1. Nanochemie Modul 3. Dezember 2010 Modulsponsor:

2. Inhaltsübersicht 1. Pyrophores Eisen 2. Ferrofluid 3. Flüssigkristalle 4. Goldrubinglas 5. Nanogold

3. 1. Pyrophores Eisen Spontane Oxidation von Eisen-Nanopartikeln

4. Spontane Verbrennung von Eisen-Nanopartikeln Quelle: Swiss Nano-Cube Pyrophore Eisen-Nanopartikel Detaillierte Informationen zum Thema sind in der Experimentieranleitung „Pyrophores Eisen“ zu finden.

6. Einführung Auflösen von Zucker in Wasser Wie kann man das Auflösen eines Zuckerwürfels im Tee beschleunigen?

7. Einführung Auflösen von Zucker in Wasser: Pulver löst sich schneller als grosse Kristalle. Nach 1 min Nach 3 min Vergleich: Kandis-Zucker mit Kristall-Zucker

9. Experimentelle Durchführung Video Pyrophores Eisen Video: Vorgehen bei der Herstellung von Pyrophorem Eisen www.swissnanocube.ch

10. Experimentelle Durchführung Sicherheitshinweise Schutzbrille, Labormantel, Handschuhe

12. Theoretische Grundlagen Kleiner Exkurs in die Biologie: Warum sind alle einzelligen Lebewesen so winzig? Einzeller, Quelle: Wikipedia

16. Theoretische Grundlagen Repetition: Oxidation/Verbrennung Was ist der Unterschied zwischen einer Oxidation und einer Verbrennung?

18. Theoretische Grundlagen Herstellung Pyrophores Eisen Herstellung Di-Ammoniumeisen(II)-Di-Oxalat 2 (NH 4 ) 2 C 2 O 4 + (NH 4 ) 2 Fe II (SO 4 ) 2 (NH 4 ) 2 Fe II (C 2 O 4 ) 2 + 2 (NH 4 ) 2 SO 4 Thermolytische Zersetzung: Herstellung der Eisen-Nanopartikel (NH 4 ) 2 Fe II (C 2 O 4 ) 2 Fe + CO + 3 CO 2 + 2 NH 3 + H 2 O Spontane Verbrennung der Eisen-Nanopartikel bei Raumtemperatur 4 Fe + 3 O 2 2 Fe III 2 O 3 RT + Δ T

20. 2. Ferrofluid Superparamagnetische Nanopartikel

21. Magnetische Flüssigkeiten mit erstaunlichen Eigenschaften Quelle: Swiss Nano-Cube Ferrofluid aus Magnetit-Nanopartikeln Detaillierte Informationen zum Thema sind in der Experimentieranleitung „Ferrofluid“ zu finden.

23. Einführung Video: Krebs bekämpfen mit Ferrofluiden Video Magforce www.magforce.de

24. Experimentelle Durchführung Video: Vorgehen bei der Herstellung eines Ferrofluids Video Ferrofluid www.swissnanocube.ch

25. Experimentelle Durchführung Sicherheitshinweise Schutzbrille, Labormantel, Handschuhe!

26. Theoretische Grundlagen Grundlagen Magnetismus: Magnetfeld Quelle: Swiss Nano-Cube Feldlinie Nordpol Südpol

32. Theoretische Grundlagen Flüssige Magnete Warum kann man nicht einfach Eisen schmelzen, um ein Ferrofluid zu erhalten?

34. Theoretische Grundlagen Flüssige Magnete Warum verklumpen die einzelnen magnetischen Nanopartikel nicht miteinander?

36. Theoretische Grundlagen Oberflächenfunktionalisierung Quelle: Swiss Nano-Cube

39. 3. Flüssigkristalle Ein Thermometer aus Flüssigkristallen

40. Thermotrope Flüssigkristalle ändern ihre Farbe in Abhängigkeit der Temperatur Quelle: Swiss Nano-Cube Flüssigkristall im Wasserbad Detaillierte Informationen zum Thema sind in der Experimentieranleitung „Flüssigkristalle“ zu finden.

