2009 aˇr ˇcn ro emin S ı ˇcn onden oresp K

2008/2009

roˇ cn´ık 7, s´ erie 1

Korespondenˇcn´ı Semináˇr Inspirovan´ y Chemickou Tematikou


24

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.

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 stabilizov´ any samotn´ ymi molekulami rozpouˇstˇedla. V´ yhody stabilizace rozpouˇstˇedlem jsou:

Stabilizace ligandem nebo rozpouˇ stˇ edlem

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 pol´ arn´ı funkˇcn´ı skupinu umoˇzn ˇuj´ıc´ı generovat elektrickou dvojvrstvu, tak lipofiln´ı ˇretˇezec poskytuj´ıc´ı stérickou repulzi.

Elektrost´ erick´ a stabilizace

Druh´ y zp˚ usob, jak mohou b´ yt koloidn´ı kovové ˇc´ astice ochr´ anˇeny 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.

St´ erick´ a stabilizace

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


1

V rámci tohoto semináˇre se zdokonal´ıte nejen v chemii samotné, ale i v mnoha dalˇs´ıch uˇziteˇcn´ ych schopnostech. Za vˇsechny jmenujme zlepˇsen´ı logického

Proˇ cˇ reˇ sit KSICHT?

Korespondenˇcn´ı semináˇr je soutˇeˇz, pˇri n´ıˇz si vy, ˇreˇsitelé KSICHTu, dopisujete s námi, 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 ˇctyˇrikr´ at zopakuje.

Jak KSICHT prob´ıh´ a?

Právˇe drˇz´ıte v rukou zadán´ı u ´loh Korespondenˇcn´ıho Semin´ aˇre Inspirovaného Chemickou Tematikou, KSICHTu. Uˇz sedm´ ym rokem pro v´ as, stˇredoˇskoláky, KSICHT pˇripravuj´ı studenti Pˇr´ırodovˇedecké fakulty Univerzity Karlovy, Vysoké ˇskoly chemicko-technologické a Pˇr´ırodovˇedecké fakulty Masarykovy univerzity. Semináˇr je podporov´ an v r´ amci Rozvojového projektu C102b/2008.

Mil´ı pˇ r´ıznivci chemie i ostatn´ıch pˇ r´ırodovˇ edn´ ych obor˚ u!

Pr´ avˇe se Vám do rukou dostal korespondenˇcn´ı semin´ aˇr, 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. Mnohokr´ at dˇekujeme. Pokud máte zájem, m˚ uˇzeme V´ am pos´ılat jednotlivé série pˇr´ımo do ˇskoly. Staˇc´ı, kdyˇz nám sdˇel´ıte adresu, na kterou m´ ame KSICHT pos´ılat. Zad´ an´ı KSICHTu bude zveˇrejˇ nováno 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 letáˇcek pros´ım vyvˇeste na viditelné m´ısto ve Vaˇs´ı ˇskole, aby si ho mohli prohlédnout vˇsichni studenti. Dˇekujeme.

V´ aˇ zen´ı vyuˇ cuj´ıc´ı chemie!



2

2 http://ksicht.natur.cuni.cz/odeslani-reseni

1 http://ksicht.natur.cuni.cz/prihlaska

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].

Jak se tedy m˚ uˇ zete st´ at ˇ reˇ siteli KSICHTu?

´ 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 pokraˇcov´ an´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´ eu ´ lohy na v´ as ˇ cekaj´ı?

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 n´ ami, 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 pl´ aˇst´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, sezn´ am´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.



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

23

Iontové slouˇceniny, jako jsou halogenidy, karboxyl´ aty 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 vyvol´ a elektrostatickou repulzi mezi ˇcásticemi. Pokud je elektrick´ y potenci´ al dvojvrstvy dostateˇcnˇe velk´ y, potom elektrostatick´ a repulze zabraˇ nuje agregaci ˇc´ astic. Koloidn´ı suspenze stabilizované elektrostatickou repulz´ı jsou velmi citlivé na jakékoliv vlivy, které ruˇs´ı dvojvrstvu, jako je tˇreba iontov´ a 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, která rozruˇs´ı elektrostatickou repulzi, dojde k agregaci nanoˇc´ astic, která je doprovázena 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.

