Chemické pokusy s nanomateriály/Agregace částic koloidní směsi

Z Wikiknih
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Agregace částic koloidní směsi
Agregace micel kaseinu v mléce při změně pH přidáním kyseliny octové.jpg
Pomůcky kádinka, elektrický vařič, skleněná tyčinka, mléko a ocet
Typ pokusu základní škola a žákovský domácí pokus
Časová náročnost 15 min
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Popis pokusu[editovat]

Jednoduchým pokusem s běžně dostupnými pomůckami lze dokázat, že mléko je koloidní disperzí. Jednou z vlastností koloidních směsí je agregace, ke které dochází při porušení rovnováhy směsi. Okyselením mléka octem dojde k narušení rovnováhy disperze a rozptýlené micely kaseinu se začnou shlukovat do větších celků (agregovat).[1]~

Princip[editovat]

Mléko je ve své podstatě disperzní směsí biomolekul (proteinů a lipidů) rozptýlených ve vodě. Jedním z nejvýznamnějších proteinů vyskytujících se v mléce je fosfoprotein kasein. Ten se v mléce vyskytuje ve formě micel o velikosti 50-300 nm. Micely tvořené kaseinem mají v mléce několik významných funkcí. Nejpodstatnější funkcí micel je schopnost vázat vápenatý ion na fosfátovou skupinu v proteinu. Možnost navázání vápenatých iontů je podstatná pro transport vápníku a dalších živin od matky k potomku skrze mléko. Micely kaseinu mají zásadní vliv na zbarvení mléka, jejich přítomnost způsobuje optické efekty. Bílá barva je způsobena rozptýlením paprsků světla na nanostrukturách micel.

Jak již bylo popsáno výše, micely kaseinu přítomné v mléce hrají velkou roli ve výsledném chování disperze. Existují však metody, kterými lze narušit stabilitu micel a tím vlastnosti disperze měnit. Pokud dojde ke změně pH, dojde k významným změnám chování micel. Výsledek těchto změn je pozorovatelný i lidským okem. Snížením pH mléka pod jeho izoelektrický bod (4.6) dojde k disociaci kaseinových micel. Změna pH naruší stabilitu vazby vápníku na fosfátovou skupinu a tím dojde k narušení struktury celé micely. Stabilita micel však nezávisí pouze na elektrostatických interakcích, které můžeme ovlivnit pomocí změny pH, ale také na jejich hydrofobních vlastnostech. Ty mohou být ovlivněny změnou teploty. [2]

Okyselením mléka zahřátého nad teplotu 60 °C, dojde k disociaci micel a zvýšením elektrostatických a hydrofobních interakcí v disperzi dojde k agregaci přítomných nanostruktur. Agregace je jev, při kterém se částice shlukují a vytváří větší objekty. Tento jev je u mléka tak výrazný, že vznikající agregované částice lze pozorovat okem.

Postup[editovat]

Ilustrace popisující chemický pokus - Agregace částic koloidní směsi. V ilustraci je znázorněn postup práce a schématické znázornění vnitřní struktury kameninových micelární v mléce, které se změnou pH prostředí agregují.
  1. Kádinku naplníme do ½ mlékem a zahřejeme na vařiči na teplotu minimálně 60 °C.
  2. Do kádinky s ohřátým mlékem přilijeme malé množství octa a směs promícháme.
  3. Ihned po okyselení můžeme pozorovat agregaci nanostruktur přítomných v mléce a vznik větších částic uvnitř směsi.

Poznámky[editovat]

  • Pokus lze provést i se studeným mlékem a porovnat mírně odlišné chování směsi. Rozdíl v chování je způsobem hydrofobními interakcemi, které jsou při nižších teplotách slabší, proto nedojde k agregaci částic i případě, že směs okyselíme pod hodnotu izoelektrického bodu mléka.

Reference[editovat]

  1. Filipponi, L. & Nanoyou. Experiment A – Natural Nanomaterials. (2010).
  2. Horne, D. S. Casein structure, self-assembly and gelation. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 7, 456–461 (2002).