koresponden cn semin a r inspirovany chemickou...

Korespondencn Seminar Inspirovany Chemickou Tematikou

rocnk 7, serie 1

2008/2009

rocnk 7, serie 1 Korespondencn Seminar Inspirovany Chemickou Tematikou

Korespondencn seminar probha pod zastitouPrrodovedecke fakulty Univerzity KarlovyHlavova 2030128 43 Praha 2

Vazen vyucujc chemie!

Prave se Vam do rukou dostal korespondencn seminar, ktery muze pomociVasim studentum k vetsmu zajmu o chemii prostrednictvm zajmavych ulohi odbornych soustreden. Predejte jim prosm zadan KSICHTu. Mnohokratdekujeme.

Pokud mate zajem, muzeme Vam poslat jednotlive serie prmo do skoly.Stac, kdyz nam sdelte adresu, na kterou mame KSICHT poslat. ZadanKSICHTu bude zverejnovano i na Internetu. Mate-li k nemu prstup, muzetevyuzt i tento zpusob. Ulohy muzete pouzt naprklad ke zpestren vyuky nebojako inspiraci.

Prilozeny letacek prosm vyveste na viditelne msto ve Vas skole, aby si homohli prohlednout vsichni studenti. Dekujeme.

Mil prznivci chemie i ostatnch prrodovednych oboru!

Prave drzte v rukou zadan uloh Korespondencnho Seminare Inspirova-neho Chemickou Tematikou, KSICHTu. Uz sedmym rokem pro vas, stredo-skolaky, KSICHT pripravuj studenti Prrodovedecke fakulty Univerzity Kar-lovy, Vysoke skoly chemicko-technologicke a Prrodovedecke fakulty Masary-kovy univerzity. Seminar je podporovan v ramci Rozvojoveho projektu C10-2b/2008.

Jak KSICHT probha?

Korespondencn seminar je soutez, pri nz si vy, resitele KSICHTu, dopi-sujete s nami, autory, a naopak. Vy nam poslete resen zadanych uloh, myvse opravme, ohodnotme a zasleme vam je zpatky s prilozenym autorskymresenm a peti ulohami nove serie. To vsechno se za cely skoln rok ctyrikratzopakuje.

Proc resit KSICHT?

V ramci tohoto seminare se zdokonalte nejen v chemii samotne, ale i v mno-ha dalsch uzitecnych schopnostech. Za vsechny jmenujme zlepsen logickeho

1

Korespondencn Seminar Inspirovany Chemickou Tematikou rocnk 7, serie 1

myslen, schopnosti vyhledavat informace, trdit je a zarazovat je do kontextu.Ackoli to zn mozna hrozive, nebojte, ono to pujde vlastne samo.

Na vyletech se muzete seznamit s dalsmi resiteli KSICHTu a nami, autory,studenty vysokych skol. Mate sanci rozsrit si sve obzory, ale taky se bavit auzt si. Uvidte, ze chemici nejsou suchari v blych plastch.

Na konci skolnho roku poradame na Prrodovedecke fakulte UK odbornesoustreden, kde si vyzkouste praci v laboratori, seznamte se s modernmiprstroji a poslechnete si zajmave prednasky. Pro nejleps resitele jsou pripra-veny hodnotne ceny!

Od letosnho akademickeho roku se nam navc podarilo zajistit promjenprijmacch zkousek do chemickych (a nekterych dalsch) studijnch oboruna Prrodovedecke fakulte UK. Bez prijmac zkousky budou prijati resite-le, kter ve skolnm roce 2007/2008 zskali alespon 50 % z celkoveho poctu bodunebo ve skolnm roce 2008/2009 v 1.3. serii zskaj alespon 50 % z celkovehopoctu bodu za tyto serie.

Jake ulohy na vas cekaj?

Ulohy se tykaj ruznych odvetv chemie a snazme se, aby si v nich kazdyz vas prisel na sve. Jsou tu ulozky hrave i prave lahudky, jejichz vyresen uzda praci. Nechceme jen suse proverovat vase znalosti, procvicte si i chemickoulogiku a v experimentaln uloze prokazete tez svou chemickou zrucnost. Pokudnezvladnete vyresit vsechny ulohy, vubec to nevad, byli bychom moc radi,kdybyste si z resen uloh odnesli nejen poucen, ale hlavne abyste se pri resenKSICHTu dobre bavili. Jak se nam nase snazen dar, to uz muste posouditsami.

KSICHT vam prinas s kazdou seri i serial, cten na pokracovan. V letos-nm rocnku zarazujeme na vase pran serial o nanocasticch. Dozvte se spoustuzajmavych a uzitecnych informac, ktere pak muzete pouzt nejen pri resenuloh KSICHTu, ale i pri dalsm studiu chemie.

Jak se tedy muzete stat resiteli KSICHTu?

Nen nic jednodussho! Stac se jen zaregistrovat1 na nasich webovych stran-kach. Resen nam pote muzete poslat bud klasicky na adresu KSICHT,Prrodovedecka fakulta Univerzity Karlovy, Hlavova 2030, 128 43Praha 2 nebo elektronicky pres webovy formular2 jako soubory typu PDF.

V prpade jakycholiv dotazu ci nejasnost se na nas prosm kdykoliv obrattee-mailem [email protected].

1http://ksicht.natur.cuni.cz/prihlaska2http://ksicht.natur.cuni.cz/odeslani-reseni

2


Kazdou ulohu vypracujte na zvlastn papr (aspon formatu A5, mens kusypapru maj totiz tendenci se ztracet), uvedte svoje cele jmeno, nazev a csloulohy! Resen piste citelne, vezte, ze nemuzeme povazovat za spravne neco, conelze precst.

V prpade, ze poslate ulohy pres webovy formular, ulozte kazdou ulohu dosamostatneho souboru typu PDF a nezapomente v zahlav kazde stranky uvestsvoje cele jmeno, nazev a cslo ulohy! Vce informac o elektronickem odeslanresen naleznete prmo na strance s formularem. Neposlejte nam prosm naske-novana resen, nebot jsou casto velice spatne citelna. Vyjimkou jsou nakreslenea naskenovane obrazky, ktere pripojte k resen napsanemu na poctaci.

Do resen take piste vsechny vase postupy, kterymi jste dospeli k vysledku,nebot i ty bodujeme. Uvedte radeji vce nez mene, protoze se muze stat, ze zastrohou odpoved nemuzeme dat temer zadne body, ackoli je spravna. Resenvypracovavejte samostatne, nebot pri spolecnem resen se spoluresitele podelo zskane body rovnym dlem.

KSICHT na Internetu

Na webovych strankach KSICHTu3 naleznete brozurku ve formatu PDF arovnez aktualn informace o pripravovanych akcch.

Pokud mate dotaz k uloze, muzete se zeptat prmo autora na e-mailoveadrese ve tvaru [email protected]. Jestlize ma uloha vceautoru, piste prvnmu uvedenemu.

