Transcript Goldrubinglas PowerPoint-Präsentation

Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für
Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen
Goldrubinglas
Glas färben mit Nanogold
Modulsponsor:
Dieses Modul wurde mit freundlicher Unterstützung der
Metrohm Stiftung Herisau realisiert.
Datum:
September 2014
Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft
Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen
Tel. +41 (0) 71 278 02 04, [email protected]
www.swissnanocube.ch
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.
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Inhalt
 Einführung
 Experimentelle Durchführung

Materialien, Chemikalien, Vorgehen

Sicherheitshinweise
 Theoretische Grundlagen

Optische Eigenschaften von Nanogold-Partikeln

Mikrowellen

Grafit-Suszeptor-Element
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Einführung
Goldrubinglas im Mittelalter
Mittelalterliche Kirchenfenster in der
Kathedrale von Metz (Frankreich).
Die kräftigen Rot- und Blautöne der
Goldrubinglaser werden durch GoldKolloide im Glas hervorgerufen.
Früher wurde zur Herstellung von Goldrubinglas dem Glasausgangsgemisch
fein verteiltes Goldpulver beigefügt.
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Einführung
Goldrubinglas im Mittelalter
Früher wurde zur Herstellung von Goldrubinglas dem Glasausgangsgemisch
fein verteiltes Goldpulver beigefügt.
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Experimentelle Durchführung
Vorgehen bei der Herstellung von Goldrubinglas
 Glasausgangsgemisch vorbereiten:

Quarz

Borsäure

Calciumcarbonat, Lithiumcarbonat, Natriumcarbonat
 Ein „Körnchen“ Goldchlorid Aquat zugeben.
 Im Mörser zerkleinern und in einen Porzellantiegel geben.
 Tiegel im Grafit-Suszeptor-Technik Element (GST
Element) platzieren.
 Glasgemisch mit GST Element in der Mikrowelle erhitzen.
 5-10 min im Mikrowellenofen bei mehr als 1000 °C
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Experimentelle Durchführung
Herstellung des GST Elements
GST Element
Glasherstellung im Mikrowellenofen
T > 1000 °C
Quellen: Swiss Nano-Cube
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Experimentelle Durchführung
Sicherheitshinweise
Schutzbrille, Labormantel, Handschuhe
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Theoretische Grundlagen
Reduktion von Goldchlorid mit Tri-Natriumcitrat
Oxidation:
[O2C+II-C+IIOH-C4H4O4]3-
[OC+II-C4H4O4]2- + H+ + C+IVO2 + 2 e-
Reduktion:
HAu+IIICl3 + 2 e-
Au+ICl + 2 Cl- (3x)
Disproportionierung
3 AuCl
3 C5H4O52-
2 Au0 + AuCl3
Gesamt:
2 AuCl3 + 3 C6H5 O73-
3 C5H4O52- + 3 H+ + CO2 + 6 Cl- + 2 Au0
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Theoretische Grundlagen
Elektromagnetische Wellen
0.01 nm
1 nm
100 nm
400 nm
700 nm
1 cm
1 km
sichtbares Licht
Quelle: Swiss Nano-Cube
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Theoretische Grundlagen
Oberflächen-Plasmonen-Resonanz
 Bei Edelmetallen wie Gold beträgt die Eindringtiefe
elektromagnetischer Wellen ca. 1/4 bis 1/10 der
Wellenlänge.
 Nanopartikel mit einem Durchmesser von 20–30 nm
werden von sichtbarem Licht (400–700 nm) vollständig
durchdrungen.
 Anregung -> Elektrisches Wechselfeld -> Höheres Energieniveau
 Beim „Rückschwingen“ wird Energie in Form von Streulicht frei
 Absorption/Transmission der einfallenden Lichtwellen je
nach Grösse der Partikel.
 Partikel mit 20–30 nm Durchmesser absorbieren
vorwiegend kurzwelliges blaues Licht und transmittieren
rotes Licht. Sie erscheinen daher rot.
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Theoretische Grundlagen
Oberflächen-Plasmonen-Resonanz
Quelle: Swiss Nano-Cube
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Gallen
Theoretische Grundlagen
Zusatzfrage
Was kann in einem Mikrowellenofen
erhitzt werden?
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Theoretische Grundlagen
Flüssiges Wasser und hauchdünne Metall- oder Grafitschichten
können durch Mikrowellen angeregt werden.
Mikrowellen und flüssiges Wasser
 Mikrowellenofen: 2.45 GHz, 12 cm Wellenlänge.
 Anregung von Dipolmolekülen wie Wasser -> Moleküle
werden in Bewegung versetzt.
 Nur im flüssigen Zustand: Guter Ausgleich zwischen
Beweglichkeit der Moleküle und Dichte.
 Durch dichte Anordnung entsteht bei der Bewegung
Reibungswärme.
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Theoretische Grundlagen
Mikrowellen und Grafit
 Mikrowellenofen: 2.45 GHz, 12 cm Wellenlänge.
 Mikrowellen dringen nur einige Mikrometer tief in Grafit ein.
 Anregung von Elektronen an der Oberfläche des Grafit. Die
Elektronen beginnen zu schwingen.
 Bei sehr dünnen Grafitschichten können dabei sehr hohe
Temperaturen entstehen, so dass die Schicht verdampft
wird.
 Im GST Element liegt der Porzellantiegel so dicht auf der
dünnen Grafitschicht, dass diese zwar sehr heiss wird,
jedoch nicht verdampft.
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Theoretische Grundlagen
Grafit-Suszeptor-Element: Mehr als 1000 °C in der Mikrowelle
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