Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

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mgritsch
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Re: Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

Beitrag von mgritsch »

immi07 hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 18:26
Die Plasmonenresonanz von Nano-Goldpartikeln 13 Seiten PDF Jugend forscht
:thumbsup:

Calciumcitrat
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Re: Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

Beitrag von Calciumcitrat »

mgritsch hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 18:23
Ich versuche mal zu dolmetschen.
Was ich postuliert habe ("Molekülorbitale" bei Nanopartikeln) ist bedingt richtig. Das gibt es, aber bei der in Frage kommenden Größenordung wird da keine passende Absorption im VIS draus, nur tiefes Infrarot bis Mikrowelle (für ein 10 nm Partikel abgeschätzt 7,4 mm Wellelnlänge)

Was aber schon in Frage kommt, sind "Plasmonen" - das bedeutet dass man sich sozusagen um ein kugelförmiges Partikel herum eine durch das Licht angeregte "stehende Welle" der Elektronen des Metalls an der Oberfläche vorzustellen hat (das geht sich dann mit dem Umfang ganz gut aus).

Abgesehen von "aha, dann halt so" ist das auch sehr relevant weil es bedeutet dass Interaktionen an der Oberfläche unmittelbaren Einfluss auf diese Welle und damit die Wellenlänge haben die absorbiert wird. Und das - abgesehen von Größeneffekten - beobachtetest du ja zB bei Farbänderungen...

@Calciumcitrat - passend vereinfacht / zusammengefasst?
Ja, absolut korrekt! Der erste Absatz gilt aber nur für Metalle, bei Halbleitern ("Quantum dots") spielen diese Effekte schon vorher (bei größeren Partikeln) rein.
Vanadiumpentoxid hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 18:08
Oder wie mein Chemielehrer bzgl. eines Chemiestudiums zu warnen pflegte: sehr gutes mathematisches und physikalisches Grundverständnis werden neben Informatikkenntnissen (und das war erst Anfang der 90er!) und fließendem Englisch vorausgesetzt - in der Chemie selbst kommt ihr während des Grundstudiums nicht über das Leistungskursniveau hinaus. Mit ein Grund, mich damals gegen diese Fachrichtung zu entscheiden... :(
Das kann ich so aber nicht bestätigen... Sowohl in der AC (vorallem Metallorganik) als auch in der OC (Organokatalyse, Stereochemie) und den Methoden (NMR, MS, Uvvis,...) kommt auch im Bachelor vieles, was im Chemie-LK nicht bearbeitet wird.

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Re: Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

Beitrag von Vanadiumpentoxid »

immi07 hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 18:26
Hallo,

Die Plasmonenresonanz von Nano-Goldpartikeln 13 Seiten PDF Jugend forscht

Gruß Thomas
Respekt! Mit 19 hatte ich - selbst als Chemie-Fan mit Hochschulreife und langem Studium vor der Nase - noch ganz andere Flausen im Kopf... Möchte mal wissen, was inzwischen aus den beiden geworden ist...
Aber nichts gegen Jugend forscht: bereits mit 13 und 14 habe ich zweimal an Schüler experimentieren teilgenommen (noch kein vergleichbares Niveau, klar). Ich kann es nur jedem MINT-begeisterten Jugendlichen mit einer Projektidee im Kopf wärmstens empfehlen. Aber bitte nie ohne Unterstützung des Fachlehrers, sonst geht man unter...
Gott gebe mir die Kraft, zu ändern, was ich verändern kann,
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und die Weisheit, das eine vom anderen zu unterscheiden.
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mgritsch
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Re: Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

Beitrag von mgritsch »

Calciumcitrat hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 18:30
Vanadiumpentoxid hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 18:08
Oder wie mein Chemielehrer bzgl. eines Chemiestudiums zu warnen pflegte: sehr gutes mathematisches und physikalisches Grundverständnis werden neben Informatikkenntnissen (und das war erst Anfang der 90er!) und fließendem Englisch vorausgesetzt - in der Chemie selbst kommt ihr während des Grundstudiums nicht über das Leistungskursniveau hinaus. Mit ein Grund, mich damals gegen diese Fachrichtung zu entscheiden... :(
Das kann ich so aber nicht bestätigen... Sowohl in der AC (vorallem Metallorganik) als auch in der OC (Organokatalyse, Stereochemie) und den Methoden (NMR, MS, Uvvis,...) kommt auch im Bachelor vieles, was im Chemie-LK nicht bearbeitet wird.
Ich glaube das ist ein bisschen die crux an den modernen Bachelor-Studiengängen, man hat zu wenig Zeit sich immer Schritt für Schritt ans "nächste Level" heranzuarbeiten. Damit wird es dann zwangsläufig oberflächlicher oder schwerer mitzukommen, oder beides.

