Работать с солями серебря нужно осторожно, поскольку они оставляют черные следы. Опыт проводите в перчатках.
Как происходит реакция
?Реактивы для опыта можно найти в любой аптеке. Азотнокислое серебро – это ляписный карандаш. Там же можно купить формальдегид и нашатырный спирт. Помимо всего прочего, нужна химическая посуда. Вещества, с которыми вам придется иметь дело, неагрессивны, но любые химические опыты лучше проводить в пробирках и колбах из химического стекла. Разумеется, посуду нужно тщательно вымыть. Сделайте водный раствор нитрата серебра AgNO3. Добавьте в него нашатырный спирт, то есть гидрооксид аммония NH4OH. У вас образуется оксид серебра Ag2O, который выпадает в виде коричнево осадка. Затем раствор становится прозрачным и образуется комплексное соединение OH. Именно он воздействует на альдегид во время окислительно-восстановительной реакции, в результате которой получаются соль аммония. Формула этой реакции выглядит так: R-CH=O + 2OH --> RCOONH4 + 2Ag +3NH3 + H2O. Если во время реакции оставить в банке стеклянную палочку или пластинку, примерно через сутки она покроется блестящим слоем. Такой же слой образуется и на стенках сосуда.
Реакцию можно записать упрощенно:R-CH=O + Ag2O --> R-COOH + 2Ag.
Как делали зеркала
До появления метода напыления реакция серебряного зеркала являлась единственным способом получения зеркал на стекле и фарфоре. В настоящий момент этот способ применяется для получения токопроводящего слоя на стекле, керамике и других диэлектриках. Данная технология применяется для создания просветленной оптики для фотообъективов, телескопов и т.д.Необходимо разобраться, что такое реакция серебряного зеркала? Реакция серебряного зеркала это процесс восстановления металлического серебра из аммиачного раствора оксида серебра.
Ag2O + 4NH4OH ↔ 2OH + H2O
Оксид серебра в водном растворе аммиака, растворяется с образованием комплексного соединения серебра - гидроксида диамина серебра (I) OH.
Добавляя к комплексному соединению серебра какой – либо альдегид (формальдегид), в результате окислительно–восстановительной реакции образуется металлическое серебро. В результате реакции на стенках стеклянной пробирки, будет образовываться красивый зеркальный налет серебра или зеркало.
R-CH=O + 2OH → 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.
Как на практике, можно провести реакцию серебряного зеркала?
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.
Все растворы должны изготавливаться на дистиллированной воде. Если нет дистиллированной воды, в крайнем случае, можно воспользоваться дождевой водой. Для восстановления металлического серебра, в реакции серебряного зеркала, часто используют восстановители: формальдегид или глюкозу. Выбор этих двух веществ, зависит от того, с какой целью будет использоваться химическая реакция.
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.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.
Для опыта, можно провести простое серебрение стекла, с целью предварительного ознакомления и выяснения, что представляет собой реакция серебряного зеркала? При демонстрации этой реакции, может получиться зеркало не очень хорошего качества.
Для проведения реакции нам понадобится: чистая стеклянная колба емкостью 50 – 100 мл, раствор аммиака в концентрации от 2,5 до 4 процентов, 2 процентный раствор нитрат серебра и раствор формалина.
Перед серебрением, подготовим колбу к химической реакции. Очистим колбу от механических загрязнений, протирая ее ершиком с мылом, а потом прополощем колбу дистиллированной водой. Затем промоем ее хромовой смесью, а потом снова прополощем дистиллированной водой.
На одну четверть колбы нальем 2 процентный раствор , затем к этому раствору постепенно добавляем раствор аммиака. Раствор аммиака готовится из расчета, берем 25 процентный раствор аммиака и разбавляем его дистиллированной водой в 8 - 10 раз. Добавляем к нитрату серебра постепенно раствор аммиака, до тех пор, пока не растворится полностью выпадающий осадок в его избытке. К раствору, который образовался, постепенно по стенке, добавляем раствор формалина – 0,5 - 1 мл. Стеклянную колбу помещаем в емкость с горячей или даже лучше с кипящей водой. Вскоре на колбе начнет образовываться , которое образует симпатичное серебряное зеркало.
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 – (Ag2O), а потом – раствор аммиака до полного растворения осадка:
2Ag+ + 2OH - = Ag2O + H2O
Ag2O + 4NH3 + H2O = 2OH
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.
Реакция серебряного зеркала с использованием глюкозы
Реакция серебряного зеркала с использованием глюкозы, может проводиться, не только с целью демонстрации химической реакции, но и для получения качественного серебряного зеркала или токопроводящей поверхности.Всем хорошо известно, что реакция серебряного зеркала это химический процесс восстановления металлического серебра, из аммиачного раствора оксида серебра (реактив Толленса).