Vylet s KSICHTem

Pozor, pozor! Zakrouzkujte si v kalendari vkend od 7. do 9. listopadu!Bude se konat jiz jedenacty vkendovy vylet s KSICHTem. Tentokrat poje-

deme do Chlumce nad Cidlinou. Prosme potencialn zajemce, aby se zaregis-trovali na strankach KSICHTu4 do 27. rjna. Zaregistrujte se vsak co nejdrve,pocet mst je omezen! Jakekoli zvdave dotazy tykajc se vyletu piste Michalovina e-mailovou adresu [email protected]. Aktualn informacenaleznete na webovych strankach KSICHTu.

Termn odeslan 1. serie

Serie bude ukoncena 3. listopadu 2008. Vyresene ulohy je treba odeslatnejpozdeji v tento den (rozhoduje datum postovnho raztka ci cas na serveruKSICHTu).

3http://ksicht.natur.cuni.cz4http://ksicht.natur.cuni.cz/akce-ksichtu

3


Uvodncek

Mil ksichtaci!Prazdniny tradicne utekly rychleji nez ether z kadinky a nyn nastava ona

hors cast roku. Podzim, zima a jaro. Venku bude osklive, nastanou inverznsituace, bude padat mlha, smog a obcas i lide na neposypanych chodncch.Ve dne bude tma. V noci taky. Jednm slovem idealn obdob pro pohodlneposezen u hrnku tepleho caje a cerstve brozurky KSICHTu. Jako motivacijsme pro vas navc letos pripravili novinku. Vsichni piln resitele KSICHTu,kter se letos budou hlasit na vysokou skolu, maj sanci od nas zskat exklu-zivn osvedcen o svedomitem resitelstv, dky nemuz jim budou odpusteny(letos znovu zavedene) prijmac zkousky na vybrane obory na PrF UK. Che-mie v prrodnch vedach je samozrejme jednm z nich. Az tedy budete nekdyv budoucnu lustit chemickou osmismerku a nekdo vas bude napomnat, zemate delat neco poradneho, muzete mu s klidem odpovedet, ze se svedomitepripravujete na prijmac zkousky. Jake ulohy vas tedy cekaj a neminou v tetoserii?

Pro zahrat po letn pauze vas ceka jako prvn uloha s nazvem Chemtris.Spravny chemik mus vedet, kdy, co a v jakem porad ma sypat do reakcnsmesi. Mohou mu k tomu byt napomocny kusy papru, tuzka, nuzky, bystrymozek a v prpadne nouze i hasic prstroj. Spravny hrac Tetrisu je na tom velmipodobne. Proc to tedy nezkusit zkombinovat. Zivot vsak nejsou pouze hry.Obcas je treba zatnout zuby a napt se i kyseleho vna. Dulezite je vsak umetspravne odhadnout situaci. Po nas uloze In vino veritas to bude brnkacka.Pred uvedenm tret ulohy bych se chtel omluvit vsem barvoslepym resitelumza snzeny pozitek z resen. Tato uloha je totiz cela toc kolem barev. Dozvte sev n naprklad, kolik rajcatoveho protlaku ukryva jedina pilulka a k cemu bylokatolicke crkvi barvivo na marmelady. Z ulohy nasledujc vam pak nejspsezamrzne usmev na rtech. Je totiz jednm slovem cool. I k fyzice nzkych teplotsi lze totiz vybudovat vrele city. Na zaver jsme si vas dovolili trosku potrapitkoordinacn chemi. Pokud si nejste zcela jisti, co ze to presne slovo koordinacnznamena, budete mt prlezitost to zjistit behem zkouman tajemstv anorga-nickych cytostatik. Tradicne je take zarazen serial, letos na tema nanocastice,a kresleny zajcek chemik.

Zcela nakonec snad uz jen poprat hodne trpelivosti s resenm a mnohoprjemnych chvil s KSICHTem. A nezapomente se prihlasit na vylet, tentokratse sejdeme v Chlumci nad Cidlinou. Mejte se hezky. Za vsechny autory

Honza Havlk

4


Zadan uloh 1. serie 7. rocnku KSICHTu

Uloha c. 1: Chemtris 6 boduAutori: Ludek Mka a Pavel Rezanka

Kazdy mus znat hru Tetris, snad jen mimozemstanu spadnuvsmu pravez Venuse nebudou dlky slozene ze 4 kosticek nic rkat. Tato pomerne stara hrase dockala mnoha predelavek, od vybuchujcch kosticek az po zazdvan Lemku.Chemicke ztvarnen vsak na svet prichaz az ted.

V prloze mate vysledek prohrane hry jednoho neznameho chemika. Ac jeto chemik velice sikovny, hran her mu moc nejde. Vsak se na to podvejte,nepodaril se mu zkompletovat ani jeden radek.

Pravidla chemtrisu jsou nasledovna: Hrac kameny (pri hre je chemik otacelpouze v rovine papru) jsou vytvoreny rozstrhanm periodicke tabulky, kteraneobsahovala lanthanoidy a aktinoidy a koncila prvkem 112Uub.

1. Doplnte do kazdeho polcka chemtrisu odpovdajc prvek periodicke ta-bulky.

2. Z hracch kamenu sestavte zpet periodickou tabulku, nalepte ji na papr aposlete nam ji zpet.

3. Dals kosticka, ktera mela prijt, je zobrazena pod textem NEXT. Mohlaby byt take vystrizena z periodicke tabulky, pokud bychom vzali do uvahyvsechny v soucasnosti zname prvky, tzn. nejen ty s protonovym cslem do112? Pokud ano, nakreslete tento hrac kamen pod sestavenou periodickoutabulku a doplnte do nej odpovdajc prvky. Pokud existuje vce resen,uvedte je vsechna.

4. Ktery ze soucasne znamych prvku ma nejvyss protonove cslo?

5


Uloha c. 2: In vino veritas 7 boduAutor: Jana Zikmundova

Adam, Borek a Cyril, spolubydlc na koleji, zacali oslavo-vat posledn slozenou zkousku semestru. Adam vytahl zakou-penou lahev vna. Nebyla zrovna nejlevnejs, ale prece nebu-deme pt krabicak, no ne? Vsichni si nalili poctivou mru anapili se. Adam predvedl ukazkovy skleb a Cyril se podezrvavepodval na lahev. Je to fakt polosuchy? Jen Borek si pochva-loval prjemne vyraznou kyselinku.

Odoln jedinci (Borek a Cyril) dopili lahev do dna. Do posledn sklenky alespolu s vnem nalili i nekolik cirych krystalku. Znalec vn Borek prohlasil, zeje to neskodny vinny kamen.

