Experimente der Kategorie "Innovative Materialien"
| Name | Kurzbeschreibung | Beschreibung | Typ | Gefahrstoffe | |
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Zinkoxid-Nanopartikel unter Leidenfrost-Bedingungen | Thermische Reaktion einer Zinkacetat-Lösung und Fluoreszenz der ZnO-Nanopartikel | Vorbereitend wird eine wässrige Zinkacetat-Lösung (c: 0,02 mol/L) hergestellt. Eine Aluminiumscheibe wird auf einer 300° heißen Magnetrührerplatte stark erhitzt. Das Erreichen der Leidenfrost-Temperatur - oberhalb 240°C - wird mit Tropfen von dest. Wasser überprüft. Nun trägt man mit einer Pipette 1-2 ml der Zinkacetat-Lösung in der Mitte der Aluminiumplatte auf und beobachtet den Reaktionsverlauf unter Bestrahlung mit UV-Licht. | Lehrer-/ Schülerversuch | Zinkacetat-Dihydrat |
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Zinkoxid-Nanopartikel als Farbkiller | Photokatalytische Zersetzung von Rote-Beete-Fabstoff | In vier Schnappdeckelgläsern gibt man stark verdünnten Rote-Beete-Saft. Zwei Ansätze werden mit einer Zinkoxid-Nanopartikel-Suspension versetzt. Man beobachtet die Farbveränderung. Dann wird eine Ansatz mit und ein Ansatz ohne Nano-ZnO 30 min lang einer UV-Bestrahlung ausgesetzt. Man vegleicht die vier Proben. | Lehrer-/ Schülerversuch | Zinkoxid, Ethanol (ca. 96 %ig) |
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Zinkoxid - fluoreszierend | Herstellung von Zinkoxid-Nanopartikeln | Vorbereitend werden Natriumhydroxid-Plätzchen unter ständigem Rühren bei 40 °C in Ethanol gelöst. In einem Zweihals-Rundkolben löst man Zinkacetat in Ethanol auf und erhitzt auf 90 °C unter Rückflusskühlung 10 min lang. Man lässt auf 60 °C abkühlen und setzt die vorbereitete ehtanolische NaOH-Lösung zu. Mit UV-Licht wird danach die Fluoreszenz der klaren Lösung beobachtet. Zur Kristallisation der ZnO-Nanopartikel bleibt die Lösung über mehrere Tage stehen. | Lehrer-/ Schülerversuch | Ethanol (absolut), Natriumhydroxid (Plätzchen), Zinkacetat-Dihydrat, Zinkoxid |
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Windeln als High-Tech-Produkt | Quellfähigkeit des Superabsorbers aus Natriumpolyacrylat | A Probestücke von Papiertaschentuch und Windel werden in einer Schale mit einer definierten Portion Wasser begossen. Man Versucht, das aufgenommene Wasser aus beiden Materialien herauszudrücken. B In einem trockenen Rggl. gibt man zu einer kleinen Portion Superabsorber nach und nach soviel Wasser, wie das Material unter Gelbildung aufnehmen kann. C In vier Rggl. werden jeweils 2 Spatelportionen Superabsorber mit Wasser, mit Spiritus, mit Salzsäure und mit Natronlauge versetzt. Das Quellverhalten wird verglichen. | Lehrer-/ Schülerversuch | Ethanol (Brennspiritus) (mit 2-Butanon u.a. vergällt), Salzsäure (w=____% (10-25%)), Natronlauge (Maßlösung c= 1 mol/L) |
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Versuche mit einer Nano-Gold-Suspension | Änderung der kolloidalen Dispergierung von Gold-Nanopartikeln | A Einer Nano-Gold-Suspension wird mittels Pipette etwas Natriumchloridlösung zugefügt. Es kommt zur Agglomeration der Partikel, die mit einer Farbveränderung verbunden ist. Beim Filtrieren werden die meisten Agglomerate am Filterpapier adsorbiert. B Zu einer frisch bereiteten Nano-Gold-Suspension wird etwas verdünnte Salzsäure gegeben. Es kommt zur Agglomeration und zu einer Farbveränderung. Der Vorgang kann durch Verwendung einer Mikrowelle (120W / 1 min) beschleunigt werden. Die Agglomerate können durch Filtration abgetrennt werden. | Lehrer-/ Schülerversuch | Salzsäure (Maßlösung c= 0,1 mol/L) |
