Реакция серебряного зеркала

XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Реакция серебряного зеркала

Утебов М.С. 1
1МБОУ г. Астрахани "Лицей № 3"
Малькова О.В. 1
1МБОУ г. Астрахани "Лицей № 3"
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

«Химиком никоим образом стать невозможно, 

не увидав самой практики 

и не принимаясь за химические операции»

 М.В.Ломоносов

У каждого человека зеркало играет огромную и важную роль в жизни. Именно с зеркала начинается каждое утро. Человек умывается, приводит себя в порядок, заглядывает в него и в течение дня...

Свойство зеркал отражать окружающие их предметы поражало воображение человека, создавало благодатную почву для суеверий, сказок и преданий. Согласно одной из таких романтических историй волшебным зеркалом («зеркало... из хрусталя... подаренное... архангелом Гавриилом») пользовались известные мистики, алхимики, ас­трологи и авантюристы XVI столетия, англичане Джон Ди и Эдвард Келли. Они прибыли в Польшу по приглашению короля Стефана Батория, «имея при себе "хрустальное зеркало". Под воздействием определенных магических манипуляций на хрустальном диске возникали видения»: «В монастыре Норбертинок в Домброво 12 мая 1583 года по пути в неполомицкий замок заночевали Ласский, Ди и Келли. Где-то здесь, может быть возле одной из этих массивных стен, стоя­ло, загадочно поблескивая, "хрустальное зеркало" и языком видений говорило о коварном злодеянии. Это здесь в середине июня, когда Ди и Келли возвращались в Прагу... безвозвратно исчезло их чудодейственное "хрустальное зеркало". Магистр Ди велел из­готовить ему в Англии новое, которое и поныне можно видеть в Британском музее». Впрочем, это зеркало не шло ни в какое сравнение с утраченным и не оправдало ожиданий мага.

Конечно, зеркало — это прежде всего средство для отражения настоящего. Зерка­ло и верное отражение в известной мере понятия синонимичные, что использова­лось в новозаветных текстах: «Мы же все, открытым лицеи, как в зеркале... преображаемся».


Актуальность: Данная тема является актуальной по настоящее время. В век технического прогресса зеркала продолжают получать широкое применение во всех сферах жизни. На сегодняшний день учёные продолжают открывать новые факты. Благодаря химическим научным открытиям - приборы с зеркалами используют в наше время повсеместно.

Цель: Экспериментальное получение реакции «серебряного зеркала». Установить взаимосвязь между реакцией «серебряного зеркала» и качеством видимого изображения в зеркальной поверхности.

Теоретическая значимость работы: Рассмотрение, изучение темы «реакция серебряного зеркала»; рассмотреть примеры использования выявления реакции с формальдегидом и глюкозой. Убедиться лично в том, что реакцию серебряного зеркала возможно выявить.

Практическая значимость работы:   Изучение теоретического материала по данной теме и проведение практической части, в котором я проведу опыт, эксперимент, связанный с видимым проявлением реакции и сравнение с зеркалом.

Задачи:

  1. Изучение истории возникновения зеркала.

  2. Изучение литературы и интернет – источников по вопросам изучения химического свойства по созданию «серебряного зеркала».

  3. Исследование и анализ, возможности проведения опыта по выявлению реакции.

Метод исследования: теория, эксперимент, наблюдение.

Этапы работы: электронная презентация, защита проекта.

    1. 1. Краткая история возникновения и производства зеркал

Историю зеркал отсчитывают с 1240 года, когда в Европе научились выдувать сосуды из стекла. Благодаря письменам нам известно, в каком году, когда и в какой стране изобрели зеркало. Благодаря итальянскому монаху Джону Пекаму, полировать камни и железо перестали только в XIII веке. (Рис. 1). Спустя 39 лет священнослужитель залил в выдутый стеклянный шар расплавленное олово. Равномерно распределил его по всей поверхности, а после остывания разбил на куски.

В отличие от каменных и металлических аналогов такая поверхность была чище и глаже. Изъянами у оловянного зеркала были не только острые края. Вогнутая поверхность сильно искажала картинку. Этот недостаток убрали только в XVI веке, когда научились делать плоские стеклянные пластины.