Elektrostatick´ a stabilizace

i. ii. iii. iv.

Dalˇs´ı moˇznost´ı je definovat ˇctyˇri typy stabilizaˇcn´ıch mechanism˚ u, jimiˇz jsou:

Obrázek 4: a) elektrostatická stabilizace, b) stérick´ a stabilizace koloid˚ u kov˚ u

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



22

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 n´ asledek ztr´ atu 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

Stabilizace nanoˇ c´ astic

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, kter´ a je vˇsak ménˇe pouˇz´ıvan´ a.

Synt´ eza nanoˇ c´ astic oxid˚ u

Metoda r˚ ustu z´ arodku nanoˇc´ astice je dalˇs´ı popul´ arn´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 ˇc´ astic 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 sekund´ arn´ı nukleaci.

R˚ ust z´ arodku nanoˇ c´ astice

tick´ ych metod, napˇr´ıklad byly pˇripraveny bimetalické nanoˇc´ astice 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.



3

4 http://ksicht.natur.cuni.cz/akce-ksichtu

3 http://ksicht.natur.cuni.cz

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).

Term´ın odesl´ an´ı 1. s´ erie

Pozor, pozor! Zakrouˇzkujte si v kalend´ aˇri v´ıkend od 7. do 9. listopadu! Bude se konat jiˇz jedenáct´ y v´ıkendov´ y v´ ylet s KSICHTem. Tentokr´ at pojedeme do Chlumce nad Cidlinou. Pros´ıme potenci´ aln´ı z´ ajemce, aby se zaregistrovali na stránkách 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]. Aktu´ aln´ı informace naleznete na webov´ ych stránk´ ach KSICHTu.

V´ ylet s KSICHTem

Na webov´ ych stránkách KSICHTu3 naleznete broˇzurku ve form´ atu PDF a rovnˇeˇz aktuáln´ı informace o pˇripravovan´ ych akc´ıch. Pokud máte dotaz k u ´loze, m˚ uˇzete se zeptat pˇr´ımo autora na e-mailové adrese ve tvaru [email protected]. Jestliˇze m´ a u ´loha v´ıce autor˚ u, piˇste prvn´ımu uvedenému.

KSICHT na Internetu

Kaˇzdou u ´lohu vypracujte na zvl´ aˇstn´ı pap´ır (aspoˇ n form´ atu 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 spr´ avné nˇeco, co nelze pˇreˇc´ıst. V pˇr´ıpadˇe, ˇze pos´ıláte u ´lohy pˇres webov´ y formul´ aˇr, uloˇzte kaˇzdou u ´lohu do samostatného souboru typu PDF a nezapomeˇ nte v z´ ahlav´ı kaˇzdé str´ anky uvést svoje celé jméno, n´ azev a ˇc´ıslo u ´lohy! V´ıce informac´ı o elektronickém odes´ıl´ an´ı ˇreˇsen´ı naleznete pˇr´ımo na stránce 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 obrázky, 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 st´ at, ˇze za ˇ sen´ı strohou odpovˇed’ nem˚ uˇzeme d´ at témˇeˇr ˇz´ adné body, aˇckoli je spr´ avn´ a. Reˇ vypracovávejte samostatnˇe, nebot’ pˇri spoleˇcném ˇreˇsen´ı se spoluˇreˇsitelé podˇel´ı o z´ıskané body rovn´ ym d´ılem.



