Nanoteknoloji... Gözle göremediğimiz bir dünyada, atomları ve molekülleri birer lego parçası gibi kullanarak yepyeni malzemeler ve sistemler tasarlama bilimi. Kulağa bilim kurgu gibi gelse de, aslında temel prensipleri ve deneyleri ile laboratuvarınızda bu dünyaya ilk adımı atmanız mümkün. Bu yazıda, sizi nanoteknolojinin en heyecan verici alanlarından biri olan nanoparçacık sentezi ile tanıştıracak ve laboratuvarda güvenle gerçekleştirebileceğiniz, görsel olarak da büyüleyici bir deneyi adım adım anlatacağız: Altın Nanoparçacık Sentezi (Turkevich Metodu).
Hazırsanız, nanodünyanın kapılarını aralayalım!
İlk deney için altın nanoparçacık sentezini seçmemizin birkaç önemli nedeni var:
Görsel Şölen: Deney sırasında çözeltinin renksizden başlayıp gri, mor ve en sonunda yakut kırmızısı rengine dönmesini izlemek, nanoparçacıkların oluştuğunun en net kanıtıdır. Bu görsel geri bildirim, başlangıç seviyesi için son derece motive edicidir.
Güvenilirlik ve Tekrarlanabilirlik: Turkevich metodu, 1950'lerden beri kullanılan, iyi anlaşılmış ve güvenilir bir yöntemdir.
Temel Kavramlar: Bu deney, indirgenme, çekirdeklenme (nucleation), büyüme (growth) ve stabilizasyon gibi nanosentezin temel kavramlarını anlamak için mükemmel bir platform sunar.
Laboratuvardaki her çalışma gibi, bu deneyde de güvenlik önceliklidir. Başlamadan önce mutlaka:
Kişisel Koruyucu Donanım (KKD): Koruyucu gözlük, laboratuvar önlüğü ve nitril eldivenlerinizi mutlaka giyin.
Havalandırma: Deneyi bir çeker ocak altında veya iyi havalandırılan bir alanda yapın.
Kimyasal Atık: Deney sonrası oluşan kimyasal atıkları, laboratuvarınızın atık prosedürlerine uygun şekilde bertaraf edin.
Bu deney, kimyasal indirgeme metoduyla altın iyonlarının (Au3+) metalik altın nanoparçacıklarına (Au0) dönüştürülmesine dayanır.
Kimyasallar:
Hidrojen tetrakloroaurat(III) trihidrat (HAuCl4?⋅3H2?O)
Trisodyum sitrat dihidrat (Na3?C6?H5?O7?⋅2H2?O)
Saf su (deiyonize veya distile)
Cam Malzemeler:
250 mL'lik Erlenmeyer veya Beher
100 mL'lik Mezür
Balon joje (hassas çözelti hazırlamak için)
Cihazlar:
Isıtıcılı manyetik karıştırıcı
Manyetik balık
Hassas terazi
Altın Çözeltisinin Hazırlanması:
100 mL saf su içerisinde 0.01 M'lık bir HAuCl4? stok çözeltisi hazırlayın. (Bu genellikle çok küçük miktarlarda tartım gerektirir, hassas olun).
Bu stok çözeltiden alarak 100 mL saf su içerisinde derişimi %0.01 olacak şekilde seyreltin. Bu bizim ana reaksiyon çözeltimiz olacak. Çözeltinin rengi soluk sarı olmalıdır.
Isıtma ve Karıştırma:
Hazırladığınız 100 mL'lik seyreltik altın klorür çözeltisini erlenmeyere koyun. İçine manyetik balığı atın.
Erlenmeyeri ısıtıcılı manyetik karıştırıcının üzerine yerleştirin ve orta hızda karıştırarak kaynamaya bırakın. Çözelti tamamen kaynamalıdır.
İndirgeyici Ajanın Eklenmesi:
Ayrı bir kapta, 10 mL saf su içerisinde %1'lik sodyum sitrat çözeltisi hazırlayın.