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Synthese eines Kunststoffkomposits mit Al2O3-Nanoadditiven | Modifizierung der Stoffeigenschaften eines Kunstharzes | Gemäß Anleitung gibt man unter dem Abzug Komponente 1 des Polyesterharzes in einen Teelichtbecher und tropft unter Rühren Komponente 2 hinzu. In einem 2. Ansatz wird der Komponente 1 wie beschrieben eine Portion Aluminiumoxid-Nanopartikel hinzugegeben, bevor die Komponente 2 unter Rühren zugetropft wird. Die Verharzung läuft unter Wärmeentwicklung innerhalb von 30 min. Man lässt die KS-Körper über Nacht aushärten, entfernt die Alu-Becher und vergleicht später die Eigenschaften Härte bzw. Bruchfestigkeit wie beschrieben mit einem Kugel-Aufprall-Experiment. In ähnlicher Vorgehensweise lassen sich die Wirkungen von Aluminiumoxid-Partikeln unterschiedlicher Größe (Makro-, Mikro- und Nanopartikel) vergleichen. | Lehrer-/ Schülerversuch | Polyesterharz PRESTO Kombibox (styrolreduziert (w= unter 10%)) |
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Superhydrophobe Glasoberfläche | Funktionalisierung durch Reaktion mit Chlorsilanen | Die Oberfläche eines maschinengespült sauberen Objekträgers wird im linken Viertel mit Tesafilm abgeklebt. In ein Zentrifugenröhrchen PP (50 ml) mit Stehrand gibt man im Abzug einen Tropfen Trichlormethylsilan. Dann stellt man den Objetträger - mit der Tesafilmseite nach oben - hinein, verschraubt und lässt ca. 20min lang einwirken. Nun nimmt man den Objektträger heraus, entfernt den Tesastreifen. Zur Prüfung der Funktionalität setzt man einen Tropfen dest. Wasser auf die hydrophobierte Fläche und lässt ihn langsam Richtung unbehandelte Fläche rollen. | Lehrerversuch | Trichlormethylsilan |
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Slime mit Titanverbindungen | Wirkung organischer Titan(IV)-Komplexe | Vorbereitend wird eine 1%ige Guarmehl-Lösung hergestellt. Diese versetzt man unter kräftigem Rühren gemäß Anleitung mit der Organo-Titan(IV)-Komplex-Lösung und färbt mit Lebensmittelfarbe ein. | Lehrer-/ Schülerversuch | 2-Propanol, Titandiisopropoxid Bis(acetylacetonat) (Lsg., 75%ig in 2-Propanol) |
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Silber-Nanopartikel aus dem Nanoreaktor | Nutzung des Leidenfrost-Phänomens | Ein Heizrührer wird gemäß Anleitung zu einem Leidenfrost-Reaktor umgebaut. Die Arbeit mit dieser Apparatur erfolgt bei sehr hohen Temperaturen (350-400 °C). Die benötigten Lösungen stellt man in der angegebenen Konzentration bereit. Man erzeugt wie beschrieben zunächst mit dest. Wasser einen Leidenfrost-Tropfen, anschließend mit stark verdünnter Natriumcitrat-Lösung. Diesem Tropfen wird dann die stark verdünnte Silbernitrat-Lösung zugesetzt. | Lehrer-/ Schülerversuch SII | Silbernitrat-Lösung (Maßlösung, 0,1N) |