4

Honza Havl´ık

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 ide´ aln´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 n´ as 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 v´ as 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 n´ azvem Chemtris. Spr´ avn´ y chemik mus´ı vˇedˇet, kdy, co a v jakém poˇrad´ı m´ a 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 hr´ aˇc 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 jedin´ a pilulka a k ˇcemu bylo katolické c´ırkvi barvivo na marmel´ ady. Z u ´lohy n´ asleduj´ıc´ı v´ am 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 v´ as 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 zkoum´ an´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 pˇrihl´ asit na v´ ylet, tentokrát se sejdeme v Chlumci nad Cidlinou. Mˇejte se hezky. Za vˇsechny autory

´ Uvodn´ ıˇ cek



21

Kromˇe bˇeˇzn´ ych nanoˇcástic 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 srovnán´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 souˇcasn´ a redukce kovov´ ych prekurzor˚ u. Princip této syntetické metody je stejn´ y jako ten, kter´ ym jsou pˇripravovány monometalické nanoˇc´ astice. Kovové prekurzory jsou redukovány za pˇr´ıtomnosti stabilizuj´ıc´ıho ˇcinidla, aby se pˇredeˇslo agregaci, za vzniku ˇcástic. Pro pˇr´ıpravu bimetalick´ ych nanoˇc´ astic bylo testov´ ano mnoho synte-

Pˇ r´ıprava bimetalick´ ych koloid˚ u

Mnoho organokovov´ ych slouˇcenin je termicky rozloˇziteln´ ych na jejich nulmocné prvky. V literatuˇre jsou pops´ any napˇr´ıklad syntézy nanoˇc´ astic zlata a platiny. Fotochemická 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 nanoˇc´ astice zlata, stˇr´ıbra, platiny a palladia, pˇriˇcemˇz bylo zjiˇstˇeno, ˇze UV-Vis z´ aˇren´ı poskytuje menˇs´ı nanoˇcástice s malou relativn´ı smˇerodatnou odchylkou pr˚ umˇer˚ u. Velmi vysoké teploty (> 5000 K), tlak (> 20 MPa) a rychlost ochlazov´ an´ı (> 107 K s−1 ), které jsou dosaˇzeny bˇehem p˚ usoben´ı ultrazvuku, d´ avaj´ı roztoku jedineˇcné vlastnosti. Tyto extrémn´ı podm´ınky byly pouˇzity pro pˇr´ıpravu nanoˇcástic zlata, ˇzeleza a dalˇs´ıch. Zahˇr´ıván´ım nˇekter´ ych slouˇcenin kov˚ u mikrovln´ ym z´ aˇren´ım lze z´ıskat nanoˇcástice s malou relativn´ı smˇerodatnou odchylkou pr˚ umˇer˚ u ˇc´ astic. T´ımto postupem byly z´ıskány napˇr´ıklad nanoˇc´ astice stˇr´ıbra, zlata a platiny. Hydrotermáln´ı syntéza se prov´ ad´ı v prostˇred´ı superkritické kapaliny, kter´ a slouˇz´ı jako rozpouˇstˇedlo. Zm´ınˇenou metodou byly mimo jiné pˇripraveny nanoˇcástice niklu, kobaltu a ˇzeleza.

Fyzik´ aln´ı metody

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 nanoˇc´ astice oxid˚ u a sulfid˚ u kov˚ u.



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.

20

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

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 obr´ azek 3) nebo tyˇcinkov´ y.

i. ii. iii. iv. v.

Nˇekteré soli pˇrechodn´ ych kov˚ u mohou b´ yt redukov´ any 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´ıv´ any primárn´ı nebo sekund´ arn´ı alkoholy. Bˇehem redukce je alkohol oxidov´ an 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 nanoˇc´ astice 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 nanoˇc´ astice poˇzadované velikosti ve velkém mˇeˇr´ıtku. Mechanizmus zahrnuje:


5

4. Kter´ y ze souˇcasnˇe znám´ ych prvk˚ u m´ a nejvyˇsˇs´ı protonové ˇc´ıslo?

3. Dalˇs´ı kostiˇcka, která 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 známé 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.

2. Z hrac´ıch kamen˚ u sestavte zpˇet periodickou tabulku, nalepte ji na pap´ır a poˇslete nám ji zpˇet.

1. Doplˇ nte do kaˇzdého pol´ıˇcka chemtrisu odpov´ıdaj´ıc´ı prvek periodické tabulky.

Pravidla chemtrisu jsou následovn´ a: Hrac´ı kameny (pˇri hˇre je chemik ot´ aˇcel pouze v rovinˇe pap´ıru) jsou vytvoˇreny rozstˇr´ıh´ an´ım periodické tabulky, kter´ a neobsahovala lanthanoidy a aktinoidy a konˇcila prvkem 112 Uub.

