Geräte und Chemikalien:
1 mM Tetrachlorogoldsäure-Lösung, 15,5 mM Trinatriumtricitrat-Lösung, Schnappdeckelglas (3 mL) mit Deckel, 1 mL Spritze mit stumpfer Kanüle, 5 mL Spritze, Heizplatte mit Magnetrührfunktion, Magnetführfisch
Durchführung:
- In den Deckel des Schnappdeckelglases wird mittig ein Loch (d = 2 mm) gestochen.
- In das Schnappdeckelglas werden ein Rührfisch und 2 mL der Tetrachlorogoldsäure-Lösung vorgelegt und dieses mit dem Deckel verschlossen. Der Deckel dient dazu den Flüssigkeitsverlust bei dieser kleinen Menge zu reduzieren. Das gestanzte Loch sorgt für den Druckausgleich.
- Die Lösung wird nun unter Rühren auf der Heizplatte (T = 175 °C) zum Sieden gebracht.
- Sobald die Lösung gleichmäßig siedet, werden zu dieser 0,1 mL Trinatriumcitrat-Lösung mit Hilfe der Spritze über das Loch im Deckel hinzugegeben.
- Nun kann der Farbverlauf beobachtet werden – die Reaktion ist nach spätestens 2 Minuten beendet.
Bestrahlung von vorne braun (Reflexion) - Bestrahlung von hinten violett (Transmission)
Hinweis: Die Synthese der dichroitischen Gold-Nanopartikel erfordert sauberes Arbeiten mit frischen Lösungen. Kleinste Verschmutzungen und Konzentrationsabweichungen können das Ergebnis merklich beeinflussen. Bei Verunreinigungen/Abweichungen neigen die Partikel zur Aggregation was sich auf makroskopischer Ebene als bläuliche (Transmission) und gelb-bräunliche (Reflexion) Färbung der Lösung zeigt. Da der Dichroismus dennoch gut beobachtbar ist, eignen sich auch die "Fehlschläge" zur Diskussion im Unterricht.
Über diesen Versuchsaufbau lassen sich weitere Gold-Nanopartikel (und die daraus resultierende Farbe) synthetisieren in Abhängigkeit vom Molverhältnis und Volumina der Lösungen A und B
| Molverhältnis
A : B |
Farbe der Lösung |
Exakte Volumina |
Schulangepasst |
| 1 : 0,8 |
violett (Transmission)
braun (Reflexion) |
A = 2 mL
B = 0,103 mL |
A = 2 mL
B = 0,1 mL |
| 1 : 1 |
rot-violett
(schwacher Dichroismus) |
A = 2 mL
B = 0,129 mL |
A = 2 mL
B = 0,13 mL |
| 1 : 1,5 |
rot |
A = 2 mL
B = 0,194 mL |
A = 2 mL
B = 0,2 mL |
| 1 : 4 |
rot |
A = 2 mL
B* = 0,206 mL |
A = 2 mL
B* = 0,2 mL |
| Durch Zugabe von 0,25 M Natriumchlorid-Lösung (C) nach erfolgter Gold-Nanopartikel Synthese können diese außerdem zur Aggregation gezwungen werden: |
| 1 : 4 |
blau-schwarz |
A = 2 mL
B* = 0,206 mL
C = 0,2 mL |
A = 2 mL
B* = 0,2 mL
C = 0,2 mL |
A – Tetrachlorogoldsäure-Lösung (1 mM), B – Trinatriumcitrat-Lösung (15,5 mM), B* – Trinatriumcitrat-Lösung (38,75 mM), C – Natriumchlorid-Lösung (0,25 M)
Geräte und Chemikalien:
25 mM Silbernitrat-Lösung, 38,75 mM Trinatriumtricitrat-Lösung, 4,8 mM Ascorbinsäure-Lösung (frisch angesetzt), VE-Wasser, 0,1 M Natriumhydroxid-Lösung, Schnappdeckelglas (5 mL), 1 mL Spritze mit stumpfer Kanüle, 5 mL Spritze, Pipette, Heizplatte mit Magnetrührfunktion, Magnetführfisch
Durchführung:
- Im Schnappdeckelglas mit einem Rührfisch wird 0,5 mL der Ascorbinsäure-Lösung mit 0,3 mL der Trinatriumcitrat-Lösung und 3,2 mL VE-Wasser vorgelegt.
- Die Lösung wird mit 2 Tropfen Natriumhydroxid-Lösung auf den pH-Wert von ca. 10 eingestellt.
- Das Gemisch wird nun unter Rühren bei 30 °C für ca. 5 Minuten temperiert.
Hinweis: Dieser Schritt ist vernachlässigbar – die Synthese funktioniert auch bei Raumtemperatur.
- Anschließend werden 0,15 mL der Silbernitrat-Lösung hinzugegeben.
- Die Reaktion verläuft für die Synthese bei pH = 10 unmittelbar ab, sodass der Farbumschlag direkt beobachtbar ist.
Bestrahlung von vorne dunkelgrau-grün (Reflexion) - Bestrahlung von hinten orange-braun (Transmission)
Über diesen Versuchsaufbau lassen sich weitere Silber-Nanopartikel (und die daraus resultierende Farbe) synthetisieren in Abhängigkeit des pH-Wertes.
| pH-Wert |
Farbe der Lösung |
Exakte Werte |
Schulangepasst |
| 10 |
orange-braun (Transmission)
dunkelgrau-grün (Reflexion) |
A = 0,500 mL
B = 0,310 mL
C= 3,19 mL
D = 2 Tropfen
E = 0,160 mL |
A = 0,5 mL
B = 0,3 mL
C= 3,2 mL
D = 2 Tropfen
E = 0,15 mL |
| 7 |
gelb (Transmission)
hellgrau-grün (Reflexion) |
A = 0,500 mL
B = 0,310 mL
C= 3,19 mL
D = 0 Tropfen
E = 0,160 mL |
A = 0,5 mL
B = 0,3 mL
C= 3,2 mL
D = 0 Tropfen
E = 0,15 mL |
A – Ascorbinsäure-Lösung (4,8 mM), B – Trinatriumcitrat-Lösung (38,75 mM), C – demineralisiertes Wasser, D – Natriumhydroxid-Lösung (0,1 M), E – Silbernitrat-Lösung (25 mM)
pH-7: Bestrahlung von vorne hellgrau-grün (Reflexion) - Bestrahlung von hinten gelb (Transmission)
Die Farbe der Lösung verändert sich mit der Zeit minimal, da die Silber-Nanopartikel nach der erfolgreichen Synthese nachreifen.
Durch thermisches Zersetzen der Ascorbinsäure können Lösungen mit einer geringeren Silber-Nanopartikel Konzentration hergestellt werden. Dadurch nimmt der dichroitische Effekt auf makroskopischer Ebene ab – ein ähnliches Ergebnis lässt sich auch durch Verdünnung mit VE-Wasser erzielen. Die Verwendung von geringer konzentrierter Ascorbinsäure-Lösung führt in ähnlichen Zeiträumen nicht zu einem vergleichbaren Ergebnis - die Zerfallsprodukte bei der thermischen Zersetzung sind für die Synthese relevant.
Silber-Nanopartikel-Lösungen synthetisiert mit thermisch behandelter Ascorbinsäure-Lösung (gekocht bei 120°C, links nach rechts für 0 min - 15 min - 30 min - 45 min).