1. Co je to vinny kamen a proc ho muze obsahovat i vno vyrobene z cirehomostu?

Adam s napisem polosuche na etikete rozhodne nesouhlasil, a proto serozhodl sve nedopite vno prozkoumat. Jak zjistil, je mozne podle vyhlaskydelit vna podle obsahu cukru na sucha, polosucha. . . (viz tabulka 1).

vno obsah cukru [mg ml1]

suche < 4polosuche 412polosladke 1245

sladke > 45

Tabulka 1: Rozdelen vn podle obsahu zbytkoveho cukru

Pri stanoven cukru ve vne Adam postupoval podle stare normy, kterounasel v knihovne, a to nasledovne: 10,0 ml bleho vna nalil do 50ml odmernebanky a doplnil destilovanou vodou. Z takto pripraveneho roztoku odebralpipetou 20,0 ml, pridal 20 ml roztoku sranu mednateho a 20 ml alkalickehoroztoku vnanu draselno-sodneho. Tmave modry roztok varil presne 3 minutya pak ho prudce ochladil. Roztok pri varu zesvetlal a vyloucilo se trochu rezateslouceniny. Tu dekantoval, promyl a rozpustil v dostatecnem mnozstv roz-toku sranu zeleziteho okyseleneho kyselinou srovou. Roztok titroval roztokemmanganistanu draselneho o koncentraci 0, 019 mol dm3.

Reakce probhajc pri varu nen stechiometricka, a proto je v norme i ta-bulka (jej cast je v tabulce 2) udavajc zavislost hmotnosti invertnho cukru

6


m ve 20,0 ml vna zredeneho podle vyse uvedeneho postupu na spotrebe man-ganistanu draselneho V0 o koncentraci 0,020 mol dm3:

V0 [ml] 7,2 7,4 7,6 7,8 8,0 8,2m [mg] 22,7 23,4 24,1 24,7 25,5 26,1

Tabulka 2: Tabulka pro vypocet hmotnosti cukru

2. Napiste chemicky vzorec vyloucene srazeniny, rovnici jej reakce se sranemzelezitym a rovnici titracn reakce.

3. Do jake kategorie vno spadalo, kdyz byla spotreba 7,7 ml roztoku manga-nistanu?

4. Touto metodou se ale nestanov sacharosa, ktera muze ukazovat na prisla-zovan repnym cukrem. Proc? Jak se mus postupovat, aby se touto meto-dou sacharosa stanovit dala?

5. Jakou metodou lze stanovit zaroven glukosu, fruktosu i sacharosu?

6. Dals dulezitou vlastnost vna je kyselost, ktera se stanovuje alkalimet-rickou titrac. Lisil by se vysledek, kdyby Adam bod ekvivalence urcovalfenolftaleinem a potenciometricky do pH 7? Pokud ano, jak?

7. Ktery ze zpusobu urcen bodu ekvivalence z otazky 6 je vhodny pro vsechnydruhy vna? Proc?

7


Uloha c. 3: Barvy od A do C 10 boduAutori: Katerina Heczkova a Pavla Spacilova

Stest a duhu vidme vzdycky ne nad sebou, ale nadhlavami druhych (danske prslov). Duha lidi vzdyckyfascinovala. Stejne tak zmena barvy listu na podzimnebo blankytna barva nebe. Barvy. Jak by asi svet vy-padal, kdybychom je nevideli. V teto uloze nahlednemedo vyuzit barev v analyticke chemii i v umen a nako-

nec se treba pri dobrem pivu zamyslme nad zmenami barev, ktere se kolem nasvyskytuj takrka bezne. Takze hura letem svetem do sveta barev.

Cast A jako Analytika

V analyticke chemii jsou barevnost sloucenin a zmeny barev pri chemickychreakcch velmi dulezite. Barvy jsou vyuzvany v kvalitativnch analytickych me-todach, ale ani kvantitativn metody by se bez nich neobesly. Zacneme analyzouvolumetrickou, tedy titrac.

1. Ve volumetricke analyze casto vyuzvame k urcen bodu ekvivalence in-dikatory. Ke stanoven obsahu hydrogenuhlicitanu v mineraln vode od-mernym roztokem HCl muzeme vyuzt naprklad indikator tashiro. Na-kreslete jeho vzorec. K jakym barevnym prechodum bude pri titraci natento indikator dochazet? Obecne popiste, co zpusobuje zmenu barevnostiu acidobazickych indikatoru.

2. Indikatory pouzvame take pri komplexometrickych titracch. Jako prkladmuzeme uvest murexid. Chceme-li stanovit obsah vapnku v jiz zmnenemineraln vode, muzeme postupovat nasledovne. Do titracn banky odpi-petujeme 15,00 ml vzorku a pridame 3 ml roztoku NaOH (1 mol dm3) amurexid. Titrujeme roztokem chelatonu 3 (0,0100 mol dm3). Jak se zmenbarva roztoku v bodu ekvivalence? Proc se vubec barva zmen? Proc doroztoku pridavame NaOH? Jaky je obsah Ca2+ v mineraln vode v mg l1,pokud spotreby dvou titrac cinily 8,93 a 8,97 ml?

3. Barvu ma v nazvu i jedna z dalsch kvantitativnch metod kolorimetrie.Na jakem principu je kolorimetrie zalozena? Jake dva prstupy k merenmuzeme v kolorimetrii vyuzt?

4. Nektera prrodn barviva mohou mt blahodarne ucinky na lidsky orga-nismus, predevsm jako prevence ruznych onemocnen. Prkladem muzebyt lykopen (C40H56), cervene barvivo rajcat. Predstavte si, ze jste se

8


rozhodli spektrofotometricky zjistit, kolik lykopenu obsahuje rajsky pro-tlak. Odvazili jste proto 5,0 g protlaku, pridali k nemu 10 ml acetonu,ve kterem se lykopen nerozpoust, a smes zfiltrovali. Filtracn kolac jstepotom extrahovali hexanem a zskany extrakt (20 ml) jste vysusili chlo-ridem vapenatym. Vedomi si toho, ze cisty lykopen se ve skoln labo-ratori bezne nepovaluje a navc je to latka velmi draha, rozhodli jste sejako standard pouzt kapsli lykopenu, ktera se prodava v lekarne jakopotravinovy doplnek. Takova kapsle dle vyrobce obsahuje 167 mg lyko-penu. Standardn roztok lykopenu jste pripravili tak, ze jste obsah kapslepripomnajc mazut rozpustili v hexanu a vznikly roztok (10,0 ml) zfiltro-vali. Do zkumavky s 2,0 ml hexanu jste potom odpipetovali 1,0 ml roztokupripraveneho z kapsle a vznikly roztok 100 zredili. Pak jste si pripravili trizkumavky, do kterych jste napipetovali roztoky podle nasledujc tabulky.

Roztok c. 1 2 3Roztok vzorku [ml] 2,0 2,0 2,0Roztok standardu [ml] 0,0 0,1 0,3Hexan [ml] 0,3 0,2 0,0

Pak uz stacilo odpipetovat 0,5 ml prslusneho roztoku do kyvety a zmeritabsorbanci na spektrofotometru Spekol pri 502 nm. Vysledky shrnuje dalstabulka. Kolik lykopenu obsahuje 1 kg rajcatoveho protlaku?

