i u ostatn´ıch nanotechnolog˚ u. Citr´ atov´ y anion m´ a ale tu nev´ yhodu, ˇze bˇehem redukce vzniká acetondikarboxylov´ a kyselina, kter´ a ˇc´ asteˇcnˇe znemoˇzn ˇuje tvorbu dobˇre definovan´ ych ˇc´ astic. Nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ı hydridy pro tvorbu nanoˇc´ astic kov˚ u jsou NaBH4 a KBH4 . Mezi dalˇs´ı redukˇcn´ı ˇcinidla patˇr´ı diboran, silany, hydrazin a jeho deriváty, organohlinité slouˇceniny, v´ınan draseln´ y, kyselina askorbová a dalˇs´ı. Jako stabilizaˇcn´ı ˇcinidla se pouˇz´ıvaj´ı detergenty nebo polymery rozpustné ve vodˇe. Touto metodou mohou b´ yt pˇripraveny nanoˇc´ astice kov˚ u (napˇr´ıklad Cu, Pt, Pd, Ag a Au). Ned´ avno byly ke stabilizaci pouˇzity dendrimery, které umoˇzn ˇuj´ı stabilizovat vˇsechny v´ yˇse uvedené nanoˇc´ astice a nav´ıc vedou ke vzniku témˇeˇr monodisperzn´ıch ˇc´ astic. Kromˇe v´ yˇse uveden´ ych hydrid˚ u a stabilizaˇcn´ıch ˇcinidel se pouˇz´ıvaj´ı mnohé dalˇs´ı. 19



Nˇekteré soli pˇrechodn´ ych kov˚ u mohou b´ yt redukovány ve vrouc´ım ethanolu, v nˇemˇz jsou pˇr´ıtomny stabilizaˇcn´ı l´ atky. Pˇri tomto procesu je alkohol jak rozpouˇstˇedlem, tak redukˇcn´ım ˇcinidlem. Vˇetˇsinou jsou pouˇz´ıvány primárn´ı nebo sekund´ arn´ı alkoholy. Bˇehem redukce je alkohol oxidován na odpov´ıdaj´ıc´ı karbonylovou slouˇceninu. Dalˇs´ı metodou pˇr´ıpravy nanoˇc´ astic je odstranˇ en´ı ligand˚ u z organokovov´ ych slouˇ cenin. Nˇekteré nulmocné organokovové slouˇceniny mohou b´ yt zmˇenˇeny na koloidn´ı suspenzi kov˚ u redukc´ı nebo odstranˇen´ım ligand˚ u. Napˇr´ıklad redukce nˇekter´ ych organick´ ych slouˇcenin platiny (Pt(dba)2 ) a palladia (Pd(dba)2 ) umoˇzn ˇuje pˇripravit nanoˇc´ astice tˇechto kov˚ u o velkosti nˇekolika nanometr˚ u. Kromˇe tˇechto nanoˇc´ astic byly pˇripraveny i nanoˇcástice niklu, kobaltu, mˇedi a zlata. N´ asleduj´ıc´ı elektrochemick´ a metoda byla vyvinuta v devadesát´ ych letech minulého stolet´ı a umoˇzn ˇuje pˇripravit nanoˇca´stice poˇzadované velikosti ve velkém mˇeˇr´ıtku. Mechanizmus zahrnuje: i. ii. iii. iv. v.

rozpuˇstˇen´ı anody za vzniku iont˚ u kovu (napˇr´ıklad oxidace Pd na Pd2+ ), migraci iont˚ u kovu ke katodˇe, redukci iont˚ u kovu na povrchu katody, agregaci ˇc´ astic stabilizovan´ ych amonn´ ymi ionty okolo kovov´ ych jader, vysr´ aˇzen´ı nanoˇc´ astic.

V´ yhoda elektrochemické redukce spoˇc´ıv´ a v zamezen´ı tvorby neˇzádouc´ıch vedlejˇs´ıch produkt˚ u, snadné izolace z roztoku a hlavnˇe moˇznosti kontrolovat velikost vznikl´ ych nanoˇc´ astic. Elektrochemické metody byly u ´spˇeˇsnˇe aplikov´ any, ˇc´ımˇz byly pˇripraveny nanoˇc´ astice nˇekter´ ych kov˚ u (napˇr´ıklad Pd, Ni, Co, Fe, Ti, Ag a Au) v mnoˇzstv´ı stovek miligram˚ u. Polymern´ı micely pouˇ z´ıvan´ e jako nanoreaktory pro pˇr´ıpravu nanoˇc´ astic mohou m´ıt rozliˇcn´ y tvar, napˇr´ıklad kulov´ y (viz obrázek 3) nebo tyˇcinkov´ y.

