Select your language

Suggested languages for you:
Log In Anmelden
StudySmarter - Die all-in-one Lernapp.
4.8 • +11k Ratings
Mehr als 5 Millionen Downloads
Free
|
|

Die All-in-one Lernapp:

  • Karteikarten
  • NotizenNotes
  • ErklärungenExplanations
  • Lernpläne
  • Übungen
App nutzen

Nanoteilchen

Save Speichern
Print Drucken
Edit Bearbeiten
Melde dich an und nutze alle Funktionen. Jetzt anmelden
Nanoteilchen

Nanoteilchen sind winzige Partikel, die mit dem bloßen Auge nicht erkennbar sind. Nanotechnologie wird bei zahlreichen alltäglichen Produkten angewendet. Beispiele sind Farben, Lebensmittel und auch Zahnpasta.

Nanoteilchen: Definition

Nanoteilchen oder auch Nanopartikel bezeichnen in der Chemie einen Zusammenschluss aus mehreren bis tausenden Atomen oder Molekülen, deren Größe im Nanometer-Bereich liegt. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter, oder 10-9 m.

Der Wortteil “Nano” von Nanoteilchen kommt aus der griechischen Sprache und bedeutet “Zwerg” oder “zwergenhaft”. Daher lässt sich die Größenordnung der Teilchen von dem Wort “Nano” ableiten, denn Nanoteilchen haben in der Regel eine Größe von etwa 1 bis 100 Nanometern.

Nanoteilchen: Eigenschaften

Die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Nanoteilchen, wie beispielsweise Siliciumdioxid, unterscheiden sich von den Eigenschaften, die Festkörper oder Partikel in einem höheren Größenbereich besitzen. Zunächst aber kommen wir auf das Thema Oberflächen-Volumen-Verhältnis bei Nanopartikeln. Dieses bildet die Grundlage für das Verständnis von Nanoteilchen.

Oberflächen-Volumen-Verhältnis

Durch die geringe Größe im Bereich weniger Nanometer verändert sich das Oberflächen-Volumen-Verhältnis der Nanopartikel. Beim Vergleich der Nanoteilchen mit Partikeln aus dem mikro- und makroskopischen Größenbereich ist zu beobachten, dass Nanoteilchen eine größere Oberfläche im Verhältnis zum Volumen besitzen.

Eigenschaften

Nun haben Nanoteilchen eine größere Oberfläche im Verhältnis zum Volumen. Dies führt zu einer hohen chemischen Reaktionsfreudigkeit.

Thermodynamische Effekte, wie die Brownsche Molekularbewegung und die Ladung der Oberfläche, nehmen eine wichtige Rolle bei Nanoteilchen ein. Aufgrund der geringen Größe nimmt die Bedeutung der Oberflächenladung bei Nanopartikeln zu. Elektrostatische Kräfte, wie z. B. Van-der-Waals-Kräfte, haben geringe Radien, in denen sie wirken. Nanopartikel haben jedoch solch eine geringe Größe, dass hier die elektrostatischen Kräfte einen größeren Einfluss haben.

Diese Oberflächenladung in Kombination mit der hohen Reaktionsfreudigkeit der Nanopartikel sorgt für eine kurze Haltbarkeit.

Die Brownsche Molekularbewegung beschreibt die von Wärme abhängige Bewegung von Teilchen. Diese ist ungleichmäßig und tritt bei Molekülen sowie kleinen Teilchen auf. Sie bildet die Triebkraft der Diffusion.

Nanoteilchen sind relativ instabil, da sie eine hohe Tendenz zur Agglomeration haben. Diese Aggregation kommt zustande, da Nanopartikel so ihre großen Oberflächenladungen ausgleichen können.

Eine Agglomeration bezeichnet einen Zusammenschluss von mehreren Atomen, Ionen, Molekülen oder Kolloidteilchen. Unterschiedliche Kräfte halten die Teilchen in diesem Zusammenschluss fest.

Massenkräfte, wie etwa die Gewichtskraft, beeinflussen Nanopartikel nur gering. Einige Nanopartikel weisen auch besondere optische Eigenschaften auf. So rufen Nanoteilchen aus Titandioxid in Sonnencremes den UV-Schutz hervor, da sie UV-Licht reflektieren. Auch auf Schokoriegeln kannst Du Nanopartikel finden. Dort bewirken sie eine höhere UV-Beständigkeit.

Nanoteilchen: Herstellung

Es gibt mehrere Methoden zur Herstellung von Nanoteilchen. Die Herstellungsverfahren von Nanomaterialien lassen sich in Top-Down- und Bottom-Up-Verfahren unterteilen.