43. Experimentelle Durchführung Video Flüssigkristalle Video: Vorgehen bei der Herstellung eines Flüssigkristall-Thermometers www.swissnanocube.ch

44. Experimentelle Durchführung Flüssigkristallthermometer bei Raumtemperatur Quelle: Swiss Nano-Cube

45. Experimentelle Durchführung Sicherheitshinweise Schutzbrille, Labormantel, Handschuhe

46. Theoretische Grundlagen Repetition: Wellen und sichtbares Licht Zu welcher Art von Wellen gehören Lichtwellen?

47. Theoretische Grundlagen Elektromagnetische Wellen Quelle: Swiss Nano-Cube 0.01 nm 1 nm 100 nm 400 nm 700 nm 1 cm 1 km sichtbares Licht

48. Theoretische Grundlagen Repetition: Wellen und sichtbares Licht Wie werden Lichtwellen charakterisiert?

49. Theoretische Grundlagen Repetition: Wellen und sichtbares Licht Quelle: Swiss Nano-Cube Wellenlänge sichtbares Licht: 400 nm bis 700 nm Wellenlänge λ Amplitude A

52. Theoretische Grundlagen Aufbau von „thermotropen“ Flüssigkristallen Helix/Pitch (Ganghöhe) Quelle: Swiss Nano-Cube Längsachse eines Moleküls Molekülebene im Flüssigkristall

54. Theoretische Grundlagen Die Wellenlänge von sichtbarem Licht liegt zwischen 400 und 700 nm und damit im Bereich der Ganghöhe der Helix von Flüssigkristallen!

56. Theoretische Grundlagen Flüssigkristalle und sichtbares Licht Quelle: Swiss Nano-Cube

59. 4. Goldrubinglas Glas färben mit Nanogold

60. Nanogold-Partikel erzeugen schillernde Farben in Glas. Quelle: Swiss Nano-Cube Goldrubinglas-Perlen aus der Mikrowelle Detaillierte Informationen zum Thema sind in der Experimentieranleitung „Goldrubinglas“ zu finden.

62. Einführung Mittelalterliche Kirchenfenster in der Kathedrale von Metz (Frankreich). Die kräftigen Rot- und Blautöne der Goldrubinglaser werden durch Gold-Kolloide im Glas hervorgerufen. Goldrubinglas im Mittelalter Früher wurde zur Herstellung von Goldrubinglas dem Glasausgangsgemisch fein verteiltes Goldpulver beigefügt.

63. Einführung Goldrubinglas im Mittelalter Früher wurde zur Herstellung von Goldrubinglas dem Glasausgangsgemisch fein verteiltes Goldpulver beigefügt.

65. Experimentelle Durchführung Herstellung des GST Elements Quellen: Swiss Nano-Cube GST Element T > 1000 °C Glasherstellung im Mikrowellenofen

66. Experimentelle Durchführung Sicherheitshinweise Schutzbrille, Labormantel, Handschuhe

67. Theoretische Grundlagen Reduktion von Goldchlorid mit Tri-Natriumcitrat Oxidation: [O 2 C +II - C +II OH-C 4 H 4 O 4 ] 3- [O C +II -C 4 H 4 O 4 ] 2- + H + + C +IV O 2 + 2 e - Reduktion: H Au +III Cl 3 + 2 e - Au +I Cl + 2 Cl - (3x) Disproportionierung 3 AuCl 3 C 5 H 4 O 5 2- 2 Au 0 + AuCl 3 Gesamt: 2 AuCl 3 + 3 C 6 H 5 O 7 3- 3 C 5 H 4 O 5 2- + 3 H + + CO 2 + 6 Cl - + 2 Au 0