Принято считать, что изобретение зеркала приписывается венецианским мастерам, (Рис. 2.), которые первыми додумались разрезать горячий шар пополам и раскатать в плоскость.  Затем следовал долгий и опасный для здоровья мастеров процесс нанесения амальгамы (Ртуть Hg). Вместо жидкого олова использовалась фольга, которая покрывалась слоем ртути и накрывалась стеклянной плоскостью. Поверхность была ровной, но мутной и очень вредной. Ртуть перестали использовать только в 1835 году благодаря Юстусу фон Либиху. Немецкий профессор заменил ее серебром, получив сверкающую поверхность с отличными отражательными характеристиками. В дальнейшем технология усовершенствовалась и постепенно привела к созданию тех шедевров, в которых мы можем любоваться своим отражением. В последние годы алюминий вытеснил серебро при изготовлении покрытий многих зеркал, особенно тех, которые служат объективами телескопов. Он более мягкий и устойчивый к коррозии, даёт плотное покрытие, чем серебро.

    1. Что такое реакция «серебряного зеркала»?

Реакция серебряного зеркала — это реакция восстановления серебра из аммиачного раствора оксида серебра.

На первый взгляд, кажется, что провести реакцию серебряного зеркала очень легко, однако это не совсем так. Казалось все просто, можно взять аммиачный раствор, с каким-нибудь альдегидом, это может быть раствор формальдегида или глюкозы и провести реакцию серебряного зеркала. Однако это простой и примитивный подход, к пониманию, что такое реакция серебряного зеркала? Такая реакция может привести к разочарованию. Вместо ожидаемого зеркально налета на стекле, может образоваться черная или коричневая суспензия серебра в растворе.
                             
Обычно реакция, таким простым способом, в большинстве случаев заканчивается неудачей. Если даже и получатся создать зеркало, то оно выходит очень низкого качества. Слой серебра получается непрочным и неравномерным. Почему так происходит? Причин для такого неудачного проведения реакции очень много. Из них можно выделить две основные причины: несоблюдение необходимых условий проведения реакции или плохо подготовленная к серебрению поверхность стекла.
В результате реакции образуются положительно заряженные ион серебра, который объединяется с альдегидной группой, образуют мельчайшие или коллоидные частицы серебра. Такие мельчайшие частицы, могут крепко сцепляются с поверхностью стекла или оставаться в растворе в виде суспензии серебра.
Для того чтобы коллоидные частички серебра, надежно сцеплялись за стекло и образовали прочный и равномерный слой серебра, то есть - зеркало, поверхность стекла должна предварительно перед серебрением обезжириваться. Поверхность стекла должна быть не только идеально чистой, но и по возможность гладкой.


Главным загрязнителем стекла, является жировой налет, который нужно удалять. Для удаления жира применяют раствор щелочи, горячую хромовую смесь, а потом стекло многократно промывают дистиллированной водой. Если нет щелочи, как крайнее средство можно использовать обычное синтетическое моющее средство для посуды. После обезжиривания, полезно промыть стекло раствором хлоридом олова и дистиллированной водой.

    1. Химическая формулировка реакции.

К ачественной реакцией на альдегидную группу является реакция «серебряного зеркала» – это окисление альдегида реактивом Толленса до карбоновой кислоты. Предложен Бернхардом Толленсом в 1881.

Признак реакции – образование на стенках пробирки блестящего «зеркального» налета металлического серебра. Реактив Толленса – это водно-аммиачный раствор оксида серебра(I) с формулой [Ag(NH3)2]OH.

Одной из возможностей наглядной демонстрации химических превращений, является реакция получения чистого серебра из оксида серебра в растворе аммиака, проходящая с добавлением альдегида, в качестве которого обычно берут глюкозу или формальдегид. Она называется «реакцией серебряного зеркала».
В водном растворе аммиака оксид серебра растворяется с образованием комплексного соединения — гидроксид диамминсеребра(I) [Ag(NH3)2]OH.
Аg2O + 4NH3 * H2O = 2[Ag(NH3)2]OH + 3H2O .
Реакция «серебряного зеркала» может использоваться как качественная реакция на альдегиды.
Добавляя к комплексному соединению серебра какой – либо альдегид (формальдегид), в результате окислительно – восстановительной реакции образуется металлическое серебро. (Рис. 3)
В результате реакции на стенках стеклянной пробирки, будет образовываться красивый зеркальный налет серебра или зеркало.
R-CH=O + 2[Ag(NH3)2]OH → 2Ag ↓ + R-COONH4 + 3NH3 + H2O
В любом учебнике по химии можно прочитать о том, что реакция серебряного зеркала, может быть применена для обнаружения альдегидов. Например, глюкоза дает реакцию «серебряного зеркала», а фруктоза — нет. Однако существует множество химических веществ, которые, как и альдегиды, могут вступать в реакцию серебряного зеркала.

 

2.2. Реакция серебряного зеркала с использованием формальдегида.

