廷得耳效應

化學實驗室實驗：利用天竺葵葉合成銀奈米粒子（Synthesis of Silver Nanoparticles using Geranium Leaves）［III］

2011/08/05
化學實驗室實驗：利用天竺葵葉合成銀奈米粒子（Synthesis of Silver Nanoparticles using Geranium Leaves）［III］ 沒有迴響

化學實驗室實驗：利用天竺葵葉合成銀奈米粒子（Synthesis of Silver Nanoparticles using Geranium Leaves）［III］
國立彰化師範大學化學系學生羅翊瑋 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

連結：利用天竺葵葉合成銀奈米粒子［II］

教師手冊（Teacher’s Guide）

教學提示

● 上課時間：教師實驗解說：約20分鐘，學生實驗操作（含器材清洗）：約40分鐘，實驗觀察記錄：約10分鐘。學生回答問題（師生問題討論或家庭作業）：約20分鐘。

● 在進行本實驗時，學生可以透過視覺上的觀感，瞭解到雖然金屬銀（如銀鏡反應）具有灰白色的金屬光澤，但是當尺寸縮減至奈米級的尺度時，因表面電漿子共振吸收效應而呈現黃色，使學生對奈米粒子有更深刻的認知。

● 由於當氫氧化鉀與蒸餾水接觸時，會產生微量發煙並且發生放熱的現象，因此教師應該提醒學生在配製洗滌液的過程必須多加小心。

● 由於硝酸銀溶液接觸到皮膚時使皮膚產生黑色污點，需要幾天的時間才會自然脫落，因此教師應該提醒學生在使用時必須格外小心，戴乳膠手套和安全眼鏡。

● 最好選用乾淨的器具進行本實驗，未曾使用過的器具更佳。如果無去離子水和超純水，只使用蒸餾水，那麼本實驗還是可以得到如預期的結果，只是無法持續幾個星期之久。

● 本次實驗的各種溶液濃度之配製和體積的量度不必過於精準也可以合成出黃色的銀奈米溶液。

藥品配製

● 0.001 M AgNO3溶液：取0.017 g的硝酸銀（AgNO3）固體，置入一個乾淨的100 mL的容量瓶（或錐形瓶）中，加入約50 mL的蒸餾水，搖晃促使硝酸銀的顆粒完全溶解後，再稀釋溶液至總體積100 mL。

觀察記錄樣本

1. 觀察並記錄在銀奈米粒子的合成過程中，反應溶液顏色的變化情形。

記錄：原本天竺葵葉子的萃取液呈現淡黃綠色澄清狀，在加入25 mL的0.001 M硝酸銀溶液後呈現透明無色狀。在加熱過程中，約5分鐘後溶液逐漸變成黃色，再過3~4分鐘後變成橘色，接著漸漸變成棕紅色，直到加熱過程結束。銀奈米粒子的合成過程之顏色變化，如圖四的所示。

圖四  合成過程中溶液的顏色變化由開始的無色到最後的紅棕色

2. 觀察並記錄天竺葵葉萃取液及其加入食鹽是否具有膠體溶液的廷得耳效應。

記錄：天竺葵葉萃取液加入食鹽顆粒後，溶液顏色並無任何改變，即使靜置一段時間也是如此。再者，不論是否有加入食鹽，兩隻試管以雷射筆的雷射光束檢驗均有廷得耳效應的現象，如圖五所示。

圖五 加入食鹽後的萃取液（左）和原萃取液（右）都具有廷得耳效應

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化學實驗室實驗：利用天竺葵葉合成銀奈米粒子（Synthesis of Silver Nanoparticles using Geranium Leaves）［II］

2011/08/05
化學實驗室實驗：利用天竺葵葉合成銀奈米粒子（Synthesis of Silver Nanoparticles using Geranium Leaves）［II］ 沒有迴響

化學實驗室實驗：利用天竺葵葉合成銀奈米粒子（Synthesis of Silver Nanoparticles using Geranium Leaves）［II］
國立彰化師範大學化學系學生羅翊瑋 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