In 10 (oder praktisch 12 ;) ) Semestern hatte ich noch richtig Zeit eines aufs andere aufzubauen und das ganze Thema fiel mir sehr leicht obwohl ich ursprünglich keine ausgeprägte Physik-Vorliebe hatte. Theoretische Chemie und Festkörperphysik habe ich sogar mit Freude als freies Prüfungsfach beim Diplom gewählt... aber achje, was ist so ein Kopf vergesslich. Hätte ich nur all das Wissen noch abrufbar. :roll:

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lemmi
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Re: Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

Beitrag von lemmi »

mgritsch hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 14:37
Das blau/rot des Himmels hat nichts mit Teilchendichte zu tun sondern ist ein Streueffekt.
...
oder an kolloid abgeschiedenem Schwefel aus Thiosulfat demonstrieren. Durchlicht wirkt bläulich, Streulicht gelblich.
Im Versuch ist es aber umgekehrt: das durch die Schwefelsuspension gehende Licht wird immer röter, nicht das gestreute Licht.

Auch beim Sonnenuntergang ist das Licht ja rötlicher als das Sonnenlicht am Mittag. Nach deiner Argumentation müsste das Abendlicht blauer sein.

Hat die Intensität der Streuung wirklich nichts mit der Teilchendichte zu tun?

Mir Kommt es immer noch wahrscheinlicher vor, dass die Zunahme der Teilchendichte und nicht die Abnahme der Teilchengröße der Grund für en Farbwechsel der kolloidalen Goldlösung ist.

Also? Wie erklären wir jetzt den Farbwechsel?
"Alles sollte so einfach wie möglich gemacht werden. Aber nicht einfacher." (A. Einstein 1871 - 1955)

"Wer nur Chemie versteht, versteht auch die nicht recht!" (G.C. Lichtenberg, 1742 - 1799)

"Die gefährlichste Weltanschauung ist die Weltanschauung der Leute, die die Welt nie gesehen haben." (Alexander v. Humboldt, 1769 - 1859)

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Re: Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

Beitrag von Vanadiumpentoxid »

lemmi hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 18:51

Auch beim Sonnenuntergang ist das Licht ja rötlicher als das Sonnenlicht am Mittag. Nach deiner Argumentation müsste das Abendlicht blauer sein.
Kommt da nicht noch die Erdkrümmung am Horizont mit ins Spiel?
Aber wie gesagt: bei Physik bin ich eigentlich raus...
Gott gebe mir die Kraft, zu ändern, was ich verändern kann,
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Re: Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

Beitrag von Vanadiumpentoxid »

mgritsch hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 18:43

In 10 (oder praktisch 12 ;) ) Semestern hatte ich noch richtig Zeit eines aufs andere aufzubauen und das ganze Thema fiel mir sehr leicht obwohl ich ursprünglich keine ausgeprägte Physik-Vorliebe hatte. Theoretische Chemie und Festkörperphysik habe ich sogar mit Freude als freies Prüfungsfach beim Diplom gewählt... aber achje, was ist so ein Kopf vergesslich. Hätte ich nur all das Wissen noch abrufbar. :roll:
Als ich Abitur machte, war der Bologna-Prozess noch Zukunftsmusik. Man studierte auf Magister, Diplom oder Examen und fertig.
Das Problem bei den heutigen Studiengängen ist, dass noch mehr in noch weniger Zeit gelernt werden muss.
Man hat die Chance verpasst, das Strukturieren zum inhaltlichen Aufräumen und zur vorberuflichen Praxisorientierung zu nutzen.
Use it or loose it - die Erfahrung haben wir alle schon schon machen müssen. Akademischer Anspruch hin oder her: Lernen auf Halde oder um des Lernens willen war in Schule, Studium und Berufsausbildung noch nie sonderlich zielführend... Non vitae, sed scolae discimus - ja, in der Tat, leider!
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Re: Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

Beitrag von Vanadiumpentoxid »