Obr´ azek 3: Jednotlivé kroky pˇri pˇr´ıpravˇe nanoˇc´ astic uvnitˇr micelárn´ıho nanoreaktoru

20



Jako redukˇcn´ı ˇcinidla se vˇetˇsinou pouˇz´ıvaj´ı H2 , NaBH4 , LiAlH4 , LiBEt3 H a hydrazin a lze s nimi pˇripravit nanoˇc´ astice kov˚ u (napˇr´ıklad Au, Co, Cu, Ni, Pb, Pd, Pt, Rh a Zn). Kromˇe toho lze pˇripravit i nanoˇcástice oxid˚ u a sulfid˚ u kov˚ u. Fyzik´ aln´ı metody Mnoho organokovov´ ych slouˇcenin je termicky rozloˇziteln´ ych na jejich nulmocné prvky. V literatuˇre jsou pops´ any napˇr´ıklad syntézy nanoˇcástic zlata a platiny. Fotochemick´ a syntéza nanoˇc´ astic m˚ uˇze b´ yt provedena bud’ redukc´ı soli pˇrechodného kovu redukˇcn´ım ˇcinidlem produkovan´ ym radiolyticky, nebo rozkladem organokovového komplexu radiol´ yzou. Bˇehem posledn´ıch dvaceti let byly prvn´ı z uveden´ ych moˇznost´ı pˇripraveny nanoˇca´stice tˇechto kov˚ u: Ag, Au, Ir, Pt, Pd a Cu. Druhou uvedenou metodou byly pˇripraveny nanoˇcástice zlata, stˇr´ıbra, platiny a palladia, pˇriˇcemˇz bylo zjiˇstˇeno, ˇze UV-Vis z´ aˇren´ı poskytuje menˇs´ı nanoˇc´ astice s malou relativn´ı smˇerodatnou odchylkou pr˚ umˇer˚ u. Velmi vysoké teploty (> 5000 K), tlak (> 20 MPa) a rychlost ochlazován´ı (> 107 K s−1 ), které jsou dosaˇzeny bˇehem p˚ usoben´ı ultrazvuku, dávaj´ı roztoku jedineˇcné vlastnosti. Tyto extrémn´ı podm´ınky byly pouˇzity pro pˇr´ıpravu nanoˇc´ astic zlata, ˇzeleza a dalˇs´ıch. Zahˇr´ıv´ an´ım nˇekter´ ych slouˇcenin kov˚ u mikrovln´ ym záˇren´ım lze z´ıskat nanoˇc´ astice s malou relativn´ı smˇerodatnou odchylkou pr˚ umˇer˚ u ˇcástic. T´ımto postupem byly z´ısk´ any napˇr´ıklad nanoˇc´ astice stˇr´ıbra, zlata a platiny. Hydroterm´ aln´ı syntéza se prov´ ad´ı v prostˇred´ı superkritické kapaliny, která slouˇz´ı jako rozpouˇstˇedlo. Zm´ınˇenou metodou byly mimo jiné pˇripraveny nanoˇc´ astice niklu, kobaltu a ˇzeleza. Pˇ r´ıprava bimetalick´ ych koloid˚ u Kromˇe bˇeˇzn´ ych nanoˇc´ astic lze pˇripravit i bimetalické koloidy, které jsou sloˇzeny ze dvou r˚ uzn´ ych kov˚ u. Uvedené koloidy ˇcasto vykazuj´ı lepˇs´ı aktivitu a selektivitu ve srovn´ an´ı s monometalick´ ymi ˇc´ asticemi, coˇz je zˇrejmˇe zp˚ usobeno synergismem mezi dvˇema kovy tvoˇr´ıc´ımi nanoˇc´ astici. Jednou z moˇznost´ı pˇr´ıpravy bimetalick´ ych koloid˚ u je souˇcasná redukce kovov´ ych prekurzor˚ u. Princip této syntetické metody je stejn´ y jako ten, kter´ ym jsou pˇripravov´ any monometalické nanoˇc´ astice. Kovové prekurzory jsou redukov´ any za pˇr´ıtomnosti stabilizuj´ıc´ıho ˇcinidla, aby se pˇredeˇslo agregaci, za vzniku ˇc´ astic. Pro pˇr´ıpravu bimetalick´ ych nanoˇc´ astic bylo testováno mnoho synte-

