银镜反应 :一种产生银的氧化还原反应

更新时间:2023-08-07 14:43

银镜反应( Mirror Reaction),一种银化合物中的银离子被还原成单质银的化学反应,单质银均匀地涂在试管壁上,形成一层明亮的银镜,故称银镜反应。常见的银镜反应指的是醛或还原糖与硝酸银和氨水配制而成的氢氧化二氨合银(Ag(NH3)2OH)即多伦试剂(Tollens reagent,又称银氨溶液)发生氧化还原反应,生成单质银。此外,其它银化合物比如乙二胺、硫氰化钾的银配合物[Ag(en)2]+,[Ag(SCN)2]-在一定条件下也可被还原剂还原,产生银镜反应。

银镜反应实验中,用的试管必须洁净;同时防止加入过量的氨水,否则将生成雷酸银,受热会增加引起爆炸的机会,试剂本身也将失去灵敏性;氢氧化二氨合银溶液必须随用随配,不可久置,不能贮存,否则容易产生氮化银(Ag3N)、亚氨基化银(Ag2NH)等极不稳定、易爆的危险物质,而引起爆炸。此外,实验后试管中的混合液也不可久置,应及时清洗处理,以免久置后可能产生危险物质,发生爆炸。

银镜反应的应用领域广泛,化学领域中可以用来检验醛基的存在、区分还原糖和非还原糖;工业上可以利用银镜反应制镜,或者在保温瓶胆上镀银;用来制作电磁辐射防护织物,保护人体不受或者少受电磁辐射的危害;检测食物非法添加剂如三聚氰胺砒啶的痕量等。除此之外,银镜反应还可以在病理学中用于检测组织切片中的黑色素

反应原理

醛与弱氧化剂发生氧化还原反应,醛被氧化成相同个数的羧酸,而试剂中的银离子被还原成单质银,均匀地涂在试管壁上,形成一层明亮的银镜,故称银镜反应。除醛类化合物外,其他结构中含有醛基的化合物如葡萄糖、甲酸、甲酸盐、甲酸、麦芽糖等也可以发生银镜反应。果糖虽然没有醛基,但其酮基受到相邻碳原子的羟基的影响,比普通的基活动性强,也能发生银镜反应。

以氧化剂氢氧化二氨合银为例,和醛在加热条件下发生银镜反应,通用的化学方程式如下:

实验过程

实验药品

银镜反应实验中用到的主要药品,还原剂比如葡萄糖溶液、乙醛溶液、甲酸溶液等,氧化剂比如氨水的银化合物溶液即银氨溶液、乙二胺的银配位化合物[Ag(en)2]+、硫氰化钾的银配合物[Ag(SCN)2]-、甲胺的银配合物[Ag(CH3NH2)2]+等,最常见的氧化剂为银氨溶液。

主要步骤 

配制银氨溶液

硝酸银氨水反应制备氢氧化二氨合银为例,在洁净的试管中加入适量氢氧化钠(NaOH)溶液,随后加入AgNO3溶液,瞬间会产生棕红色沉淀即氧化银(Ag2O),它是由极不稳定的白色固体氢氧化银(AgOH)分解而成,再逐滴加入稀氨水,直到最初产生的沉淀恰好溶解为止,制得银氨溶液,相应化学方程式如下:

乙醛的银镜反应实验及现象

往制成的银氨溶液里滴入乙醛溶液,振荡后,把试管放在热水浴里加热,静置观察银镜的生成。不久,可以观察到试管内壁上会附着一层光亮如镜的金属银,化学方程式为:

甲酸和葡萄糖的银镜反应

甲酸和葡萄糖的银镜反应实验步骤和乙醛的银镜反应类似,只需要往制成的氢氧化二氨合银里分别滴入甲酸溶液和葡萄糖溶液,其他步骤一样,化学反应方程式如下:

应用领域

鉴定领域

银镜反应可以用来检验醛基的存在,用来区分还原糖和非还原糖。比如糖是多羟基的醛或酮,葡萄糖、麦芽糖都含有醛基,像醛类一样具有还原性,属于还原性糖,能与氢氧化二氨合银发生银镜反应。果糖虽然没有醛基,但其酮基受到相邻的羟基的影响,比普通的酮基活动性强,也属于还原性糖,能发生银镜反应。而蔗糖是麦芽糖的同分异构体,但其分子结构中不含有醛基,不具有还原性,属于非还原糖,便不能与银氨溶液发生银镜反应。

工业领域

工业领域经常利用银镜反应在物体表面镀银,以达到现实生活中应用的效果,或者为其他科学研究做基础准备。比如利用银镜反应可以把银均匀镀在玻璃上制镜,或者在保温瓶胆上镀银;镀在织物上用来制作电磁辐射防护织物;镀在模板上制成模压全息技术工艺所需的金属模版;镀在硫化镉电池的基板中,制作太阳能电池;镀在玻璃基底上制备梯度润湿性表面等。

银镜反应可以应用在化学镀层织物上,用来制作电磁辐射防护织物,保护人体不受或者少受电磁辐射的危害。化学镀层织物于20世纪70年代利用银镜反应原理研制成功,产品质地轻薄、柔软透气、电磁辐射防护安全可靠。但由于银资源短缺并且价格昂贵,化学镀银不是自催化反应,一次只能镀一层,要想达到足够厚度,需要进行多次镀银,这就限制了广泛引用的可能性。

