سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017

ایجاد سطوح آبگریز، جلسه سوم

در این پروژه می خواهیم با ایجاد تک لایه خودآرا از اکتا دکانتیول بر روی نقره سطح آبگریز ایجاد کنیم، قبل از هر چیز بهتر است که تا حدی ...
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
ایجاد سطوح آبگریز- جلسه سوم

 

هدف: ایجاد یک سطح آبگریز و مشاهد خواص آن

فعالیت: انجام مراحل آزمایش

در این پروژه می خواهیم با ایجاد تک لایه خودآرا از اکتا دکانتیول بر روی نقره سطح آبگریز ایجاد کنیم، قبل از هر چیز بهتر است که تا حدی با فرایند خود آرایی مولکولی آشنا شوید که در ادامه به توصیف آن می پردازیم.

مقدمه:
 فرایند خودآرایی می تواند به صورت خود تجمعی همزمان و گروهی اجزای تشکیل دهنده (مولکول ها) برای تشکیل یک ساختار فوق منظم مولکولی در دو یا سه بعد تعریف شود. این فرایند تابع تعادل ترمودینامیکی تحت شرایط آزمایشگاهی می باشد و عواملی نظیر اثر متقابل برهمکنش های غیرکوالانسی بین مولکول های خودآرا شونده با همدیگر و با مولکول حلال روی این پدیده موثرند.

 خودآرایی همزمان یک لایه آلی تک مولکولی برروی فصل مشترک جامد/مایع، توسط برهمکنش های ویژه بین گروه های عاملی در مولکول های خودآرا شده و سطح، پیش رانده می شود. این مولکول ها به مرور جایگزین مولکول های حلال جذب شده ی سطح می شوند و به صورت تک لایه نمایان می گردند. به دنبال آن یک فرایند نظم خودبه خودی تک مولکولی روی سطح صورت می گیرد که با یک اثر متقابل برهم کنش های غیرکوالانسی ما بین مولکول های خودآرا شده، پایدار می شود. این پدیده به طور متناوب صورت گرفته تا تشکیل تک لایه مولکولی با بهینه شدن نیروهای موثر بین مولکولی و جذب سطحی، با حداکثر فشردگی ممکن صورت بگیرد، این فرایند را در شکل زیر خواهید دید.

ایجاد سطح آب گریزتوسط تک لایه خود آرا اکتادکانتیول بر روی نقره، جلسه سوم

 

فرآیند خودآرایی مولکولی بر سطح بستر

به طور کلی می توان گفت، تک لایه های خودسامان لایه های مولکولی هستند که به طور خودبه خودی در اثرفرو بردن بستر جامد در محلولی از مولکول های عامل دار تشکیل می شوند. از برجسته ترین مواد مورد مطالعه شده می توان به جذب سیلان ها (RSiOH) برروی سطح سیلیکا و جذب آلکان تیول ها (RSH) روی فلزات سکه ای نظیر طلا، نقره، پلاتین و نیکل نام برد.

ایجاد سطح آب گریزتوسط تک لایه خود آرا اکتادکانتیول بر روی نقره، جلسه سوم

از جمله متداول ترین تک لایه های خودآرا روی سطح می توان به تک لایه ناشی از جذب تیول (Thiol) با نماد R-SH که در آن R مبین بقیه مولکول است، روی سطوح تک بلورین اشاره کرد. این ویژگی تک لایه های خودآرای تیولی، آنها را به عنوان سامانه ایده آل جهت مطالعات بنیادی و ترویج ابزارهای نظیر اپتوالکترونیک، حسگرها، خوردگی و شناسایی مولکولی مطرح می سازد. تشکیل تک لایه های خودآرا با جذب شیمیایی گروه عاملی گوگرد (S) از تیول، دی سولفید و یا سولفید  روی بستر فلزات انجام می شود.
در واقع فرایند خودآرایی یک روش ساخت پایین به بالا است که در آن اتم ها یا مولکول ها با ارتباطات فیزیکی یا شیمیایی خود را به شکل یک ساختار منظم نانویی در می آورند. روشهای متعددی برای تولید نانو مواد وجود دارند که هر یک نیاز به مواد اولیه سمی و شرایط دمایی و فشاری سخت است اما در طبیعت، استفاده از این فرایند برای ایجاد ساختارهای منظم نانویی وجود دارد به عنوان مثال ایجاد بلور نمک یا دانه های برف، با آن ساختارهای پیچیده، مثال خوبی برای خودآرایی است.