Реакция серебряного зеркала лежит в основе производства серебряных зеркал. Для того чтобы металлическое серебро (Ag) не окислялось, не образовывало черный (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, образующийся осадок серебра.
Реакция серебряного зеркала с использованием сахарозы
Реакция серебряного зеркала, может быть проведена (если нет формальдегида или глюкозы) с участием сахарозы. Перед тем как провести реакцию, сахарозу подвергают гидролизу, с помощью разбавленных до 10 процентной концентрации, серной и азотной кислот. К водному раствору сахара добавляют раствор кислоты, в соотношении: на 100 граммов сахара приходиться - 10 мл кислоты. Полученный раствор кипятим в течение 15 – 20 минут. Подвергшаяся гидролизу сахароза, переходит в смесь глюкозы и фруктозы.Реакция серебряного зеркала с использованием крахмала
Использование в реакции - крахмала, вместо глюкозы приводит к неудаче. Происходит это потому, что крахмал в результате гидролиза не полностью переходит до глюкозы. При таком частичном гидролизе крахмала, образуются декстрины – полисахариды, которые подобно крахмалу состоят из звеньев глюкозы, имеющие меньшую молекулярную массу в отличие от крахмала. Декстрины, на конце цепей, имеют альдегидные группы, которые восстанавливают ион серебра, но при этом образуется черный коллоидный раствор серебра, вместо ожидаемого зеркального покрытия. Металлическое серебро не оседает на поверхности стекла, очевидно, потому что длинные линейные молекулы декстринов, стабилизируют коллоидный раствор серебра. Эти молекулы другими словами выполняет функцию защитного коллоида. Для того чтобы не допустить образование черного коллоидного раствора серебра, необходим полный гидролиз крахмала.АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ
Работа 29
Реакция серебряного зеркала с формальдегидом
Реактивы: 1. Формалин.
2. Аммиачный раствор гидроксида серебра.
Принцип метода. Метод основан на хорошей восстанавливающей способности альдегидов.
Схема реакции:
H 2 C=O + 2*OH HCOONH 4 + 3NH 3 + H 2 O + 2Ag
Ход работы: к 10 каплям аммиачного раствора гидроксида серебра добавьте несколько капель формалина. Слегка подогрейте. Содержимое пробирки буреет и на стенках образуется блестящий налет серебра. Положительной реакция считается и в том случае, когда серебро просто выпадает в осадок (почернение раствора). Реакция эта с кетонами не идет, так как окисление кетонов требует более жестких условий и сопровождается разрывом углеродной цепи.
Работа 30
Самоокисление водных растворов формальдегида
(реакция дисмутации)
Реактивы: 1. Формалин.
9 Индикатор метилрот (красный метиловый).
Принцип метода. Метод основан на повышенной способности формальдегида окисляться. В водном растворе формальдегида происходит самопроизвольная окислительно-восстано-вительная реакция, или реакция дисмутации (реакция Канниццаро). Одна молекула формальдегида окисляется X муравьиной кислоты за счет другой молекулы альдегида, восстанавливая ее в метиловый спирт.
Схема реакции:
Ход работы: к раствору формальдегида добавьте 1 каплю индикатора метилрота. Раствор краснеет, что указывает на кислую реакцию. В тех случаях, когда требуется нейтральный формалин, необходимо нейтрализовать его не посредственно перед работой.
Примечание: реакцию дисмутации дают обычно альдегиды, не имеющие «Н» в α-положении к карбонильной группе. Формальдегид является исключением.
Работа 37
Получение ацетона из уксуснокислого натрия
Реактивы: 1. Уксуснокислый натрий (обезвоженный).
2. Раствор Люголя (раствор йода в KJ).
Оборудование: газоотводная трубка.
Принцип метода: получение ацетона основано на разложении уксуснокислого натрия при его нагревании (пиролизе).
Схема реакции:
Обнаружение ацетона основано на образовании нерастворимого в воде производного ацетона - йодоформа.
Ход работы: сначала приготовьте пробирку со щелочным раствором йода в KJ. Для этого к нескольким каплям раствора йода в K.J (раствор Люголя) добавьте 2 н. раствора NaOH до обесцвечивания. В другую сухую пробирку поместите щепотку (0,1 г) соли - уксуснокислого натрия. Закройте ее пробкой с газоотводной трубкой и осторожно нагрейте на спиртовке. Сначала соль расплавится, потом начинает вспениваться вследствие образования паров ацетона.
Нижний конец трубки опустите в приготовленный щелочной раствор Люголя. Немедленно выпадает желтовато-белый осадок с характерным запахом йодоформа. Реакция образования йодоформа широко применяется в клинической практике для открытия ацетона, который выделяется из организма при нарушении обмена веществ, в частности - при диабете. Иодоформная проба на ацетон очень чувствительна и позволяет открыть ацетон в водных растворах при содержании его ~ 0,04%.