Для демонстрации опыта реакцию серебряного зеркала можно провести с участием формальдегида. Если нужно изготовить качественное зеркало с прочной и равномерной поверхностью, лучше воспользоваться глюкозой.
На уроках химии, мне удалось провести определенный опыт с использованием формальдегида.
Для серебрения стекла, лучше взять серебро, в составе соли серебра – нитрата серебра. К нитрату серебра добавляют растворы аммиака и щелочи. Осаждение серебра на стекле, должно проходить в щелочном растворе. При этом раствора щелочи недолжно быть слишком много, так как его избыток так же нежелателен. В зависимости от методики, реакция серебряного зеркала проводиться при комнатной температуре или при нагревании.
Когда раствор окрашивается в коричневый цвет, это означает, что в растворе образовались мельчайшие коллоидные частички серебра. Позднее на поверхности стекла, образуется тонкий зеркальный налет, из восстановленного серебра. Провести реакцию серебряного зеркала очень легко, а вот получить качественное зеркало бывает очень сложно. Для того чтобы получить качественное покрытие из серебра – серебряное зеркало, необходимо затратить много труда, при этом нужно быть аккуратным и очень настойчивым.

Главным недостатком этой методики является то, что к раствору нитрата серебра, нужно добавлять не только раствор аммиака, но и щелочь (это может быть гидроксид натрия - NaOH или гидроксид калия - KOH). Для получения качественного зеркального покрытия, необходимо добавлять сначала аммиак, а потом щелочь. Для простой демонстрации реакции серебряного зеркала, можно сделать все наоборот: сначала к нитрату серебра добавить щелочь до прекращения образования бурого осадка – оксида серебра (Ag2O), а потом – раствор аммиака до полного растворения осадка:
2Ag+ + 2OH - = Ag2O + H2O
Ag2O + 4NH3 + H2O = 2[Ag(NH3)2]OH
При проведении данной методики, может образовываться белый осадок, вероятней всего это будет - уротропин (или гексаметилентетрамин):
6CH2O + 4NH3 = (CH2)6N4 + 6H2O
Образование белого осадка, это плохой признак, который не способствует получению качественного зеркала.
Следует особо заметить, что реакция серебряного зеркала, должна обязательно проходить в щелочной среде, а не в кислой. В кислой среде реакция серебряного зеркала, будет проходить без образования серебряного покрытия. Иногда бывает так, что при смешивании реагентов, среда вдруг становится кислой. Стоит только добавить в реакционную смесь избыток щелочи, как на стенках стеклянной пробирки сразу образуется – серебряное зеркало.

2.3.Реакция серебряного зеркала с использованием глюкозы.

Такая реакция может проводиться, не только с целью демонстрации химической реакции, но и для получения качественного серебряного зеркала или токопроводящей поверхности.
На уроках химии, мне так же удалось провести определенный опыт с глюкозой.
Всем хорошо известно, что реакция серебряного зеркала - это химический процесс восстановления металлического серебра, из аммиачного раствора оксида серебра (реактив Толленса). Предложен Бернхардом Толленсом в 1881. Приготавливается непосредственно перед применением из растворов AgNO3, NaOH и NH4OH. Растворяют 1г нитрата серебра в 10мл воды, раствор хранят в темноте. Перед применением небольшое количество этого раствора смешивают с равным объёмом раствора 1г едкого натра в 10мл воды; выпавший осадок окиси серебра растворяют, осторожно добавляя концентрированный раствор аммиака.
Реакция серебряного зеркала лежит в основе производства серебряных зеркал. Для того чтобы металлическое серебро (Ag) не окислялось, не образовывало черный сульфида серебра (Ag2S), то есть не становилось тусклым и не царапалось, его покрывают сверху - защитным лаком. Для того чтобы посеребрить зеркало, нужно приготовить два свежеприготовленных раствора (А и Б).

Раствор – А

В 100 мл дистиллированной воды, растворяем 6 граммов нитрата серебра - (AgNO3), к этому раствору добавляем водный раствор аммиака, до растворения первоначально образующегося осадка. Потом к полученному раствору добавляем щелочь - 70 мл 3 процентного раствора гидроксида натрия (NaOH), и снова заливаем водный раствор аммиака, до полного прояснения раствора (без избытка). Полученный раствор, разбавляют дистиллированной водой до 500 мл.

