Тема урока: «Мир зеркала» (стр. 2 )

2-ой химик: Первыми зеркалами служили отполированные до блеска металлические пластинки из меди, золота, серебра. Но, такие зеркала имели большой недостаток – на воздухе быстро темнели и тускнели. Как же нашли выход из этой ситуации? После долгих экспериментов оказалось, что блестящий металлический слой можно нанести на стекло. Так, в I веке новой эры начали изготавливать стеклянные зеркала – стеклянные пластинки, соединенные со свинцовой или оловянной.

Делалось это так: вымыв спиртом стекло, очищали его тальком и к поверхности плотно прижимали оловянный листок. Сверху наливали ртуть и, дав ей постоять, сливали избыток. Образовавшийся слой амальгамы заклеивали или закрашивали.

Такие зеркала оказались намного долговечнее металлических, поэтому ремесленные мастерские перешли на выпуск стеклянных зеркал, отражающая поверхность которых была сделана из амальгамы олова. Но, поскольку пары ртути очень ядовиты, производство ртутных зеркал было весьма вредным, да и сами зеркала содержали ртуть. Для здоровья опасно держать ртутные зеркала в жилых помещениях. Поэтому ученые продолжали искать замену для ртути. Ее открыли французский химик Франсуа Птижан и великий немецкий ученый Юстус Либих. Они предложили заменить ртуть серебром.

1-ый корреспондент: Какие химические процессы лежат в основе изготовления таких зеркал?

3-ий химик: Либих предложил изготавливать стеклянные зеркала с серебряным покрытием. Разработанный им метод состоял из следующих операций. Сначала к водному раствору нитрата серебра добавляли водный раствор гидр оксида калия КОН, что приводило к осаждению черно - коричневого осадка оксида серебра Ag2O.

Ученик пишет на доске уравнение:

 

2AgNO3 + 2KOH = Ag2O + 2KNO3 + H2O

Осадок отфильтровывали и перемешивали с водным раствором аммиака NH3.

Ученик пишет на доске уравнение:

Ag2O + 4NH3 + H2O = 2[Ag(NH3)2] OH.

В этой реакции оксид серебра переходил в раствор в виде гидроксида диамминсеребра. Затем в полученный прозрачный раствор погружали лист стекла, одна из поверхностей которого была тщательно обезжирена, и добовляли формальдегид НСОН.

Формальдегид восстанавливал серебро, которое осаждалось на очищенной поверхности стекла с образованием зеркала.

Ученик пишет на доске уравнение:

 

2[Ag(NH3)2] OH + HCOH = 2 Ag + HCOOH + 4NH3 + H2O.

Учитель: Мы можем в лабораторных условиях получить «серебряное зеркало».

Учитель проводит опыт «Серебряное зеркало».

Опыт «Серебряное зеркало»

Колбу емкостью 100мл 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 до тех пор, пока образующийся вначале осадок не растворится в его избытке. К образующемуся раствору добавляют осторожно по стенке 05,-1мл формалина и помещают колбу в стакан с горячей (лучше кипящей) водой.

Вскоре в колбе образуется красивое серебряное зеркало!

4-ый химик: Серебро – драгоценный металл известный с глубокой древности. На земле этого элемента 7*10-6% от массы земной коры. Чистое серебро – блестящий белый металл, очень мягкий, тягучий, плавящийся при 960,80С. Плотность серебра при 200С 10,5г/см3, Ткип=22120С.

Серебряные зеркала были наилучшими по качеству отражения.

Серебро относительно дешево, устойчиво к атмосферным воздействиям, характеризуется высокой отражательной способностью и не дает оттенков, к сожалению, в настоящее время. Такие зеркала являются редкостью даже для музеев.

В настоящее время много серебра расходуется на производство технических и бытовых зеркал.

При изготовлении серебряных зеркал стекло обезжиривают и промывают, а затем обрабатывают раствором хлорида олова (II) SnCl2. После этого стекло обливают раствором нитрата серебра AgNO3, содержащим сахар. Сахар восстанавливает соль серебра до металла, и он ровным и плотным слоем ложится на поверхность стекла.

Хлорид олова (II) играет роль активатора процесса восстановления и способствует образованию качественного слоя серебра.

Для предотвращения потускнение серебряного покрытия в технических зеркалах его защищают слоем химического элемента индия. Не сказываясь на отражательной способности зеркал, индий позволяет продлевать срок их службы.

Наиболее распространенный технологический процесс производства зеркал – серебрение, состоит из следующих основных операций:

s  удаление с поверхностей стекла загрязнений и продуктов коррозии;

s  нанесение центров осаждения серебра;

s  собственное серебрение;

s  нанесение защитных покрытий на отражающие слои.

Обычно толщина серебряной пленка колеблется от 0,5 до 0,3 мкм. Для электрохимической защиты отражающего слоя, его покрывают медной пленкой, соизмеряемой по толщине с серебряной. На медную пленку наносят разные лакокрасочные материалы, предупреждающие механические повреждения защитного слоя зеркала.

