Ответ:
1) Сначала выпадает осадок Ag2O
2AgNO3 + 2NH3 + H2O = Ag2O- + 2NH4NO3
Затем осадок растворяется в избытке аммиака
Ag2O + 4NH3 + H2O = 2[Ag(NH3)2](OH)
Собственно реакцию серебряного зеркала можно записать следующим образом:
2[Ag(NH3)2](OH) + C6H12O6 = Ag- + C6H11O7NH4 + 3NH3 + H2O
Отжиг необходим для более прочного сцепления образующейся серебряной пленки со стеклом. Обычно для увеличения срока службы зеркало покрывают прозрачным водостойким лаком.
2) Объем серебряного покрытия равен 1м×0.5м×30×10-9 м = 1.5×10-8 м3. Из них на атомы серебра приходится 1.5×10-8 м3×0.74 = 1.11×10-8 м3. Объем одного атома серебра равен 4/3×p×(0.14×10-9 м)3 = 1.15×10-29 м3. Отсюда вычисляем, что в покрытии будет 1.11×10-8 м3/1.15×10-29 м3 = 9.65×1020 атомов или 9.65×1020 / 6.02×1023 = 1.6×10-3 моль. С учетом выхода реакции серебрения потребуется 1.6×10-3 моль/0.4 = 4×10-3 моль серебра и, соответственно, 4×10-3 моль AgNO3, то есть 4×10-3/0.01 = 0.4 л 0.01 М раствора. Очевидно, что в полученном зеркале будет содержаться 1.6×10-3 мольх107.87 г/моль = 0.17 г серебра.
3) Для увеличения толщины серебряной пленки целесообразно варьировать следующие параметры:
а) увеличить концентрацию реагирующих веществ (глюкозы и аммиачного раствора оксида серебра). Ограничение этого подхода заключается в том, что при слишком больших концентрациях реагирующих веществ «реакция серебряного зеркала» будет протекать слишком быстро. Это приведет к тому, что вместо равномерного осаждения мелких частиц серебра на поверхности стекла будет происходить массовое неконтролируемое формирование крупных частиц серебра во всем объеме раствора и их оседание на стекло в виде рыхлых агломератов. В результате получится, скорее всего, рыхлый толстый и непрозрачный слой серебра.
б) проводить процесс при более высокой температуре. Этот способ также необходимо использовать крайне осторожно, так как нагревание очень сильно ускоряет реакцию, и, если перестараться, можно, как и в предыдущем пункте, получить неконтролируемое формирование агломератов наночастиц серебра во всем объеме со всеми вышеописанными последствиями. Кроме того, нагревание может ускорить и побочные паразитные реакции, например, окисления поверхности наночастиц серебра растворенным в воде кислородом.
в) увеличить время обработки стекла раствором. Данный способ является, по-видимому, более действенным и надежным, хотя и он не лишен недостатков. Проблема заключается в том, что определенная часть наночастиц серебра все равно будет оседать на стенках сосуда для серебрения или оставаться в растворе во взвешенном состоянии. Поэтому при данном количестве раствора параметры реакции в методике могут быть уже подобраны таким образом, что за указанное время большинство наночастиц серебра уже осядет на стекло, поэтому увеличение времени обработки не позволит «выжать» из раствора необходимое количество дополнительных наночастиц для заметного утолщения пленки. Замена раствора на новый по ходу нанесения пленки также нежелательна – пленка может получиться неоднородной, что сильно ухудшит оптические свойства зеркала.
г) наиболее разумным является увеличение объема раствора для серебрения. Тем не менее, и здесь есть свои сложности. Во-первых, увеличение объема системы приведет к явному снижению выхода (так как при сохранении полезной площади зеркала увеличится общая площадь системы, на стенках которой также оседают наночастицы серебра). Во-вторых, увеличение объема системы неизбежно вызовет увеличение пути, который должна пройти наночастица серебра от места своего возникновения в растворе до места оседания на стекло. Увеличение пути резко повысит вероятность агломерации наночастиц уже в растворе, до оседания на стекло. В результате пленка опять может получиться рыхлой и неоднородной.
В общем, одним способом здесь не обойтись. Нужно варьировать сразу несколько параметров.
4) Очевидно, что никакой микрометр или иной механический прибор для измерения толщины здесь не годится – серебряная пленка очень тонкая и плотно сцеплена с поверхностью стекла. Принимаются любые разумные предложения. В частности, существует такой метод: в углу зеркала (чтобы не сильно портить) помещается маленький кристаллик иода. Иод реагирует с серебром с образованием иодида серебра. Образуется прозрачное пятнышко (иодид в тонком слое прозрачен), по краям которого (где пленка серебра не исчезает, но становится тоньше) появляются радужные круги (по аналогии с радужными пятнами на бензиновых пленках на лужах). Возникает так называемая интерференция света в тонких пленках. По числу кругов можно примерно оценить толщину пленки: чем больше кругов, тем толще пленка. Если кругов два, пленка имеет толщину 30 нм, три – 60 нм, четыре – 90 нм, пять – 120 нм, шесть – 150 нм, семь – 210 нм (О.Ольгин «Опыты без взрывов», с. 110).
5) а) Во-первых, в нашей пище и воде, если есть серебряными вилками и ложками и пить из серебряной посуды. Вода с наночастицами серебра обладает обеззараживающим и бактерицидным действием. Также она может быть получена обработкой воды при помощи серебряных электродов («живая вода»), выдерживанием в воде серебряных изделий (в том числе крестов и т.п. – так называемая «святая вода»).
б) Во-вторых, в последнее время все чаще на прилавках магазинов – кондиционеры, обогащающие воздух наночастицами серебра (обеззараживание воздуха), стиральные машины, обогащающие воду наночастицами серебра (обеззараживание воды и белья при стирке), дезодоранты с наночастицами серебра (дезинфекция кожи и уничтожение вредных бактерий, размножающихся в местах интенсивного потоотделения на теле человека).