V pˇr´ıloze máte v´ ysledek prohrané hry jednoho nezn´ amého 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.

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’.

´ Uloha ˇ c. 1: Chemtris ˇ Autoˇri: Ludˇek M´ıka a Pavel Rezanka

6 bod˚ u


Zad´ an´ı u ´loh 1. s´ erie 7. roˇ cn´ıku KSICHTu


7 bod˚ u


<4 4–12 12–45 > 45

suché polosuché polosladké sladké

6

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

Tabulka 1: Rozdˇelen´ı v´ın podle obsahu zbytkového cukru

obsah cukru [mg ml−1 ]

v´ıno

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).

1. Co je to vinn´ y k´ amen a proˇc ho m˚ uˇze obsahovat i v´ıno vyrobené z ˇcirého moˇstu?

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.

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.

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



19

Mezi nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ı metody pˇr´ıpravy nanoˇc´ astic patˇr´ı chemické metody, konkrétnˇe redukce. Pomoc´ı vhodn´ ych podm´ınek lze pˇripravit nanoˇc´ astice poˇzadovan´ ych tvar˚ u a velikost´ı. Redukce sol´ı pˇ rechodn´ ych kov˚ u v roztoku je nejv´ıce rozˇs´ıˇren´ a metoda pro pˇr´ıpravu koloidn´ıch suspenz´ı kov˚ u a je velmi jednoduch´ a na proveden´ı. Vznikaj´ı pˇri n´ı prakticky monodisperzn´ı nanoˇc´ astice v ˇr´ adovˇe gramov´ ych mnoˇzstv´ıch. Pro pˇr´ıpravu koloidn´ıch l´ atek jsou pouˇz´ıv´ ana r˚ uzn´ a redukˇcn´ı ˇcinidla, napˇr´ıklad hydridy a soli nebo dokonce oxidovateln´ a ˇcinidla jako jsou alkoholy. Klasick´ y Faraday˚ uv zp˚ usob je redukce tetrachlorozlatitanu citr´ atem 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 nanoˇcástic zlata. Pro svoji jednoduchost se stal obl´ıben´ ym i u ostatn´ıch nanotechnolog˚ u. Citrátov´ y anion m´ a ale tu nev´ yhodu, ˇze bˇehem redukce vznik´ a acetondikarboxylová kyselina, kter´ a ˇc´ asteˇcnˇe znemoˇzn ˇuje tvorbu dobˇre definovan´ ych ˇcástic. 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 deriv´ aty, organohlinité slouˇceniny, v´ınan draseln´ y, kyselina askorbov´ a 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). Nedávno 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 ˇcástic. Kromˇe v´ yˇse uveden´ ych hydrid˚ u a stabilizaˇcn´ıch ˇcinidel se pouˇz´ıvaj´ı mnohé dalˇs´ı.

Chemick´ e metody

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 popisov´ ano jako rozdˇelen´ı s malou variabilitou“. Pro pˇr´ıpravu nanoˇc´ astic s poˇzadovan´ ym ” rozdˇelen´ım se pouˇz´ıvá bud’ selektivn´ı separace, nebo selektivn´ı syntéza. Separaˇcn´ı metody zahrnuj´ı napˇr´ıklad chromatografii a ultracentrifugaci a poskytuj´ı monodisperzn´ı ˇcástice, 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, mol´ arn´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 nanoˇc´ astic, jako je elektrochemická redukce, term´ aln´ı rozklad a nebo rozklad ultrazvukem.



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.

18

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 redukov´ ana 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.

i. ii. iii. iv.

