ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΠΟΥΔΑΣΤΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑ A: ΦΥΣΙΚΑ ΝΑΝΟ-ΥΛΙΚΑ

Transcript

1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΠΟΥΔΑΣΤΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑ A: ΦΥΣΙΚΑ ΝΑΝΟ-ΥΛΙΚΑ Όνομα του σπουδαστή: Ημερομηνία:.. ΣΤΟΧΟΣ: - Πληροφόρηση για την ύπαρξη των φυσικών νάνο-υλικών - Ελαφρά αλληλεπίδραση με κολλοειδή - Ζελατίνη και γάλα ως παραδείγματα φυσικών κολλοειδών - Σχέση μεταξύ των μάκρο ιδιοτήτων του γάλακτος (χρώμα, οσμή, γεύση, πυκνότητα) και της μοριακής του δομής - Κατανόηση της σχέσης μεταξύ της μοριακής δομής του γάλακτος (νάνο δομές) και των ιδιοτήτων του, και πώς μπορούμε να τις χειριστούμε ώστε να αντλήσουμε διάφορα προϊόντα (τυρί, γιαούρτι, κ.λπ). ΠΡΟΤΟΥ ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΕΤΕ ΑΥΤΟ ΤΟ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: ΥΛΙΚΑ: - διαβάστε το έντυπο ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΣΠΟΥΔΑΣΤΩΝ για το ΠΕΙΡΑΜΑ Α - αν έχετε ερωτήσεις, υποβάλτε τις στους εκπαιδευτικούς σας - 1 ηλεκτρικό μάτι - 2 γυάλινα δοχεία 50 ml - 2 γυάλινα δοχεία 500 ml g σκόνη ζελατίνης (Sigma-Aldrich αριθμός προϊόντος G1890) - 1 κουτάλι του γλυκού ml αποβουτυρωμένου γάλακτος - 4 κουτάλια του γλυκού λευκό ξύδι - θερμόμετρο - 1 σπάτουλα - γάντια latex - προστατευτικά γυαλιά 1

2 ΑΠΟΠΟΙΗΣΗ ΕΥΘΥΝΗΣ: Στα πειράματα που περιγράφονται στο ακόλουθο πακέτο εξάσκησης χρησιμοποιούνται χημικά, τα οποία πρέπει να χρησιμοποιηθούν σύμφωνα με τις προδιαγραφές MSDS και σύμφωνα με συγκεκριμένους σχολικούς κανόνες ασφάλειας. Η προσωπική προστασία πρέπει να χρησιμοποιηθεί όπως υποδεικνύεται. Όπως με όλα τα χημικά, πάρτε προφυλάξεις. Τα στερεά δεν πρέπει να εισπνευστούν και η επαφή με το δέρμα, τα μάτια ή τα ρούχα πρέπει να αποφευχθεί. Πλύντε σχολαστικά τα χέρια σας μετά τους χειρισμούς. Απαλλαχθείτε όπως υποδεικνύεται. Όλα τα πειράματα πρέπει να διεξαχθούν παρουσία ενός εκπαιδευμένου στη διδασκαλία φυσικής καθηγητή. Όλα τα πειράματα θα διεξαχθούν υπό την ευθύνη σας. Το Aarhus University (inano) και ολόκληρη η κοινοπραξία NANOYOU δεν αναλαμβάνει την ευθύνη για ζημιές ή επακόλουθες μόνιμες απώλειες, ως αποτέλεσμα της διεξαγωγής των πειραμάτων που περιγράφονται. ΜΝΕΙΑ ΓΙΑ ΤΟ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΚΟ ΥΛΙΚΟ: Οι εικόνες στη σελίδα 6 παραχωρήθηκαν ευγενώς από: (A) Christoph Gösselsberger, η εικόνα είναι από O. Hekele, C.G. Goesselsbergerand I.C. Gebeshuber: Nanodiagnostics performed on human red blood cells with atomic force microscopy"; (B): AFM εικόνα κυττάρων βακτηρίων που συλλέχθηκαν στο inano, Aarhus University, ευγενική χορηγία της εικόνας από το Park Systems XE-Bio; (C) Ανατυπώθηκε με την άδεια τού: Shekar et al., PNAS (23 Μαϊου, 2006), vol. 103, no. 21, pp Copyright 2006 National Academy of Sciences, U.S.A. (D): AFM εικόνα διπλών σκελών DNA σε επιφάνεια μίκας, ευγενική χορηγία της εικόνας από την of JPK Instruments AG. Δεν επιτρέπεται η περαιτέρω χρήση αυτών των εικόνων χωρίς την έγκριση των κατόχων των πνευματικών δικαιωμάτων. ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 1. Προετοιμάστε και εξετάστε την ζελατίνη Σε αυτό το μέρος του πειράματος θα ετοιμάσετε τη ζελατίνη και θα την εξετάσετε με ένα στυλό λέϊζερ για να επιβεβαιώσετε την κολλοειδή της φύση. ΒΗΜΑ 1 Προετοιμάστε ένα δείγμα ζελατίνης 10 mg/ml ανακατεύοντας 0.5 mg σκόνη ζελατίνης με 50 ml κρύο νερό. Τοποθετήστε στο ηλεκτρικό μάτι και ζεστάνετε το νερό και το μείγμα ζελατίνης. Ανακατέψτε με τη σπάτουλα καθώς ζεσταίνεται το μείγμα. Πριν βράσει το μείγμα (ελέγξτε τη θερμοκρασία με το θερμόμετρο), σβήνετε το ηλεκτρικό μάτι και αφήνετε το μείγμα να κρυώσει. ΣΗΜΕΙΩΣΗ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ: Μην αγγίξετε το γυάλινο δοχείο αμέσως, επειδή θα καίει. Όταν κρυώσει, το αποσύρετε από το ηλεκτρικό μάτι και το τοποθετείτε με προσοχή στον πάγκο. Διαφορετικά, χρησιμοποιήστε γάντια ασφαλείας. ΒΗΜΑ 2 Μόλις διαμορφωθεί το τζελ εξετάστε το με ένα στυλό λέϊζερ. Τοποθετήστε ένα κομμάτι λευκό χαρτί στην άλλη πλευρά του γυάλινου δοχείου. Φωτίστε με την ακτίνα λέϊζερ μέσα στο δείγμα ζελατίνης και καταγράψτε τις παρατηρήσεις σας. ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ: ποτέ μην κατευθύνετε τις ακτίνες λέϊζερ κοντά 2

