10.2 Nanopartikler av gull

Nanopartikler av gull har vært kjent i mer enn tusen år, uten at man har visst hvor små de i virkeligheten var. Nanopartiklene ble brukt til å lage rødfarget glass og som vidundermedisin for legeme og sjel under navnet aurum potable (gull som kan drikkes). I helsekostbransjen finnes det i dag mange produkter med nanopartikler på markedet. I markedsføringen av produktene brukes historien som «dokumentasjon», og det utnyttes at nanoteknologi er et aktuelt tema i tiden.

 

Vi skal i denne aktiviteten lage løsninger av nanopartikler av gull og forandre størrelsen på partiklene slik at løsningene får forskjellig farge. Gullkilden er en svakt gulfarget løsning av tetraklorgullsyre H[AuCl4]. (Syren er fremstilt av AuCl3, gull(III)kloridløst i HCl(aq).) Vi skal varme en løsning av tetraklorgullsyre til koking og tilsette trinatriumsitrat i overskudd under omrøring. Gull(III)ionene reduseres da til metallisk gull som små partikler. Noe av sitratet oksideres, mens resten av sitrationene, som har tre negative ladninger, binder seg til gullpartiklene slik at de får en negativ overflate. Disse gull-sitrat-partiklene er 13 nm i diameter. Den negative overflaten gjør at partiklene frastøter hverandre og ikke klumper seg sammen. Vi får det vi kaller en kolloidal løsning av gull. Løsningen er rød og ser klar ut fordi partiklene er så små at vi ikke kan se dem. Sender vi lys gjennom løsningen, vil vi se selve lysstrålen fordi lyset spres av partiklene.
Hvis vi tilsetter en saltløsning til den kolloidale løsningen av gull, vil de tilsatte ionene hindre frastøtingen mellom gull-sitrat-partiklene, og partiklene klumper seg sammen til større partikler. Det gjør at løsningen nå absorberer lys med lengre bølgelengde, og løsningen blir blåfarget. Hvis vi i stedet tilsetter en løsning som inneholder molekyler og ikke ioner, får vi ikke denne fargeforandringen.
 
Problemstilling
 
Hvordan kan vi lage nanopartikler av forskjellig størrelse, og hvordan innvirker partikkelstørrelsen på fargen på gulløsningen?
 
UTSTYR
 
Fellesutstyr
·         1,0 mmol/L H[AuCl4]*
·         5 % Na3C6H5O7, natriumsitrat
·         5 % NaCl
·         20 % sukrose
·         7 %-eddik
 
Utstyr for hver elev
·         begerglass, 50 mL
·         målesylinder, 25 mL
·         gradert dråpeteller, 3 mL
·         4 dramsglass
·         glasstav
·         brenner
·         trefot med trådnett
·         (magnetrører med varmeplate)
 
* Oppskriften står på side 194.
 
SIKKERHET
 
·         bruk briller og hansker
 
 
Fremgangsmåte og observasjoner
 
1) Fremstilling av kollodial gulløsning
Overfør 20 mL av den svakt gule H[AuCl4]-løsningen til begerglasset og tilsett 3 mL natriumsitratløsning. Sett et merke på begerglasset så høyt som den nye løsningen står. Varm løsningen og la den koke mens du hele tiden rører. Fyll etter med vann når det er nødvendig. Legg merke til fargeforandringene som skjer. Fortsett med å koke og røre i ca. 10 minutter til løsningen har fått en dyp rød farge. Avkjøl den røde løsningen, som er en kolloidal løsning av gullpartikler med en diameter på 13 nm.
2) Testing av kolloidal gulløsning
Mål opp 3 mL av løsningen i fire dramsglass og tilsett 3 mL vann i hvert glass. Nummerer glassene 1–4. Tilsett 5–10 dråper natriumkloridløsning, sukkerløsning og eddik i hvert sitt glass. Det fjerde glasset brukes til sammenligning. Observer eventuelle fargeforandringer i de fire glassene og noter resultatet i tabellen.
 

 

Glass nr.
1
2
3
4
Kollodial gulløsning
3 mL
3 mL
3 mL
3 mL
Vann
3 mL
3 mL
3 mL
3 mL
5–10 dråper av
NaCl(aq)
sukkerløsning
eddik
Farge på gulløsningen
 
 
 
 

 

 
 
Resultater og spørsmål
a) Forklar hvorfor gullpartiklene ikke synker til bunns i den røde løsningen.
b) Forklar de fargeforandringene som skjer ved tilsetning av forskjellige stoffer til gulløsningen.