21



tick´ ych metod, napˇr´ıklad byly pˇripraveny bimetalické nanoˇcástice tˇechto kov˚ u: Fe/Pt, Pd/Pt, Au/Pd, Pt/Rh, Pt/Ru, Pd/Ru a Ag/Pd. Dalˇs´ı moˇznost´ı je postupn´ a redukce sol´ı pˇrechodn´ ych kov˚ u, která je nejvhodnˇejˇs´ı metodou pro syntézu bimetalick´ ych koloid˚ u. Uvedenou metodou byly pˇripraveny r˚ uzné bimetalické nanoˇc´ astice kov˚ u (napˇr´ıklad Au/Ag, Au/Cu, Au/Pt a Au/Pd). K pˇr´ıpravˇe bimetalick´ ych nanoˇc´ astic elektrochemickou redukc´ı je potˇreba cela se dvˇema kovov´ ymi anodami. Zm´ınˇenou metodou je moˇzné mimo jiné pˇripravit bimetalické nanoˇc´ astice tˇechto kov˚ u: Pd/Ni, Fe/Co a Fe/Ni. V pˇr´ıpadˇe mˇedi, platiny, rhodia, ruthenia a molybdenu, které jsou anodicky ménˇe rozpustné, jsou pˇr´ısluˇsné soli redukov´ any na katodˇe. Z fyzik´ aln´ıch metod se nejˇcastˇeji pouˇz´ıv´ a redukce ultrazvukem. Nanoˇcástice zlata/palladia byly pˇripraveny stejn´ ym zp˚ usobem, jako byly pˇripraveny monometalické ˇc´ astice. R˚ ust z´ arodku nanoˇ c´ astice Metoda r˚ ustu z´ arodku nanoˇc´ astice je dalˇs´ı populárn´ı technika uˇz´ıvaná po stalet´ı. V souˇcasné dobˇe je moˇzné pˇripravit nanoˇc´ astice s pr˚ umˇerem v rozsahu 5 aˇz 40 nm (obvykle je relativn´ı smˇerodatn´ a odchylka pr˚ umˇer˚ u ˇcástic od 10 do 15 %). Zvˇetˇsov´ an´ı nanoˇc´ astic krok po kroku je u ´ˇcinnˇejˇs´ı neˇz jednokroková metoda r˚ ustu z´ arodku nanoˇc´ astice, protoˇze se zabr´ an´ı sekundárn´ı nukleaci. Synt´ eza nanoˇ c´ astic oxid˚ u Kromˇe pˇr´ıpravy nanoˇc´ astic kov˚ u lze samozˇrejmˇe z´ıskat i nanoˇcástice jejich oxid˚ u, jejichˇz vyuˇzit´ı ale nen´ı tak ˇsiroké, jako v pˇr´ıpadˇe samotn´ ych kov˚ u. Syntézu je moˇzné prov´ adˇet bud’ ve vodn´ ych roztoc´ıch, ve kter´ ych se jako redukˇcn´ı ˇcinidlo pouˇz´ıv´ a hydrazin nebo hydroxylamin. Za tˇechto podm´ınek byly pˇripraveny nanoˇc´ astice nˇekter´ ych oxid˚ u (napˇr´ıklad VO2 , Cr2 O3 , Mn2 O3 , NiO a Fe3 O4 ). Dalˇs´ı moˇznost´ı je redukce v nevodném prostˇred´ı, která je vˇsak ménˇe pouˇz´ıvan´ a.

Stabilizace nanoˇ c´ astic Jednou z hlavn´ıch charakteristik koloidn´ıch ˇc´ astic je jejich malá velikost. Bohuˇzel jsou tyto kovové nanoˇc´ astice nest´ alé z d˚ uvodu agregace, coˇz vede ke vzniku hrudek. Ve vˇetˇsinˇe pˇr´ıpad˚ u m´ a agregace za následek ztrátu vlastnost´ı spojovan´ ych s koloidn´ım stavem tˇechto nanoˇc´ astic. Napˇr´ıklad koagulace bˇehem katal´ yzy vede k podstatné ztr´ atˇe katalytické aktivity. O stabilitˇe koloid˚ u a

22



nanoklastr˚ u uˇz bylo naps´ ano nˇekolik obecn´ ych ˇcl´ ank˚ u. Stabilizace nanoklastru je obvykle dˇelena na elektrostatickou a stérickou stabilizaci (viz obrázek 4 ).

Obr´ azek 4: a) elektrostatick´ a stabilizace, b) stérická stabilizace koloid˚ u kov˚ u

Dalˇs´ı moˇznost´ı je definovat ˇctyˇri typy stabilizaˇcn´ıch mechanism˚ u, jimiˇz jsou: i. ii. iii. iv.

elektrostatick´ a stabilizace povrchovˇe adsorbovan´ ymi anionty, stérick´ a stabilizace pˇr´ıtomnost´ı velk´ ych funkˇcn´ıch skupin, kombinace tˇechto dvou mechanism˚ u s elektrostérickou stabilizac´ı, stabilizace ligandem nebo rozpouˇstˇedlem.