Работа 39
Цветная реакция на ацетон с нитропруссидом натрия
Реактивы: 1. Ацетон, водный раствор.
2. Нитропруссид натрия, 0,5 н. раствор.
3. Гидроксид натрия, 2 н. раствор.
4. Уксусная кислота, 2 н. раствор.
Принцип метода: метод основан на образовании окрашенного соединения ацетона с нитропруссидом натрия. Эта реакция, известная под названием пробы Легаля, служит дополнением к йодоформной пробе на ацетон и широко применяется в клинической практике для открытия ацетона в моче больных сахарным диабетом.
Ход работы: к нескольким каплям 0,5 н. раствора нитропруссида натрия добавьте 3 капли раствора ацетона и 1 каплю 2 н. раствора NaOH. Появляется красное окрашивание, которое от добавления 1 капли 2 н. СН 3 СООН усиливается, принимая вишнево-красный оттенок.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Написать и назвать по ИЮПАК и рациональной но менклатурам структурные
формулы трех членов гомологического ряда алифатических альдегидов и кетонов.
2. Указать главные типы реакций для альдегидов и кетонов.
3. Отметить сходство и различие в свойствах альдегидов и кетонов.
4. Объяснить на любом примере механизм реакции присоединения для ацетона.
5. Написать реакцию образования ацеталей. Объяснить.механизм.
6. Какие продукты получаются при окислении 2-пентанона и пентаналя?
7. В чем различие между реакциями полимеризации и конденсации? Приведите
8. Какими реакциями можно отличить ацетон от пропаналя?
9. Определите строение вещества, имеющего эмпирическую формулу СзН 6 О, если оно
дает реакцию серебряного зеркала, превращаясь в пропановую кислоту.
10. С помощью химических реакций различите пропаналь и акриловый альдегид.
11. Написать уравнения реакций, позволяющих осуществить переход от бензофенона к
Очень наглядным является опыт с красивым эффектом образования на стекле зеркального покрытия. Для этой реакции необходимо запастись опытом и терпением. В этой статье вы узнаете о необходимых и особенностях подготовки оборудования, а также увидите, по каким уравнениям реакций протекает этот процесс.
Суть реакции серебряного зеркала - в образовании металлического серебра в результате окислительно-восстановительной реакции при взаимодействии аммиачного раствора серебряного оксида в присутствии альдегидов.
«Серебряное зеркало» (пробирка слева)Для создания стойкого серебристого слоя понадобится:
- стеклянная колба емкостью до 100 мл;
- раствор аммиака (2,5-4%);
- нитрат серебра (2%);
- водный раствор формальдегида (40%).
Вместо и можно взять готовый реактив Толленса - аммиачный раствор оксида серебра. Для его создания нужно добавить 1 грамм нитрата серебра в 10 капель воды (если жидкость будет храниться долго, надо поместить ее в темное место или в стеклянную емкость с темными стенками). Непосредственно перед опытом раствор (около 3 мл) надо смешать в пропорции 1:1 с 10%-ным водным раствором гидроксида натрия. Серебро может выпасть в осадок, поэтому его разводят, медленно добавляя аммиачный раствор. Рекомендуем провести еще один зрелищный опыт с аммиачным раствором и напечатать «химическую фотографию».
Реакция проводится при комнатной температуре. Обязательное условие успешного финала - это идеально чистые и гладкие стенки стеклянного сосуда. Если на стенках будут малейшие частички загрязнений, осадок, получаемый в результате опыта, станет рыхлым слоем черного или темно-серого цвета.
Для очистки колбы нужно использовать разные виды растворов щелочей.Так, для обработки можно взять раствор , который после очистки приходится смывать дистиллированной водой. Промывать колбу от чистящего средства необходимо много раз.
Почему так важна чистота сосуда
Дело в том, что коллоидные частицы серебра, образующиеся в конце опыта, должны прочно сцепиться с поверхностью стекла. На его поверхности не должно быть жиров и механических частиц. вода не содержит солей и идеально подходит для финишной очистки колбы. Ее можно приготовить в домашних условиях, но проще купить готовую жидкость.
Уравнение реакции серебряного зеркала:
Ag₂O + 4 NH₃·Н₂О ⇄ 2ОН + 3Н₂О,
где ОН - это гидроксида диамминсеребра, получившийся при растворении оксида металла в водном растворе аммиака.
Молекула комплекса диамминсеребра
Важно! Реакция работает при слабых концентрациях аммиака - внимательно соблюдайте пропорции!
