коллоидные растворы ( правка) (Коллоидные растворы )

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ (МТ)

ФАКУЛЬТЕТ _____________________________________________________________________________

МТ-11 «ЭЛЕКТРОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ»

КАФЕДРА _____________________________________________________________________________

РЕФЕРАТ

по курсу «Физико-химические основы нанотехнологий»

на тему:

«Коллоидные растворы с металлическими наночастицами: производство, свойства и применение »

Студент___________________________________________________________

подпись, дата

Группа _____________

Оценка (балл):

реферат ______ представление ______ ИТОГО________

Преподаватель _____________________________________________________

подпись, дата

Москва, 2020

Оглавление

Введение…………………………………………………………………3

Ознакомление с понятием коллоидное серебро……………………..4

Области применения…………………………………………………..5

Свойства коллоидного серебра………………………………………6

Методы получения …………………………………………………….9

Заключение…………………………………………………..………....11

Список литературы……………………………………………………12

Введение

На сегодняшний день нанотехнология - перспективнейшее направление для исследований и создания новых материалов. Уменьшение размера частицы обычных металлов приводит к проявлению особых свойств, которые не характерны им в массивном состоянии. Это открывает новые возможности их применения в различных областях. Среди множества наноструктурированных систем коллоидные растворы, содержащие нано-частицы металлов, в частности серебра, являются одними из наиболее изучаемых. Препараты коллоидного серебра являются одними из наиболее распространенных и широко используемых в индустрии наночастиц. Наночастицы обладают уникальными свойствами. Важно знать, что чем меньше частица, тем большая часть составляющих ее атомов расположена на поверхности. Эта особенность наноразмерных материалов сильно влияет на химические и физические свойства (бактерицидные, транспортные, каталитические, механические, оптические и др.). Относительная простота приготовления и удобство использования растворов делают наночастицы серебра весьма привлекательными во вспомогательных этапах современных технологий. Перспективными являются такие направления, как катализ, оптика, биотехнологии, информатика, микроэлектроника и т.д.

Цель: изучение коллоидных растворов на примере серебра, физических и химических свойств, достоинств и недостатков использования коллоидных растворов серебра.

Задачи:

1.Ознакомление с понятием коллоидное серебро.

2. Области применения.

3. Свойства коллоидного серебра.

4. Методы получения.

1 Ознакомление с понятием коллоидное серебро

Коллоидное серебро — это мелкие, размером от 1 нм до нескольких мкм частицы металлического серебра, взвешенных в жидкой среде и образующие коллоидный раствор (золь) серебра. Коллоидные растворы серебра термодинамически неустойчивы, с течением времени частицы серебра, сталкиваясь между собой, слипаются и выпадают в осадок — коагулируют. Добавление в коллоидный раствор определенных веществ — стабилизаторов, которые обволакивают частицы серебра и мешают им слипаться, позволяет получать коллоидные растворы, устойчивые в течение длительного времени, до нескольких лет. Изменяя стабилизатор, коллоидные растворы серебра можно получить и в воде, и во многих органических растворителях. Коллоидные растворы наноразмерных частиц серебра обычно интенсивно окрашены в красно-коричневый цвет. Коллоидное серебро при контакте с воздухом со временем окисляется, при этом медленно образуются соли серебра, которые переходят в раствор. Таким образом, коллоидные частицы серебра представляют собой своеобразный "генератор" ионов серебра.

2 Области применения

Области применения наночастиц серебра могут быть различными: спектрально-селективные покрытия для поглощения солнечной энергии, в качестве катализаторов химических реакций, для антимикробной стерилизации. Последняя область применения является наиболее важной и включает в себя производство различных средств упаковки, текстиля, перевязки и водоэмульсионных красок и эмалей. В настоящее время на основе коллоидного серебра выпускаются препараты-биологически активные добавки с антибактериальным, противовирусным и противогрибковым действием. Наночастицы вещества часто обладают свойствами, которых нет у образцов этих веществ, имеющих обычные размеры. Так, наночастицы серебра становятся хорошими катализаторами химических реакций, а так же непосредственно участвуют в них. Слоем наночастиц серебра покрывают столовые приборы, дверные ручки и даже клавиатуру и «мышки» для компьютеров. Наночастицы серебра используют при создании новых покрытий и косметики. Растворы на основе нанопорошков серебра находят применение в качестве исходного вещества для приготовления минеральных удобрений, препаратов по борьбе с грибковыми болезнями у животных и растений, БАДов для пищевой промышленности, присадок к смазочным материалам, красящих и магнитных пигментов и т.д.

