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銀鏡反應
來源:互聯網

銀鏡反應( Mirror Reaction),一種銀化合物中的銀離子被還原成單質銀的化學反應,單質銀均勻地涂在試管壁上,形成一層明亮的銀鏡,故稱銀鏡反應。常見的銀鏡反應指的是醛或還原糖與硝酸銀和氨水配制而成的氫氧化二氨合銀(Ag(NH3)2OH)即多倫試劑(Tollens reagent,又稱銀氨溶液)發生氧化還原反應,生成單質銀。此外,其它銀化合物比如乙二胺、硫氰化鉀的銀配合物[Ag(en)2]+,[Ag(SCN)2]-在一定條件下也可被還原劑還原,產生銀鏡反應。

銀鏡反應實驗中,用的試管必須潔凈;同時防止加入過量的氨水,否則將生成雷酸銀,受熱會增加引起爆炸的機會,試劑本身也將失去靈敏性;氫氧化二氨合銀溶液必須隨用隨配,不可久置,不能貯存,否則容易產生氮化銀(Ag3N)、亞氨基化銀(Ag2NH)等極不穩定、易爆的危險物質,而引起爆炸。此外,實驗后試管中的混合液也不可久置,應及時清洗處理,以免久置后可能產生危險物質,發生爆炸。

銀鏡反應的應用領域廣泛,化學領域中可以用來檢驗醛基的存在、區分還原糖和非還原糖;工業上可以利用銀鏡反應制鏡,或者在保溫瓶膽上鍍銀;用來制作電磁輻射防護織物,保護人體不受或者少受電磁輻射的危害;檢測食物非法添加劑如三聚氰胺砒啶的痕量等。除此之外,銀鏡反應還可以在病理學中用于檢測組織切片中的黑色素

反應原理

醛與弱氧化劑發生氧化還原反應,醛被氧化成相同個數的羧酸銨(如乙醛生成乙酸銨CH?COONH?),而試劑中的化合態銀(如銀氨溶液中的[Ag(NH?)?]?絡離子)被還原成單質銀,均勻地涂在試管壁上,形成一層明亮的銀鏡,故稱銀鏡反應。除醛類化合物外,其他結構中含有醛基的化合物如葡萄糖、甲酸、甲酸鹽、甲酸酯[zhǐ]、麥芽糖等也可以發生銀鏡反應。果糖雖然沒有醛基,但其酮基受到相鄰碳原子的羥基的影響,比普通的酮[tóng]基活動性強,也能發生銀鏡反應。

以氧化劑氫氧化二氨合銀為例,和醛在加熱條件下發生銀鏡反應,通用的化學方程式如下:

實驗過程

實驗藥品

銀鏡反應實驗中用到的主要藥品,還原劑比如葡萄糖溶液、乙醛溶液、甲酸溶液等,氧化劑比如氨水的銀化合物溶液即銀氨溶液、乙二胺的銀配位化合物[Ag(en)2]+、硫氰化鉀的銀配合物[Ag(SCN)2]-、甲胺的銀配合物[Ag(CH3NH2)2]+等,最常見的氧化劑為銀氨溶液。

主要步驟?

配制銀氨溶液

硝酸銀氨水反應制備氫氧化二氨合銀為例,在潔凈的試管中加入適量氫氧化鈉(NaOH)溶液,隨后加入AgNO3溶液,瞬間會產生棕紅色沉淀即氧化銀(Ag2O),它是由極不穩定的白色固體氫氧化銀(AgOH)分解而成,再逐滴加入稀氨水,直到最初產生的沉淀恰好溶解為止,制得銀氨溶液,相應化學方程式如下:

乙醛的銀鏡反應實驗及現象

往制成的銀氨溶液里滴入乙醛溶液,振蕩后,把試管放在熱水浴里加熱,靜置觀察銀鏡的生成。不久,可以觀察到試管內壁被加熱區域上會附著一層光亮如鏡的金屬銀,化學方程式為:

甲酸和葡萄糖的銀鏡反應

甲酸和葡萄糖的銀鏡反應實驗步驟和乙醛的銀鏡反應類似,只需要往制成的氫氧化二氨合銀里分別滴入甲酸溶液和葡萄糖溶液,其他步驟一樣,化學反應方程式如下:

應用領域

鑒定領域

銀鏡反應可以用來檢驗醛基的存在,用來區分還原糖和非還原糖。比如糖是多羥基的醛或酮,葡萄糖、麥芽糖都含有醛基,像醛類一樣具有還原性,屬于還原性糖,能與氫氧化二氨合銀發生銀鏡反應。果糖雖然沒有醛基,但其酮基受到相鄰的羥基的影響,比普通的酮基活動性強,也屬于還原性糖,能發生銀鏡反應。而蔗糖是麥芽糖的同分異構體,但其分子結構中不含有醛基,不具有還原性,屬于非還原糖,便不能與銀氨溶液發生銀鏡反應。

工業領域

工業領域經常利用銀鏡反應在物體表面鍍銀,以達到現實生活中應用的效果,或者為其他科學研究做基礎準備。比如利用銀鏡反應可以把銀均勻鍍在玻璃上制鏡,或者在保溫瓶膽上鍍銀;鍍在織物上用來制作電磁輻射防護織物;鍍在模板上制成模壓全息技術工藝所需的金屬模版;鍍在硫化鎘電池的基板中,制作太陽能電池;鍍在玻璃基底上制備梯度潤濕性表面等。

銀鏡反應可以應用在化學鍍層織物上,用來制作電磁輻射防護織物,保護人體不受或者少受電磁輻射的危害。化學鍍層織物于20世紀70年代利用銀鏡反應原理研制成功,產品質地輕薄、柔軟透氣、電磁輻射防護安全可靠。但由于銀資源短缺并且價格昂貴,化學鍍銀不是自催化反應,一次只能鍍一層,要想達到足夠厚度,需要進行多次鍍銀,這就限制了廣泛引用的可能性。

