化学工程化学与化工
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中学生在家搞事情之——原创:不用甲醛的铜镜反应

        很多人可能知道铜镜反应。铜镜反应不如银镜反应著名,很大程度上可能是因为传统的铜镜反应涉及的有毒致癌物——甲醛。银镜反应中还原剂一般用葡萄糖或乙醛等,但是这些物质还原性较弱,不足以将Cu还原成单质,因此似乎只有甲醛可以胜任。

        查阅资料得知,Vc可以直接被空气氧化。这表明其还原性很可能比甲醛更强。若果真如此,Vc也可能可以作为铜镜反应的还原剂。当然由于Vc的结构与醛类大相径庭,这个推论不一定合理,所以设计实验来进行探究。

实验一:Vc还原新制氢氧化铜

向含Cu2+的溶液中加入NaOH溶液得到氢氧化铜沉淀,随即加入Vc溶液。迅速发生反应,沉淀与溶液均变为深棕色并部分溶解,随后产生橙色沉淀。推测Vc先将Cu还原至+1价,随后与Cu(Ⅰ)产生了络合物。


实验二:Vc与铜氨络离子反应

向CuSO4溶液中加入过量氨水,得到深蓝色的硫酸四氨合铜溶液。

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随后加入Vc溶液,产生土黄色沉淀。

放置很久后,没有明显反应。联想到银镜反应需要在强碱性条件下进行,我向反应液中加入了NaOH溶液。沉淀瞬间溶解,产生黄色溶液,且颜色缓慢加深(这一步为方便震荡分了两个瓶子)。为加快反应进行,将反应液放在热水浴中加热。 


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[修改于 3 个月前 - 2018-05-28 14:38:31]

+1  学术分   虎哥   2018-06-08   运用理论知识进行创新尝试。
浪里黑条(作者)
1楼

成功了,上图稍等一下

浪里黑条(作者)
2楼

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 That's♂good

浪里黑条(作者)
3楼

视频怎么放不了了

4楼

顶楼视频我这里能放。

请教一下,照理说,如果要还原产生金属铜,那么也应该是在反应液中出现胶体铜粉或者铜粉沉淀。为什么能够在玻璃上产生光洁的铜镜呢?谁能解释这个问题?

5楼

能不能用这种方法在玻璃上产生结实均匀的铜层?

浪里黑条(作者)
6楼
引用:radio 发表于5 楼的内容:
能不能用这种方法在玻璃上产生结实均匀的铜层?

很结实(比银镜反应还结实),但是似乎需要再控制一下各种条件才能均匀。LS莫不是想这样做电容?

[修改于 3 个月前 - 2018-05-27 18:47:53]

浪里黑条(作者)
7楼
引用:HMX 发表于4 楼的内容:
顶楼视频我这里能放。请教一下,照理说,如果要还原产生金属铜,那么也应该是在反应液中出现胶体铜粉或者铜.....

你那边放出来是哪个视频,是Vc+氢氧化铜的还是后面加氢氧化钠的?


至于为什么产生铜镜,我觉得是因为均相反应生成的铜粒子太小,而玻璃表面相当于是一个很好的附着层,导致大部分铜在生成之后向玻璃靠拢,这个过程不断重复,才形成了光亮的铜镜。最后洗涤的时候也会有一些铜粉被洗出来,但是铜镜并不见有明显破坏,说明溶液当中也是有铜粒子生成的。

[修改于 3 个月前 - 2018-05-27 18:50:55]

8楼
引用:浪里黑条 发表于7 楼的内容:
你那边放出来是哪个视频,是Vc+氢氧化铜的还是后面加氢氧化钠的?至于为什么产生铜镜,我觉得是因为均相.....

可以看到两个视频,两个应该是完全相同的。

但是还是没解释清楚为什么铜的析出倾向于紧贴玻璃并且致密排列,通常来说,对于非晶体结构,疏松的排列更有利于反应液的流通。要想解释这个问题,需要弄清楚的物理原理貌似有些复杂,最后也一定可以用数学来描述。

浪里黑条(作者)
9楼
引用:HMX 发表于8 楼的内容:
可以看到两个视频,两个应该是完全相同的。但是还是没解释清楚为什么铜的析出倾向于紧贴玻璃并且致密排列,.....

可不可以这样解释:贴近玻璃表面产生的铜微粒直接附着上去,导致近表面的铜粒子密度降低,然后扩散导致部分铜粒子向玻璃方向运动而进一步附着,同时溶液中还会不断地产生新的铜粒子……如此反复,最后形成了铜镜和溶液中的铜粉(因为洗涤的时候铜粉量比较大,似乎要多于铜镜镀上去的量)

10楼
引用:浪里黑条 发表于9 楼的内容:
可不可以这样解释:贴近玻璃表面产生的铜微粒直接附着上去,导致近表面的铜粒子密度降低,然后扩散导致部分.....

以前做过实验,得到的膜很致密,它生成的是整块的金属,原子间靠金属键连接,而不是分子间范德华力。所以我觉得不是先生成铜微粉,然后再“附着”。

浪里黑条(作者)
11楼
引用:HMX 发表于10 楼的内容:
以前做过实验,得到的膜很致密,它生成的是整块的金属,原子间靠金属键连接,而不是分子间范德华力。所以我.....

生成的铜最初应该的确是分子级别的,比表面积极大(甚至颗粒可能在亚纳米级),应该比较容易附着在玻璃上的。随着反应的进行,溶液里逐渐出现较大颗粒的铜,开始影响反应的正常进行,于是铜镜生成变慢,更多的铜开始附着在铜粉上而不是铜镜背面。

不知以上分析是否正确?

