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Complementos de Química Inorgánica y Analítica – 2015
Nanopartículas de Plata
Objetivos
Sintetizar y caracterizar nanopartículas (NPs) esféricas de plata en distintas condiciones de síntesis.
Introducción
La síntesis controlada de NPs de plata es de gran interés debido a sus propiedades ópticas,
eléctricas y catalíticas. Además, poseen un amplio uso en medicina gracias a su acción bactericida,
fungicida, cicatrizante y retroviral.
Las propiedades de las nanopartículas metálicas son diferentes de las de los materiales bulk
hechos a partir de los mismos átomos. Los colores distintivos de los coloides de Ag se deben al fenómeno
de plasmón de resonancia superficial. El campo eléctrico oscilante de la luz incidente origina la
oscilación coherente de los electrones de conducción resultando en una oscilación de la nube electrónica
que rodea al núcleo metálico. Cuando la frecuencia de oscilación coincide con la frecuencia de la luz, las
NPs entran en resonancia con la luz incidente absorbiendo dicha energía y como consecuencia generan un
pico de absorbancia. El típico pico de la resonancia de plasmón superficial se forma aproximadamente a
400 nm e indica la formación de las NPs esféricas de Ag.
Tanto el tamaño y la forma de las NPs como la función dieléctrica del medio circundante
determinan la frecuencia y fuerza de dicha resonancia. La longitud de onda del máximo en un dado
solvente puede ser empleada para estimar el tamaño de la partícula. Cuanto mayor es el tamaño de la
partícula, ¿el pico del plasmón se desplaza a longitudes de onda mayores o menores?
La síntesis de NPs de Ag se realizará por el método de reducción química del AgNO3 con NaBH4
como reductor y agente estabilizante, obteniéndose dispersiones coloidales de plata amarillas, estables y
transparentes:
2AgNO3(ac) + 2NaBH4(ac) + 6H2O(l) → 2Ag(s) + 7H2(g) + 2H3BO3(ac) + 2NaNO3(ac)
Este método permite obtener partículas con diámetros alrededor de 12 nm, absorbancia del plasmón
superficial en 400 nm y un ancho a mitad de altura del pico entre 50 y 70 nm. En caso de agregación, el
espectro visible presenta un nuevo pico a longitudes de onda mayores (525 nm) con una disminución en
la intensidad de absorbancia del plasmón.
La adsorción de NaBH4 juega un papel clave como estabilizador durante el crecimiento de las
NPs de Ag proveyendo una carga superficial en la partícula. La cantidad de NaBH4 debe ser suficiente
para estabilizar las partículas cuando la reacción ocurre pero no demasiado alta como para aumentar la
fuerza iónica total y hacer que ocurra la agregación. La agregación también puede ser inducida por la
adición de electrolitos, por ejemplo NaCl. Las NPs son mantenidas en suspensión por fuerzas
electrostáticas repulsivas entre las partículas debido al NaBH4 adsorbido. La sal apantalla las cargas
permitiendo que las partículas formen agregados. Entonces el sol de Ag cambia de color pasando de
amarillo, violeta a gris. Las NPs se pueden estabilizar empleando un modificador superficial, por ejemplo
el polímero polivinilpirrolidona (PVP).
En la práctica se buscará analizar el efecto de la concentración de agente reductor, de la identidad
del agente estabilizante, de la fuerza iónica y del solvente de reacción en la síntesis de coloides de plata.
La estabilidad de las soluciones también será uno de los parámetros a analizar.
Parte experimental
a) Síntesis de NPs esféricas de Ag en baño de hielo
Se preparan 30 mL de NaBH4 2.0 mM en agua bidestilada y se colocan en baño de hielo. Bajo
agitación vigorosa se agregan 10 mL de AgNO3 1.0 mM gota a gota (~1 gota/seg). La solución toma un
color amarillento luego de agregar 2 mL de AgNO3 y un color amarillo intenso luego de finalizado el
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agregado. El proceso toma alrededor de 3 minutos. Se detiene la agitación y se remueve el buzo
magnético. Analizar la estabilidad de la dispersión.
b) Síntesis de NPs esféricas de Ag a temperatura ambiente
Repetir la síntesis del punto a) a temperatura ambiente.
c) Análisis del efecto de diversos factores en la síntesis de las NPs
En base a la información de la bibliografía y a los resultados obtenidos en las síntesis a) y b),
estudiar el efecto en la síntesis de diversos factores como: relación [AgNO3]/[NaBH4], fuerza iónica,
solvente, agitación, temperatura de síntesis.
Evaluar el efecto de la presencia de un estabilizador superficial (0.3% PVP) ante la agregación
del coloide (inducida por gotas de NaCl 1.5 M).
Cuidados experimentales
- Utilizar material de vidrio limpio para evitar centros de nucleación y/o agregación.
- Las soluciones de NaBH4 se deben preparar en el momento de la síntesis.
- Al medir el espectro de absorción de los soles de Ag, ajustar el máximo de absorción en 0.6 mediante la
dilución en agua del sol inicial.
Caracterización
Espectroscopía UV-Vis
DLS
SEM
Cuestionario
1. ¿Qué teoría explica el cambio de color del sol al variar el tamaño de partícula?
2. ¿Puede realizar este tipo se síntesis en alcohol?
3. Estimar el número de átomos de Ag en una NP de 12 nm de diámetro. Suponer que cada átomo de Ag
ocupa el volumen de un cubo de 0.3 nm de lado ¿Cuál es el número de NPs de Ag producidas en la
síntesis?
Bibliografía
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S.D. Solomon, M. Bahadory, A.V. Jeyarajasingam, S.A. Rutkowsky, C. Borito, L. Mulfinger. J.
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