銀鏡反應可以應用于模壓全息技術工藝中,用來電鍍金屬模版。由于制造金屬模版屬于非金屬電鍍,所以首先要對光致抗蝕劑全息圖的表面做改性處理,即利用銀鏡反應,在全息圖表面形成一層金屬導電層,以便進行電沉積。

銀鏡反應可以應用于太陽能電池中的硫化鎘電池的基板中。硫化鎘薄膜太陽能電池的基板是采用市售的聚亞胺薄膜,在基板上進行銀鏡反應,得到一層光亮的銀層,以作為電池的底電板。這種沉積銀層的方法比聚酰亞胺清漆銀膠的制備方法操作簡單,而且性能同樣良好。

利用銀鏡反應可以制備梯度潤濕性表面。先在敏化處理過的玻璃基底上,利用簡單的銀鏡反應制備出潤濕性均一的銀表面,該表面具有一定的粗糙度。將基底放入燒杯,逐步滴加正十二烷基硫醇溶液,通過測量基底表面不同位置的接觸角來表征表面梯度潤濕行為,發現隨著基底與正十二基硫醇自組裝時間的延長,銀表面的接觸角逐步增大,呈現梯度變化,從而實現潤濕性從疏水性到超疏水性的梯度變化。因為正十二烷基硫醇作為一種低表面能的分子,其硫原子能與銀原子形成化學鍵而在其表面形成自組裝單分子層,從而使銀表面的疏水性能增強。

食品領域

銀鏡反應可以應用于食物非法添加劑如三聚氰胺、砒啶的痕量檢測中。表面增強拉曼效應效應(SERS)的光子晶體光纖(PCF)傳感可以實現食物非法添加劑痕量檢測,而在SERS PCF傳感實驗中,制備高效SERS基底是最為重要的環節,而用銀鏡反應可以制備SERS活性基底。將2%的葡萄糖溶液加入配置好的杜倫試劑中,因要延遲銀鏡反應發生的速度,所以將其放在冰水混合物的低溫條件下進行,同時將PCF放入燒杯中,通過虹吸效應將銀鏡反應溶液吸入到PCF的空氣孔中,然后在空氣孔內發生銀鏡反應,在PCF纖芯孔內壁上生成銀納米膜。

醫學領域

銀鏡反應可以在病理學中用于檢測組織切片中的黑色素。黑色素能使氫氧化二氨合銀還原成金屬銀,也能被酸性硝酸銀溶液染黑。早在1908年,就有研究利用這種性能以顯示組織中的黑色素,常見方法有豐塔納·馬森(Masson-Fontana)氏鍍銀法及六胺銀法。

實驗注意事項

實驗前

做銀鏡反應用的試管必須十分潔凈,這是實驗成功的一個關鍵。若試管不清潔,還原出來的銀大部分呈疏松顆粒狀析出,致使管壁上所附的銀層不均勻平整,結果就得不到明亮的銀鏡,而是一層不均勻的黑色銀粒子。為保證實驗效果,先將試管用熱氫氧化鈉溶液洗滌,除去試管中的油污,再用蒸餾水沖洗干凈,保證試管的清潔。

實驗中

制備氫氧化二氨合銀時,滴加氨水的量以最初產生的沉淀未完全溶解(約有少量剩余)為最好,同時一定要用稀氨水而不能用濃氨水,這是因為,一方面如果有過量的NH3,銀氨溶液中的銀離子會被過度地絡合,降低銀氨溶液的氧化能力;另一方面氨水過量會使試劑本身失去靈敏性,且能生成在受熱或撞擊時會引起爆炸的雷酸銀,導致實驗失敗。

銀氨溶液溶液的濃度不宜太大或太小,并且必須隨用隨配,不可久置,不能貯存。因為溶液放置較久,會析出黑色的易爆炸的物質一氮化三銀沉淀(Ag3N),以及亞氨基化銀(Ag2NH)等極不穩定、易爆的危險物質。比如氮化銀會在用玻璃棒刮擦引起其分解或者在干燥時受振動,而發生猛烈爆炸,有時潮濕的氮化銀也能引起爆炸。

銀鏡反應實驗不能用久置起沉淀的乙醛溶液。因為乙醛在常溫下會發生聚合反應,生成沒有還原性的三聚乙醛,它比乙醛的密度小,且與乙醛互不溶解,浮在乙醛的上面。因此,在取用乙醛時,應將膠頭滴管伸入到底層液體中。而聚合后的乙醛可通過加酸、加熱來解聚,把乙醛聚合物收集起來,加少量硫酸并加熱蒸餾,餾出物用水吸收,即得乙醛溶液。

銀鏡反應用水浴加熱,要將水繼續加熱至沸騰或接近沸騰,待杜倫試劑與乙醛混合于試管后再停止加熱,并及時將試管放入水浴中。如果水不加熱至沸騰或接近沸騰,水溫是不能滿足反應要求的,銀鏡反應不充分,生成的銀鏡達不到效果。將試管放入水浴后,不要用酒精燈加熱,這樣會使混合溶液震動,同時不要再搖動試管,否則生成的將是黑色疏松的銀沉淀,而不是光亮的銀鏡。

實驗后

實驗完畢后試管里的混合液不可久置,應及時處理,以免久置后產生雷酸銀等危險物質,在干燥時易爆炸。用少量硝酸,煮沸,可洗去銀鏡,并用水把試管沖洗干凈,因為單質銀與稀硝酸可發生反應,生成硝酸銀一氧化氮和水。

參考資料 >

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