Металлическое серебро издавна применялось человеком для изготовления поделок, украшений, монет, зеркал. Оно является самым сильным естественным антибиотиком из существующих на земле. Доказано, что серебро способно уничтожить более чем 650 видов бактерий, поэтому оно используется для уничтожения различных микроорганизмов на протяжении тысячелетий, что свидетельствует о его стабильном антибиотическом эффекте.
Цель работы
Использование реакции «серебряного зеркала» для синтеза частиц серебра и оценки их размера методами атомно-силовой спектроскопии.
Задачи
- систематизировать литературные данные по теме «Серебро»;
- отработать методику проведения реакции «серебряного зеркала» в разных условиях;
- отработать навыки работы на СЗМ «NANOEDUCATOR»;
- оценить размер полученных частиц серебра методом атомно-силовой спектроскопии.
Гипотеза: качество зеркал зависит от концентрации реагентов, используемых в их производстве.
В данной работе исследован процесс восстановления серебра в водных растворах с помощью глюкозы (реакция «серебряного зеркала») в разных условиях:
- изменение концентрации реагентов (нитрата серебра и глюкозы);
- изменение условий реакции:
а) нагревание на водяной бане
б) нагревание на спиртовке
- изменение pH раствора с помощью раствора аммиака.
Полученные частицы охарактеризованы методом атомно-силовой микроскопии на СЗМ NANOEDUCATOR.
Все опыты проводились в школьной лаборатории с соблюдением всех правил техники безопасности, в вытяжном шкафу! [9] Для синтеза использовали дистиллированную воду и реактивы квалификации «хч». Съёмки образцов проводились в лаборатории нано-технологий ГБОУ АО «Астраханский технический лицей».
В связи с быстрым ростом объемов синтеза наночастиц все более важной становится задача применения экологически безопасных реагентов. Так, весьма токсичен боргидрид натрия, широко применяемый для получения наночастиц благородных металлов. Такие реагенты, как глюкоза или аскорбиновая кислота, являются экологически безопасными и биологически совместимыми веществами, однако для синтеза наночастиц серебра использовались лишь в немногих работах. В частности, в работе синтезировали наночастицы серебра размером менее 10 нм при восстановлении D-глюкозой в присутствии крахмала с помощью микроволнового излучения. В работе была предложена методика получения сферических частиц серебра в автоклаве восстановлением глюкозой в щелочной среде с использованием ПВП при 180 0С. Были получены наночастицы серебра размером примерно 80 нм. В работе были получены частицы размером от 25 до 450 нм при восстановлении аммиачного комплекса серебра с помощью глюкозы, галактозы, мальтозы и лактозы при комнатной температуре, для активации восстановления использовали гидроксид натрия. [1, 2]
Таким образом, в описанных методиках применяются жесткие условия либо высокие концентрации ПАВ, образуются обычно крупные частицы, непригодные для использования в качестве зародышей [3, 4].
Сегодня актуален для химиков вопрос влияния различных факторов на получение требуемых наночастиц серебра, механизм их образования.
Изменение концентрации реагентов (нагревание на водяной бане)
Опыт 1. Реакция «серебряного зеркала», с концентрацией нитрата серебра (1 %) и глюкозы (1 %)
В пробирку, очищенную от жира промыванием хромовой смесью и затем водой, помещают 2 мл 1 % раствора нитрата серебра, приливают такой же объем 1 % раствора глюкозы и доводят рН до 8 с помощью раствора гидроксида аммония, опускают в раствор покровное стекло. Смесь медленно нагревают на водяной бане. При этом на стенках пробирки и образуется блестящее зеркало металлического серебра. Вынимают, покрытое налетом, покровное стекло, промывают водой и высушивают.
Опыт 2. Реакция «серебряного зеркала», с концентрацией нитрата серебра (1 %) и глюкозы (0.5 %) проводили аналогично опыту № 1
Опыт 3. Реакция «серебряного зеркала» при рН=11 (нагревание на спиртовке)
В чистую пробирку помещают 5 мл 0.005 М раствора нитрата серебра, приливают такое же объем раствора глюкозы (0.05М) и доводят рН до 11 с помощью раствора гидроксида аммония.
Опускают в раствор покровное стекло. Смесь медленно нагревают на спиртовке. При этом на стенках пробирки и образуется блестящее зеркало металлического серебра.
Вынимают, покрытое налетом, покровное стекло, промывают водой и высушивают.
Рис. 1. Реакция «серебряного зеркала»
Съемка АСМ
Покровные стекла с осажденными частицами серебра изучали методом атомно-силовой микроскопии. Съемки образцов проводились на СЗМ NANOEDUCATOR.
Рис. 2. Образец на столике для сканирования
Обсуждение результатов:
Опыт 1. Изменение концентрации реагентов (нагревание на водяной бане)
Опыт 2. Реакция «серебряного зеркала», с концентрацией нитрата серебра (1 %) и глюкозы (1 %)
Поверхность неоднородная и на ней расположены частицы (зёрна) серебра размером порядка 0,5–2 мкм.Частицы расположены неравномерно по поверхности, имеют высоты от 400–850нм.
Опыт 3. Реакция «серебряного зеркала», с концентрацией нитрата серебра (1 %) и глюкозы (0.5 %)
С уменьшением концентрации глюкозы в 2 раза можно заметить, что количество частиц уменьшилось. Разброс по размерам стал заметно меньше размер порядка 1 мкм, высоты практически не изменились.
Опыт 4. Реакция «серебряного зеркала» при рН=11
Более сформированные частицы, выросшие рядами высотой до 1 мкм; углубление канавки до 100 нм, размер зёрен серебра от 2–4 мкм; они расположены в одном направлении
Выводы
- В результате реакции «серебряного зеркала» при варьировании условий: концентрации, температуры, pH-среды удалось синтезировать разные по размерам частицы серебра в микро-диапазоне.
- Размеры частиц серебра были оценены методом атомно — силовой микроскопии на приборе Nanoeducator.
- Чтобы уменьшить размеры, получаемых частиц серебра нужно использовать более сильные эмульсии.
Литература:
1. Ершов Б. Г. Наночастицы металлов в водных растворах: электронные, оптические и каталитические свойства./ Ершов Б. Г.//Журнал российского химического общества им. Д. И. Менделеева. — 2001. — Т. XLV, № 3.- С.5–9.
2. Кузьмина Л. Н. Получение наночастиц серебра методом химического восстановления./ Л. Н. Кузьмина, Н. С. Звиденцова, Л.В Колесников// Журнал Российского химического общества им. Д. И. Менделеева. — 2007. — Т. XХХ, № 8. — С.7 -12.
3. Шабанова, Н. А. Химия и технология нанодисперсных систем. /Н. А. Шабанова, В. В. Попов, П. Д. Саркизов. — М.:ИКЦ «Академкнига»,
4. Воскресенский П. И. Техника лабораторных работ. — М.: Просвещение,1971- 421 с.