3 Свойства коллоидного серебра

1)Оптические свойства коллоидных растворов основаны на их способности рассеивать и поглощать (абсорбировать) световые лучи, что связано с определённым соотношением размеров дисперсных частиц и длиной световой волны. В истинных растворах свет не рассеивается, они являются оптическими пустыми. Так, например, если освещать истинный раствор сбоку, поместив его на тёмном фоне, то путь проходящего светового луча невидим, раствор (фон) останется тёмным. Коллоидные же растворы оптически активны, если подобным образом освещать коллоидный раствор, то путь проходящего светового луча становится видимым в виде освещённого расширяющегося конуса. Впервые это явление наблюдали М.В.Ломоносов, М.Фарадей и Тиндаль, именем последнего оно и было названо, получив название конус (или эффект) Тиндаля. Коллоидные частицы, с одной стороны, также имеют небольшие размеры. Настолько, что невидимы не только невооружённым глазом, но и в обычный микроскоп. С другой стороны, они заметно крупнее (1-100нм) отдельных молекул. Подобная оптическая активность коллоидных растворов связана с дифракционным рассеянием света коллоидными частицами. При этом световые лучи рассеиваются коллоидными частицами равномерно во все стороны, а эффект освещённости создают световые лучи, рассеянные в сторону наблюдателя. Изучение интенсивности проходящего и рассеянного света в различных системах показало, что рассеяние увеличивается с ростом размера частиц (до определённого предела) и уменьшением длины волны падающего света. Поэтому за счёт неодинакового рассеяния более коротких (красных) и более длинных (синих) волн видимой части солнечного излучения многие коллоидные растворы имеют яркую цветовую окраску.

2)Электрические свойства коллоидных растворов или электрокинетические явления обусловлены наличием электрического заряда, как у коллоидных частиц, так и у дисперсионной среды. Это приводит к тому, что при наличии внешней разности электрических потенциалов происходит направленное перемещение заряженных коллоидных частиц и самой дисперсионной среды. Возможно, также, и самопроизвольное возникновение разности потенциалов в объёме коллоидного раствора в результате частичного оседания более тяжёлых и одноимённо заряженных коллоидных частиц. Возникающий в таких случаях скачок электрического потенциала между придонными и более высокими слоями жидкости называется потенциалом оседания.

3)Молекулярно-кинетическими называют свойства, обусловленные хаотическим тепловым движением частиц, образующих те или иные системы. К молекулярно-кинетическим свойствам дисперсных систем относятся броуновское движение, диффузия, осмос и седиментация. Броуновское движение – это беспорядочное движение коллоидных частиц. Причиной этого видимого движения является непрерывное, невидимое даже в микроскоп, хаотическое тепловое движение молекул дисперсионной среды, непрерывно сталкивающихся с коллоидными частицами. Интенсивность броуновского движения тем больше, чем менее скомпенсированы удары, которые получает одновременно частица со стороны молекул среды; она возрастает с повышением температуры, уменьшением размеров частиц и вязкости среды. Для коллоидных частиц, обладающих тепловым движением, присущи также явления диффузии и осмоса. Диффузия – это самопроизвольный процесс перемещения вещества, приводящий к выравниванию его концентрации. Скорость диффузии при постоянной температуре и вязкости среды зависит от величины и формы частиц. Осмос – это односторонняя диффузия вещества через полупроницаемую мембрану. Характерным признаком, отличающим коллоидные системы от истинных растворов низкомолекулярных веществ, является очень медленная скорость диффузии и низкое осмотическое давление. Кроме этого, в коллоидных системах, вопреки диффузии и тепловому движению, наблюдается своеобразное распределение коллоидных частиц по высоте. В нижнем слое раствора концентрация дисперсных частиц может быть существенно выше, чем в верхних. Связано это с их перемещением под действием гравитационного поля. Наиболее заметно это явление имеет место в грубодисперсных системах и наблюдается даже в небольших объёмах в виде осаждения (седиментации) относительно более крупных и тяжёлых частиц под действием силы тяжести.

4)Коагуляция– слипание коллоидных частиц с образованием более или менее крупных агрегатов. Коагуляция – проявление термодинамической неустойчивости дисперсных систем. Процесс укрупнения коллоидных частиц связан с потерей агрегативной устойчивости и приводит к потере ими кинетической устойчивости, которая выражается в образовании осадка. Коагуляция в разбавленных системах приводит к образованию хлопьев, выпадающих в осадок (или всплывающих), тогда как в концентрированных системах может также привести к возникновению сплошной пространственной структуры – геля.

5) Бактерицидные свойства наночастиц серебра размером 20-80 нм определяет их большая удельная площадь поверхности, способствующая широкой области контакта с бактериями или вирусами. Этот же фактор определяет негативное воздействие наночастиц серебра на живые организмы, что требует необходимости контроля наночастиц серебра в объектах окружающей среды . В небольших концентрациях наночастицы серебра безопасны для клеток млекопитающих, но губительно для большинства бактерий и вирусов, поэтому получило широкое распространение для обеззараживания воды и пищи в быту и в борьбе с инфекциями при лечении людей.

Эффективность бактерицидного действия ионов серебра объясняется способностью серебра подавлять работу фермента, с помощью которого обеспечивается кислородный обмен у простейших организмов. Поэтому чужеродные простейшие микроорганизмы гибнут в присутствии ионов серебра из-за нарушения снабжения кислородом, необходимого для их жизнедеятельности. Наночастицы серебра являются сильнейшими биоцидными агентами, о чем свидетельствуют вышеупомянутые работы различных авторов. Серьезной технической задачей является разработка технологии бактерицидной обработки текстильных, кожевенных и меховых материалов, с помощью применения коллоидного раствора серебра. Важно, применять наносеребро, размер частиц, которых невелик, и не превышает 9-10 нм, т.к. частицысеребра меньшего размера более эффективно проникают в клеточную мембрану микроорганизма и более равномерно в ней распределяется. Следовательно, бактерицидный эффект после обработки материалов наночастицами меньшего размера, будет максимальным.