Top-Down-Verfahren

Das Top-Down-Verfahren beschreibt eine Herstellungsweise, bei der Nanoteilchen aus größeren Objekten erzeugt werden. Das bedeutet, ein ursprüngliches Material wird in kleinere Stücke zerteilt und Nanopartikel formen sich.

Ein Beispiel sind Mahlprozesse, welche den physikalisch-mechanischen Verfahren zugeordnet werden. Für dieses Verfahren werden die Ausgangsstoffe, die meist aus Metall oder Keramik bestehen, in sogenannten Hochenergie-Kugelmühlen verarbeitet. Durch Einsatz der Mahlkörper in den Mühlen kommt es zu einer Pulverisierung der Materialien. Durch Zerkleinerung der Ausgangsstoffe entstehen Nanopartikel. Bei diesem Herstellungsverfahren ist die Verteilung der Partikelgröße relativ groß.

Bottom-Up-Verfahren

Das Bottom-Up-Verfahren erzeugt Nanoteilchen, indem einzelne Atome oder Moleküle verbunden werden. Es existieren verschiedene Möglichkeiten eines Bottom-Up-Verfahrens.

Eine Variante ist die chemische Synthese von Nanopartikeln. Dabei reagieren Edelmetallsalze mit anderen Chemikalien. In einigen Fällen wird das Gemisch auch belichtet. Infolgedessen aggregieren die Atome des Metalls zu Nanoteilchen. Die Verteilung der Größe und der Form von Nanopartikeln kann schlecht gesteuert werden.

Nanoteilchen: Verwendung

Nanoteilchen in Gebrauchsgütern

Ein Verwendungsbereich von Nanomaterialien ist der Kosmetikbereich. Nanoteilchen werden dort verschiedenen Produkten, wie Cremes oder Zahnpasten, zugesetzt. Beispiele sind Titandioxid oder Aluminiumoxid.

Zudem befinden sich Nanomaterialien als Zusatzstoffe in Lebensmitteln. Nanopartikel, wie Siliciumdioxid, sind in Lebensmitteln enthalten, um dort das Verdicken zu verhindern. Als sogenannte Rieselhilfe wird Siliciumdioxid in Salz und Gewürzen eingesetzt. Weitere Nanopartikel sind Aluminiumsilikat zum Unterbinden eines Verklumpens und Titandioxid, was für eine hellere Farbe sorgt.

Nanoteilchen Salzstreuer und Salz StudySmarterAbbildung 1: Siliciumdioxid wird beispielsweise in Salz eingesetzt, um es rieselfähig zu machenQuelle: pixabay.com

In Textilien werden ebenfalls Nanomaterialien verwendet. Dort wird die Nanotechnologie genutzt, um Kleidungsstücke mit bestimmten Eigenschaften zu produzieren.

Ein bekanntes Beispiel für den Einsatz bei Textilien ist der sogenannte Lotuseffekt von Jacken. Durch eine Schicht aus Siloxanen oder Silanen in der Nano-Größenordnung entsteht eine wasserabweisende Wirkung. Des Weiteren sorgt die Nanotechnologie für Schmutz abweisende, antibakterielle oder UV-schützende Effekte.

Nanoteilchen Lotuseffekt auf einer Oberfläche StudySmarterAbbildung 2: Durch Nanoteilchen ist der sogenannte Lotuseffekt auf Textilien möglichQuelle: pixabay.com

Nanoteilchen in der Medizin

Durch Nanotechnologie ist es möglich, dass Wirkstoffe von Medikamenten von einer bestimmten Art von Gewebe aufgenommen werden. Spezielle Moleküle werden auf die Oberfläche der Wirkstoffe platziert. Somit erfolgt die Aufnahme von diesen beschichteten Wirkstoffen nur von einem bestimmten Gewebe im Körper. Nur hier existieren Rezeptoren für die Moleküle.

Ein weiterer Verwendungsbereich der Nanotechnologie ist die Krebstherapie. Die hier eingesetzten Nanopartikel bestehen aus Eisenoxid. Diese Nanoteilchen dienen dazu, Krebszellen zu finden und zu zerstören.

Die Nanotechnologie kann ebenso bei Implantaten verwendet werden. Dafür werden auf den Implantaten Nanoteilchen aufgetragen. Diese Schicht aus Nanopartikeln sorgt dafür, dass das synthetische Material nicht vom Körper abgestoßen wird.

Weitere Verwendungsbereiche

Nanotechnologie findest Du unter anderem noch in folgenden Bereichen und Produkten:

  • Verpackungsmaterial und Kunststoffe
  • Elektronik
  • Metallindustrie
  • Mittel zum Imprägnieren
  • Reinigungsmittel
  • Farben und Lacke.