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:

Obr´ azek 2: Schematick´ a ilustrace preparativn´ıch metod kovov´ ych nanoˇcástic



7,2 22,7

7,4 23,4

7,6 24,1

7,8 24,7

8,0 25,5

8,2 26,1

7

7. Kter´ y ze zp˚ usob˚ u urˇcen´ı bodu ekvivalence z ot´ azky 6 je vhodn´ y pro vˇsechny druhy v´ına? Proˇc?

6. Dalˇs´ı d˚ uleˇzitou vlastnost´ı v´ına je kyselost, kter´ a se stanovuje alkalimetrickou titrac´ı. Liˇsil by se v´ ysledek, kdyby Adam bod ekvivalence urˇcoval fenolftaleinem a potenciometricky do pH 7? Pokud ano, jak?

5. Jakou metodou lze stanovit z´ aroveˇ n glukosu, fruktosu i sacharosu?

4. Touto metodou se ale nestanov´ı sacharosa, kter´ a m˚ uˇze ukazovat na pˇrislazován´ı ˇrepn´ ym cukrem. Proˇc? Jak se mus´ı postupovat, aby se touto metodou sacharosa stanovit dala?

3. Do jaké kategorie v´ıno spadalo, kdyˇz byla spotˇreba 7,7 ml roztoku manganistanu?

2. Napiˇste chemick´ y vzorec vylouˇcené sraˇzeniny, rovnici jej´ı reakce se s´ıranem ˇzelezit´ ym a rovnici titraˇcn´ı reakce.

Tabulka 2: Tabulka pro v´ ypoˇcet hmotnosti cukru

V0 [ml] m [mg]

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 :



8

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

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?

2. Indik´ atory pouˇz´ıv´ ame také pˇri komplexometrick´ ych titrac´ıch. Jako pˇr´ıklad m˚ uˇzeme uvést murexid. Chceme-li stanovit obsah v´ apn´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 miner´ aln´ı vodˇe v mg l−1 , pokud spotˇreby dvou titrac´ı ˇcinily 8,93 a 8,97 ml?

1. Ve volumetrické anal´ yze ˇcasto vyuˇz´ıv´ ame k urˇcen´ı bodu ekvivalence indik´ atory. Ke stanoven´ı obsahu hydrogenuhliˇcitan˚ u v miner´ aln´ı vodˇe odmˇern´ ym roztokem HCl m˚ uˇzeme vyuˇz´ıt napˇr´ıklad indik´ ator 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.

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.

ˇ ast A jako Analytika C´

´ 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.



17

i. mechanick´ ym dˇelen´ım kovov´ ych agreg´ at˚ u (fyzik´ aln´ı metoda) a ii. nukleac´ı a r˚ ustem zárodku“ (chemick´ a metoda). ” Fyzikáln´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 nanoˇc´ astic pˇridán´ım koloidn´ıch chrán´ıc´ıch ˇcinidel. Techniky odpaˇrov´ an´ı kovu poskytovaly chemik˚ um vˇsestrannou moˇznost pro produkci ˇsirokého rozsahu koloid˚ u kov˚ u na preparativn´ı laboratorn´ı ˇskále. Pouˇzit´ı techniky odpaˇrov´ an´ı kovu je ale omezeno, protoˇze je obt´ıˇzné z´ıskat ˇc´ astice poˇzadované velikosti.

Kovové nanoˇcástice mohou b´ yt pˇripraveny dvˇema hlavn´ımi metodami (viz obrázek 2):

Pˇ r´ıprava nanoˇ c´ astic kov˚ u

Chemická anal´ yza pohár˚ u uk´ azala, ˇze sklo obsahuje 73 % SiO2 , 14 % Na2 O a 7 % CaO, tedy sloˇzen´ı podobné modern´ım skl˚ um. Sklo poh´ ar˚ u vˇsak obsahuje malé mnoˇzstv´ı zlata (cca 40 ppm) a stˇr´ıbra (cca 300 ppm). Tyto kovy se ve skle nacházej´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 pohár˚ u a podobn´ ych artefakt˚ u ˇr´ımˇst´ı skl´ aˇri pouˇz´ıvali. V roce 1857 Faraday oznámil 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 pokraˇcov´ an´ım koloidn´ı chemie, musela poˇckat jeˇstˇe jedno stolet´ı. Z té doby poch´ az´ı v´ yrok laure´ ata 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 ˇr´ adech nanometr˚ u zdola nahoru“. Unik´ atn´ı elektrické vlastnosti tˇechto nanoˇc´ astic, ” stejnˇe jako jejich optické a fotofyzik´ aln´ı vlastnosti, jako je velikost´ı kontrolovaná plasmonová absorbance a fluorescence, umoˇzn ˇuj´ı ˇc´ astic´ım pˇred´ avat elektronické a fotonové signály.