連結：利用天竺葵葉合成銀奈米粒子［I］

學生講義之二（Student Handout II）

實驗步驟

A. 清洗器材

1. 配製洗滌液：取60 g的氫氧化鉀（KOH）溶於60 mL的蒸餾水中，待完全溶解後，置入此溶液到1000 mL的燒杯中，再加入500 mL的藥用酒精（95%乙醇，95% enthanol），然後以玻棒攪拌均勻即可。
註：洗滌液多組共同配製並共用，用後回收作為最後清洗器具之用。氫氧化鉀溶於蒸餾水時會放熱，在配製時須小心。

2. 在通風櫥內或通風良好之處，以洗滌液浸潤錐形瓶、量筒、漏斗、PE滴管、磁攪拌子、和樣品瓶等器材的內壁約1分鐘，再倒回洗滌液於原燒杯中，然後以大量的蒸餾水沖洗乾淨器皿，然後倒置滴乾。
註：最好選用乾淨的或未曾使用過的器材進行本實驗，所有的器材需以洗滌液浸洗，洗滌液必須完全被沖洗乾淨，以免殘餘的洗滌液影響後續的反應。

B. 天竺葵葉萃取液的製備

1. 以一支25 mL量筒量取25 mL的蒸餾水，置入250 mL的燒杯中。放置此燒杯於電磁加熱攪拌器上面並開啟加熱，直至沸騰。此時加入約5 g的乾淨天竺葵葉子，沸騰約1分鐘後，即可關閉加熱並且移走燒杯到實驗桌上。加熱前後的天竺葵葉子，如圖二所示。
註：天竺葵葉子由盆栽取下後不需經任何的切割，先用蒸餾水清洗乾淨後，再以完整的葉片進行加熱萃取。若使用切割過的葉片進行加熱，則萃取液會有懸浮物，且無法經由過濾使萃取液呈澄清狀，而影響後續的合成。

圖二 加熱前天竺葵葉子（左），加熱後的天竺葵葉子（右）

2. 放置摺好的濾紙在一支漏斗的上方，並放置此濾紙在一個125 mL的錐形瓶的開口上，形成簡易的過濾裝置。待步驟B-1的燒杯中溶液冷卻後，即可倒入此溶液到漏斗中，透過濾紙進行過濾，取得天竺葵葉子的萃取液。

圖三 簡易過濾裝置（左），過濾後的萃取液呈淡黃綠澄清溶液（右）

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化學實驗室實驗：利用天竺葵葉合成銀奈米粒子（Synthesis of Silver Nanoparticles using Geranium Leaves）［I］

2011/08/05
化學實驗室實驗：利用天竺葵葉合成銀奈米粒子（Synthesis of Silver Nanoparticles using Geranium Leaves）［I］ 沒有迴響

化學實驗室實驗：利用天竺葵葉合成銀奈米粒子（Synthesis of Silver Nanoparticles using Geranium Leaves）［I］
國立彰化師範大學化學系學生羅翊瑋 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

學生講義之一（Student Handout I）

實驗介紹

本實驗希望學生利用生活中隨處可見的盆栽植物─天竺葵葉子的萃取物來合成銀奈米粒子。由天竺葵葉子的萃取成分當作還原劑，還原硝酸銀的銀離子成為金屬銀，其成分也當作穩定劑，以製得銀奈米粒子。接著以雷射筆的雷射光束照射合成後的溶液，觀察是否有廷得耳效應（Tyndall effect），以鑑定是否成功地合成銀奈米粒子。圖一為本實驗所使用的天竺葵和一些藥品。

圖一 本實驗所使用的天竺葵和一些藥品 （由左至右：天竺葵、氫氧化鉀、藥用酒精、氯化鈉和硝酸銀）

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化學實驗室實驗：銀奈米粒子的合成（Synthesis of Silver Nanoparticles）［III］

2011/07/14
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化學實驗室實驗：銀奈米粒子的合成（Synthesis of Silver Nanoparticles）［III］
國立彰化師範大學化學系學生羅翊瑋 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