Nanoteilchen im Körper

Nanomaterialien sind in vielen alltäglichen Produkten enthalten. Es besteht jedoch der Verdacht, dass Nanopartikel gesundheitliche Risiken für den Menschen bergen.

Es wird vermutet, dass Titandioxid für den Menschen giftig ist. Grund könnte seine Fähigkeit zu verklumpen und die geringe Größe sein. Dies ist noch nicht ausreichend untersucht.

Der Mensch kann Nanopartikel aufgrund deren geringer Größe aufnehmen. Die Nanopartikel gelangen dabei durch die Haut, die Atemwege oder den Magen-Darm-Trakt in den Körper. Anschließend können die Nanoteilchen in die Blutbahn gelangen und sich im Körper verteilen.

Nanopartikel können im menschlichen Organismus Krankheiten hervorrufen und den Körper schädigen. Mit diesem relativ neuen Forschungsthema beschäftigt sich die Toxikologie sowie Ökotoxikologie.

Nanoteilchen und Umwelt

Mit zunehmendem Bekanntheitsgrad und Einsatz von Nanotechnologie befassen sich immer mehr Studien mit den Auswirkungen von Nanoteilchen auf die Umwelt und das Ökosystem. Diese Studien untersuchen derzeit, ob und welche Risiken von Nanopartikeln ausgehen.

Ein abschließendes Ergebnis gibt es derzeit nicht. Trotzdem besteht der Verdacht, dass Nanopartikel durch Auswaschen in die Umwelt gelangen können und dort Effekte auf das Ökosystem möglich sind. Auf diesem Forschungsgebiet besteht noch zusätzlicher Untersuchungsbedarf.

Nanoteilchen - Das Wichtigste

  • Nanoteilchen sind Zusammenschlüsse, die aus mehreren bis tausenden Atomen oder Molekülen bestehen und im Nanometer-Bereich liegen.
  • Die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Nanopartikeln unterscheiden sich von den Eigenschaften, die Festkörper oder größere Partikel besitzen.
  • Im Vergleich zu mikro- und makroskopischen Partikeln haben Nanoteilchen eine größere Oberfläche im Verhältnis zum Volumen, was zu einer höheren Reaktionsfreudigkeit führt.
  • Aufgrund der geringen Größe spielt die Oberflächenladung bei Nanoteilchen eine größere Rolle als bei größeren Partikeln oder Feststoffen.
  • Nanoteilchen können mithilfe des Top-Down- oder Bottom-Up-Verfahrens hergestellt werden.
  • Nanomaterialien befinden sich in Kosmetikprodukten, in Lebensmitteln und in Textilien.
  • Nanoteilchen können aus der Umwelt in den menschlichen Körper gelangen und dort Schaden zufügen, sowie Krankheiten auslösen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Nanoteilchen

Ein Nanoteilchen hat eine Größe von 1 bis 100nm. Die Einheit nm bedeutet Nanometer. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter.

Nanoteilchen sind in der Chemie Cluster, die aus mehreren bis tausenden Atomen oder Molekülen zusammengesetzt sind. Sie haben eine Größen von wenigen Nanometern. Ein anderes Wort für Nanoteilchen ist Nanopartikel.

Nanoteilchen können aus der Umwelt in den menschlichen Körper gelangen. Dort können die Nanopartikel schädigen und Krankheiten auslösen. Dieser Umstand wird jedoch noch untersucht.

Nanopartikel werden in vielen Bereichen eingesetzt. Sie sind beispielsweise in Lebensmitteln und Kosmetikprodukten enthalten. Des Weiteren werden Nanoteilchen auch in der Medizin, Elektronik, Metallindustrie oder als Reinigungsmittel verwendet.

Finales Nanoteilchen Quiz

Frage

Was sind Nanoteilchen?

Antwort anzeigen

Antwort

Nanoteilchen sind in der Chemie Cluster, die aus mehreren bis tausenden Atomen oder Molekülen zusammengesetzt sind.

Frage anzeigen

Frage

Wie groß sind Nanoteilchen?

Antwort anzeigen

Antwort

Nanoteilchen haben eine Größe von 1 bis 100nm.

Frage anzeigen

Frage

Woher kommt der Wortteil "Nano"?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Wortteil "Nano" leitet sich von der Größenordnung der Nanoteilchen ab, welcher im Bereich Nanometer liegt.

Frage anzeigen

Frage

Welche Aussage kann über das Oberflächen-Volumen-Verhältnis von Nanoteilchen getroffen werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Im Vergleich zu mikros- und makroskopischen Partikeln haben Nanoteilchen eine größere Oberfläche im Verhältnis zum Volumen. Dieses veränderte Oberflächen-Volumen-Verhältnis kommt durch die kleine Größe der Nanoteilchen.