Так протекает окончательный этап реакции:
R (какой-либо альдегид)-CH=O + 2OH → 2Ag (коллоид серебра, выпавший в осадок) ↓ + R-COONH₄ + 3NH₃ + H₂O
Второй этап реакции лучше проводить, аккуратно нагревая колбу над пламенем горелки - это увеличит шансы, что опыт пройдет успешно.
Что может показать реакция серебряного зеркала
Эта интересная химическая реакция демонстрирует не только определенные состояния вещества - с ее помощью можно выполнить качественное определение альдегидов. То есть подобная реакция решит вопрос: есть ли в растворе альдегидная группа или нет.
Общая структурная формула альдегидов
Например, в подобном процессе можно узнать, что содержится в растворе: глюкоза или фруктоза. Глюкоза даст положительный результат - получится «серебряное зеркало», а фруктоза содержит кетоновую группу и получить осадок серебра нельзя. Для того чтобы провести анализ, вместо раствора формальдегида необходимо добавлять 10%-ный раствор глюкозы. Рассмотрим, почему и как растворенное серебро превращается в твердый осадок:
2OH + 3H₂O + C₆H₁₂O₆ (глюкоза) = 2Ag↓+ 4NH₃∙H₂O + C₆H₁₂O₇ (образуется глюконовая кислота).
Альдегиды являются функциональными производными углеводородов, в структуре которых имеется группа СО (карбонильная группа). Для простых альдегидов традиционно сохраняются тривиальные (исторические) названия, производимые от названия карбоновых кислот, в которые превращаются альдегиды при окислении. Если говорить о номенклатуре ИЮПАК, то за основу принимают наиболее длинную цепь, содержащую альдегидную группу. Начало нумерации углеводородной цепи производят от атома углерода карбонильной группы (СО), который сам получает номер 1. К названию главной углеводородной цепи добавляется окончание «аль». Поскольку альдегидогруппа находится на конце цепи, то цифру 1, как правило, не пишут. Изомерия представленных соединений обусловлена изомерией углеводородного скелета.
Альдегиды получают несколькими способами: оксосинтез, гидратация алкинов, окисление и дегидрирование альдегидов из первичных спиртов требует специальных условий, поскольку образующиеся легко окисляются в карбоновые кислоты. Альдегиды можно также синтезировать путем дегидратации соответствующих спиртов в присутствии меди. Одним из основных промышленных методов получения альдегидов является реакция оксосинтеза, которая основана на взаимодействии алкена, С0 и Н2 в присутствии катализаторов, содержащих Со, при температуре 200 градусов и давлении в 20 Мпа. Указанная реакция протекает в жидкой либо в газовой фазе по схеме: RCH=CH2 + C0 + H2 - RCH2CH2C0H + RCH(CH)3C0H. Альдегиды могут быть получены гидролизом дигалогенопроизводных углеводородов. В процессе замещения атомов галогена на ОН-группы промежуточно образуется так называемый гем-диол, который неустойчив и превращается в карбоксильное соединение с отщеплением Н20.
Химическое свойство альдегидов - это качественная В процессе превращаются в карбоновые кислоты (к примеру, С5Н11СОН + О - С5Н11СООН). В любом специализированном учебнике можно найти информацию о том, что реакция серебряного зеркала используется для идентификации альдегидов. Указанная группа органических веществ может окисляться не только при действии специальных окислителей, но и просто при хранении под влиянием кислорода воздуха. Легкость, с которой альдегиды окисляются в карбоновые кислоты, позволила разработать качественные реакции (реакция серебряного зеркала) на эти органические соединения, что дает возможность быстро и наглядно определить наличие альдегида в том или ином растворе.
При нагревании с аммиачным раствором оксида серебра альдегид окисляется в кислоту. При этом серебро восстанавливается до металлического и осаждается на стенках пробирки в виде темного слоя с характерным зеркальным блеском - реакция серебряного зеркала. Следует отметить, что существует огромное количество веществ, которые не относятся к альдегидам, однако они тоже способны вступать в указанную реакцию. Для идентификации указанных соединений используется еще одна качественная реакция на альдегиды - реакция медного зеркала. При взаимодействии альдегидов с реактивом Фелинга, имеющего синюю окраску (водный раствор щелочи и солей тартратной кислоты), медь из двухвалентной восстанавливается до одновалентной. При этом выпадает красно-бурый осадок оксида меди.
Итак, как же осуществляется реакция серебряного зеркала? Казалось бы, нет ничего проще: достаточно нагреть в посуде серебра с каким-либо из альдегидов (к примеру, или формальдегид), однако такой подход не всегда увенчивается победой. Иногда мы наблюдаем образование черной суспензии серебра в растворе, а не зеркальный налет на стенках стеклянной посуды. В чем же основная причина неудач? Для получения 100 % результата необходимо придерживаться условий проведения реакции, а также тщательно подготавливать поверхность стекла.