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教師手冊（Teacher’s Guide）

教學提示

● 上課時間：教師實驗解說：約20分鐘，學生實驗操作（含器材清洗）：約40分鐘，實驗觀察記錄：約10分鐘。學生回答問題（師生問題討論或家庭作業）：約20分鐘。

● 本次實驗使用的還原劑（氫硼化鈉溶液）必須新鮮配製。若靜置半小時或一小時後再使用，則氫硼化鈉水溶液會與空氣反應而逐漸失效。若使用非新鮮配製氫硼化鈉 溶液，則只能得到黃褐色的奈米銀溶液，而非鮮黃色的奈米銀溶液，如圖七所示。若靜置超過一小時以上，則僅能合成出相當淡的橘黃色銀奈米粒子，且廷得耳效應 不明顯。再者，此淡橘黃色溶液在約一小時後就會褪色而呈無色。因此，此溶液必須在使用前新鮮配製，才可達最佳的實驗效果。

圖七 未使用新鮮的氫硼化鈉溶液會合成出淡橘黃色的銀奈米溶液

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化學實驗室實驗：銀奈米粒子的合成（Synthesis of Silver Nanoparticles）［II］

2011/07/14
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化學實驗室實驗：銀奈米粒子的合成（Synthesis of Silver Nanoparticles）［II］
國立彰化師範大學化學系學生羅翊瑋 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

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學生講義之二（Student Handout II）

實驗步驟

A. 銀奈米粒子的製備

1. 配製氫氧化鉀和酒精的洗滌液：在通風櫥內或通風良好之處，取60 g氫氧化鉀（KOH）溶於60 mL的蒸餾水中，待完全溶解後，置入此水溶液到一個1000 mL的燒杯中，再加入500 mL的藥用酒精（95%乙醇），最後以玻棒均勻地攪拌混合溶液。
註：此洗滌液可以共同配製並且多組輪流共用，清洗後亦可以回收作為合成後清洗器具之用。氫氧化鉀溶於蒸餾水時會放熱並產生微量發煙，在配製時必須小心。

2. 在通風櫥內或通風良好之處，以上述的洗滌液浸潤錐形瓶、量筒、漏斗、PE滴管、磁攪拌子、樣品瓶、滴定管等器材的內壁約1分鐘，再倒回用過的洗滌液於原燒杯中，然後以大量的蒸餾水沖洗乾淨器皿，而後倒置滴乾。
註：本實驗最好選用乾淨的或未曾使用過的器具，所有的器具需以洗滌液浸洗。潤洗後洗滌液必須完全被沖洗乾淨，以免殘餘的洗滌液影響後續的銀奈米粒子合成。

3. 以量筒取30 mL的0.002 M氫硼化鈉（NaBH4）溶液，置入一個125 mL的錐形瓶中，再放置此錐形瓶於冰浴中，如圖三所示。冷卻此錐形瓶約15~20分鐘，偶爾緩和地搖晃加速冷卻速率。

圖三 錐形瓶置於冰浴中

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化學實驗室實驗：銀奈米粒子的合成（Synthesis of Silver Nanoparticles）［I］

2011/07/14
化學實驗室實驗：銀奈米粒子的合成（Synthesis of Silver Nanoparticles）［I］ 沒有迴響

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國立彰化師範大學化學系學生羅翊瑋 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

學生講義之一（Student Handout I）

實驗介紹

本實驗的目的是透過化學方法來合成銀奈米粒子，利用氫硼化鈉當作還原劑，還原銀離子為銀金屬，並利用安定劑穩定銀奈米粒子。本實驗應用廷得耳效應（Tyndall effect）以雷射筆照射的散射現象來鑑定奈米級銀粒子，如圖一所示。

圖一 食鹽水（左）、銀奈米溶液（中）及其加食鹽水後（右）的廷得耳效應

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化學實驗室實驗：金奈米粒子的合成 – III

2011/05/30
化學實驗室實驗：金奈米粒子的合成 – III 有 2 則迴響

化學實驗室實驗：金奈米粒子的合成 (Synthesis of Gold Nanoparticles)［III］
國立彰化師範大學化學系學生羅翊瑋 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

連結：金奈米粒子的合成 – II

教師手冊 (Teacher’s Guide)

