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.
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).
Автор Л.А.ЦветковЭтот опыт должен быть продемонстрирован учащимся так, чтобы он одновременно явился и инструктажем к последующему практическому занятию. Природа аммиачного раствора оксида серебра может быть подробно разъяснена учащимся, а можно лишь сообщить им, что образующийся при реакции гидроксид серебра - вещество непрочное и легко распадается на оксид серебра и воду:
AgNO 3 + NH 4 OH à AgOH + NH 4 NO 3
2 AgOH à Ag 2 O + H 2 O
Оксид серебра обладает свойством растворяться в аммиаке
Ag 2 O + 4NH 4 OH à 2OH + Н 2 O
Окислительное действие оксида серебра объясняется тем, что это вещество является оксидом благородного металла, поэтому оксид неустойчив и при наличии восстановителя, т.е. вещества, легко окисляющегося, он легко отдает кислород, вследствие чего происходит выделение (восстановление) металлического серебра. Уравнение реакции можно дать в обычном виде:
HC-OH + Ag 2 O -> HCOOH + 2Ag
а можно представить полное уравнение реакции:
HC-OH + 2OH -> HCOOH + 2Ag + 4NH 3 + H 2 O
Серебряное зеркало образуется в том случае, если восстанавливающееся серебро осаждается на гладких стенках сосуда из не слишком концентрированных растворов. Малейшие загрязнения мешают восстанавливающемуся серебру "уцепиться" за стекло и заставляют его выделяться в виде рыхлого осадка. Значительно меньшее влияние на успех опыта оказывает характер нагревания. Если сосуд недостаточно чист, то даже самое осторожное нагревание не дает зеркала, и наоборот, если сосуд подготовлен тщательно, то даже нагревание смеси на открытом огне может дать желаемый результат.
Первый опыт получения серебряного зеркала следует провести в колбочке, а не в пробирке. Колбу емкостью 50-100 мл до урока очищают от механических загрязнений, промывают ершиком с мыльной водой или нагревают в колбе раствор щелочи, затем споласкивают водой, промывают хромовой смесью и наконец начисто промывают дистиллированной водой.
В колбу наливают на четверть объема 2-процентный раствор нитрата серебра, затем добавляют постепенно раствор аммиака (25-процентный аммиак следует разбавить в 8-10 раз) до тех пор, пока образующийся вначале осадок не растворится в его избытке. К образующемуся раствору добавляют осторожно по стенке 0,5-1 мл формалина и помещают колбу в стакан с горячей (лучше кипящей) водой.
Вскоре в колбе образуется красивое серебряное зеркало. Колбу можно нагревать без водяной бани, непосредственно на маленьком пламени, обнося пламя вокруг колбы и не встряхивая ее. При демонстрации опыта вместо серебряного зеркала иногда образуется черный осадок. Учитель в таком случае обычно совершенно бракует опыт. Между тем при таком результате следует разъяснить учащимся, что здесь также произошло восстановление серебра только в виде рыхлого черного осадка.
Лабораторная работа № 5
Свойства углеводов
Опыт 1. Реакция серебряного зеркала – это реакция восстановления серебра из аммиачного раствора оксида серебра (реактив Толленса ).
В водном растворе аммиака оксид серебра растворяется с образованием комплексного соединения - гидроксид диамминсеребра(I) OH
при добавлении к которому альдегида происходит окислительно-восстановительная реакция с образованием металлического серебра:
Если реакция проводится в сосуде с чистыми и гладкими стенками, то серебро выпадает в виде тонкой плёнки, образуя зеркальную поверхность.
При наличии малейших загрязнений серебро выделяется в виде серого рыхлого осадка.
Реакция «серебряного зеркала» может использоваться как качественная реакция на альдегиды. Так, реакцию «серебряного зеркала» можно использовать как отличительную между глюкозой и фруктозой . Глюкоза относится к альдозам (содержит альдегидную группу в открытой форме), а фруктоза - к кетозам (содержащие кетогруппу в открытой форме). Поэтому глюкоза дает реакцию «серебряного зеркала», а фруктоза – нет. Но если в растворе присутствует щелочная среда, то кетозы изомеризуются в альдозы и также дают положительные реакции с аммиачным раствором оксида серебра (реактив Толленса ).
Качественная реакция глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра. Доказать наличие альдегидной группы в глюкозе можно с помощью аммиачного раствора оксида серебра. К аммиачному раствору оксида серебра добавим раствор глюкозы и подогреем смесь на водяной бане. Вскоре на стенках колбы начинает осаждаться металлическое серебро. Эта реакция называется реакцией серебряного зеркала. Ее используют как качественную для открытия альдегидов. Альдегидная группа глюкозы окисляется до карбоксильной группы. Глюкоза превращается в глюконовую кислоту.
СН 2 ОН – (СНОН) 4 – СОН + Ag 2 O = СН 2 ОН – (СНОН) 4 – СООН + 2 Ag ↓
Порядок выполнения работы.
В две пробирки наливают по 2 мл. аммиачного раствора оксида серебра. В одну из них добавляют 2 мл. 1%-ного раствора глюкозы, в другую – фруктозы. Обе пробирки кипятят.
Амиачный раствор гидрата окиси серебра получают при взаимодействии нитрата серебра с гидроксидом натрия и гидроксидом аммония:
AgNO3+ NaOH → AgOH↓+ NaNO3,
AgOH + 2 NH4 OH→[ Ag(NH3)2] OH + H2O,
аммиачный раствор
OH + 3 H2→ Ag2O + 4 NH4 OH.
Принцип метода. На стенках пробирки с глюкозой образуется зеркало в результате выделения металлического серебра.
Оформление работы: Написать вывод, а также ход и уравнения реакции в тетрадь.
Опыт 3. Качественная реакция на фруктозу
Принцип метода. При нагревании пробы с фруктозой в присутствии резорцина и соляной кислоты до 80 о С через некоторое время в пробирке с фруктозой появляется ярко-красное окрашивание.
При нагревании пробы с фруктозой в присутствии резорцина и соляной кислоты появляется вишнево-красное окрашивание. Проба также применима для обнаружения других кетоз . Альдозы в этих же условиях взаимодействуют медленнее и дают бледно-розовую окраску или вообще не взаимодействуют. Открыта Ф. Ф. Селивановым в 1887 году. Применяется при анализе мочи. Проба положительная при фруктозурии обменного или транспортного генеза. В 13 % случаев проба положительная при пищевой нагрузке фруктами и мёдом. Хим. формула фруктозы – C 6 H 12 O 6
Циклическая формула фруктозы
Ациклическая форма
фруктозы
Окрашенное соединенue
R- осататок
оксиметилфурфурола
Порядок выполнения работы.
В две пробирки наливают по 2 мл: в одну – 1%-ный раствор глюкозы, в другую – 1%-ный раствор фруктозы. В обе пробирки вносят по 2 мл реактива Селиванова: 0,05 г резорцина растворяют в 100 мл 20 %-ной соляной кислоты. Обе пробирки осторожно нагревают до 80 о С (до начала кипения). Появляется красное окрашивание.
Выводы: результаты опыта и уравнение реакции записывают в тетрадь.
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.