12楼

楼主可以先用氢氧化钠中和一下维生素C,然后再滴入反应体系,这样就不存在刚滴入的沉淀了。

浪里黑条(作者)
13楼
引用:ne555 发表于12 楼的内容:
楼主可以先用氢氧化钠中和一下维生素C,然后再滴入反应体系,这样就不存在刚滴入的沉淀了。

是有这样的实验计划的,等我有时间就弄。

14楼

有办法可以控制铜层厚度吗。

15楼

表示没有氢氧化钠,用碳酸钠替代可否?另外楼主的vc用量是多少,今天做了一次实验没有成功

16楼

为啥我们老师管生成氧化亚铜的反应也叫铜镜反应……感觉我学了假化学。还有就是那堆生成高分子的东西,不太相信所有缩聚反应都可以直接浓硫酸催化……然而非得要写条件,还弄得乱七八糟的各种条件……已无力吐槽

浪里黑条(作者)
17楼
引用:天马行空yzx 发表于15 楼的内容:
表示没有氢氧化钠,用碳酸钠替代可否?另外楼主的vc用量是多少,今天做了一次实验没有成功

emmm,碳酸钠的话,应该先和Vc反应生成抗坏血酸钠吧,应该没问题的(当然也不排除必须得氢氧化钠……不行的话,用苛化法制一点NaOH溶液吧,反正用量也没有精确要求)。Vc最好过量,我这一瓶(瓶子总容量10ml)加入了大约1g的Vc。

[修改于 3 个月前 - 2018-05-29 01:30:24]

浪里黑条(作者)
18楼
引用:爱电路 发表于16 楼的内容:
为啥我们老师管生成氧化亚铜的反应也叫铜镜反应……感觉我学了假化学。还有就是那堆生成高分子的东西,不太.....

缩聚反应几乎都可以浓硫酸作为催化剂,这个没毛病。但是要注意,如果是加聚反应就不能了~

浪里黑条(作者)
19楼
引用:bg8npk 发表于14 楼的内容:
有办法可以控制铜层厚度吗。

这个还真没试过,不过估计原溶液浓度越高铜层越厚吧,回头我试试多镀几次能不能增厚

20楼
引用:浪里黑条 发表于19 楼的内容:
这个还真没试过,不过估计原溶液浓度越高铜层越厚吧,回头我试试多镀几次能不能增厚

或者可以先用铜镜弄层薄的然后电镀增厚?

浪里黑条(作者)
21楼
引用:radio 发表于20 楼的内容:
或者可以先用铜镜弄层薄的然后电镀增厚?

可能也可以,前提是镀上去的铜已经有足够的导电能力。

22楼

今天试了下,用氯化铵加氢氧化钠代替氨水,用胶片显影液做还原剂(手上没有纯VC,显影液碱性,还原成分是米吐尔和对苯二酚,因为是显影定影二合一的套液所以应该还有硫代硫酸钠),可以形成黄色溶液和沉淀,但是好像几乎完全附着不到玻璃上。。不知道什么原因。。(培养皿预先用氢氧化钠洗过,应该不是油脂的问题)

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只有液面附近能略微附着上一点点。。



[修改于 2 个月前 - 2018-06-12 09:19:32]

23楼

食品级Vc或者反式Vc都很便宜啊

载玻片上铜镜之后再蚀刻,然后灌透明环氧

[修改于 2 个月前 - 2018-06-12 10:36:03]

24楼

用了vc泡腾片溶液再试了下,还是一样只能生成很薄的一点点铜,手指一抹就掉。。不知道和玻璃材质什么的有没有关系。。

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[修改于 2 个月前 - 2018-06-12 16:44:43]

25楼

VC换成肼的效果可能会更好,溶液使用纯净水配置,而且肼是碱性越强还原性越强的,这个反应看上去挺有用的,毕竟有时候在玻璃或者陶瓷基底上镀上一层导电的金属很有用,溅射炉要花高价

[修改于 2 个月前 - 2018-06-12 17:21:06]

26楼
引用:smith 发表于25 楼的内容:
VC换成肼的效果可能会更好,而且肼是碱性越强还原性越强的,这个反应看上去挺有用的,毕竟有时候在玻璃或.....

我记得pcb的沉铜工艺用的就是这个反应,不过是用甲醛的版本,还加了很多其他的辅助成分。。

浪里黑条(作者)
27楼
引用:radio 发表于24 楼的内容:
用了vc泡腾片溶液再试了下,还是一样只能生成很薄的一点点铜,手指一抹就掉。。不知道和玻璃材质什么的有.....

这效果感觉是溶液浓度不够

28楼
引用:浪里黑条 发表于27 楼的内容:
这效果感觉是溶液浓度不够

有可能,不过我第二次用的是接近饱和的硫酸铜溶液。。会不会是氯化铵加氢氧化钠配置的“氨水”里NH3浓度不够?

主贴的实验用的各个成分的浓度和量可以介绍下么。。

还有反应大概需要多长时间?上面那个是我在热水里泡了40来分钟的结果。。会不会不够。。

[修改于 2 个月前 - 2018-06-12 18:42:42]

29楼

手指一摸就掉是很正常的,反光镜的工艺对玻璃需要进行比较复杂的预处理,简化而言可仔细洗涤除油,然后用氯化亚锡的稀盐酸溶液敏化。

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十步芳草
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就读于清华附中的高中生,热爱火箭、能材,略知一二建模齐发国际娱乐官方网站。化竞党。同时还喜爱书法、古琴等。【我是不是说的太多了】

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