 همچنین در سالهای اخیر محققان با استفاده از تک لایه های خودآرا روی سطح یک محلول، نانوذرات طلا را تولید کردند. این تک لایه ها موجب شده اند تا نانوبلورهای طلا با شکل، اندازه و جهت گیری دلخواه تولید شوند.

تکلیف: در مورد فرایند خود آرایی و تشکیل ساختارهای نانویی با استفاده از این فرایند بیشتر تحقیق و مطالعه فرمایید.

حال وقت آن رسیده است که به شرح آزمایش بپردازیم.

هشدار: بهتر است قبل از شروع آزمایش به دلیل استفاده از مواد شیمیایی حتما  نکات ایمنی را رعایت کنید، از دستکش و عینک استفاده شود و مراحل آزمایش را در زیر هود آزمایشگاه انجام گردد. و از مربی خود بخواهید که در انجام آزمایش به شما کمک کند.

شرح آزمایش:

گروه آلدهید در گلوکز، باعث کاهش نیترات نقره به فلز نقره می شود و سپس با تک لایه خودآرا از آکتادکانتیول پوشش داده شده و سطح غیرقطبی ای ایجاد می کند که آب ریخته شده برروی این سطح، شکل کروی به خود می گیرد.

مواد مورد نیاز:
- گلوکز 0.5 مولار: برای تهیه آن  0.9گرم گلوگز را در 10 میلی لیتر آب حل کنید.
- هیدروکسید پتاسیم 0.8 مولار: برای تهیه آن  0.22 گرم پتاس را در 5 میلی لیتر آب حل کنید.
- نیترات نقره 0.1 مولار: برای تهیه آن 0.17 گرم نیترات نقره را در 10 میلی لیتر آب حل کنید.
- آمونیاک 15 مولار ٺ محلول غلیظ هیدروکسید آمونیوم
- محلول یون نقر فعال: محلول غلیظ آمونیاک را قطره قطره به10 میلی لیتر محلول 0.1 مولار نیترات نقره اضافه کنید تا جایی که رسوبهای اولیه حل شوند. سپس 5 میلی لیتر از محلول 0.8 مولار پتاسیم هیدروکسید را به آن اضافه کنید. رسوبهای تیره تشکیل می شوند. اکنون قطرات بیشتری از آمونیاک را اضافه کنید تا رسوبها مجدداً حل شوند .این محلول نقر فعال باید همان زمانی که تهیه می شود مورد استفاده قرار گیرد. برای اینکه از تشکیل نیترید نقر منفجره جلوگیری کنید، باقی ماند محلول فعال را به وسیله آب فراوان، وارد فاضلاب کنید.
- محلول آلکانتیول:  مقدار کمی از یک آلکانتیول بلند زنجیر، برای مثال اکتادکانتیول را به 20 میلی لیتر اتانول اضافه کنید. در پایان کار، 5 میلی لیتر از سفیدکننده های خانگی را به آن اضافه کنید. بگذارید چند دقیقه محلول باقی بماند و سپس آن را داخل سینک بشویید.

مراحل آزمایش:
روی یک اسلاید لام میکروسکوپی که درون یک ظرف مخصوص کشت میکروب گذاشته اید، 8 قطر کوچک (یا 4 قطر بزرگ) از محلول 0.5 مولار گلوکز بریزید.
سپس 12 قطر بزرگ از محلول یون نقر فعال را به محلول گلوکز روی لام اضافه کنید و به آرامی آن را بهم بزنید تا محلولها به خوبی مخلوط شوند. چند دقیقه بعد، محلول تیره و رسوب متمایل به خاکستری رنگ تشکیل می شود. 