银镜反应可以应用于模压全息技术工艺中,用来电镀金属模版。由于制造金属模版属于非金属电镀,所以首先要对光致抗蚀剂全息图的表面做改性处理,即利用银镜反应,在全息图表面形成一层金属导电层,以便进行电沉积。

银镜反应可以应用于太阳能电池中的硫化镉电池的基板中。硫化镉薄膜太阳能电池的基板是采用市售的聚亚胺薄膜,在基板上进行银镜反应,得到一层光亮的银层,以作为电池的底电板。这种沉积银层的方法比聚酰亚胺清漆银胶的制备方法操作简单,而且性能同样良好。

利用银镜反应可以制备梯度润湿性表面。先在敏化处理过的玻璃基底上,利用简单的银镜反应制备出润湿性均一的银表面,该表面具有一定的粗糙度。将基底放入烧杯,逐步滴加正十二烷基硫醇溶液,通过测量基底表面不同位置的接触角来表征表面梯度润湿行为,发现随着基底与正十二基硫醇自组装时间的延长,银表面的接触角逐步增大,呈现梯度变化,从而实现润湿性从疏水性到超疏水性的梯度变化。因为正十二烷基硫醇作为一种低表面能的分子,其硫原子能与银原子形成化学键而在其表面形成自组装单分子层,从而使银表面的疏水性能增强。

食品领域

银镜反应可以应用于食物非法添加剂如三聚氰胺、砒啶的痕量检测中。表面增强拉曼效应效应(SERS)的光子晶体光纤(PCF)传感可以实现食物非法添加剂痕量检测,而在SERS PCF传感实验中,制备高效SERS基底是最为重要的环节,而用银镜反应可以制备SERS活性基底。将2%的葡萄糖溶液加入配置好的杜伦试剂中,因要延迟银镜反应发生的速度,所以将其放在冰水混合物的低温条件下进行,同时将PCF放入烧杯中,通过虹吸效应将银镜反应溶液吸入到PCF的空气孔中,然后在空气孔内发生银镜反应,在PCF纤芯孔内壁上生成银纳米膜。

医学领域

银镜反应可以在病理学中用于检测组织切片中的黑色素。黑色素能使氢氧化二氨合银还原成金属银,也能被酸性硝酸银溶液染黑。早在1908年,就有研究利用这种性能以显示组织中的黑色素,常见方法有丰塔纳·马森(Masson-Fontana)氏镀银法及六胺银法。

实验注意事项

实验前

做银镜反应用的试管必须十分洁净,这是实验成功的一个关键。若试管不清洁,还原出来的银大部分呈疏松颗粒状析出,致使管壁上所附的银层不均匀平整,结果就得不到明亮的银镜,而是一层不均匀的黑色银粒子。为保证实验效果,先将试管用热氢氧化钠溶液洗涤,除去试管中的油污,再用蒸馏水冲洗干净,保证试管的清洁。

实验中

制备氢氧化二氨合银时,滴加氨水的量以最初产生的沉淀未完全溶解(约有少量剩余)为最好,同时一定要用稀氨水而不能用浓氨水,这是因为,一方面如果有过量的NH3,银氨溶液中的银离子会被过度地络合,降低银氨溶液的氧化能力;另一方面氨水过量会使试剂本身失去灵敏性,且能生成在受热或撞击时会引起爆炸的雷酸银,导致实验失败。

银氨溶液溶液的浓度不宜太大或太小,并且必须随用随配,不可久置,不能贮存。因为溶液放置较久,会析出黑色易爆炸的沉淀物质氮化银(Ag3N),以及亚氨基化银(Ag2NH)等极不稳定、易爆的危险物质。比如氮化银会在用玻璃棒刮擦引起其分解或者在干燥时受振动,而发生猛烈爆炸,有时潮湿的氮化银也能引起爆炸。

银镜反应实验不能用久置起沉淀的乙醛溶液。因为乙醛在常温下会发生聚合反应,生成没有还原性的三聚乙醛,它比乙醛的密度小,且与乙醛互不溶解,浮在乙醛的上面。因此,在取用乙醛时,应将胶头滴管伸入到底层液体中。而聚合后的乙醛可通过加酸、加热来解聚,把乙醛聚合物收集起来,加少量硫酸并加热蒸馏,馏出物用水吸收,即得乙醛溶液。

银镜反应用水浴加热,要将水继续加热至沸腾或接近沸腾,待杜伦试剂与乙醛混合于试管后再停止加热,并及时将试管放入水浴中。如果水不加热至沸腾或接近沸腾,水温是不能满足反应要求的,银镜反应不充分,生成的银镜达不到效果。将试管放入水浴后,不要用酒精灯加热,这样会使混合溶液震动,同时不要再摇动试管,否则生成的将是黑色疏松的银沉淀,而不是光亮的银镜。

实验后

实验完毕后试管里的混合液不可久置,应及时处理,以免久置后产生雷酸银等危险物质,在干燥时易爆炸。用少量硝酸,煮沸,可洗去银镜,并用水把试管冲洗干净,因为单质银与稀硝酸可发生反应,生成硝酸银一氧化氮和水。

免责声明
隐私政策
用户协议
目录 22
0{{catalogNumber[index]}}. {{item.title}}
{{item.title}}
友情链接: