Wie in der Überschrift bereits beschrieben, haben wir in der Naturwissenschaften und Technik AG, welche Mittwochs in der achten und neunten Stunde stattfindet, Nanoteilchen erstellt. Dies ist nicht nur das Thema in welchem wir uns in diesem Artikel befassen, sondern auch nur eines von vielen spannenden Versuchen zum Thema Biologie, Chemie und Technik.

Was sind Nanoteilchen

Der Begriff „Nanopartikel“ bezeichnet Verbände von einigen mehreren bis tausenden Atomen oder Molekülen. Ein Nanoteilchen ist im Vergleich zu einem Fußball ungefähr so groß, wie der Fußball im Vergleich zur Erde.

Sie können sowohl auf natürlichem Wege (z.B. Waldbrände), als auch durch anthropogene (vom Menschen verursachte) Einflüsse (z.B. Autoabgase) in die Umwelt gelangen.

Synthetische Nanopartikel hingegen sind künstlich hergestellte Partikel, welche gezielt mit bestimmten Eigenschaften ausgestattet sind (in unserem Fall magnetische Anziehungskraft und elektrische Leitfähigkeit).

Nanoteilchen und Umwelt

Die größte Frage die man sich nun stellt ist: Wenn wir Nanopartikeln so oft im Alltag begegnen, wirkt sich das nicht schädlich auf unsere Gesundheit aus?

Risiken bestehen, wenn Nanopartikel in den Körper gelangen. Kritisch wird es, wenn sie durch die Atemwege eingeführt werden. Sie gelangen tief in die Lunge und von dort aus ins Blut. Sie können sich in Organen anreichern und selbst Barrieren wie die Plazenta überwinden. Auch durch die Nahrungszufuhr eingeführte Nanopartikel können den Magen-Darm-Trakt durchdringen und in die Blutbahn gelangen.

Generell kommen Nanopartikel in vielen Bereichen und Produkten vor, so zum Beispiel in der Kosmetikbranche, Medikamente/ Arzneimittel oder auch Zahnpasta. Ebenfalls ist die Produktion von Nanoteilchen durch Autoabgase, insebesondere durch den Diesel, ein momentan stark diskutiertes Thema.

Herstellung von Ferrofluiden

Durch das Mischen von 5,43 g FeCl3 *6 H2O, VE-Wasser , 2,0 g FeCl2 * 4H2O und 8 g NaOH, erhielten wir eine schwarze Suspension von Nano-Magnetiten, welche wir 15 Minuten lang kräftig rühren mussten. Eine Magnetprobe ergab magnetische Teilchen.

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Reinigung

Als nächstes folgte die Reinigung. Dazu musste die überstehende Flüssigkeit abdekantiert werden. Dieser Vorgang wurde etwa 3-4 mal wiederholt. Anschließend wurden 200 ml VE-Wasser in die Suspension hinzugefügt, die Suspension aufgeschlämmt und kräftig gerührt. Damit der pH-Wert ungefähr 10 beträgt werden die Abtrennvorgänge mehrmals wiederholt.

Oberflächenbehandlung

Für die Oberflächenbehandlung wurde nochmals VE-Wasser hinzugegeben und kräftig gerührt.

Im nächsten Schritt legten wir ein Thermometer in das Becherglas und erhitzen die Suspension auf ca. 80°C und fügten 2.8g Ölsäure hinzu, bevor wir nochmals 15 Minuten rührten.Als Produkt erhielten wir eine schwarze zähe Paste, die sich vom Wasser abtrennte.

Die überstehende Flüssigkeit dekantierten wir ab, um schließlich die überstehende schwarze Paste mit VE-Wasser zu waschen. Die nun hergestellte Paste trocknete eine Woche bei Raumtemperatur.

 

Als vorletzten Schritt dispergierten wir die Nanopartikel unter dem Abzug. Hierzu gaben wir 25 ml n-Dekan zu der Paste. Ein Test mit einem Magneten ergab eine leicht magnetische Flüssigkeit. Anschließend filtrierten wir das Ferrofluid. Die Flüssigkeit lief nicht durch das Filterpapier, da sich die Feststoffe in den Poren absetzen.

Fazit und Ausblick

Die Schritte vor dem Filtrieren verliefen so wie erhofft, da alles beobachtet werden konnte, was zu erwarten war. Bei verschiedenen Schritten des Versuches, hielten wir einen Magneten an die Suspension. Dabei wölbte sich die Oberfläche, was ein Indiz für die magnetische Eigenschaft ist. Ein Igeleffekt konnte nicht beobachtet werden. Entweder war die Flüssigkeit zu dünnflüssig oder der Magnet nicht stark genug.

Das Filtrieren war jedoch erfolglos, da die Suspension die Filterporen nicht passieren konnte, bzw. sich eine weitere dünnflüssige schwarze Lösung ergab. Hierbei handelt es sich vermutlich ebenfalls um magnetische Nanoteilchen. Der Filtersatz trocknete nach dem Filtrieren relativ schnell ein, sodass die ferromagnetsichen Eigenschaften nicht überprüft werden konnten.

Zur Optimierung des Versuchs empfehlen wir deutlich weniger N-Decan zuzusetzen und die abschließende Filtrierung nicht durchzuführen.

Quellen

Zum Nachlesen hier noch einmal unsere Quellen:

http://www.chemie.de/lexikon/Nanoteilchen.html (Aufruf am 21.06.2016)

Cremer u.a.; Nanotechnologie die Zukunft Erfinden;  NMW.NRW; 1/2010; www.nmwp.nrw.de/uploads/media/NanoTec_01_2010.pdf

Katja Lüers; Risiko-Partikel Wie wirken Winzlinge im Körper?; Nanotechnologie die große Herausforderung; Leibniz Journal der Leibniz-Gemeinschaft; 3/2011; S.8-9; http://www.leibniz-gemeinschaft.de/fileadmin/user_upload/downloads/Presse/Publikationen/LeibnizJournal-3-2011.pdf
Manfred Günther Schäfer; Magnetische Flüssigkeiten – Herstellung und Untersuchung von Ferrofluiden; Jugend forscht 2010; Deutsche Gesellschaft zur zerstörungsfreien Prüfung e.V.; Immenstaad; 2010; http://www.dgzfp.de/Portals/24/IZ/PDF/Jugend%20forscht/Langfassung%20Immenstaad%202010.pdf

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