Roztok c. 1 2 3Absorbance 0,160 0,266 0,478

Cast B jako Barvy, laky, aneb pojdme se ponorit do vru krasnychlatek a obrazu.

5. V analytickem oddlu jsme se zmnili o murexidu. Jeho nazev souviss vyrazem Murex, jenz se zase vaze k jistemu barvivu. Co je Murex ao jake barvivo jde? Napiste i jeho vzorec.

6. Dals zajmave barvivo se v Evrope objevilo az po objeven Ameriky.Jeho nejvetsm odberatelem byla zprvu katolicka crkev, ktera toto barvivovyuzvala k barven rouch svych hodnostaru. Dnes se toto barvivo pouzvav potravinarstv k pribarvovan napr. jogurtu a marmelad. Zajmave je,ze takto obarvenou marmeladu odmtaj konzumovat vegetariani. O jakeprrodn barvivo se jedna a z ceho se zskava?

9


7. Nejdrazs barvou stredoveku byla modra a nechat se vypodobnit v modremodevu si mohli dovolit opravdu jen ti nejbohats. Modr se zskavala z ma-terialu zvaneho lapis lazuli. Jake ma lapis lazuli chemicke slozen a jak senazyva barva, ktera se z nej pripravovala?

8. Malrst mistri minulych stoletch pouzvali jako blou barvu jistou nejme-novanou slouceninu. Po nekolika stoletch se zda, ze barva zsedla. Proc?O kterou slouceninu jde?

Cast C jako Co se jinam neveslo, ale musme se zeptat.

9. Co zpusobuje, ze je tmave pivo tmave? Ve ktere casti vyroby se lis odsvetleho piva?

10. Co zpusobuje zmenu barvy listu na podzim?

11. Pri vylupovan vlasskych orechu ze zelenych skorapek nam zhnednou ko-necky prstu. Jaka latka zpusobuje ono hnednut a jakym zpusobem se datato neprjemnost odstranit?

10


Uloha c. 4: N2 (l) reloaded Kapalny dusk II 13 boduAutori: Radek Matuska a Petra Havlkova

Pamatujete si na Flagga a jeho studene predstaven, cojsme videli minule? Jestli ano, jsem rad, a i kdyby ne, takdnes bude taky na co koukat. Na programu je ledova mlha,letajc mcek a levitace.

Ale skoncme s uvody, protoze za velkym predvadecmstolem se uz vynoruje Flagg a v ruce ma polystyrenovounadobu s tekutym duskem. Postav ji na stul a z nadoby sevylije trochu kapaliny. Jej kapicky behaj po stole a prestoze ma tekuty duskteplotu varu za normalnho tlaku kolem 196 C, neodpar se okamzite, alejeste chvli poletuj po stole, nez nam definitivne zmiz pred ocima. A Flagg septa:

1. Jak je mozne, ze se kapicky dusku neodpar, kdyz se setkaj se stolem,ktery je urcite o par set stupnu teplejs, nez je teplota varu dusku? A jadodavam, abyste se pokusili tento jev vysvetlit a napsali jmeno vedce, pokterem je pojemenovan.

2. Z bezneho zivota tento jev znate urcite taky. Pri jake situaci jej lze pozo-rovat?

3. Bude tento jev intenzivnejs, pokud dusk dopadne na studenejs, nebo nateplejs podlozku? Svou odpoved zduvodnete.

4. Po blizsm zkouman treba dospejeme k zaveru, ze se dusk vylil kvulitomu, ze lepe tece. Je to mozne vysvetlen? Z hodnoty jake veliciny takbudeme soudit?

5. Je nebezpecne se kolem nadoby s tekutym duskem pohybovat? Je moznese odparujcm plynem udusit? Pokud ne, co bychom museli udelat, abybylo udusen duskem realne?

Vzpomnate si na pokus s plastovou lahv, ktery jsem predvadel minule?pta se Flagg. Pokud ano, mam pro vas pripravene pokracovan, rka a vyta-huje plastovou lahev o objemu 1, 5 l a nalije do n docela dost tekuteho dusku,asi tak kolem 1300 ml. Lahev pevne uzavre, trochu pridrzle se usmeje a rychleodhod nadobu z nejblizsho okna do dvora (pricemz si dava zalezet, aby do-letela co nejdal od jeho laboratore). A nez se prekvapen priprav, ukazeme sipokus, kteremu se rka Hrnecku var. Flagg vezme svou polystyrenovou nadobus duskem, presune se s n k umyvadlu a napust do nej trochu teple vody anecha vodu stale pomalu prikapavat. A potom do umyvadla zacne pridavat

11


dusk a zajmava cast pokusu zacna z umyvadla se zveda husta, msty skoronepruhledna mlha, ktera se pomalu snas k zemi a Flagga, ktery ma z pokusu jako vzdy az detinskou radost, zahaluje skoro celeho.

6. Zkuste vymyslet, jake slozen ma ona mlha a vysvetlete, proc to tak je.

7. Bude dymu vc, pokud bude prikapavat voda studenejs, nebo teplejs?

Najednou se ze dvora ozve ohlusujc rana. Flagg, ktery jen pobavene sledujevydesene publikum, se uz pripravuje na dals pokus a vytahuje z kapsy sveholaboratornho plaste pingpongovy mcek, do ktereho pripnackem udela malyotvor. Vezme jej do laboratornch klest a ponor do tekuteho dusku. Chvli senic nedeje a pak Flagg vytahuje neporuseny mcek. Ale proti svetlu je videt, zeje asi do 1/3 objemu plny tekuteho dusku. Pust mcek na stul a ten najednouzacne prudce rotovat a mrne se vzese nad stul.

8. Rana na dvore byla samozrejme zpusobena lahv, v nz byl dusk. Vypoc-tejte tlak, ktery takto v lahvi teoreticky vznikne, pokud se vsechen duskvypar. Hustota kapalneho dusku je 804 kg m3. Teplotu v lahvi uvazujtekolem 220 K.

9. Lahev ale evidentne tlak nesnesla. Vypoctejte, pri jakem objemu vlitehotekuteho dusku uz plastova lahev nevydrz a pukne. Mez pevnosti polye-thylentereftalatu je = 13 MPa. Podmnky uvazujte stejne jako v predcho-zm prpade.

10. Z jakeho duvodu se mcek napln duskem, prestoze je naplnen vzduchema je v nem pouze miniaturn otvor?

11. Jaky je duvod rotace a vznesen mcku?

A nyn prijde zlaty hreb dnesnho predstaven predvedu vam opravdovoulevitaci, oznamuje nam Flagg. A uz si pokus pripravuje. Do ploche polysty-renve misky si vlije tekuty dusk a do nej umst jakysi sedocerny kotouc. Totoje vysokoteplotn supravodic, upozorn nas. Necha jej chvli v tekutem duskua pak vezme do klesticek neodymovy permanentn magnet a k uzasu vsechdivaku jej poloz neco malo pres centimetr nad supravodivy kotouc. Dokoncedo nej trochu strc a magnet zacne rotovat.