3 στα μάτια ούτε να κοιτάξετε απευθείας μέσα στις ακτίνες! Πρέπει να φοράτε γυαλιά ασφαλείας κατά τη διάρκεια της δοκιμασίας. ΒΗΜΑ 3 Επαναλάβετε τη δοκιμασία με το λέϊζερ, αλλά αυτή τη φορά εξετάζοντας ένα γυάλινο δοχείο με σκέτο νερό. Ε1. Βάσει της δοκιμασίας με το λέϊζερ, είναι η ζελατίνη κολλοειδής; Γιατί;.. Ε2. Βάσει της δοκιμασίας με το λέϊζερ, είναι το νερό κολλοειδές; Γιατί; 2. Το γάλα και οι ιδιότητές του Το γάλα είναι ένα φυσικό κολλοειδές και θα το επιβεβαιώσετε, όπως κάνατε με τη ζελατίνη, χρησιμοποιώντας ένα στυλό λέϊζερ (χρησιμοποιώντας αραιωμένο γάλα). Θα επεξεργαστείτε το γάλα με οξύ για να διαταράξετε την μοριακή νανο-δομή του και να προκαλέσετε συσσωμάτωση. Πρέπει να φοράτε γυαλιά ασφαλείας και γάντια, καθόλη τη διάρκεια του πειράματος. ΒΗΜΑ 1 ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ: ποτέ μην κατευθύνετε τις ακτίνες λέϊζερ κοντά στα μάτια ούτε να κοιτάζετε απευθείας μέσα στις ακτίνες!! Πρέπει να φοράτε γυαλιά ασφαλείας κατά τη διάρκεια της δοκιμασίας. - Φορέστε τα γυαλιά ασφαλείας - Το γάλα είναι ένα φυσικό κολλοειδές αλλά, αντίθετα με τη ζελατίνη, δεν είναι διαφανές. Προσπαθήστε να το εξετάσετε με ένα στυλό λέϊζερ όπως κάνατε με τη ζελατίνη, μπορείτε να δείτε ένα μονοπάτι διαχεόμενου φωτός; - Τώρα διαλύστε το γάλα. Βάλτε 150 ml αποσταγμένου νερού σε ένα γυάλινο δοχείο ή σε ένα ποτήρι, και προσθέστε 2 σταγόνες γάλακτος (χρησιμοποιώντας μία πιπέτα). Αναμίξτε και αφήστε το διάλυμα σε ακινησία για μερικά λεπτά (δεν θέλετε να έχει φυσαλίδες αέρα). Το διάλυμα θα έχει χρώμα απαλό γκρι. Τώρα εξετάστε το ξανά χρησιμοποιώντας το στυλό λέϊζερ. Μπορείτε να δείτε ένα μονοπάτι του διάχυτου φωτός; 3