ایجاد سطح آب گریزتوسط تک لایه خود آرا اکتادکانتیول بر روی نقره، جلسه سوم

 

 روی سطح لام یک آینه نقره ای نیز به وجود می آید که ممکن است به خاطر وجود رسوبها مات به نظر برسد.
با استفاده از یک بطری آب، رسوب ها را بشویید تا آینه  نقره ای ظاهر گردد. از تماس با محلول خودداری کنید، چون باعث ایجاد لکه روی دستتان می شود.
بدون اینکه با محلول نقره تماسی پیدا کنید، لام را از ظرف کشت بیرون بیاورید و آینه نقره ای را با آب بشویید.

ایجاد سطح آب گریزتوسط تک لایه خود آرا اکتادکانتیول بر روی نقره، جلسه سوم

 

پرسش: قطرات آب به چه نحوی روی سطح جذب شده اند؟
پرسش: قطرات آب روی سطح پهن شده اند یا به شکل دانه های تسبیح درآمده اند؟

کنار قطره و سطح باهم زاویه ای به نام زاویه تماس می سازند. ببینید زاویه تماس بزرگ است) یعنی اینکه قطره به مقدار کم جذب لام شده است( یا این زاویه کوچک است؟ (به مقدار زیاد روی سطح لام جذب شده است.)

ایجاد سطح آب گریزتوسط تک لایه خود آرا اکتادکانتیول بر روی نقره، جلسه سوم

 

صبر کنید تا سطح آینه نقره ای خشک شود (برای اینکه به فرآیند خشک شدن سرعت ببخشید، می توانید سطح را با استون بشویید و یا از سشوار استفاده کنید.)

ایجاد سطح آب گریزتوسط تک لایه خود آرا اکتادکانتیول بر روی نقره، جلسه سوم

 

سپس سطح نقره را با چند قطره از آلکانتیول محلول در اتانول بپوشانید. اجازه دهید اتانول تبخیر شود و یک لایه از آلکانتیول روی سطح باقی بماند. چنانچه این لایه از آلکانتیول از طریق اتمهای گوگرد به نقره متصل شود، دُم های هیدروکربنی آن به طرف خارج قرار میگیرند. در این حالت، سطح به شکل مؤثری توسط هیدروکربنها روکش می شود.

ایجاد سطح آب گریزتوسط تک لایه خود آرا اکتادکانتیول بر روی نقره، جلسه سوم

 

 پرسش: حالا قطرات آب چگونه روی سطح جذب شده اند؟ آیا قطرات آب روی سطح روکش شده پهن شده اند یا به شکل دانه های تسبیح درآمده اند؟ آیا زاویه تماس نسبت به حالت قبل، یعنی سطح پوشش داده نشده توسط آلکانتیول، بزرگتر شده است یا کوچکتر؟ آیا آب بیشتر به سمت شیشه ای که در کنار نقره قرار دارد کشیده می شود، یا به سمت نقره ای که به وسیله یک لایه از آلکانتیول روکش شده است؟

ایجاد سطح آب گریزتوسط تک لایه خود آرا اکتادکانتیول بر روی نقره، جلسه سوم
ایجاد سطح آب گریزتوسط تک لایه خود آرا اکتادکانتیول بر روی نقره، جلسه سومایجاد سطح آب گریزتوسط تک لایه خود آرا اکتادکانتیول بر روی نقره، جلسه سوم

 

تکلیف: به پرسش ها پاسخ داده و بر اساس مشاهدات خود نتایج حاصل از آزمایش را تحلیل کنید.


شما عزیزان می توانید برای انجام این پروژه به طرح درس های ذیل مراجعه فرمایید:
ایجاد سطح آب گریزتوسط تک لایه خود آرا اکتادکانتیول بر روی نقره- جلسه اول
ایجاد سطح آب گریزتوسط تک لایه خود آرا اکتادکانتیول بر روی نقره-جلسه دوم
ایجاد سطح آب گریزتوسط تک لایه خود آرا اکتادکانتیول بر روی نقره-جلسه سوم

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: رویا رحیم زاده
تنظیم: مرجان سلیمانیان
تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین