Оптические свойства наночастиц серебра сильно зависят как от характеристик индивидуальных частиц (их размера, формы и состава, наличия и структуры адсорбционных слоёв), так и от их окружения, в т. ч. и от способа пространственного упорядочения частиц. Характерной особенностью спектров поглощения и рассеяния металлических наночастиц размером более 2 нм является присутствие интенсивной и широкой полосы в видимой области или в прилегающих к ней ближних ИК — и УФ-областях.
Эту полосу называют полосой поверхностного плазмонного резонанса (ППР) или, реже, полосой резонанса Ми (по имени Густава Ми, внёсшего наиболее заметный вклад в теоретическое объяснение этого явления). Из всех металлов серебро имеет наибольшую интенсивность полосы ППР, у золота и меди она немного слабее.
Серебро обладает самым высоким коэффициентом экстинкции в максимуме полосы ППР не только среди металлов, но и среди всех других известных материалов, поглощающих в той же области спектра (т.е. НЧ серебра пропускают свет в этой спектральной области в меньшей степени, чем любые другие частицы такого же размера).
Ионы серебра
Возникновение полосы ППР — это результат взаимодействия падающего на поверхность НЧ света с электронами проводимости металла. Согласно теории электронного газа, электроны внутренних оболочек локализованы вблизи атомного ядра, а электроны внешних валентных оболочек могут свободно перемещаться внутри металлической частицы, и обусловливают, в частности, высокую электропроводность металлов.
Под действием переменного электрического поля светового луча подвижные электроны проводимости смещаются. Если размер частицы много меньше длины волны падающего света, то перемещение электронов приводит к возникновению диполя, колеблющегося с частотой возбуждающего электрического поля.
Если частота колебаний падающего света совпадает с собственной частотой колебаний электронов проводимости вблизи поверхности частицы, то наблюдается резонансное поглощение и рассеяние света, называемое ППР. Колеблющийся диполь, образовавшийся вблизи поверхности при смещении электронов проводимости, обычно называют поверхностным плазмоном.
Для частиц несферической формы или частиц, находящихся в неоднородном окружении, различные ориентации частицы по отношению к падающей световой волне неравноценны. Области положительного и отрицательного заряда, сформировавшиеся вблизи поверхности наночастицы в результате смещения электронов проводимости, вызывают поляризацию окружающей среды, в которой находится частица металла. Такая поляризация приводит к уменьшению величины и частоты колебаний индуцированного диполя и, как следствие, к сдвигу полосы ППР в длинноволновую область. Эти эффекты выражены тем сильнее, чем больше способность окружающей среды к поляризации, т.е. чем больше диэлектрическая проницаемость окружающей среды [6].
Антибактериальные свойства наночастиц серебра
Типичные наночастицы серебра имеют размеры 25 нм. Они имеют чрезвычайно большую удельную площадь поверхности, что увеличивает область контакта серебра с бактериями или вирусами, значительно улучшая его бактерицидное действие. Таким образом, применение серебра в виде наночастиц позволяет в сотни раз снизить концентрацию серебра с сохранением всех бактерицидных свойств.
Эффективность ионов серебра. Жить здорово! 10.02.2020
Антибактериальная активность серебра объясняется тем, что ионы серебра, взаимодействуя с тиольной группой цистеина, входящего в состав ферментов, нарушают их функционирование. Для человека же серебро в малых количествах абсолютно безвредно, так как, попадая в организм, любая растворимая соль серебра мгновенно превращается в малорастворимый хлорид. В ряде работ установлено, что биоцидное действие серебра в форме кластеров и наночастиц в некоторых случаях превосходит аналогичное действие ионов серебра. Так, например, при воздействии кластерного серебра на дрожжевые клетки Candida utilis отмечено прекращение роста культуры дрожжей. При действии же водно-органического препарата ионного серебра той же концентрации наблюдался лишь микробостатический эффект, проявляющийся в задержке роста с последующим его возобновлением [7,8].
Бактерицидная добавка на основе наночастиц серебра является одним из последних достижений отечественной науки в области нанобиотехнологий. После длительного использования, терапевтическая ценность синтетических антибиотиков уменьшилась из-за появления устойчивых к ним микроорганизмов. Развитие сопротивляемости микроорганизмов к антибиотикам может произойти из-за непосредственной мутации микроорганизма, а также из-за приобретения частей ДНК от других организмов. Уже на протяжении тысячелетий бактерии и вирусы не способны выработать «иммунитет» к серебру. В то время как серебро полностью безопасно для млекопитающих (в том числе человека), рептилий, растений и всех других живых существ, имеющих многоклеточное строение.