Calciumcitrat hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 18:30
Vanadiumpentoxid hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 18:08
Oder wie mein Chemielehrer bzgl. eines Chemiestudiums zu warnen pflegte: (...) - in der Chemie selbst kommt ihr während des Grundstudiums nicht über das Leistungskursniveau hinaus.
Das kann ich so aber nicht bestätigen... Sowohl in der AC (vorallem Metallorganik) als auch in der OC (Organokatalyse, Stereochemie) und den Methoden (NMR, MS, Uvvis,...) kommt auch im Bachelor vieles, was im Chemie-LK nicht bearbeitet wird.
Als mein Kursstufentutor in den 70ern Chemie auf Lehramt studiert hat, die nach seiner Aussage damals noch aus reiner "Tafelchemie" bestand, mag diese Einschränkung ja durchaus gegolten haben. Auf jeden Fall hat sein Erfahrungsbericht zu meiner Ernüchterung beigetragen.
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Re: Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

Beitrag von Vanadiumpentoxid »

mgritsch hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 18:23
Vanadiumpentoxid hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 18:08
Ja, ich habe mich auch schon gefragt, wieviel Semester Physik man wohl braucht, um das verstehen zu können...
Um es lesen und einigermaßen verstehen zu können genügt ein Diplomstudium Chemie mit einer Vorlesung aus Festkörperhysik. Um es in der Genauigkeit formulieren und selber rechnen zu können schon ein bisschen mehr Vertiefung.
Genau, und u.a. deshalb habe ich mich auch gegen das Chemiestudium entschieden. Begabung und Interesse waren (und sind noch immer) bei mir dafür einfach zu einseitig ausgeprägt... :oops:
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Re: Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

Beitrag von Calciumcitrat »

lemmi hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 18:51
mgritsch hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 14:37
Das blau/rot des Himmels hat nichts mit Teilchendichte zu tun sondern ist ein Streueffekt.
...
oder an kolloid abgeschiedenem Schwefel aus Thiosulfat demonstrieren. Durchlicht wirkt bläulich, Streulicht gelblich.
Im Versuch ist es aber umgekehrt: das durch die Schwefelsuspension gehende Licht wird immer röter, nicht das gestreute Licht.

Auch beim Sonnenuntergang ist das Licht ja rötlicher als das Sonnenlicht am Mittag. Nach deiner Argumentation müsste das Abendlicht blauer sein.

Hat die Intensität der Streuung wirklich nichts mit der Teilchendichte zu tun?

Mir Kommt es immer noch wahrscheinlicher vor, dass die Zunahme der Teilchendichte und nicht die Abnahme der Teilchengröße der Grund für en Farbwechsel der kolloidalen Goldlösung ist.

Also? Wie erklären wir jetzt den Farbwechsel?
Doch, die Teilchendichte spielt schon rein, bei längeren Weglängen des Lichts und höheren Konzentration hat man ja auch Mehrfachstreuung. Es könnte sich aber auch einfach die Oberflächenbeschaffenheit geändert haben. Ansonsten gibt es auch noch die Ostwald-Reifung: Wenn kleinere und größere Partikel gleichzeitig vorliegen, wachsen die Größeren auf Kosten der Kleineren, welche schrumpfen, bis die Kleinen eine kritische untere Grenze unterschreiten. Deshalb benutzt man z.B. oft Natrumcitrat als Reduktionsmittel: Die Citratanionen agieren hier auch als Coating-Agent, welche die entstehenden Nanopartikeln bedecken und somit Koagulation verhindern. In Wasser agiert das polare Citrat-Anion mit dem Lösungsmittel und arbeitet so gegen die Van-der-Waals-Kräfte, die die Agglomeration der Partikel antreiben würden.

Wenn Natriumchlorid zu einer Dispersion von Citrat-Au-Nanopartikeln in Wasser gegeben wird, ändert sich die Farbe von Rot zu Blau und verschwindet am Ende fast ganz, da die Nanopartikel agglomerieren. Dies wird hervorgerufen durch die Zunahme der Ionenkonzentration, welche die elektrostatische Abstoßung der Nanopartikel verringert, und somit auch ihren Abstand.

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Re: Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

Beitrag von Vanadiumpentoxid »

Das habe ich jetzt auch mal als Hobbychemiker verstanden. Danke. :thumbsup:
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Re: Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

Beitrag von Vanadiumpentoxid »

lemmi hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 10:17
In irgendeinem Buch steht, dass man Flecken auf der Haut am besten mit “verdünnter Zyankaliumlösung entfernt (Vorsicht bei Wunden!)“. :angel:
Um Himmels Willen! Über diesen Literaturbezug bin ich irgendwie erst jetzt gestolpert.
Alkalicyanid kann u. U. bereits über intakte Haut in letaler Dosis resorbiert werden! Bloß nicht! :eek:
Du selbst wirst das sicher wissen, lemmi (so verstehe ich jedenfalls den Engels-Smiley). Ich wollte es nur noch mal für den Teil der mitlesenden Allgemeinheit betonen, dem das vll. nicht so bewusst war, aber über Gelegenheit und Bereitschaft verfügt, mit diesem Stoff umzugehen.
Auch wenn ich mich persönlich generell gegen Cyanid-Verwendung entschieden habe, soll das keine Panikmache sein: bei den roten Flecken einfach die Haut selbst ihre Arbeit machen lassen und im Umgang mit Cyanid ein Paar Nitrilhandschuhe tragen, sollte die erkannte Gefahr bereits bannen können.
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Re: Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

