Серебряное дерево. Silver tree - Химия и Химики № 4 2020

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Один из немногих химических опытов, который нам показали в "самой лучшей в мире"^(тм.) средней школе - вытеснение меди железом. В пробирку с раствором медного купороса опускали железную булавку. В результате булавка покрывалась красным слоем меди. Красиво, только есть одно "но": слой меди легко снимается с железа даже обычной тряпкой. Чтобы получить прочный слой меди на железе, нужно постараться. Делается это электрохимическим способом (электролиз) - осаждением меди из электролитов (растворов) специального состава. Например: сульфат меди, серная кислота, улучшающие добавки (которые усиливают смачивание поверхности, регулируют кристаллическое строение слоя меди и т.д.). Расскажу об этом как-нибудь в другой раз (тем более, на работе администрация уже публично высказывает претензии, что "я раскрываю секретные производственные процессы их [доисторического] завода"). Если кому-то нужно составы электролитов меднения и режимы электролиза - их можно найти в открытом доступе в многочисленных справочниках по гальванике. Таких рецептов множество. Например, цианистое меднение не совсем подходит для домашних/гаражных условий - по понятным причинам, зато сернокислотное меднение люди успешно делают даже в городских квартирах.

Но дальше речь пойдет не об этом. Поговорим о прекрасном. Например, о серебряных деревьях. Железо вытесняет медь из растворов ее солей, поскольку медь находится в электрохимическом ряде напряжений правее железа (т.е. медь - менее активный металл). Но есть металлы, которые в электрохимическом ряду напряжений расположены правее меди, например, - серебро. Поэтому металлическая медь вытесняет серебро из растворов его солей.

Убедиться в этом просто. Поскольку металлической меди под рукой не оказалось, я взял украинскую монету 25 копеек. Тогда их делали из латуни (сплав меди и цинка), позже стали делать из алюминиевой бронзы (медь с добавкой алюминия), а еще позже - их делали из стали и лишь покрывали желтым слоем. Именно та монета была из латуни. Опустил монету в раствор нитрата серебра AgNO₃. Понимал, что ничего эффектного не получится, но решил попробовать. Сначала на монете образовался серебристо-серый слой серебра, потом стали расти серые кристаллы серебра в виде губки. Большинство кристаллов были мелкими, они образовывали невзрачную массу, но попадались и более крупные кристаллы, которые блестели. Со временем "серебряной губки" образовалось столько, что она погребла под собой всю монету. Если бы я тогда нашел пластинку из чистой меди, думаю, результат был бы тот же, что и с латунью.

Т.е., при взаимодействии металлической меди с раствором нитрата серебра образовались кристаллы серебра, но их было слишком много, потому кристаллы получились мелкие, в большинстве своем - неблестящие. Такое часто бывает при "обвальной кристаллизации", когда процесс идет слишком быстро и сразу на многих центрах роста.

Как повысить степень эстетизма? Для этого нужно замедлить реакцию между медью и нитратом серебра. Рецепт я нашел на странице венгерского химика, который занимается органическим синтезом, а в перерыве между этими занятиями ставит красивые эксперименты для души. Приведу цитату:

"

Как получить кристаллы металлического серебра?

Меня недавно спрашивали, какая моя любимая химическая реакция? Простая реакция обмена между металлом и солью: реакция металлической меди и солей серебра.

Данную реакцию легко провести, она описывается с помощью двух простых уравнений:

2AgNO₃ + Cu = Cu(NO₃)₂ + 2Ag
Ag₂SO₄ + Cu = CuSO₄ + 2Ag

Что нам нужно? Почти ничего. Колба или емкость (предпочтительно стеклянная). Четыре химические вещества: нитрат серебра и сульфат серебра, немного металлической меди и дистиллированный оксид диводорода (вода).

Где их взять? Соли серебра можно купить у местного поставщика химических реактивов или в местах, где продают необходимое для классической (серебряной) фотографии. Или растворяя любимые мамины серебряные серьги или колье в азотной кислоте (:

Как провести реакцию? Приготовьте раствор (около 10 г/л или более разбавленный) нитрата серебра в дистиллированной воде, добавьте немного сульфата серебра (чтобы он полностью не растворится), поместите раствор в темное место, где его не будут трогать в течение месяца, и опустите в раствор несколько кусков меди. Закройте дверь и не трогайте ваш эксперимент некоторое время.

Со временем раствор станет синим, и на поверхности меди появятся мелкие кристаллы серебра (нитрат серебра хорошо растворяется в воде и быстро реагирует). Так вырастет ствол металлического дерева.

С этого момента и до конца месяца источником серебра будет служить уже сульфат серебра, и, поскольку он плохо растворим, сульфат серебра обусловит более медленную кристаллизацию металлического серебра на поверхности меди, результат которой выглядит более эстетично.

Вам остается нечего не делать, просто оставьте раствор в темноте (соли серебра очень нестабильны и разлагаются при действии света). Всегда помните золотое правило выращивания кристаллов: положите ваш эксперимент на полку и забудьте о нем.

Удачи!

How to Make Some Crystalline Metallic Silver Easily

I had been asked not long ago, that what is my favorite chemical reaction. So what was it? A simple metal-salt exchange reaction: the reaction between copper metal and silver salts.

The reaction is pretty simple and easily done, it could be written with this two simple equation:

2AgNO₃ + Cu = Cu(NO₃)₂ + 2Ag
Ag₂SO₄ + Cu = CuSO₄ + 2Ag

What will you need? Almost nothing. A flask or a container (preferably glass). Four chemicals: silver-nitrate or silver sulfate, some metallic copper and distilled dihydrogen monoxide (:water).

Where to get these from? Silver salts could be bought from the local chemical supplier or somewhere where they sell things for classic photography. Or by dissolving mothers favorite silver earrings or necklace in some nitric acid(:

How is it done? Make a solution (circa 10g/liter or more dilute) of silver nitrate with distilled water, add some silver sulfate in any portion (what won't dissolve), place it in a dark place where it won't be disturbed for a month or so and drop a few pieces copper metal in it. Close the door and do not disturb it for a while.

After a little time the solution will turn blue and small crystals of silver will appear on the surface of the copper (the silver nitrate is well soluble in water and it reacts fast). This will act as the body of the metal tree. From this, to the end of the month, the silver sulfate will act as the source of the silver and since it is not well soluble it will cause a more controlled and much better looking crystallization of the metallic silver on the surface of the copper.

So you have nothing to do, just leave it in the dark (silver salts are highly unstable, and decompose on contact with light) and always remember the golden rule of crystal growth: put it on the shelf and forget about it.

Good luck!"

https://www.instructables.com/id/How-to-make-some-crystalline-metallic-silver-easil-1/

А вот "серебряные усы", которые выросли на спирали из медной проволоки, опущенной в раствор нитрата серебра (https://cen.chempics.org/post/611889088718602240/silver-whiskers-pedro-amaral-a-phd-student-at):

Также рекомендую вам посмотреть анимацию роста кристаллов серебра под микроскопом и аналогичное видео: Рост кристаллов серебра под микроскопом (рост дендритов серебра). The growth of silver crystals (silver dendrite growth). Watching under a microscope [ссылка] - к сожалению, авторы не привели условия съемки.