Номер 1, страница 152, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Коллоидные растворы, содержащие наночастицы золота, имеют разные цвета (от желтого до красного и даже зеленого). От чего зависит эта окраска?

1. Окраска коллоидных растворов золота, которая может варьироваться от желтого до красного и даже зеленого, не связана с собственным цветом золота в массивном состоянии (который является жёлтым). Этот эффект объясняется физическим явлением, известным как локализованный поверхностный плазмонный резонанс (ЛППР).

Суть явления заключается в следующем: наночастицы металлов, таких как золото, содержат свободные электроны. Когда свет (электромагнитная волна) падает на такую наночастицу, его электрическое поле заставляет свободные электроны на поверхности частицы коллективно колебаться. Если частота падающего света совпадает с собственной частотой этих колебаний, происходит резонанс. В момент резонанса наночастица особенно сильно поглощает свет определенной длины волны (определенного цвета). Цвет раствора, который мы видим, является дополнительным к поглощенному. Например, если частицы поглощают сине-зелёный свет, раствор будет выглядеть красным.

Длина волны, на которой происходит резонансное поглощение, а следовательно, и цвет коллоидного раствора, зависит от нескольких ключевых факторов.

Во-первых, размер наночастиц. Это основной фактор. С изменением размера наночастиц золота изменяется и пик поглощения света.

• Очень маленькие частицы (диаметром менее 5 нм) поглощают в УФ-области, и раствор кажется бледно-жёлтым.

• Частицы размером около 10-20 нм наиболее интенсивно поглощают в сине-зелёной части спектра (около 520 нм), что придаёт раствору насыщенный рубиново-красный цвет.

• При дальнейшем увеличении размера частиц (более 50 нм) пик поглощения смещается в сторону более длинных волн (жёлто-красная область), и раствор приобретает фиолетовый, синий и даже мутно-зелёный оттенок.

Во-вторых, форма наночастиц. Частицы могут быть не только сферическими, но и иметь форму стержней, пластин, звёзд и т.д. От формы зависит, как будут колебаться электроны. Например, у наностержней золота есть два пика плазмонного резонанса (соответствующие колебаниям электронов вдоль короткой и длинной оси), что приводит к совершенно другим цветам по сравнению со сферическими частицами того же объёма.

В-третьих, на цвет также влияют диэлектрическая проницаемость окружающей среды (растворителя) и степень агрегации (слипания) частиц.

Таким образом, управляя размером и формой наночастиц золота в процессе синтеза, можно получать коллоидные растворы с широким спектром цветов.

Ответ: Окраска коллоидных растворов золота зависит в первую очередь от размера и формы наночастиц. Эти параметры определяют условия возникновения поверхностного плазмонного резонанса — резонансного поглощения света определённой длины волны. Изменение размера и формы частиц смещает пик поглощения по спектру, что и приводит к изменению видимого цвета раствора.