Beitrag von lemmi »

Calciumcitrat hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 20:37
Ansonsten gibt es auch noch die Ostwald-Reifung: Wenn kleinere und größere Partikel gleichzeitig vorliegen, wachsen die Größeren auf Kosten der Kleineren, welche schrumpfen, bis die Kleinen eine kritische untere Grenze unterschreiten.
Bei dem hier diskutierten Problem müsste es aber umgekehrt sein! Da die Farbe von Blau nach Rot wechselt und die roten Kolloide kleinere Teilchen enthalten sollen als die blauen, müsste eine "umgekehrte Ostwald-Reifung“ eintreten!
Es könnte sich aber auch einfach die Oberflächenbeschaffenheit geändert haben.
Was meinst du damit konkret?
"Alles sollte so einfach wie möglich gemacht werden. Aber nicht einfacher." (A. Einstein 1871 - 1955)

"Wer nur Chemie versteht, versteht auch die nicht recht!" (G.C. Lichtenberg, 1742 - 1799)

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Re: Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

Beitrag von Calciumcitrat »

lemmi hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 22:14
Calciumcitrat hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 20:37
Ansonsten gibt es auch noch die Ostwald-Reifung: Wenn kleinere und größere Partikel gleichzeitig vorliegen, wachsen die Größeren auf Kosten der Kleineren, welche schrumpfen, bis die Kleinen eine kritische untere Grenze unterschreiten.
Bei dem hier diskutierten Problem müsste es aber umgekehrt sein! Da die Farbe von Blau nach Rot wechselt und die roten Kolloide kleinere Teilchen enthalten sollen als die blauen, müsste eine "umgekehrte Ostwald-Reifung“ eintreten!
Es könnte sich aber auch einfach die Oberflächenbeschaffenheit geändert haben.
Was meinst du damit konkret?
Ich denke dass nach der Reduktion mit Ethanol Acetationen die Goldpartikel stabilisieren, das würde auch die Änderung nach Säurezugabe (Protonierung des Acetats) erklären. Zur der Farbänderung: Könnten hier die größeren Teilchen soweit gewachsen sein, dass die nicht mehr optisch aktiv sind, sodass nur die geschrumpften Kleineren übrig bleiben? Zu schrumpfenden Goldnanopartikeln gibt es sonst nur wenig Literatur:

https://www.sciencedirect.com/science/a ... 7X04000357
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs ... .201800090

Hier (https://link.springer.com/article/10.11 ... 20-03370-5) wird über die Synthese von Goldnanopartikeln in verschiedenen EtOH/Wasser Mischungen und den Einfluss auf die Partikelgröße geschrieben.

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Re: Tetrachlorogold(III)-säure, kolloidales Gold und Cassisus’scher Goldpurpur

Beitrag von mgritsch »

lemmi hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 18:51
Auch beim Sonnenuntergang ist das Licht ja rötlicher als das Sonnenlicht am Mittag. Nach deiner Argumentation müsste das Abendlicht blauer sein.
sorry, da war bei mir der "inverse" Fehler im Kopf, du hast recht - das durchgehende Licht ist gelber, das gestreute blauer.

Mir Kommt es immer noch wahrscheinlicher vor, dass die Zunahme der Teilchendichte und nicht die Abnahme der Teilchengröße der Grund für en Farbwechsel der kolloidalen Goldlösung ist.
nichtsdestotrotz schließe ich das nach wie vor kategorisch aus. Die Streuung ist ein Phänomen das man ausschließlich an einem gerichteten Lichtstrahl erkennen kann. Wenn dein Glas verdünnte Milch (bzw deine Goldsuspension) von allen Seiten gleich Diffus beleuchtet ist, mitteln sich alle Streu-Effekte wieder raus. Die Milch ist auch nicht per se gelb oder blau sondern nur wenn man einen gerichteten Lichtstrahl direkt durch schickt und das direkt durchfallende Licht bzw. in rechtem Winkel dazu betrachtet. Auch der Farbton deines Golds passt überhaupt nicht zum Sonnenuntergang. Und der Effekt ist farblich grundsätzlich immer gleich - er ist von der Intensität her wenig abhängig von der Partikelgröße, sondern vor allem von der Partikelanzahl. (So meinte ich das vorher, die Farbe ändert sich nicht je nach Dichte der Partikel, lediglich die Streuintensität...)