16

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 poh´ aru. Je-li pozorován v odraˇzeném svˇetle, napˇr. denn´ım, je zelen´ y (viz obr´ azek 1 vlevo). Je-li vˇsak zdroj svˇetla um´ıstˇen dovnitˇr poh´ aru, poh´ ar je ˇcerven´ y (viz obr´ azek 1 vpravo).

Obr´ azek 1: Lykurgovy poh´ ary

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) poch´ azej´ıc´ı asi ze 4. stolet´ı naˇseho letopoˇctu, které se nach´ azej´ı v Britském muzeu v Lond´ ynˇe.

Historie

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 seri´ alu oˇcek´ avat? 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 pops´ ano i vyuˇzit´ı nanoˇc´ astic. A tˇreˇsniˇckou na dortu bude moˇznost pˇripravit si na závˇereˇcném soustˇredˇen´ı vlastn´ı nanoˇc´ astice!

Slovo u ´ vodem

ˇ Autor: Pavel Rezanka

Seri´ al – Nanoˇ c´ astice I



1 2,0 0,0 0,3

2 2,0 0,1 0,2

3 2,0 0,3 0,0

1 0,160

2 0,266

3 0,478

9

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, kter´ a toto barvivo vyuˇz´ıvala k barven´ı rouch sv´ ych hodnost´ aˇr˚ u. Dnes se toto barvivo pouˇz´ıv´ a v potravináˇrstv´ı k pˇribarvov´ an´ı napˇr. jogurt˚ u a marmel´ ad. Zaj´ımavé je, ˇze takto obarvenou marmel´ adu odm´ıtaj´ı konzumovat vegetari´ ani. O jaké pˇr´ırodn´ı barvivo se jedná a z ˇceho se z´ısk´ av´ a?

5. V analytickém odd´ılu jsme se zm´ınili o murexidu. Jeho n´ azev 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.

ˇ ast B jako Barvy, laky, aneb pojd’me se ponoˇ C´ rit do v´ıru kr´ asn´ ych l´ atek a obraz˚ u.

Roztok ˇ c. Absorbance

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. Roztok vzorku [ml] Roztok standardu [ml] Hexan [ml]

rozhodli spektrofotometricky zjistit, kolik lykopenu obsahuje rajsk´ y protlak. Odváˇzili jste proto 5,0 g protlaku, pˇridali k nˇemu 10 ml acetonu, ve kterém se lykopen nerozpouˇst´ı, a smˇes zfiltrovali. Filtraˇcn´ı kol´ aˇc jste potom extrahovali hexanem a z´ıskan´ y extrakt (20 ml) jste vysuˇsili chloridem vápenat´ ym. Vˇedomi si toho, ˇze ˇcist´ y lykopen se ve ˇskoln´ı laboratoˇri bˇeˇznˇe nepovaluje a nav´ıc je to l´ atka velmi drah´ a, rozhodli jste se jako standard pouˇz´ıt kapsli lykopenu, kter´ a se prod´ av´ a v lék´ arnˇe 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 n´ asleduj´ıc´ı tabulky.



10

11. Pˇri vylupov´ an´ı vlaˇssk´ ych oˇrech˚ u ze zelen´ ych skoˇr´ apek n´ am 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. Co zp˚ usobuje zmˇenu barvy list˚ u na podzim?