В связи со способностью особым образом модифицированных наночастиц серебра длительное время сохранять биоцидные свойства, рационально использовать наносеребро не в качестве дезинфицирующих средств частого применения, а добавлять в краски, лаки и другие материалы, что позволяет экономить деньги, время и трудозатраты [9].
Источник: studentopedia.ru
Серебро Ag
Порядок заполнения оболочек атома серебра (Ag) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.
На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ — до 6, на ‘d’ — до 10 и на ‘f’ до 14
Серебро имеет 47 электронов, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:
Элемент Ag является исключением!
2 электрона на 1s-подуровне
2 электрона на 2s-подуровне
6 электронов на 2p-подуровне
2 электрона на 3s-подуровне
6 электронов на 3p-подуровне
2 электрона на 4s-подуровне
10 электронов на 3d-подуровне
6 электронов на 4p-подуровне
1 электрон на 5s-подуровне
10 электронов на 4d-подуровне
Степень окисления серебра
Атомы серебра в соединениях имеют степени окисления 3, 2, 1, 0.
Степень окисления — это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается, то степень окисления положительная.
Ионы серебра
Валентность Ag
Атомы серебра в соединениях проявляют валентность III, II, I.
Валентность серебра характеризует способность атома Ag к образованию хмических связей. Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:
Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами
Валентность не имеет знака.
Квантовые числа Ag
Квантовые числа определяются последним электроном в конфигурации, для атома Ag эти числа имеют значение N = 4, L = 2, Ml = 2, Ms = -½
Видео заполнения электронной конфигурации (gif):
Результат:
Энергия ионизации
Чем ближе электрон к центру атома — тем больше энергии необходимо, что бы его оторвать. Энергия, затрачиваемая на отрыв электрона от атома называется энергией ионизации и обозначается Eo. Если не указано иное, то энергия ионизации — это энергия отрыва первого электрона, также существуют энергии ионизации для каждого последующего электрона.
Энергия ионизации Ag:
Eo = 731 кДж/моль
— Что такое ион читайте в статье.
Перейти к другим элементам таблицы менделеева
Где Ag в таблице менделеева? найти
Источник: k-tree.ru
Почему наночастицы серебра токсичны
Ученые из Дании и России изучили, как белки взаимодействуют с наночастицами серебра, обеспечивая их токсичность. Работа опубликована в Nature Communications, сообщает пресс-служба МГУ им. М.В. Ломоносова.
Наночастицы серебра активно применяют в косметической продукции, лаках, красках, фильтрах для воды, упаковке, медицинских изделиях, белье. Благодаря ионам серебра, эти частицы обладают бактерицидными свойствами, они убивают большинство вредных бактерий и грибков, не вызывая привыкания, в отличие от антибиотиков. Однако их безопасность для организма остается под вопросом. Ученые располагают данными о том, что наночастицы серебра могут быть токсичны для разных органов тела — мозга, печени, легких.
Ученые, включая старшего научного сотрудника химического факультета МГУ Владимира Боченкова (Vladimir Bochenkov), решили выяснить, что именно делает наночастицы серебра токсичными. Они изучили белковую корону, который представляет собой особый слой белков, осаждающийся на поверхности наночастицы, когда она попадает в кровь и другие ткани. Благодаря белковой короне чужеродная организму наночастица способна проникать в клетки, дольше выводиться из организма. Белковая корона включается в себя два слоя: жесткий и мягкий. В жестком слое молекулы белка прочно связаны с наночастицей серебра, в мягком — наоборот.
Ученые экспериментировали с наночастиц серебра размером 50-88 нм. С помощью локализованного поверхностного плазмонного резонанса для зондирования среды вблизи поверхности наночастицы серебра они впервые изучили работу мягкой короны. Выяснилось, что мягкая корона влияет на токсичность наночастиц серебра.
Если ее убрать, то ионы серебра реагируют с серой и образуют нерастворимые и нетоксичные нанокристаллиты Ag2S в жесткой короне. Это соединение снижает биодоступность ионов серебра, а значит и токсичность. Если же мягкая корона присутствует, то наночастицы серебра более ядовиты. Авторы работы проверили это на иммунных клетках мышей.
Полученные результаты важны для понимания опасности наночастиц для человека. В перспективе, если белковую корону специально создавать, то наночастицы можно будет использовать для адресной доставки лекарств.
[Публикация подготовлена Центром популяризации научных знаний МГУ им. М.В. Ломоносова]
[Фото: Владимир Боченков]
Источник: scientificrussia.ru