12. Jiste tuste, ze tento zazrak ma nejake logicke zduvodnen. Jak se tedyjmenuje jev, ktery nam byl predveden?

13. Co je to vlastne supravodic a jaky vyznam ma oznacen vysokoteplotn,kdyz jej stejne macme v tekutem dusku, ktery zrovna vysokou teplotunema?

12


14. Nakreslete priblizne grafy zavislost merneho odporu vysokoteplotnho anzkoteplotnho supravodice a vysvetlete, ktery z nich je vyhodnejs co setyce celkove prakticnosti provozu a pouzit.

15. Jaky je v soucasnosti nejlepe dostupny vysokoteplotn supravodic? Uvedtevzorec teto latky.

16. A nakonec se pokuste co nejstrucneji vysvetlit podstatu tohoto jevu (coto vlastne drz onen magnet ve vzduchu). Fungoval by jev, i kdybychommagnet priblzili z druhe strany supravodice? Predpokladejte, ze se pokusprovad se supravodicem zmnenym v predchoz otazce.

17. Vsimli jsme si, ze behem pokusu Flagg stale prileval tekuty dusk. Proctak cinil?

18. A na zaver jeste otazka ekonomickeho charakteru. Pokuste se zjistit, kolikzaplatme za jeden litr tekuteho dusku a srovnejte tuto hodnotu s cenounejakeho klasickeho napoje.

A tm nase velka show s tekutym duskem konc a ja doufam, ze se vamlbila, povda Flagg. Chrstne zbytek dusku do umyvadla s vodou a zmizv huste mlze.

13


Uloha c. 5: Anorganicke cytostatikum 17 boduAutor: Radek Matuska

V sedesatych letech minuleho stolet objevila sku-pina kolem Barnetta Rosenberga biologickou aktivituslouceniny, ktera zabranovala delen bunek bakterie Es-cherichia coli. Prestoze bylo zjisteno, ze bunka na-roste zhruba do trsetnasobku sve normaln velikosti, jejdelen selhava. Takovy ucinek se oznacuje jako cytosta-ticky. Byl to velky objev a v nekolika letech bylo vyvinutovelke mnozstv analogu teto slouceniny, ktere mely pro-tinadorovou aktivitu. Nebylo to vsak poprve, co se vedci

touto latkou zabyvali. Uz koncem 19. stolet se o ni z anorganickeho hlediskazajmal Alfred Werner, otec modern koordinacn chemie. A prave o teto slavne,i kdyz neprlis zname substanci bude nasledujc uloha.

Nase slavna sloucenina je obycejny cis-diammin-dichloroplatnaty komplex.A uz jenom k n se vztahuje spousta otazek a zajmavost.

1. Nakreslete strukturn vzorec teto latky a jejho geometrickeho izomeru.

2. Jaky je geometricky tvar naseho komplexu a proc tomu tak je?

3. [Pt(NH3)2Cl2] lze teoreticky pripravit dvema zpusoby. Prvnm je amo-nolyza nejakeho tetrachloroplatnatanu a druhym reakce nejake tetraam-minplatnate soli s chlorovodkem. Pouze jedna z techto reakc vsak vedek cis derivatu. Ktera z nich to je a proc tomu tak je?

4. Pod jakym nazvem se s cis-[Pt(NH3)2Cl2] nejcasteji setkame?

5. Je cis-[Pt(NH3)2Cl2] paramagneticky nebo diamagneticky komplex?

6. Jeste drv nez Wernerem byla nase latka pripravena v roce 1845 jednmfrancouzskym chemikem, po nemz dostala dokonce puvodn trivialn jme-no. O ktereho chemika se jedna a jak se cis-[Pt(NH3)2Cl2] jmenoval?

K synteze naseho cytostatika byl vyvinut postup, ktery ilustruje nasledujcreakcn schema:

K2[PtCl4]KI, nadbytek A +NH3 B +NH3 C +2 AgNO3

2 AgID

DKCl, nadbytek cis-[Pt(NH3)2Cl2]

14


7. Napiste strukturn vzorce meziproduktu A az D a vycslete rovnice prob-hajcch deju.

8. Proc se pri synteze vyuzva jodid draselny a proc mus byt v nadbytku?

9. Podobny protinadorovy ucinek jako nase latka ma i tzv. karboplatinacis-[Pt(NH3)2(CBDCA)] (CBDCA = cyklobutan-1,1-dikarboxylova ky-selina). Napiste jej strukturn vzorec a nazev a navrhnete jej prpravuz cis-[Pt(NH3)2Cl2].

Komplex cis-[Pt(NH3)2Cl2] ma podobny mechanismus ucinku jako tzv. al-kylacn cytostatika. V organismu castecne prechaz na reaktivn aquakomplex,ktery se vaze na guaninove zbytky DNA/RNA, jez spoj.

10. Napiste vzorec reaktivnho aquakomplexu, ktery v tele z cis-[Pt(NH3)2Cl2]vznika castecnou hydrolyzou, a pote napiste strukturn vzorec jeho kom-plexu s dvema guaninovymi zbytky, ktere se vaz pres N7.

11. Rovnez byly popsany i adukty s adeninem pres N7 a s cytosinem nebouracilem pres N3. Napiste i jejich vzorce.

12. Na zaklade vyse vyresenych struktur popiste celkovy mechanismus ucinkunaseho cytostatika. Zejmena se zamerte na jeho pusoben na strukturuDNA/RNA.

13. Zduvodnete, proc geometricky izomer latky cis-[Pt(NH3)2Cl2] nema stejnyucinek.

Jako kazde lecivo ma ale cis-[Pt(NH3)2Cl2] i nezadouc ucinky a je jichpomerne hodne. Tudz se chemici snaz syntetizovat jine, podobne latky ales mene nezadoucmi ucinky.

14. Ktery organ se nejvce podl na odbouravan cis-[Pt(NH3)2Cl2] v tele?

15. Jake jsou hlavn nezadouc ucinky cis-[Pt(NH3)2Cl2]? Uvedte alespon dva.

16. Jednou z latek, ktera je daleko mene toxicka, nez cis-[Pt(NH3)2Cl2] je jizzmneny cis-[Pt(NH3)2(CBDCA)]. Zkuste prijt na to, proc tomu tak je.

15


Serial Nanocastice IAutor: Pavel Rezanka

Slovo uvodem

Termn nano je cm dal tm vce sklonovan a nen proto divu, ze se dostali na stranky KSICHTu. Co tedy muzete od tohoto serialu ocekavat? V prvnmdlu to bude prprava a stabilizace nanocastic. Ve druhem dlu si povmeo charakterizaci nanocastic. Tret dl bude zameren na modifikaci nanocastica ve ctvrtem dlu bude krome tematicky zamerene ulohy popsano i vyuzitnanocastic. A tresnickou na dortu bude moznost pripravit si na zaverecnemsoustreden vlastn nanocastice!

Historie

Prvn zmnky o nanocasticch pochazej z pateho nebo ctvrteho stolet predn. l. z Egypta a Cny. Tehdy bylo objeveno rozpustne zlato, ktere bylopouzvano jak pro esteticke (vyroba rubnoveho skla, barven keramiky), takpro lecive ucely (srdecn a sexualn problemy, uplavice, epilepsie a nadory apro diagnozu syfilis).

Zname jsou tzv. Lykurgovy pohary (viz obrazek 1) pochazejc asi ze 4. sto-let naseho letopoctu, ktere se nachazej v Britskem muzeu v Londyne.

Obrazek 1: Lykurgovy pohary

Pohary a jim podobne artefakty se vyrabely v obdob Rmske rse. Jev,ktery nas zajma, spocva v neobvyklych barvach poharu. Je-li pozorovanv odrazenem svetle, napr. dennm, je zeleny (viz obrazek 1 vlevo). Je-li vsakzdroj svetla umsten dovnitr poharu, pohar je cerveny (viz obrazek 1 vpravo).

16


Chemicka analyza poharu ukazala, ze sklo obsahuje 73 % SiO2, 14 % Na2O a7 % CaO, tedy slozen podobne modernm sklum. Sklo poharu vsak obsahujemale mnozstv zlata (cca 40 ppm) a strbra (cca 300 ppm). Tyto kovy se veskle nachazej ve forme nanokrystalu o rozmeru cca 70 nm. Nanokrystaly jsouslitinou zlata a strbra v pomeru 3:7. Nen znamo, jakou technologii vyrobytechto poharu a podobnych artefaktu rmst sklari pouzvali.

V roce 1857 Faraday oznamil zskan koloidnho zlata redukc vodneho roz-toku tetrachlorozlatitanu. Termn koloid (z francouzskeho colle) byl vytvorenGrahamem v roce 1861. V tomto obdob byly take pripraveny dals koloidnkovy.

Na rozkvet si ale oblast nanotechnologie, ktera je pokracovanm koloidnchemie, musela pockat jeste jedno stolet. Z te doby pochaz vyrok laureataNobelovy ceny Richarda Feynmana: There is plenty of room at the bottom,kterym navrhl smer pro rychle se rozvjejc vedeckou oblast nanotechnolo-gie. Koncem 20. stolet uz umeli vedci manipulovat s atomy, molekulami aklastry na povrsch. Miniaturizace struktur konvencn a elektronovou litografidosahuje teoretickeho limitu kolem 50 nm. Pro dals minituarizaci musely bytvyvinuty alternativn metody. A tak vedci nasledujc Feynmanovu vizi pouziliatomy a molekuly jako stavebn jednotky pro kompletaci struktur v radechnanometru zdola nahoru. Unikatn elektricke vlastnosti techto nanocastic,stejne jako jejich opticke a fotofyzikaln vlastnosti, jako je velikost kontrolo-vana plasmonova absorbance a fluorescence, umoznuj casticm predavat elek-tronicke a fotonove signaly.

Prprava nanocastic kovu

Kovove nanocastice mohou byt pripraveny dvema hlavnmi metodami (vizobrazek 2):

i. mechanickym delenm kovovych agregatu (fyzikaln metoda) aii. nukleac a rustem zarodku (chemicka metoda).

Fyzikaln metody vedou k casticm, jejichz prumery maj velkou variabi-litu. Takto pripravene koloidn castice maj vetsinou prumer vets nez 10 nma nejsou reprodukovatelne pripravitelne. Castice je mozno pripravit naprkladmechanickym mletm hrudkovych materialu a stabilizac vzniklych nanocasticpridanm koloidnch chrancch cinidel. Techniky odparovan kovu poskytovalychemikum vsestrannou moznost pro produkci sirokeho rozsahu koloidu kovu napreparativn laboratorn skale. Pouzit techniky odparovan kovu je ale ome-zeno, protoze je obtzne zskat castice pozadovane velikosti.

17


Obrazek 2: Schematicka ilustrace preparativnch metod kovovych nanocastic

Metoda zdola nahoru je mnohem obvyklejs moznost prpravy nanocastic,umoznujc kontrolovat jejich velikost. V soucasne dobe jsou na nanocasticekladeny tyto pozadavky:

i. prumer od jednotek do destek nanometru,ii. dobre definovane slozen povrchu,

iii. reprodukovatelna synteza a vlastnosti,iv. izolovatelnost a moznost opetovneho rozpusten.

V soucasne dobe se pro prpravu nanocastic metodou zdola nahoru nejvcevyuzva chemicka nebo elektrochemicka redukce sol kovu a kontrolovany roz-klad metastabilnch organometalickych sloucenin. Ke kontrole rustu nanocastica k jejich ochrane pred agregac je pouzvano velke mnozstv stabilizatoru,naprklad donorove ligandy, polymery a detergenty. Prvn reprodukovatelnystandardn navod pro prpravu koloidu kovu publikoval Turkevich, ktery takenavrhl mechanismus pro tvorbu nanocastic zalozeny na nukleaci, rustu a agre-gaci, jenz je stale platny.

V pocatecnm stavu nukleace je sul kovu redukovana za vzniku atomu kovu.Ty se sraz s dalsmi ionty, atomy kovu nebo klastry a nevratne tvor zarodkystabilnho kovoveho jadra. Prumer zarodku by mel byt pod 1 nm v zavislostina sle kovovych vazeb a velikosti redoxnho potencialu soli kovu a na pouzitemredukcnm cinidle.

18


Koloidn kovy jsou obecne popisovane jako monodisperzn, pokud majsmerodatnou odchylku prumeru castic mens nez 15 % z prumerne hodnoty.Rozdelen prumeru s relativn smerodatnou odchylkou okolo 20 % je popisovanojako rozdelen s malou variabilitou. Pro prpravu nanocastic s pozadovanymrozdelenm se pouzva bud selektivn separace, nebo selektivn synteza.

Separacn metody zahrnuj naprklad chromatografii a ultracentrifugaci aposkytuj monodisperzn castice, ovsem pouze v radech miligramu.

Pri selektivn synteze, kterou jako prvn popsal Turkevich, je dulezitymfaktorem ovlivnujcm velikost castic sla kovove vazby, molarn pomer solikovu, stabilizacnho a redukcnho cinidla, stupen konverze, reakcn cas, teplotaa prpadne i tlak.

Krome toho lze take pouzt novejs metody selektivn prpravy nanocastic,jako je elektrochemicka redukce, termaln rozklad a nebo rozklad ultrazvukem.

Chemicke metody

Mezi nejpouzvanejs metody prpravy nanocastic patr chemicke metody,konkretne redukce. Pomoc vhodnych podmnek lze pripravit nanocastice po-zadovanych tvaru a velikost.

Redukce sol prechodnych kovu v roztoku je nejvce rozsrena me-toda pro prpravu koloidnch suspenz kovu a je velmi jednoducha na pro-veden. Vznikaj pri n prakticky monodisperzn nanocastice v radove gra-movych mnozstvch. Pro prpravu koloidnch latek jsou pouzvana ruzna re-dukcn cinidla, naprklad hydridy a soli nebo dokonce oxidovatelna cinidla jakojsou alkoholy.

Klasicky Faradayuv zpusob je redukce tetrachlorozlatitanu citratem sod-nym, kterym byly pripraveny nanocastice o prumeru asi 20 nm pouzvane prohistologicke aplikace. Turkevitch tento postup pouzil pro tvorbu a studiumnanocastic zlata. Pro svoji jednoduchost se stal oblbenym i u ostatnch na-notechnologu. Citratovy anion ma ale tu nevyhodu, ze behem redukce vznikaacetondikarboxylova kyselina, ktera castecne znemoznuje tvorbu dobre defino-vanych castic.

Nejpouzvanejs hydridy pro tvorbu nanocastic kovu jsou NaBH4 a KBH4.Mezi dals redukcn cinidla patr diboran, silany, hydrazin a jeho derivaty,organohlinite slouceniny, vnan draselny, kyselina askorbova a dals. Jako sta-bilizacn cinidla se pouzvaj detergenty nebo polymery rozpustne ve vode.Touto metodou mohou byt pripraveny nanocastice kovu (naprklad Cu, Pt,Pd, Ag a Au). Nedavno byly ke stabilizaci pouzity dendrimery, ktere umoznujstabilizovat vsechny vyse uvedene nanocastice a navc vedou ke vzniku temermonodisperznch castic. Krome vyse uvedenych hydridu a stabilizacnch cinidelse pouzvaj mnohe dals.

19


Nektere soli prechodnych kovu mohou byt redukovany ve vroucm etha-nolu, v nemz jsou prtomny stabilizacn latky. Pri tomto procesu je alkoholjak rozpoustedlem, tak redukcnm cinidlem. Vetsinou jsou pouzvany primarnnebo sekundarn alkoholy. Behem redukce je alkohol oxidovan na odpovdajckarbonylovou slouceninu.

Dals metodou prpravy nanocastic je odstranen ligandu z organoko-vovych sloucenin. Nektere nulmocne organokovove slouceniny mohou bytzmeneny na koloidn suspenzi kovu redukc nebo odstranenm ligandu. Napr-klad redukce nekterych organickych sloucenin platiny (Pt(dba)2) a palladia(Pd(dba)2) umoznuje pripravit nanocastice techto kovu o velkosti nekolika na-nometru. Krome techto nanocastic byly pripraveny i nanocastice niklu, kobaltu,medi a zlata.

Nasledujc elektrochemicka metoda byla vyvinuta v devadesatych le-tech minuleho stolet a umoznuje pripravit nanocastice pozadovane velikostive velkem mertku.

Mechanizmus zahrnuje:

i. rozpusten anody za vzniku iontu kovu (naprklad oxidace Pd na Pd2+),ii. migraci iontu kovu ke katode,

iii. redukci iontu kovu na povrchu katody,iv. agregaci castic stabilizovanych amonnymi ionty okolo kovovych jader,v. vysrazen nanocastic.

Vyhoda elektrochemicke redukce spocva v zamezen tvorby nezadoucchvedlejsch produktu, snadne izolace z roztoku a hlavne moznosti kontrolovatvelikost vzniklych nanocastic.

Elektrochemicke metody byly uspesne aplikovany, cmz byly pripravenynanocastice nekterych kovu (naprklad Pd, Ni, Co, Fe, Ti, Ag a Au) v mnozstvstovek miligramu.

Polymern micely pouzvane jako nanoreaktory pro prpravu nano-castic mohou mt rozlicny tvar, naprklad kulovy (viz obrazek 3) nebo tycin-kovy.

Obrazek 3: Jednotlive kroky pri prprave nanocastic uvnitr micelarnho nano-reaktoru

20


Jako redukcn cinidla se vetsinou pouzvaj H2, NaBH4, LiAlH4, LiBEt3Ha hydrazin a lze s nimi pripravit nanocastice kovu (naprklad Au, Co, Cu, Ni,Pb, Pd, Pt, Rh a Zn). Krome toho lze pripravit i nanocastice oxidu a sulfidukovu.

Fyzikaln metody

Mnoho organokovovych sloucenin je termicky rozlozitelnych na jejich nul-mocne prvky. V literature jsou popsany naprklad syntezy nanocastic zlataa platiny.

Fotochemicka synteza nanocastic muze byt provedena bud redukc soliprechodneho kovu redukcnm cinidlem produkovanym radiolyticky, nebo roz-kladem organokovoveho komplexu radiolyzou. Behem poslednch dvaceti letbyly prvn z uvedenych moznost pripraveny nanocastice techto kovu: Ag, Au,Ir, Pt, Pd a Cu.

Druhou uvedenou metodou byly pripraveny nanocastice zlata, strbra, pla-tiny a palladia, pricemz bylo zjisteno, ze UV-Vis zaren poskytuje mens nano-castice s malou relativn smerodatnou odchylkou prumeru.

Velmi vysoke teploty (> 5000 K), tlak (> 20 MPa) a rychlost ochlazovan(> 107 K s1), ktere jsou dosazeny behem pusoben ultrazvuku, davaj roz-toku jedinecne vlastnosti. Tyto extremn podmnky byly pouzity pro prpravunanocastic zlata, zeleza a dalsch.

Zahrvanm nekterych sloucenin kovu mikrovlnym zarenm lze zskat nano-castice s malou relativn smerodatnou odchylkou prumeru castic. Tmto postu-pem byly zskany naprklad nanocastice strbra, zlata a platiny.

Hydrotermaln synteza se provad v prostred superkriticke kapaliny, kteraslouz jako rozpoustedlo. Zmnenou metodou byly mimo jine pripraveny nano-castice niklu, kobaltu a zeleza.

Prprava bimetalickych koloidu

Krome beznych nanocastic lze pripravit i bimetalicke koloidy, ktere jsouslozeny ze dvou ruznych kovu. Uvedene koloidy casto vykazuj leps aktivitua selektivitu ve srovnan s monometalickymi casticemi, coz je zrejme zpusobenosynergismem mezi dvema kovy tvorcmi nanocastici.

Jednou z moznost prpravy bimetalickych koloidu je soucasna redukce ko-vovych prekurzoru. Princip teto synteticke metody je stejny jako ten, kterymjsou pripravovany monometalicke nanocastice. Kovove prekurzory jsou redu-kovany za prtomnosti stabilizujcho cinidla, aby se predeslo agregaci, za vzni-ku castic. Pro prpravu bimetalickych nanocastic bylo testovano mnoho synte-

21


tickych metod, naprklad byly pripraveny bimetalicke nanocastice techto kovu:Fe/Pt, Pd/Pt, Au/Pd, Pt/Rh, Pt/Ru, Pd/Ru a Ag/Pd.

Dals moznost je postupna redukce sol prechodnych kovu, ktera je nej-vhodnejs metodou pro syntezu bimetalickych koloidu. Uvedenou metodoubyly pripraveny ruzne bimetalicke nanocastice kovu (naprklad Au/Ag, Au/Cu,Au/Pt a Au/Pd).

K prprave bimetalickych nanocastic elektrochemickou redukc je potrebacela se dvema kovovymi anodami. Zmnenou metodou je mozne mimo jinepripravit bimetalicke nanocastice techto kovu: Pd/Ni, Fe/Co a Fe/Ni. V pr-pade medi, platiny, rhodia, ruthenia a molybdenu, ktere jsou anodicky menerozpustne, jsou prslusne soli redukovany na katode.

Z fyzikalnch metod se nejcasteji pouzva redukce ultrazvukem. Nanocasticezlata/palladia byly pripraveny stejnym zpusobem, jako byly pripraveny mono-metalicke castice.

Rust zarodku nanocastice

Metoda rustu zarodku nanocastice je dals popularn technika uzvana postalet. V soucasne dobe je mozne pripravit nanocastice s prumerem v rozsahu5 az 40 nm (obvykle je relativn smerodatna odchylka prumeru castic od 10do 15 %). Zvetsovan nanocastic krok po kroku je ucinnejs nez jednokrokovametoda rustu zarodku nanocastice, protoze se zabran sekundarn nukleaci.

Synteza nanocastic oxidu

Krome prpravy nanocastic kovu lze samozrejme zskat i nanocastice je-jich oxidu, jejichz vyuzit ale nen tak siroke, jako v prpade samotnych kovu.Syntezu je mozne provadet bud ve vodnych roztocch, ve kterych se jako re-dukcn cinidlo pouzva hydrazin nebo hydroxylamin. Za techto podmnek bylypripraveny nanocastice nekterych oxidu (naprklad VO2, Cr2O3, Mn2O3, NiOa Fe3O4). Dals moznost je redukce v nevodnem prostred, ktera je vsak menepouzvana.

Stabilizace nanocastic

Jednou z hlavnch charakteristik koloidnch castic je jejich mala velikost.Bohuzel jsou tyto kovove nanocastice nestale z duvodu agregace, coz vede kevzniku hrudek. Ve vetsine prpadu ma agregace za nasledek ztratu vlastnostspojovanych s koloidnm stavem techto nanocastic. Naprklad koagulace behemkatalyzy vede k podstatne ztrate katalyticke aktivity. O stabilite koloidu a

22


nanoklastru uz bylo napsano nekolik obecnych clanku. Stabilizace nanoklastruje obvykle delena na elektrostatickou a sterickou stabilizaci (viz obrazek 4 ).

Obrazek 4: a) elektrostaticka stabilizace, b) stericka stabilizace koloidu kovu

Dals moznost je definovat ctyri typy stabilizacnch mechanismu, jimiz jsou:

i. elektrostaticka stabilizace povrchove adsorbovanymi anionty,ii. stericka stabilizace prtomnost velkych funkcnch skupin,

iii. kombinace techto dvou mechanismu s elektrosterickou stabilizac,iv. stabilizace ligandem nebo rozpoustedlem.

Elektrostaticka stabilizace

Iontove slouceniny, jako jsou halogenidy, karboxylaty nebo polyoxoaniontyrozpustene v roztoku (vetsinou vodnem), mohou zpusobovat elektrostatickoustabilizaci. Adsorpce techto sloucenin a jejich odpovdajc protiionty na po-vrchu kovu vytvor elektrickou dvojvrstvu okolo castic, coz vyvola elektrosta-tickou repulzi mezi casticemi. Pokud je elektricky potencial dvojvrstvy do-statecne velky, potom elektrostaticka repulze zabranuje agregaci castic. Ko-loidn suspenze stabilizovane elektrostatickou repulz jsou velmi citlive na ja-kekoliv vlivy, ktere rus dvojvrstvu, jako je treba iontova sla nebo teplota,takze kontrola techto parametru je nezbytna pro zajisten ucinne stabilizacekoloidu.

Ucinnost elektrostaticke stabilizace lze jednoduse zjistit zmenou iontove slyroztoku, coz lze naprklad doclit pridavanm soli. Pri vytvoren takove iontovesly roztoku, ktera rozrus elektrostatickou repulzi, dojde k agregaci nanocastic,ktera je doprovazena zmenou vlnove delky plasmonove rezonance. Tento testje vseobecne rozsren a krome jineho slouz i k potvrzen zmeny elektrostatickestabilizace po modifikaci nanocastic.

23


Stericka stabilizace

Druhy zpusob, jak mohou byt koloidn kovove castice ochraneny pred agre-gac, je pouzit makromolekul, jako jsou dendrimery, polymery, blokove kopo-lymery nebo oligomery, ktere kolem nanocastic vytvor ochrannou vrstvu.

V porovnan s elektrostatickou stabilizac, ktera je vetsinou pouzvana vevodnem prostred, muze byt stericka stabilizace pouzita jak v organicke, takve vodne fazi.

Elektrostericka stabilizace

Elektrostaticka a stericka stabilizace byly spojeny z duvodu udrzen ko-vovych nanocastic v roztoku. Jako stabilizatory se pouzvaj jiz zmnene ion-tove detergenty nebo organokovy. Tyto slouceniny nesou jak polarn funkcnskupinu umoznujc generovat elektrickou dvojvrstvu, tak lipofiln retezec po-skytujc sterickou repulzi.

Stabilizace ligandem nebo rozpoustedlem

Termn stabilizace ligandem byl vybran proto, aby popsal pouzit tra-dicnch ligandu ke stabilizaci koloidu prechodnych kovu. Tato stabilizace jeumoznena koordinac kovove nanocastice s ligandy jako jsou naprklad fosfiny,thioly a jejich derivaty a aminy.

Krome toho bylo zjisteno, ze nanocastice mohou byt stabilizovany samot-nymi molekulami rozpoustedla. Vyhody stabilizace rozpoustedlem jsou:

i. metoda je obecne aplikovatelna na soli kovu 4. az 11. skupiny periodicketabulky,

ii. metoda poskytuje neobvykle vysoke vytezky koloidu kovu, ktere jsousnadno izolovatelne jako prasky,

iii. castice jsou temer monodisperzn,iv. synteza je vhodna pro nekolikagramovou prpravu a muze byt snadno

provedena i ve vetsm mertku.

24

koresponden cn semin a r inspirovany chemickou...

Documents