9. Co zp˚ usobuje, ˇze je tmavé pivo tmavé? Ve které ˇc´ asti v´ yroby se liˇs´ı od svˇetlého piva?

ˇ ast C jako Co se jinam neveˇ C´ slo, ale mus´ıme se zeptat.

8. Mal´ıˇrˇst´ı mistˇri minul´ ych stolet´ıch pouˇz´ıvali jako b´ılou barvu jistou nejmenovanou slouˇceninu. Po nˇekolika stolet´ıch se zd´ a, ˇze barva zˇsedla. Proˇc? O kterou slouˇceninu jde?

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´ısk´ avala 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?



15

16. Jednou z látek, která 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. Jaké jsou hlavn´ı neˇzádouc´ı u ´ˇcinky cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ]? Uved’te alespoˇ n dva.

14. Kter´ y orgán se nejv´ıce pod´ıl´ı na odbour´ av´ an´ı cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ] v tˇele?

Jako kaˇzdé léˇcivo má ale cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ] i neˇz´ adouc´ı u ´ˇcinky – a je jich pomˇernˇe hodnˇe. Tud´ıˇz se chemici snaˇz´ı syntetizovat jiné, podobné l´ atky ale s ménˇe neˇzádouc´ımi u ´ˇcinky.

13. Zd˚ uvodnˇete, proˇc geometrick´ y izomer l´ atky cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ] nem´ a stejn´ y u ´ˇcinek.

12. Na základˇe 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.

11. Rovnˇeˇz byly popsány i adukty s adeninem pˇres N7 a s cytosinem nebo uracilem pˇres N3. Napiˇste i jejich vzorce.

10. Napiˇste vzorec reaktivn´ıho aquakomplexu, kter´ y v tˇele z cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ] vzniká ˇcásteˇcnou hydrol´ yzou, a poté napiˇste strukturn´ı vzorec jeho komplexu s dvˇema guaninov´ ymi zbytky, které se v´ aˇz´ı pˇres N7.

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 váˇze na guaninové zbytky DNA/RNA, jeˇz spoj´ı.

9. Podobn´ y protinádorov´ y u ´ˇcinek jako naˇse l´ atka m´ a i tzv. karboplatina cis-[Pt(NH3 )2 (CBDCA)] – (CBDCA = cyklobutan-1,1-dikarboxylov´ a kyselina). Napiˇste jej´ı strukturn´ı vzorec a n´ azev a navrhnˇete jej´ı pˇr´ıpravu z cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ].

8. Proˇc se pˇri syntéze vyuˇz´ıv´ a jodid draseln´ y a proˇc mus´ı b´ yt v nadbytku?

7. Napiˇste strukturn´ı vzorce meziprodukt˚ u A aˇz D a vyˇc´ıslete rovnice prob´ıhaj´ıc´ıch dˇej˚ u.


17 bod˚ u


+NH

+NH

+2 AgNO3

14

D −−−−−−−−−→ cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ]

KCl, nadbytek

−2 AgI

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

KI, nadbytek

K syntéze naˇseho cytostatika byl vyvinut postup, kter´ y ilustruje následuj´ıc´ı reakˇcn´ı schéma:

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?

5. Je cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ] paramagnetick´ y nebo diamagnetick´ y komplex?

4. Pod jak´ ym n´ azvem se s cis-[Pt(NH3 )2 Cl2 ] nejˇcasteji setk´ ame?

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?

2. Jak´ y je geometrick´ y tvar naˇseho komplexu a proˇc tomu tak je?

1. Nakreslete strukturn´ı vzorec této l´ atky a jej´ıho geometrického izomeru.

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.

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.