Frage anzeigen

Frage

Was resultiert aus einem veränderten Oberflächen-Volumen-Verhältnis?

Antwort anzeigen

Antwort

Das veränderte Oberflächen-Volumen-Verhältnis und somit die größere Oberfläche führen zu einer größeren Reaktionsfreudigkeit.

Frage anzeigen

Frage

Warum haben Nanoteilchen nur eine kurze Haltbarkeit?

Antwort anzeigen

Antwort

Die kurze Haltbarkeit der Nanoteilchen kommt durch eine große Ladung auf der Oberfläche der Teilchen und die große Reaktionsfreudigkeit.

Frage anzeigen

Frage

Warum haben Nanoteilchen eine hohe Tendenz zur Agglomeration?

Antwort anzeigen

Antwort

Sie haben eine hohe Tendenz zur Agglomeration, da sie so ihre große Oberflächenladungen ausgleichen können.

Frage anzeigen

Frage

Nanoteilchen haben besondere optische Eigenschaften. Nenne ein Beispiel.

Antwort anzeigen

Antwort

Das Nanoteilchen aus Titandioxid hat die Eigenschaft, dass es transparent ist und einen Schutz gegen UV-Strahlung bietet.

Frage anzeigen

Frage

Wie lassen sich die Methoden zur Herstellung von Nanoteilchen unterteilen?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Herstellungsverfahren von Nanomaterialien lassen sich unterteilen in Top-Down-Verfahren und Bottom-Up-Verfahren.

Frage anzeigen

Frage

Was ist das Top-Down-Verfahren?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Top-Down-Verfahren beschreibt eine Herstellungsweise, bei der Nanoteilchen von einer großen Größenordnung zu einer Kleinen aufgebaut werden.

Frage anzeigen

Frage

Was ist das Bottom-Up-Verfahren?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Bottom-Up-Verfahren ist ein Herstellungsverfahren, bei dem Nanoteilchen hergestellt werden, indem einzelne Atome oder Moleküle verbunden werden.

Frage anzeigen

Frage

Nenne ein Beispiel für den Einsatz von Nanotechnologie in Textilien.

Antwort anzeigen

Antwort

Durch Nanotechnologie kann ein Lotuseffekt auf Kleidungsstücken erzeugt werden. Durch eine Schicht aus Siloxanen oder Silanen in der Nano-Größenordnung entsteht eine wasserabweisende Wirkung.

Frage anzeigen

Frage

Nenne drei Beispiele, wo Nanoteilchen verwendet werden.

Antwort anzeigen

Antwort

Nanoteilchen werden in Kosmetikprodukten, Lebensmitteln und in der Medizin verwendet.

Frage anzeigen

Frage

Welche Auswirkungen können Nanoteilchen auf den menschlichen Körper haben?

Antwort anzeigen

Antwort

Nanoteilchen können in den menschlichen Körper gelangen. Dort können die Nanopartikel vermutlich schädigen und Krankheiten auslösen.

Frage anzeigen

Frage

Warum befassen sich immer mehr Studien mit Nanoteilchen und die Auswirkungen auf die Umwelt?

Antwort anzeigen

Antwort

Es befassen sich zunehmend mehr Studien den Auswirkungen auf die Umwelt, da Nanoteilchen vermehrt in alltäglichen Produkten eingestzt werden und die Gefahr des Auswaschens besteht.

Frage anzeigen
60%

der Nutzer schaffen das Nanoteilchen Quiz nicht! Kannst du es schaffen?

Quiz starten

Finde passende Lernmaterialien für deine Fächer

Alles was du für deinen Lernerfolg brauchst - in einer App!

Lernplan

Sei rechtzeitig vorbereitet für deine Prüfungen.

Quizzes

Teste dein Wissen mit spielerischen Quizzes.

Karteikarten

Erstelle und finde Karteikarten in Rekordzeit.

Notizen

Erstelle die schönsten Notizen schneller als je zuvor.

Lern-Sets

Hab all deine Lermaterialien an einem Ort.

Dokumente

Lade unzählige Dokumente hoch und habe sie immer dabei.

Lern Statistiken

Kenne deine Schwächen und Stärken.

Wöchentliche

Ziele Setze dir individuelle Ziele und sammle Punkte.

Smart Reminders

Nie wieder prokrastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Trophäen

Sammle Punkte und erreiche neue Levels beim Lernen.

Magic Marker

Lass dir Karteikarten automatisch erstellen.

Smartes Formatieren

Erstelle die schönsten Lernmaterialien mit unseren Vorlagen.

Gerade angemeldet?

Ja
Nein, aber ich werde es gleich tun

Melde dich an für Notizen & Bearbeitung. 100% for free.