68. Theoretische Grundlagen Quelle: Swiss Nano-Cube Elektromagnetische Wellen 0.01 nm 1 nm 100 nm 400 nm 700 nm 1 cm 1 km sichtbares Licht

70. Theoretische Grundlagen Quelle: Swiss Nano-Cube Oberflächen-Plasmonen-Resonanz

71. Theoretische Grundlagen Zusatzfrage Was kann in einem Mikrowellenofen erhitzt werden?

74. Theoretische Grundlagen Grafit-Suszeptor-Element: Mehr als 1000 °C in der Mikrowelle Quelle: Swiss Nano-Cube

75. 5. Nanogold Optische Eigenschaften von Gold in der Nanodimension

76. Nanogold-Partikel verändern ihre Farbe in Abhängigkeit ihrer Grösse Quelle: Swiss Nano-Cube Goldkolloide unterschiedlicher Grösse in wässriger Lösung Detaillierte Informationen zum Thema sind in der Experimentieranleitung „Nanogold“ zu finden.

78. Einführung Mittelalterliche Kirchenfenster in der Kathedrale von Metz (Frankreich). Die kràftigen Rot- und Blautöne der Goldrubinglaser werden durch Gold-Kolloide im Glas hervorgerufen. Goldrubinglas im Mittelalter Früher wurde zur Herstellung von Goldrubinglas dem Glasausgangsgemisch fein verteiltes Goldpulver beigefügt.

79. Einführung Goldrubinglas im Mittelalter Früher wurde zur Herstellung von Goldrubinglas dem Glasausgangsgemisch fein verteiltes Goldpulver beigefügt.

80. Experimentelle Durchführung Video: Vorgehen bei der Herstellung von Nanogoldpartikeln: Video Nanogold www.swissnanocube.ch

82. Experimentelle Durchführung Quellen: Swiss Nano-Cube wässrige Phase hydrophobe Phase

83. Experimentelle Durchführung Sicherheitshinweise Schutzbrille, Labormantel, Handschuhe

84. Theoretische Grundlagen Kolloide: Was ist der Unterschied zwischen einer Lösung und einer Dispersion?

85. Theoretische Grundlagen In einer Lösung sind alle Atome vollständig gelöst und von Molekülen des Lösungsmittels umgeben. In einer Dispersion sind „Kleinstpartikel“ (Nanopartikel) eines bestimmten Materials im Dispersionsmittel fein verteilt. Die Partikel bestehen aus mehr als nur einem Atom .

87. Theoretische Grundlagen Reduktion von Goldchlorid mit Tri-Natriumcitrat: Oxidation: [O 2 C +II - C +II OH-C 4 H 4 O 4 ] 3- [O C +II -C 4 H 4 O 4 ] 2- + H + + C +IV O 2 + 2 e - Reduktion: H Au +III Cl 3 + 2 e - Au +I Cl + 2 Cl - (3x) Disproportionierung: 3 AuCl 3 C 5 H 4 O 5 2- 2 Au 0 + AuCl 3 Gesamt: 2 AuCl 3 + 3 C 6 H 5 O 7 3- 3 C 5 H 4 O 5 2- + 3 H + + CO 2 + 6 Cl - + 2 Au 0

88. Theoretische Grundlagen Quelle: Swiss Nano-Cube Repetition: Elektromagnetische Wellen und Sichtbares Licht 0.01 nm 1 nm 100 nm 400 nm 700 nm 1 cm 1 km sichtbares Licht

90. Theoretische Grundlagen Quelle: Swiss Nano-Cube Optische Eigenschaften von Nanogold-Partikeln Oberflächen-Plasmonen-Resonanz

92. Theoretische Grundlagen Oberflächenfunktionalisierung Kaliumoleat (hydrophob) Citrat (hydrophob) Quellen: Swiss Nano-Cube -

93. Theoretische Grundlagen Anwendungen: Schwangerschaftstest Quelle: Swiss Nano-Cube