Altın çözeltisi şiddetli bir şekilde kaynarken, hazırladığınız 10 mL sodyum sitrat çözeltisini hızlıca ve tek seferde kaynayan çözeltiye ekleyin.
Gözlem Zamanı!
Sodyum sitratı ekledikten sonra sihir başlar. Çözeltinin rengi yaklaşık 1 dakika içinde soluk sarıdan renksiz-griye dönecektir.
Ardından yavaş yavaş koyu mavi, mor ve en sonunda yaklaşık 10-15 dakika içinde parlak bir yakut kırmızısı rengine dönüşecektir.
Renk kırmızıya döndükten sonra 15 dakika daha kaynatmaya devam edin ve ardından ısıtıcıyı kapatın. Çözeltiyi oda sıcaklığına kadar karıştırarak soğumaya bırakın.
Tebrikler! Kolloidal altın nanoparçacık çözeltinizi (sol) başarıyla sentezlediniz!
Bu büyüleyici renk değişiminin nedeni Yüzey Plazmon Rezonansı (SPR) adı verilen bir olgudur.
İndirgenme ve Stabilizasyon: Eklediğiniz sodyum sitrat, iki önemli görev üstlenir. İlk olarak, altın iyonlarını (Au3+) elektron vererek metalik altına (Au0) indirger. İkinci olarak, oluşan minik altın nanoparçacıklarının etrafını bir kalkan gibi sararak onların birleşip dibe çökmesini engeller; yani onları stabilize eder.
Yüzey Plazmon Rezonansı (SPR): Işık, metalik nanoparçacıkların yüzeyine çarptığında, parçacığın serbest elektronlarını kolektif bir salınım hareketine zorlar. Bu salınım, belirli bir ışık dalga boyunda (altın için yeşil ışık civarı, ~520 nm) rezonansa girer ve o dalga boyunu çok güçlü bir şekilde soğurur. Yeşil ışık soğurulduğu için, gözümüze çözeltinin tamamlayıcı rengi olan kırmızı ulaşır. Parçacık boyutu değiştikçe, soğurulan ışığın dalga boyu da değişir ve çözeltinin rengi maviden mora kadar farklı tonlara bürünebilir.
Gözle gördüğünüz yakut kırmızısı renk, başarının ilk ve en güçlü kanıtıdır. Ancak bilimin bir sonraki adımı ölçümdür.
UV-Vis Spektroskopisi: Sentezlediğiniz çözeltiden bir miktar alıp UV-Vis spektrofotometresinde analiz ederseniz, tam da Yüzey Plazmon Rezonansı'na karşılık gelen, yaklaşık 520 nm civarında keskin bir absorbans piki görmelisiniz. Bu pik, küresel altın nanoparçacıkların varlığının bilimsel bir teyididir.
Bu basit deneyle sadece renkli bir çözelti elde etmekle kalmadınız; aynı zamanda nanoteknolojinin temel üretim prensiplerinden birini uygulamalı olarak öğrendiniz. Artık bir "nanosentez" yapmış oldunuz.
Bundan sonra ne yapabilirsiniz?
Sodyum sitrat miktarını değiştirerek parçacık boyutunu nasıl etkilediğini gözlemleyin. (Daha az sitrat = daha büyük parçacık = daha mavimsi renk).
Gümüş nitrat gibi farklı metal tuzları kullanarak gümüş nanoparçacık sentezlemeyi deneyin.
"Yeşil sentez" yöntemlerini araştırarak çay, kahve veya bitki özleri gibi doğal indirgeyicilerle sentez yapmayı keşfedin.
Nanodünya, keşfedilmeyi bekleyen sonsuz olasılıklarla dolu. Bu deney, o dünyaya attığınız ilk adımdı. Merak etmeye, denemeye ve öğrenmeye devam edin!
Deney sonuçlarınızı veya sorularınızı yorumlar bölümünde bizimle paylaşmaktan çekinmeyin!