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Silber im Nano-Format | Elektrolytische Darstellung von Silber-Nanopartikeln | Zwei Bechergläser werden hälftig mit stark verdünnter Silbernitrat-Lösung befüllt. In eines der Bechergläser montiert man mittels Krokodilklemmen zwei Silberdrähte, die tief in die Lösung eintauchen. (Die andere Portion dient als Vergleichslösung.) Die Silberdrähte werden über Kabel mit einer 9-V-Batterie verbunden. Man elektrolysiert unter Wechselspannung: Im 5-sec-Rhythmus wird 20mal die Polung batterieseitig getauscht. Anschließend werden zur Beobachtung des Tyndall-Effekts an einem dunklen Ort beide Gefäße mit einem Laserpointer seitlich durchstrahlt. | Lehrer-/ Schülerversuch | Silbernitrat-Lösung (verdünnt, w=____% (<5%)) |
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Protonierung von meso-Tetraphenylporphyrin | Behandlung von m-TPP in Dichlormethan mittels Perchlorsäure | Man löst im großen Rggl. wie beschrieben m-TPP in Dichlormethan und gibt dann unter Schütteln Perchlorsäure hinzu. Zur Entsorgung rührt man die Reaktionslösung später in eine warme gesättigte Natriumthiosulfat-Lösung ein. | Lehrer-/ Schülerversuch | Dichlormethan, Perchlorsäure (verdünnt, w: ca.10%) |
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Polyanilin-Schicht auf verspiegeltem FTO-Glas | Bau eines elektrochromen, selbstabblendbaren Spiegels | Die PANI-Schicht auf dem verspiegelte FTO-Glas wird zunächst gemäß Anleitung in der Elektrolyt-Lösung als -Pol geschaltet und zum Leukoemeraldin-Salz entfärbt. Die Spiegelwirkung des Glases wird getestet. Danach färbt man die elektrochrome Schicht durch Umpolen der Anordnung zu einer dunklen Pernigranilin-Schicht um und prüft die stark gedämpfte Spiegelwirkung. Durch erneutes Umpolen wird die elektrochrome Schicht wieder zum transparenten Leukoemeraldin-Salz umgewandelt. | Lehrer-/ Schülerversuch | |
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Nanotechnologie: Funktionelle Beschichtungen | Eine Antireflexschicht durch Dip-Coating mit Objektträgern | Vorbereitend wird ein Sol aus Tetraethylorthosilicat (TEOS), 2-Propanol und 3-molarer Salpetersäure (6:13:1 Volumenteile) hergestellt. Die Lösung ist lange Zeit im Kühlschrank haltbar. Drei Raumteile des vorbereiteten Sols werden mit zwei Raumteilen 2-Propanol verdünnt und in eine schlankes Glasgefäß gegeben. Mit Hilfe eines Grillmotors wird eine maschinengespülter sauberer Objektträger periodisch in das Sol eingetaucht und herausgezogen. | Lehrer-/ Schülerversuch | 2-Propanol, Salpetersäure (verd. w=____% (5-20%)), Tetraethylorthosilikat |
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Nanosilber als Bakterienkiller | Vergleichende mikrobiologische Untersuchung mit Silber-Nanopartikeln | Dest. Wasser, stark verd. Silbernitrat-Lsg. und eine Nanosilber-Suspension werden mit einigen Tropfen einer Bakterienlösung (Mikroorganismenkultur Micrococcus luteus) gut durchmischt. Die drei Lösungen werden jeweils mit sterilem Glasspatel auf Agarplatten aufgebracht und bei 37 °C über Nacht inkubiert. | Lehrer-/ Schülerversuch | Ethanol (ca. 96 %ig), Silbernitrat-Lösung (verdünnt, w=____% (<5%)) |
