Nanoscience-Praktikum bei Molecules & Schools

Stand 02.09.2024

Am Freitag, dem 17. Mai 2024, nahmen wir – die Studierenden des Kurses M1 – begleitet von unserer Chemie-Lehrerin Frau Bartsch am Modul „Nanoscience” teil. Das 6-stündige Modul fand unter Leitung von Frau Dr. Skadi Kull im Chemie-Schullabor „Molecules & Schools“ der Universität Hamburg statt.
Los ging es mit der Synthese von Goldnanopartikeln, bei der wir durch das Experiment erfuhren, dass Goldnanopartikel je nach Größe verschiedene Farben annehmen.
Danach wurden wir mit der Fragestellung konfrontiert, wie das Abperlen von Schmutz und Wasser an der Beschichtung von Autos funktioniert. Nach der Durchführung eines Experiments zum Lotus-Effekt lag die Antwort auf der Hand.
Anschließend war es an der Zeit, einen himmlischen Sonnenuntergang zu erleben, und zwar in einem Becherglas!
Anhand einer elektrochemischen Reaktion wurde das Phänomen der Selbstähnlichkeit experimentell verfolgt. Die Ergebnisse wurden sowohl mit bloßem Auge als auch unter einem USB-Mikroskop beobachtet und waren schließlich mit einem Raster-Elektronenmikroskop sogar in Nanodimension zu sehen.
Das große Finale war das Experiment mit pyrophorem Eisen in Form einer Mini-Feuerwerkshow im Labor, bei der Eisennanopartikel aus einem Reagenzglas geschüttet wurden und dabei wie Funkenregen aussahen.
Sämtliche Ergebnisse wurden umfassend diskutiert. Auf eine Schlussfolgerung konnten wir uns alle einigen: „Der Nanochemie gehört die Zukunft”. Sei es in der Medizintechnologie, der Umwelt oder im Alltag, zählt sie zu den bedeutsamsten innovativen Anwendungen in der Wissenschaft.

Zu vier zentralen Begriffen unseres Nanoscience-Praktikums, die sich aus der Durchführung der Experimente ergaben, haben wir Akrostichen verfasst, eine spezielle Art von Gedichten, bei denen die Anfangsbuchstaben der Verse eine besondere Rolle spielen:

Versuch 1: Goldnanopartikel

Goldsäurelösung wird mit Trinatriumcitrat-Lösung gemischt.
Oxidationsmittel sind die Gold-Ionen und werden reduziert.
Licht-Sensoren, Solarzellen und andere Hilfsmittel.
Durch chemische Reaktionen entstehen die Goldpartikel,
Nanopartikel mit außergewöhnlichen Eigenschaften.
Aussichten sind endlos,
Nützlich in Diagnostik und Therapie.
Ohne Goldnanopartikel wäre vieles banal!
Präsent in Zukunft in der Krebstherapie.
Absorbieren und reflektieren Licht,
Revolutionieren die Materialwissenschaft.
Targeting von Krebszellen durch Wirkstoffträger,
Interaktion auf Nano-Ebene,
Können als Biosensoren dienen.
Elektronenmikroskopie enthüllt ihre Geheimnisse.
Lassen wir uns inspirieren von dieser Wunderwelt!

Versuch 2: Lotuseffekt

Leicht perlt der Tropfen ab.
Ohne Spuren zu hinterlassen,
Täuschen die Blätter Unberührbarkeit vor,
Unberührt von Schmutz.
Schutz der Kleidung vor Kaffee,
Ewig rein durch Kräfte.
Feine Strukturen zeigen Wirkung,
Flüssigkeit weicht.
Endlos faszinierend durch superhydrophobe Oberflächen,
Kohäsion und Adhäsion im Gleichgewicht,
Tropfen auf einer Oberfläche.

Versuch 3: Silberfraktale

Spannung anlegen, Elektroden im Glas,
Ionen wandern, Redoxreaktionen sind im Gange.
Langsam wächst das Silber fein.
Bald sieht man, was die Elektrode verleiht.
Elektroden aus Graphit und Silberdraht
Reagieren in diesem Apparat.
Fraktale wachsen wie ein Bäumchen mit Ästen,
Reich an Formen und Strukturen.
Anoden und Kathoden, ihr Spiel beginnt,
Kleine Kunstwerke auf der Oberfläche.
Tausend Äste verzweigen sich fein.
Ausdauernd wächst das Silber so rein,
Lebendig und klar.
Ein Wunder der Natur entsteht.

Versuch 4: Pyrophores Eisen

Pyrophore, fein verteilte Stoffe haben einen hohen Zerteilungsgrad.
Yttriumoxid fördert die Stabilität der Nanopartikel und das Behalten ihrer Eigenschaften.
Reagenzglas, das Eisenoxalat enthält, muss erhitzt werden.
Oxidation und Reduktion der Komponenten des Eisenoxalats.
Pro Atom im Inneren des Partikels ein Atom an der Oberfläche.
Haben die Nanopartikel einen Zauber in der Hand?
Oberfläche ist bei der Nanochemie von großer Bedeutung.
Reaktion beginnt sofort bei Luftkontakt.
Eine Weile das Reagenzglas vor dem Ausgießen abkühlen lassen.
Sauerstoff als Reaktionspartner beim Verbrennen.
Eisen-Ionen in Eisenoxalat werden zu Eisen-Atomen in Form von Nanopartikeln.
Im Reagenzglas verändert sich die Farbe von Eisenoxalat durch Erhitzen von Gelb zu Schwarz.
Schutzgas Kohlenstoffdioxid schützt die Eisennanopartikel davor, mit Sauerstoff zu reagieren.
Eisennanopartikel weisen ein reaktives Verhalten auf.
Nach dem Ausgießen wird in kurzer Zeit Energie frei.