2-ой корреспондент: Вот Вы сказали, что серебро – драгоценный металл. Неужели нельзя заменить его другим металлом, менее дорогим?

5-ый химик: Можно. В последнее время зеркала изготавливают способами металлизации стекла распылением и испарением в вакууме. Испарение алюминия осуществляется со жгутом из вольфрамовой проволоки либо из жаропрочного тигля. Подготовка поверхности стекла выполняется еще более тщательно, чем перед химическим серебрением, и включает обезвоживание и обработку электрическим разрядом. При значении вакуума толщина алюминиевой пленки для получения зеркала максимальной отражательной способностью 0,12 мкм. Благодаря повышенной химической стойкости алюминиевые зеркала иногда используют как поверхности наружного отражения, которые защищаются оптически прозрачными слоями Al2O3, SiO2, MgF2 и др. Обычно слой алюминия покрыт непрозрачными лакокрасочными материалами. Такими же, как и при серебрении. Некоторая неравномерность по спектру и ухудшение отражательной способности алюминиевых зеркал по сравнению с посеребренным оправданы значительной экономией серебра при массовом производстве зеркал.

Способани распыления и термического испарения могут быть получены зеркала с пленками большинства металлов, а также диэлектриков.

6-ой химик: Серебряные зеркала на стеклянной основе до сих пор служат людям, однако их стойкость к действию высоких температур и вызывающих коррозию газов атмосферы невысока. Поэтому в технике их по возможности заменяют родиевыми. Отражательная способность родия несколько меньше, чем у серебра (95%), зато родированные поверхности не тускнеют даже в атмосфере вольтовой дуги. Поэтому родием покрывают рефлекторы прожекторов и технические зеркала прецизионных измерительных инструментов различного назначения. Особый блеск и красоту родиевое покрытие придает ювелирным изделиям.

1-ый корреспондент: А какое зеркало не «обманывает», дает высококачественное изображение?

7-ой химик: Самыми высококачественными оказались зеркала из индия. Одной из первых областей применения индия стало изготовление зеркал, необходимых для астрономических приборов, рефлекторов и тому подобных устройств. Оказывается, обычное зеркало не одинаково отражает световые лучи различных цветов. Это значит, например, что цветная одежда, если ее рассмотреть в зеркало, имеет несколько иную окраску, чем на самом деле.

Правда, глаз модницы, сидящей перед зеркалом, не в состоянии зафиксировать такие перемены в ее туалете, но для многих приборов цветовая фальсификация просто недопустима. И серебряные, и оловянные, и ртутно-висмутовые зеркала грешат этим недостатком. Индий же не только обладает чрезвычайно высокой отражательной способностью, но и проявляет при этом полнейшую объективность, совершенно одинаково относятся ко всем цветам радуги – от красного до фиолетового. Вот почему, чтобы свет, излучаемый далекими звездами, доходил до астрономов неискаженным, в телескопах устанавливают индиевые зеркала.

В отличие от серебра, индий не тускнеет на воздухе, сохраняя высокий коэффициент отражения. Между прочим, индий сыграл немаловажную роль при защите Лондона от массированных налетов немецкой авиации во время второй мировой войны. На первый взгляд, такое утверждение может показаться странным, но именно индиевые зеркала позволяли прожекторам противовоздушной обороны в поисках воздушных пиратов легко пробивать мощными лучами плотный туман, нередко окутывавший британские острова. Поскольку индий имеет низкую температуру плавления Тпл=156,2оС, во время работы прожектора зеркало постоянно нуждалось в охлаждении, однако английское военное ведомство охотно шло на дополнительные расходы, с удовлетворением подсчитывая число сбитых вражеских самолетов.

Учитель: Добавлю, что получить зеркальную поверхность можно не только, используя металлы, но и их соединения. Так, сульфид свинца РbS – непримечательный осадок бурого цвета. Но можно выделить его из раствора свинцовой соли с получением зеркальной поверхности.

Свинцово-сульфидное зеркало получают, используя любую другую растворимую соль свинца, например, нитрат свинца Pb (NO3)2 или ацетат Pb (CH3 COO)2, гидроксиды натрия NaOH или калия КОН и тиокарбамид CS(NH2)2. При действии избытка NaOH на нитрат свинца в водном растворе образуется гексагидроксоплюмбат натрия.

Учитель пишет на доске уравнение:

Pb (NO3)2 + 6 NaOH = Na4 [Pb(OH)6] + 2NaNO3

Если к такому раствору добавить тиокарбамид и равномерно нагревать, то вскоре можно почувствовать запах аммиака NH3.

На доске записывается уравнение реакции

Na4 [Pb(OH)6] + CS(NH2)2 = PbS↓ + 2NH3↑ + Na2CO3 + H2O + 2NaOH

В тщательном вымытом и обезжиренном реакционном сосуде сульфид свинца осаждается на стекле зеркально блестящим слоем.

Интересно, что в тонком слое сульфид свинца PbS является фотосопротивлением: электропроводность такого слоя при освещении резко возрастает.