4 Ε3. Βάσει της οπτικής σας παρατήρησης, είναι το γάλα κολλοειδές; Γιατί; Ε4. Το γάλα οφείλει τις ιδιότητές του στην ύπαρξη μικκυλίων καζεϊνης, τα οποία είναι νανο-δομές περίπου nm. Επιλέξτε από τις εικόνες που παρέχονται στο τέλος του φύλλου εργασίας, την εικόνα AFM που θεωρείτε ότι αντιστοιχεί στα μικύλλια καζεϊνης. Επικολλήστε την εικόνα εδώ. ΒΗΜΑ 2 - Χρησιμοποιήστε το ίδιο γυάλινο δοχείο με γάλα, που εξετάσατε στο ΒΗΜΑ 1. Με τη χρήση ενός χαρτιού ph, καταγράψτε το ph του αποβουτυρωμένου γάλακτος (συμπληρώστε τον πίνακα που παρέχεται στην επόμενη σελίδα). - Τώρα τοποθετήστε το ίδιο γυάλινο δοχείο, που περιέχει γάλα, σε ένα ηλεκτρικό μάτι, ανάψτε το και ζεστάνετε το γάλα περίπου στους 60 C. Αν δε διατίθεται ηλεκτρικό μάτι, το γάλα μπορεί να ζεσταθεί χρησιμοποιώντας νερό, που έχετε βράσει χωριστά και έχετε αδειάσει σε ένα σκεύος νερού. Ο εκπαιδευτικός σας θα σάς καθοδηγήσει για το πώς θα ζεστάνετε το γάλα. ΒΗΜΑ 3 - Στο ζεστό γάλα (περίπου 60 C) προσθέστε 2 κουταλάκια του γλυκού λευκό ξύδι και ταυτόχρονα ανακατεύετε καλά. Θυμηθείτε ότι το γυάλινο δοχείο θα καίει! Τι συμβαίνει; Καταγράψτε τις παρατηρήσεις σας στον πίνακα που παρέχεται. Καταγράψτε το ph του υγρού (στον πίνακα που παρέχεται). Σημείωση ασφαλείας: δεν πρέπει να δοκιμάσετε το συσσωματωμένο οξύ-γάλακτος! ΒΗΜΑ 4 - Επαναλάβετε τη δοκιμασία χωρίς να ζεστάνετε το νερό. Πάρτε ένα καθαρό γυάλινο δοχείο και προσθέστε ένα άλλο δείγμα 400 ml κρύου γάλακτος. Χωρίς να το ζεστάνετε, προσθέστε 2 κουταλάκια 4

5 του γλυκού λευκό ξύδι και ανακατέψτε. Τι συμβαίνει; Καταγράψτε τις παρατηρήσεις σας στον πίνακα που παρέχεται. Καταγράψτε το ph του υγρού (συμπληρώστε τον παρακάτω πίνακα): Το γάλα πριν τη δοκιμασία: ph.. Θερμοκρασία του Γάλακτος Επίδραση προσθέτοντας ξύδι ph ΔΟΚΙΜΑΣΙΑ 1 ΔΟΚΙΜΑΣΙΑ 2 Ε5. Υπήρξε σαφής διαφορά προσθέτοντας το ξύδι στο ζεστό ή στο κρύο γάλα; Αν ναι, περιγράψτε. Ε6. Βάσει των αποτελεσμάτων της δοκιμασίας πρόσθεσης ξυδιού σε ζεστό ή σε κρύο γάλα, νομίζετε ότι η αντίδραση που γίνεται, είναι εξ ολοκλήρου μία αντίδραση βασισμένη στο οξύ; Εξηγήστε

6 Εικόνες για την ερώτηση Ε4: Αποκόψτε την εικόνα που θεωρείτε σωστή και επικολλήστε τη στον χώρο που παρέχεται στην ερώτηση Ε4. A B C D Οι εικόνες σε αυτή τη σελίδα είναι προστατευόμενα πνευματικά δικαιώματα. Δείτε τη σελίδα 2 για μνείες και για τους όρους χρήσης. Δεν επιτρέπεται η περαιτέρω χρήση αυτών των εικόνων χωρίς τη γραπτή έγκριση των κατόχων των πνευματικών δικαιωμάτων. 6