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Nanopartikel in Sonnencreme | Isolierung mineralischer UV-Filter aus Sonnencreme | Eine Portion Sonnencreme wird bei 120 °C getrocknet (Trockenschrank o. Ofen). Danach erhitzt man 5 min lang das Material mit der Brennerflamme in einen Porzellantiegel stark von oben und von der Seite. Das calcinierte Pulver nimmt man nach dem Abkühlen mit wenig verd. Salzsäure auf und filtriert. Sowohl das Filtrat als auch der Filterrückstand stehen für weitere Versuche zur Verfügung. | Lehrer-/ Schülerversuch | Salzsäure (verd. w=____% (<10%)) |
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Nano-ZnO aus der Sonnencreme | Indirekter Nachweis von Zinkoxid-Nanopartikeln | Reagenzglasversuch: Vorbereitend wird je eine Spsp. von Natriumacetat und rotem Blutlaugensalz in etwas demineralisiertem Wasser aufgelöst. Das salzsaure Filtrat einer calcinierten Portion Sonnencreme wird nun auf vorhandene Zinkionen untersucht, indem man diese Lösung hinzugibt. Es entsteht der gelb-braune Zinkhexacyanidoferrat(III)-Komplex. | Lehrer-/ Schülerversuch | Salzsäure (verd. w=____% (<10%)) |
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Nano-Titandioxid in Sonnencreme | Indirekter Nachweis von Titandioxid-Nanopartikeln | Reagenzglasversuch: Die durch Calzinieren gewonnene Pigmentmasse aus Sonnencreme wird sauer aufgeschlossen: Dazu erhitzt man sie im Abzug mit der fünffachen Portion Kaliumhydrogensulfat kräftig mit dem Gasbrenner, bis die Masse schmilzt und weiße Dämpfe entweichen. Nach dem Erstarren und Abkühlen setzt man verd. Schwefelsäure hinzu und erhitzt erneut zum Sieden, bis sich die Masse auflöst. Zum Nachweis der Titanionen als gelb-orangenen Titanperoxo-Komplex tropft man eine 3%ige Wasserstoffperoxid-Lösung hinzu. | Lehrer-/ Schülerversuch | Kaliumhydrogensulfat, Schwefelsäure (verd. w=____% (5-15%)), Titanylsulfat-Hydrat, Wasserstoffperoxid-Lösung (wässrig (w=3%)) |
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Nano-Silber aus Silbernitrat und Natriumcitrat | Gewinnung der Nanopartikel | Ein Reagenzglas mit Silbernitrat-Lösung wird gemäß Anleitung in ein Becherglas mit Wasser gestellt, das zum Sieden erhitzt wird. Dann wird Natriumcitrat-Lösung hinzu pipettiert. | Lehrer-/ Schülerversuch | Silbernitrat-Lösung (verdünnt, w=____% (<5%)) |
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Nano-Gold aus Tetrachloridogold(III)-säure und Natriumcitrat | Farbdifferenzierung kleinerer und größerer Nanopartikel | In ein Becherglas mit Wasser, das zum Kochen gebracht wurde, stellt man zwei Reagenzgläser mit den vorbereiteten Lösungen gemäß Konzentrationstabelle und beobachtet den Farbverlauf. Anschließend wiederholt man den Versuch und setzt diesmal beiden Ansätzen einige Körnchen Natriumchlorid zu. | Lehrer-/ Schülerversuch | Tetrachloridogold(III)-säure-Hydrat |
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Modellversuch: Nano-ZnO durchdringt Zellmembran | Diffusion von Zinkoxid-Nanopartikeln im Wasser/n-Octanol-System | Reagenzglasversuch: Eine ethanolische Zinkoxid-Nanopartikel-Suspension wird vorsichtig mit n-Octanol unterschichtet. 15 min lang beobachtet man die Verteilung der Nanopartikel unter Bestrahlung mit UV-Licht. | Lehrer-/ Schülerversuch | Ethanol (ca. 96 %ig), 1-Octanol |
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