化学实验室实验:利用天竺葵叶合成银奈米粒子(Synthesi

2020-06-19  阅读 986 次

连结:利用天竺葵叶合成银奈米粒子[II]

教师手册(Teacher’s Guide)

教学提示

● 上课时间:教师实验解说:约20分钟,学生实验操作(含器材清洗):约40分钟,实验观察记录:约10分钟。学生回答问题(师生问题讨论或家庭作业):约20分钟。

● 在进行本实验时,学生可以透过视觉上的观感,了解到虽然金属银(如银镜反应)具有灰白色的金属光泽,但是当尺寸缩减至奈米级的尺度时,因表面电浆子共振吸收效应而呈现黄色,使学生对奈米粒子有更深刻的认知。

● 由于当氢氧化钾与蒸馏水接触时,会产生微量发烟并且发生放热的现象,因此教师应该提醒学生在配製洗涤液的过程必须多加小心。

● 由于硝酸银溶液接触到皮肤时使皮肤产生黑色污点,需要几天的时间才会自然脱落,因此教师应该提醒学生在使用时必须格外小心,戴乳胶手套和安全眼镜。

● 最好选用乾净的器具进行本实验,未曾使用过的器具更佳。如果无去离子水和超纯水,只使用蒸馏水,那幺本实验还是可以得到如预期的结果,只是无法持续几个星期之久。

● 本次实验的各种溶液浓度之配製和体积的量度不必过于精準也可以合成出黄色的银奈米溶液。

药品配製

● 0.001 M AgNO3溶液:取0.017 g的硝酸银(AgNO3)固体,置入一个乾净的100 mL的容量瓶(或锥形瓶)中,加入约50 mL的蒸馏水,摇晃促使硝酸银的颗粒完全溶解后,再稀释溶液至总体积100 mL。

观察记录样本

1. 观察并记录在银奈米粒子的合成过程中,反应溶液颜色的变化情形。

记录:原本天竺葵叶子的萃取液呈现淡黄绿色澄清状,在加入25 mL的0.001 M硝酸银溶液后呈现透明无色状。在加热过程中,约5分钟后溶液逐渐变成黄色,再过3~4分钟后变成橘色,接着渐渐变成棕红色,直到加热过程结束。银奈米粒子的合成过程之颜色变化,如图四的化学实验室实验:利用天竺葵叶合成银奈米粒子(Synthesi所示。

化学实验室实验:利用天竺葵叶合成银奈米粒子(Synthesi化学实验室实验:利用天竺葵叶合成银奈米粒子(Synthesi图四  合成过程中溶液的颜色变化由开始的无色到最后的红棕色

2. 观察并记录天竺葵叶萃取液及其加入食盐是否具有胶体溶液的廷得耳效应。

记录:天竺葵叶萃取液加入食盐颗粒后,溶液颜色并无任何改变,即使静置一段时间也是如此。再者,不论是否有加入食盐,两只试管以雷射笔的雷射光束检验均有廷得耳效应的现象,如图五所示。

化学实验室实验:利用天竺葵叶合成银奈米粒子(Synthesi

图五 加入食盐后的萃取液(左)和原萃取液(右)都具有廷得耳效应

3. 观察并记录在加入食盐颗到银奈米粒子溶液并溶解后,溶液颜色的变化情形。

记录:当加入食盐颗粒到银奈米粒子溶液后,溶液的颜色无明显变化。摇晃试管使食盐完全溶解后,溶液原本的红棕色会褪掉呈黄色,如图六所示。

化学实验室实验:利用天竺葵叶合成银奈米粒子(Synthesi

图六 加入食盐(左)和未加入食盐(右)的银奈米溶液颜色

4. 观察并记录银奈米溶液及其加入食盐后的廷得耳效应。

记录:银奈米溶液以雷射笔产生的雷射光束射入会产生一道光径,银奈米粒子溶液加入食盐后,以雷射光束照射也会产生一道光径,此二溶液都有廷得耳效应的产 生。加入食盐的银奈米粒子溶液在长久静置后,试管底部会出现淡黄色的沉澱物,上方的溶液为澄清状,再以雷射光束照射产生光径的强度变小,廷得耳效应降低。 如图七所示。

化学实验室实验:利用天竺葵叶合成银奈米粒子(Synthesi

图七 加入食盐并静置一段时间后变成无色溶液(左) 加食盐后为黄色溶液(中)和原银奈米溶液(右)之廷得耳效应

参考答案

1. 为何可以利用廷得耳效应来检测银奈米溶液?

答:因为胶体溶液的粒子直径在10-7 ~ 10-9 m之间,可分散光线,所以有廷得耳效应的产生。本次实验若有合成出奈米级的粒子(其粒子直径为10-9 m的尺度),则可以应用廷得耳效应做为简易的检验方法。

2. 天竺葵叶萃取液和银奈米粒子溶液都具有廷得耳效应,使用廷得耳效应作为银奈米粒子的鉴定是否不恰当?

答:天竺葵叶萃取液具有廷得耳效应,且加入食盐后的萃取液仍有廷得耳效应。然而,加入食盐到银奈米粒子溶液中,会破坏银奈米粒子的稳定性并使其发生沉澱, 以雷射光照射不具有或降低廷得耳效应。由于加入食盐到萃取液和银奈米粒子溶液的结果不同,因此用廷得耳效应作为银奈米粒子的鉴定并非不恰当。

3. 为何银奈米粒子溶液在加入食盐水溶液后会发生红棕色褪色现象?

答:银奈米粒子在水溶液中能够均匀分散的原因,是因为在溶液中的成分能提供银奈米粒子的外层有负电荷的保护层,而使奈米银粒子藉由负电荷的排斥力,而不相 互聚集在一起。然而,加入电解质食盐后在溶液中有解离的钠离子及氯离子产生,并且与负电荷层反应,使得负电荷的保护层消失,造成银奈米粒子相互聚集而沉澱 析出,使溶液发生褪色现象。溶液变成黄色的原因,可能是天竺葵叶萃取液原来的颜色,也可能是因为萃取液的成分在反应过程形成副产物并带有颜色。

参考资料和延伸阅读

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