Überprüfen kannst du es auch ggfs mit einem Polfilter - da das Streulicht polarisiert ist müsste der Effekt je nach Stellung kommen und gehen.
Also? Wie erklären wir jetzt den Farbwechsel?
dazu mal vielen Dank an
immi07 hat geschrieben:
Sonntag 16. Mai 2021, 18:26
Die Plasmonenresonanz von Nano-Goldpartikeln 13 Seiten PDF Jugend forscht
Damit kommen wir wirklich weiter, ein Top Fund!

Die Arbeit wirkt zwar an manchen Stellen im Stil noch etwas jugendlich, hat aber die Zusammenhänge sehr sauber erforscht und rechnerisch wie auch messtechnisch top untermauert. Im Wesentlichen haben sie die Reduktion mit Na-Citrat gemacht und bei unterschiedlichen Mengen an Citrat unterschiedliche Farben erhalten. Bei Unterschuss Reduktionsmittel (Citrat:Au = 1:2) war das Ergebnis blaugrau-violett, bei Überschuss (Citrat:Au = 8:1) schön rot.
Die Absorptionsmaxima wurden zu 545 nm (violett) bzw 521 nm (rot) bestimmt, bei der violetten Lösung war der Peak viel breiter mit einer langen Schulter ins langwellige hinein als bei der roten Lösung.

Die genauere theoretische und praktische Untersuchung zeigte folgendes:
  • die Plasmonenresonanz kann bei kugelförmigen Partikeln allein aufgrund von Größenunterschieden die Farbverschiebung nicht erklären. Rechnet man das für Partikel von 0,7 - 10 nm dann passt weder die Wellenlänge (Absorption bis max. 518 nm, nähert sich asymptotisch einem Grenzwert, auch noch größere Partikel kämen nur wenig drüber) noch die Verschiebung (vom kleinsten bis zum größten Partikel gerade mal 56 nm Verschiebung von λmax) wobei sich im Größenbereich 5-15 nm fast keine Verschiebung mehr ergibt.
  • Theorie und Praxis stimmen jedoch für ellipsoide Partikel sehr gut überein wobei die Farbverschiebung vor allem durch die unterschiedlichen Achsenverhältnisse zustande kommt! Kurz: Je sphärischer die Partikel, desto roter die Lösung! Die Verbreiterung des Peaks resultiert aus der Überlagerung der Resonanzfrequenzen von kurzer und langer Halbachse.
  • Super: sie haben die Theorie auch durch TEM-Aufnahmen messtechnisch untermauert: bei der violetten Lösung mit Unterschuss Citrat waren die Partikel größer (18,6 x 31 nm) und elliptischer (Achsenverhältnis 0,6). Hingegen waren sie bei der roten Lösung mit Überschuss Citrat im Mittel kleiner (15,8 x 18,0 nm) und vor allem sphärischer (Achsenverhältnis 0,88). Verlängerte Kochzeit ändert wenig an Farbe und Achsenverhältnis (0,60 -> 0,63 bzw 0,88 -> 0,88), macht aber die Größenverteilung homogener (11,1 – 44, -> 11,8 – 29,6) bzw im Fall des Überschusses auch die Partikel kleiner (13,3 – 20, -> 5,4 – 9,1).
Natürlich sind das Untersuchungen an einem etwas anderen System, aber sie zeigen mal auf welche Mechanismen hier tatsächlich für Farbunterschiede sorgen! Zumindest was das betrifft ist mit "könnte vielleicht"-Spekulationen soweit mal Schluss. 8)

Übertragen auf das System mit Ethanol scheint es also zuerst zu einer vermehrten Bildung von stark elliptischen Teilchen zu kommen die dann zu kleineren, sphärischen Partikeln "umlagern". Ein rascher Umschlag deutet auf einen autokatalytischen Effekt hin. Vielleicht entstehen zunächst elliptische Teilchen an denen dann die weitere Reduktion rascher abläuft und wobei das Wachstum bevorzugt hinzu sphärischen erfolgt. Warum das just mit Ethanol und vor allem erst verzögert und dann so rasch passiert, dafür bräuchte es wohl eine ähnlich umfassende Arbeit in der man die Partikel vor und nach Umschlag genauer untersucht. Ich wage jetzt mal ausnahmsweise keine weiteren Spekulationen :)

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