教學提示

● 上課時間：教師實驗解說：約20分鐘，學生實驗操作（含器材清洗）：約40分鐘，實驗觀察記錄：約10分鐘。學生回答問題（師生問題討論或家庭作業）：約20分鐘。

● 在進行本實驗時，學生可以透過視覺上的觀感，瞭解到雖然黃金塊具有金黃色金屬光澤，但當尺寸縮減至奈米尺度時，因表面電漿子共振吸收效應而呈現紅色，使學生對奈米有更深刻的認知。

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化學實驗室實驗：金奈米粒子的合成 – II

2011/05/30
化學實驗室實驗：金奈米粒子的合成 – II 沒有迴響

化學實驗室實驗：金奈米粒子的合成 (Synthesis of Gold Nanoparticles)［II］
國立彰化師範大學化學系學生羅翊瑋 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

連結：金奈米粒子的合成 – I


學生講義之二 (Student Handout II)

實驗步驟

A. 金奈米粒子的製備

1. 配置王水：在通風櫥內或通風良好之處，取5 mL的濃硝酸與15 mL的濃鹽酸（HNO3/HCl = 1/3(v/v)）混合於一個100 mL的燒杯中。
註：王水可以共同配製並共用，用後回收作為最後清洗器具之用。

2. 在通風櫥內或通風良好之處，以王水浸潤錐形瓶、漏斗、PE滴管、磁攪拌子、樣品瓶等器材的內壁約1分鐘，再倒回王水於原燒杯中，然後以大量的蒸餾水沖洗乾淨器皿，而後倒置滴乾。
註：最好選用乾淨的或未曾使用過的器具進行本實驗，所有的需以王水浸洗，王水必須完全被沖洗乾淨，以免殘餘王水影響後續製備反應。若有去離子水和超純水，則先以王水浸潤，再大量去離子水沖洗乾淨器皿，最後以超純水淋洗2次。

3. 使用已洗淨的一支3 mL的PE滴管，分五次轉移，共量取15 mL的1 mM之四氯金酸溶液至一個125 mL的錐形瓶中，加入1個洗淨的磁攪拌子。

4. 組合簡易的加熱迴流裝置，如下圖三所示：取一小型的漏斗，細徑朝下，插在上述錐形瓶的瓶口。再放置錐形瓶置於電磁加熱攪拌器上，調整至適當位置使磁攪拌子能順利攪拌。

圖四 組合簡易加熱迴流裝置

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化學實驗室實驗：金奈米粒子的合成 – I

2011/05/30
化學實驗室實驗：金奈米粒子的合成 – I 沒有迴響

化學實驗室實驗：金奈米粒子的合成 (Synthesis of Gold Nanoparticles)［I］
國立彰化師範大學化學系學生羅翊瑋 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯


學生講義之一 (Student Handout I)

實驗介紹

本實驗是利用檸檬酸納（Na3C6H5O7）為還原劑，還原四氯金酸（HAuCl4）的金離子為金屬金，用檸檬酸納當作分散劑製得金奈米粒子，並應用廷得耳效應（Tyndall effect）來鑑定合成的奈米級金粒子。在實驗過程中也學習配製王水以清洗器皿、吸量管與電磁加熱攪拌器之使用、並學習應用漏斗架設簡易的迴流加熱反應裝置。

實驗原理

一、 奈米材料

奈米的英文全名是nanometer，簡寫為nm，它與微米（μm）同樣是長度的單位。1微米等於10－6公尺，我們小時候使用的痱子粉，它的直徑大約是1微米。而1個奈米就等於1微米的一千分之一，也就是10－9公尺。所以奈米就是一粒痱子粉再平分成一千份，而此時我們就必須要藉助於電子顯微鏡了才能看到它們了！科學家們也從這麼小的粉粒中，發現許多有趣及豐富的性質。因此，接下來就讓我們來談談什麼是「奈米材料」吧！

「奈米材料」就是專指奈米大小的材料，也就是介於1~100 nm之間的微小物質所組成的材料。說得更詳細一點就是，任何材料的尺寸，在三個維度中，至少一個維度的長度是奈米級，就稱之為「奈米材料」。

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