1.Sól-gélové metódy
1. Sól-gélové metódy. Gély pre väčšinu z nás reprezentujú niektoré kozmetické prípravky. Na tomto a na nasledujúcom obrázku sú však gély pripravené reakciou tetrametoxysilánu v metanole s vodou s prídavkom chromofóru. Táto reakcia je jednou z reakcií využívaných v tzv. sól-gélových metódach, ktorými sa pripravuje mnoho anorganických látok využívaných vo vede a aj v bežnom živote. Dlhodobo sa využitím týchto metód zaoberá Katedra anorganickej chémie Prírodovedeckej fakulty UK
2. Ďalšia vzorka podobného gélu.
3. Pokiaľ gély neobsahujú nejakú farebnú látku, nie sú veľmi zaujímavé. To čo však na nich stojí za pozornosť je ich vnútorná štruktúra. Tá pozostáva z polymérneho skeletu s veľkými vakantnými priestormi a z kvapaliny v týchto priestoroch. Zmenou podmienok jednej a tej istej reakcie možno výrazne meniť veľkosť týchto priestorov a v konečnom dôsledku aj vo finálnom produkte po vysušení gélu. Výsledok je veľmi zaujímavý. Je to zisk obrovskej rozmanitosti látok s rovnakým chemickým zložením.
4. Vytvorenie povlaku gélu na skle alebo iných materiáloch je prvým krokom pri tvorbe rôznych viacúčelových tenkých filmov.
5. Hlavnú zložku gélov tvorí kvapalina. Pripadá na ňu približne 80 až 95 % hmotnosti gélu. Hornú hranicu však možno prekročiť až na neuveriteľných 99,99 %. Veľký nadbytok kvapaliny je aj hlavnou príčinou ich značnej chúlostivosti vyúsťujúcej do rôznych typov defektov. Pre pochopenie tohto faktu si predstavme tuhý anorganický skelet, ktorý musí udržať pokope napríklad tisíc násobok svojej hmotnosti. Obrázok ukazuje jeden z defektov, ktorý však súvisí s vyparovaním kvapaliny v dôsledku nárastu teploty pri exotermickej reakcii tvorby gélu.
6. Ďalší typ defektu pri tvorbe gélov.
7. Ilustrácia vzniku a vývoja defektov v géloch. Takéto zmeny sa však môžu udiať v priebehu jednej minúty. Otázkou je, či chceme alebo nechceme.
8. Príklad defektu zapríčineného zmenou tvaru gélu počas sušenia.
9. Najväčším využitím sól-gélových metód sú tenké filmy na vonkajších sklách budov. Zmenou ich zloženia možno meniť ich sfarbenie, úroveň svetelnej priepustnosti a mnohé iné optické vlastnosti. Vo vede sa takéto filmy využívajú napríklad pri výrobe špeciálnych zrkadiel a optoelektronických vrstiev v rôznych prístrojoch.
10. Najbežnejším a najlacnejším sól-gélovým produktom je silikagél používaný pre sušenie vzduchu a chemikálií. Často je preto súčasťou balení rôznych, na vodu citlivých produktov. Tými môžu byť fotoaparáty, spotrebná elektronika alebo vedecké prístroje.
11. Naopak najdrahšími produktmi sú aerogély. Sú to najľahšie pevné anorganické peny. Spomedzi miliónov známych anorganických látok majú prvenstvo v niektorých optických a termo-izolačných vlastnostiach. Nachádzajú uplatnenie vo vede, technike a aj v niektorých kozmických projektoch. Vzorka SiO2-aerogélu na obrázku bola pripravená na Katedre anorganickej chémie PRIF UK.
12. Transparentná vzorka SiO2-aerogélu pripravená na Katedre anorganickej chémie Prírodovedeckej fakulty UK. Jej pracovisko silikátovej chémie malo v minulosti významnú zásluhu na vybudovaní závodu na veľkoobjemové vzorky opticky čistých aerogélov v Ruskej federácii.
13. Disk SiO2-aerogélu s priemerom 15 cm. V rámci niekoľkých medzinárodných projektov zameraných na výskum prechodového a kozmického žiarenia bolo pripravených na Katedre anorganickej chémie Prírodovedeckej fakulty UK mnoho podobných vzoriek.
14. Práškový SiO2-aerogél s hustotou 0,2 g/cm-3 pre chemické aplikácie.
15. Tablety SiO2-aerogélu s inkorporovanými fluorescenčnými látkami v UV svetle. Boli pripravené na Katedre anorganickej chémie Prírodovedeckej fakulty UK v spojitosti s vývojom detektorov pre Čerenkovovo žiarenie v časticových urýchľovačoch v Rusku a v Nemecku.
16. Väčšina aerogélov sú látky s nízkou mechanickou pevnosťou. Tento obrázok však ilustruje devastačný účinok kapilárnych síl na ich štruktúru pri styku s vodou. Tak ako by sa zdalo na prvý pohľad, nejedná sa o rozpúšťanie.
17. Niektoré snímky zo skenovacieho elektrónového mikroskopu sa nevydaria. K tým patrí aj tento. Zámerom bolo pozrieť sa na povrch SiO2 aerógélu. Lúč elektrónov fokusovaný na malú plochu však jeho povrch roztrhol. Príčinou sú veľmi dobré tepelno-izolačné vlastnosti tejto látky. Tie sú v skupine všetkých anorganických látok najlepšie, takže trhlina vznikla v dôsledku nízkeho odvodu tepla z miesta fokusácie vďaka čomu bol tento povrch vystavený veľkému tepelnému gradientu. K tomuto výsledku prispela aj malá mechanická pevnosť aerogélu. Naopak, určitá elasticita tejto látky zamedzila väčším škodám. Pretože snímka dobre ilustruje spomenuté vlastnosti aerogélu, možno ju hodnotiť ako veľmi vydarenú.
18. Trhlina vo väčšom priblížení.
19. Toto sú tie snímky povrchu aerogélu, ktoré sme si priali na začiatku.
20. Sól-gélové metódy sú sofistikovanými chemickými metódami, avšak aj v prírode existujú deje podobné tým laboratórnym. Patrí k nim aj polymerizácia kyseliny kremičitej a kremičitanov. Výsledkom je napríklad hydratovaný oxid kremičitý, opál. Opály patria medzi drahé a ozdobné kamene s veľkým počtom rôzne sfarbených variet. Na obrázku sú dva zahraničné a dva domáce opály. Na Slovensku máme asi 200 lokalít s výskytom tohto minerálu. Súvisia s niekdajšou vulkanickou činnosťou. Najväčším odborníkom na problematiku slovenských opálov je Mgr. Daniel Ozdín, PhD. z Katedry mineralógie a petrológie Prírodovedeckej fakulty UK.