Раствор – Б

В 25 мл дистиллированной воде, растворяют 1,3 грамма глюкозы (к полученному раствору добавляют одну каплю концентрированной азотной кислоты - HNO3) и полученный раствор кипятим в течение двух минут. Потом раствор охлаждаем и разбавляем одинаковым объемом спирта.
Растворы: А и Б смешиваем перед самым употреблением в пропорции – 10:1. После смешивания растворов, в течение 30 минут на стекле образуется толстая пленка серебра.
Перед тем как серебрить зеркало, нужно хорошо очистить стекло. Это является очень важным и необходимым условием. Для получения качественного зеркального покрытия, нельзя этим условием пренебрегать. Стеклянную поверхность чистят горячей смесью - HNO3 + К2Сг2О7, потом стекло ополаскивают в дистиллированной воде и обрабатывают спиртом.
Для того чтобы получить более толстый слой серебра, обработку поверхности посеребренного стекла повторяют снова свежеприготовленными порциями растворов, еще один или два раза. Затем промывают водой и спиртом, о бразующийся осадок серебра.

3. Практическая часть

Посеребрим пробирку? Возможно ли это? Ведь зеркала серебрят на специальных фабриках и в зеркальных мастерских. Научное объяснение красивого опыта…

Такой опыт образуется с красивым эффектом образования на стекле зеркального покрытия. Для этой реакции необходимо запастись опытом и терпением. В моем проекте вы узнали о необходимых реактивах, а также, по каким уравнениям реакций протекает этот процесс. Мой эксперимент немного прост, исходя из составляющих. Для успешного проведения данного эксперимента мне потребуется: 1. 2% - нитрат серебра, 1 пробирка, держатель и подставка для пробирки, пипетка Пастера, сухое горючее, чашка для выпаривания, чашка Петри, спички. (Рис. 4) Эксперимент:

  1. Помещаю пробирку на подставку для пробирок.

  2. Пипеткой Пастера добавляю в пробирку 2 мл нитрата серебра, кусочек сухого горючего и растворяем взбалтыванием. (Рис. 5, 6)

  3. Помещаю сухое горючее в чашу для выпаривания и поджигаю спичками. (Рис. 7,8)

  4. Закрепляю пробирку в держателе и нагреваю раствор до образования зеркального налета. Через минуту поставить остывшую пробирку в поставку для пробирок. Мы видим, что на стенках пробирки появился серебристый зеркальный оттенок. Опыт получился! (Рис. 9,10)

Суть реакции серебряного зеркала — в образовании металлического серебра в результате окислительно-восстановительной реакции при взаимодействии аммиачного раствора серебряного оксида в присутствии альдегидов. Интересные факты: Знаете ли Вы? В сутки человек получает около 0,1 мг серебра вместе с пищей. Часть его оседает в головном мозге человека. Еще, высокая пластичность этого драгоценного металла позволяет сделать проволоку длиной 2 км.

 

Заключение

Убедившись в правильности проведенного мною опыта, могу сделать вывод, что серебряное зеркало поистине уникальное открытие. Революцию в производство зеркал принес немецкий химик, Юстус фон Либих, начав применять серебро в 1835 году для серебрения зеркал и получая более ясное изображение. Эта технология, практически без изменений до сих пор используется в производстве зеркал. Изобретение «серебряного зеркала» пришлось как нельзя кстати: в Версале строили Галерею зеркал. Она была длиной 73 метра, и нуждалась в зеркалах большого размера.

В современном интерьере зеркало несет не только отражающие функции, оно применяется для усиления ощущения пространства и света. Правильно установленные зеркала раздвигают границы помещения, делают его светлым и уютным.  Зеркала широко используются в оптических приборах — спектрофотометрах, спектрометрах в других оптических приборах:

  • телескопы

  • лазеры

  • зеркальные фотоаппараты

  • объективы, например, зеркально-линзовый телеобъектив системы Максутова (МТО).

Нужно отметить, что в нашем городе Астрахани не хватает именно крупного, масштабного производства зеркал, их реставрации, а так же серебряных изделий. Благодаря частицам галогенида серебра обычные очки легко превратятся в солнцезащитные. Серебро официально зарегистрировано как пищевая добавка Е174.

«Зеркало в искусстве средневекового Востока — это художественный образ мира, в котором живëт божество.»

Спасибо за внимание!

Список используемой литературы:

  1. Сабин Мельшиор-Бонне. История зеркала. — М.: Новое литературное обозрение, 2006. — (Культура повседневности).

  2. Зеркало // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

  3. Цветков Л.А. Эксперимент по органической химии: методика и техника. М.: Школьная пресса, 2000;
    http://ru.wikipedia.orghttp://class-fizika.narod.ru/serk6.htmhttp://www.oooaxa.ru/.

  4. История возникновения и развития зеркального производства (clubhistory.ru)

Приложение. Определенная информация и ссылки (картинки) для наглядного показа указана в данном проекте.

Р ис. 1 Рис. 2

Р ис. 3 Рис. 4

Р ис. 5 Рис. 6

Рис. 7 Рис. 8

Рис. 9 Рис. 10

Просмотров работы: 3183