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


11

Vzpom´ınáte si na pokus s plastovou lahv´ı, kter´ y jsem pˇredv´ adˇel minule?“ ” ptá se Flagg. Pokud ano, mám pro v´ as pˇripravené pokraˇcov´ an´ı,“ ˇr´ık´ a a vyta” huje plastovou láhev o objemu 1, 5 l a nalije do n´ı docela dost tekutého dus´ıku, asi tak kolem 1300 ml. Láhev pevnˇe uzavˇre, trochu pˇridrzle se usmˇeje a rychle odhod´ı nádobu z nejbliˇzˇs´ıho okna do dvora (pˇriˇcemˇz si d´ av´ a z´ aleˇzet, aby doletˇela co nejdál od jeho laboratoˇre). A neˇz se pˇrekvapen´ı pˇriprav´ı, uk´ aˇzeme si ” pokus, kterému se ˇr´ıká Hrneˇcku vaˇr.“ Flagg vezme svou polystyrenovou n´ adobu s dus´ıkem, pˇresune se s n´ı k umyvadlu a napust´ı do nˇej trochu teplé vody a nechá vodu stále pomalu pˇrikap´ avat. A potom do umyvadla zaˇcne pˇrid´ avat

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 reálné?

4. Po bliˇzˇs´ım zkoumán´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?

3. Bude tento jev intenzivnˇejˇs´ı, pokud dus´ık dopadne na studenˇejˇs´ı, nebo na teplejˇs´ı podloˇzku? Svou odpovˇed’ zd˚ uvodnˇete.

2. Z bˇeˇzného ˇzivota tento jev zn´ ate urˇcitˇe taky. Pˇri jaké situaci jej lze pozorovat?

1. Jak je moˇzné, ˇze se kapiˇcky dus´ıku neodpaˇr´ı, kdyˇz se setkaj´ı se stolem, kter´ y je urˇcitˇe o pár set stupˇ n˚ u teplejˇs´ı, neˇz je teplota varu dus´ıku? A j´ a dodávám, abyste se pokusili tento jev vysvˇetlit a napsali jméno vˇedce, po kterém je pojemenován.

Ale skonˇc´ıme s u ´vody, protoˇze za velk´ ym pˇredv´ adˇec´ım stolem se uˇz vynoˇruje Flagg a v ruce m´ a polystyrenovou nádobu 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 m´ a 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 ptá:

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.

13 bod˚ u


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


12

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. 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?

A nyn´ı pˇrijde zlat´ y hˇreb dneˇsn´ıho pˇredstaven´ı – pˇredvedu v´ am 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.

11. Jak´ y je d˚ uvod rotace a vznesen´ı m´ıˇcku?

10. Z jakého d˚ uvodu se m´ıˇcek napln´ı dus´ıkem, pˇrestoˇze je naplnˇen vzduchem a je v nˇem pouze miniaturn´ı otvor?

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.

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 l´ ahvi uvaˇzujte kolem 220 K.

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´ın´ aˇckem 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.

7. Bude d´ ymu v´ıc, pokud bude pˇrikap´ avat voda studenˇejˇs´ı, nebo teplejˇs´ı?

13

A t´ım naˇse velká show s tekut´ ym dus´ıkem konˇc´ı a j´ a douf´ am, ˇze se v´ am ” l´ıbila,“ pov´ıdá Flagg. Chrstne zbytek dus´ıku do umyvadla s vodou a zmiz´ı v husté mlze.

18. A na závˇer jeˇstˇe otázka ekonomického charakteru. Pokuste se zjistit, kolik zaplat´ıme za jeden litr tekutého dus´ıku a srovnejte tuto hodnotu s cenou nˇejakého klasického nápoje.

17. Vˇsimli jsme si, ˇze bˇehem pokusu Flagg st´ ale pˇriléval tekut´ y dus´ık. Proˇc tak ˇcinil?

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? Pˇredpokl´ adejte, ˇze se pokus provád´ı se supravodiˇcem zm´ınˇen´ ym v pˇredchoz´ı ot´ azce.

15. Jak´ y je v souˇcasnosti nejlépe dostupn´ y vysokoteplotn´ı supravodiˇc? Uved’te vzorec této látky.


6. Zkuste vymyslet, jaké sloˇzen´ı m´ a ona mlha a vysvˇetlete, proˇc to tak je.


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.


dus´ık a zaj´ımav´ a ˇc´ ast pokusu zaˇc´ın´ a – z umyvadla se zved´ a hust´ a, 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.


2009 aˇr ˇcn ro emin S ı ˇcn onden oresp K

Recommend Documents