Elektrostatick´ a stabilizace Iontové slouˇceniny, jako jsou halogenidy, karboxyláty nebo polyoxoanionty rozpuˇstˇené v roztoku (vˇetˇsinou vodném), mohou zp˚ usobovat elektrostatickou stabilizaci. Adsorpce tˇechto slouˇcenin a jejich odpov´ıdaj´ıc´ı protiionty na povrchu kovu vytvoˇr´ı elektrickou dvojvrstvu okolo ˇc´ astic, coˇz vyvolá elektrostatickou repulzi mezi ˇc´ asticemi. Pokud je elektrick´ y potenciál dvojvrstvy dostateˇcnˇe velk´ y, potom elektrostatick´ a repulze zabraˇ nuje agregaci ˇcástic. Koloidn´ı suspenze stabilizované elektrostatickou repulz´ı jsou velmi citlivé na jakékoliv vlivy, které ruˇs´ı dvojvrstvu, jako je tˇreba iontová s´ıla nebo teplota, takˇze kontrola tˇechto parametr˚ u je nezbytn´ a pro zajiˇstˇen´ı u ´ˇcinné stabilizace koloidu. ´ cinnost elektrostatické stabilizace lze jednoduˇse zjistit zmˇenou iontové s´ıly Uˇ roztoku, coˇz lze napˇr´ıklad doc´ılit pˇrid´ av´ an´ım soli. Pˇri vytvoˇren´ı takové iontové s´ıly roztoku, kter´ a rozruˇs´ı elektrostatickou repulzi, dojde k agregaci nanoˇcástic, kter´ a je doprov´ azena zmˇenou vlnové délky plasmonové rezonance. Tento test je vˇseobecnˇe rozˇs´ıˇren a kromˇe jiného slouˇz´ı i k potvrzen´ı zmˇeny elektrostatické stabilizace po modifikaci nanoˇc´ astic.

23



St´ erick´ a stabilizace Druh´ y zp˚ usob, jak mohou b´ yt koloidn´ı kovové ˇc´ astice ochránˇeny pˇred agregac´ı, je pouˇzit´ı makromolekul, jako jsou dendrimery, polymery, blokové kopolymery nebo oligomery, které kolem nanoˇc´ astic vytvoˇr´ı ochrannou vrstvu. V porovn´ an´ı s elektrostatickou stabilizac´ı, kter´ a je vˇetˇsinou pouˇz´ıvána ve vodném prostˇred´ı, m˚ uˇze b´ yt stérick´ a stabilizace pouˇzita jak v organické, tak ve vodné f´ azi. Elektrost´ erick´ a stabilizace Elektrostatick´ a a stérick´ a stabilizace byly spojeny z d˚ uvodu udrˇzen´ı kovov´ ych nanoˇc´ astic v roztoku. Jako stabiliz´ atory se pouˇz´ıvaj´ı jiˇz zm´ınˇené iontové detergenty nebo organokovy. Tyto slouˇceniny nesou jak polárn´ı funkˇcn´ı skupinu umoˇzn ˇuj´ıc´ı generovat elektrickou dvojvrstvu, tak lipofiln´ı ˇretˇezec poskytuj´ıc´ı stérickou repulzi. Stabilizace ligandem nebo rozpouˇ stˇ edlem Term´ın stabilizace ligandem“ byl vybr´ an proto, aby popsal pouˇzit´ı tra” diˇcn´ıch ligand˚ u ke stabilizaci koloid˚ u pˇrechodn´ ych kov˚ u. Tato stabilizace je umoˇznˇena koordinac´ı kovové nanoˇc´ astice s ligandy jako jsou napˇr´ıklad fosfiny, thioly a jejich deriv´ aty a aminy. Kromˇe toho bylo zjiˇstˇeno, ˇze nanoˇc´ astice mohou b´ yt stabilizovány samotn´ ymi molekulami rozpouˇstˇedla. V´ yhody stabilizace rozpouˇstˇedlem jsou: i. metoda je obecnˇe aplikovateln´ a na soli kov˚ u 4. aˇz 11. skupiny periodické tabulky, ii. metoda poskytuje neobvykle vysoké v´ ytˇeˇzky koloid˚ u kov˚ u, které jsou snadno izolovatelné jako pr´ aˇsky, iii. ˇc´ astice jsou témˇeˇr monodisperzn´ı, iv. syntéza je vhodn´ a pro nˇekolikagramovou pˇr´ıpravu a m˚ uˇze b´ yt snadno provedena i ve vˇetˇs´ım mˇeˇr´ıtku.

24

1 3Koresponden 0 0n Semin 0 0 Inspirovan 0 5 Chemickou Tematikou

Recommend Documents