鹵化銀甘油溶膠的制備及其感光實(shí)驗(yàn)

王強(qiáng)

摘要： 通過以甘油為分散介質(zhì)制備鹵化銀甘油溶膠的方式，對鹵化銀的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，測定鹵化銀膠體的丁達(dá)爾效應(yīng)和鹵化銀的感光性，并進(jìn)一步探究物質(zhì)的性質(zhì)、溫度、濃度、光照強(qiáng)度等因素對鹵化銀光解速率的影響。通過該實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生“理論推斷實(shí)踐論證理論深化”的認(rèn)知能力和學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 鹵化銀; 甘油; 溶膠; 感光性

文章編號： 10056629（2020）12005503

中圖分類號： G6338

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1問題的提出

中學(xué)化學(xué)教材中常見的鹵化銀包括AgCl、 AgBr、 AgI，它們都具有感光性，在生產(chǎn)、生活中有著重要的應(yīng)用。然而各版本教材并沒有關(guān)于鹵化銀感光性的演示實(shí)驗(yàn)，所以在平時的學(xué)習(xí)中，學(xué)生對鹵化銀的認(rèn)知往往只能停留在制備、溶解性和顏色相對差異，以及鹵化銀用途的簡單記憶，缺乏對感光性的直觀感受。

因此，有必要設(shè)計一個簡便、效果良好的演示實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生直觀感受鹵化銀的感光性，以強(qiáng)化該知識點(diǎn)的掌握。然而，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，粒徑較大的鹵化銀沉淀即使經(jīng)強(qiáng)光照射，也很難分解。從接觸面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響角度分析，并提出推想，若要達(dá)到良好的演示效果，可將鹵化銀制備成膠體，增大其比表面積，以增強(qiáng)粒子的活性，進(jìn)而增強(qiáng)感光性。

甘油常作為分散介質(zhì)用于膠體的制備[1]，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以甘油作分散介質(zhì)制備的鹵化銀甘油溶膠，具有感光性能好、不易沉降等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足課堂演示的需求。同時，通過實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，用銀氨溶液代替硝酸銀溶液，可以降低銀離子濃度，減緩鹵化銀粒子的析出，有利于膠粒在甘油中均勻地分散。通過實(shí)驗(yàn)的設(shè)計和驗(yàn)證，可以幫助學(xué)生建立用已知理論指導(dǎo)實(shí)踐，并通過實(shí)踐論證進(jìn)一步加深對理論的認(rèn)知，收獲解決問題的成就感，不僅可以充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的教育教學(xué)功能，加深學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用，更能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、探究實(shí)踐的學(xué)科素養(yǎng)和問題解決能力。

2實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1實(shí)驗(yàn)所需藥品及儀器

藥品： 甘油、0.05mol/L AgNO3溶液、0.05mol/L NaCl溶液、0.05mol/L NaBr溶液、0.05mol/L NaI溶液、稀氨水

儀器： 試管、燒杯、玻璃棒、激光筆

2.2鹵化銀溶膠的制備

（1） 取三支試管，分別倒入5mL甘油;另取適量0.05mol/L AgNO3溶液于燒杯中，并配制銀氨溶液;向每支盛有甘油的試管中分別滴入3滴新制的銀氨溶液，振蕩，使之混合均勻，得到混合液。

（2） 向上述三支試管中分別滴入3滴0.05mol/L NaCl溶液、0.05mol/L NaBr溶液、0.05mol/L NaI溶液，振蕩，可以觀察到鹵化銀溶膠的生成。

（3） 用激光筆照射新制的鹵化銀溶膠，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

3實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

3.1丁達(dá)爾效應(yīng)

觀察上述制備鹵化銀甘油溶膠的過程，可發(fā)現(xiàn)從氯化銀甘油溶膠、溴化銀甘油溶膠到碘化銀甘油溶膠，顏色依次加深，由白色逐漸過渡到黃色，在紅光的照射下產(chǎn)生明顯的丁達(dá)爾效應(yīng)。另外，實(shí)驗(yàn)所得的溶膠在暗室中保存數(shù)周后，仍難沉降，具有較好的穩(wěn)定性。

3.2感光后產(chǎn)生銀斑

用能量較高的藍(lán)光照射鹵化銀甘油溶膠時，雖然丁達(dá)爾效應(yīng)依然可見，但是光路變得模糊。然而藍(lán)光照射帶來另外一個有趣的現(xiàn)象： 產(chǎn)生銀斑。藍(lán)光照射溶膠數(shù)秒后移去光源，可清晰地觀察到： 試管中光通過的地方，鹵化銀感光分解，并產(chǎn)生大量細(xì)小的黑色銀顆粒，這些銀顆粒聚集形成一條“黑色地帶”（如圖1所示），類似膠卷的效果，記錄了光路信息，在課堂演示中，學(xué)生稱之為“試管膠卷”。倒掉試管中的溶膠后，可以觀察到試管壁上有銀斑附著。

4結(jié)果討論

4.1物質(zhì)種類對鹵化銀光解速率的影響

因新制的鹵化銀甘油溶膠都可產(chǎn)生銀斑，所以通過對比銀斑形成所需的時間（如表1所示），可比較三種物質(zhì)的光解速率。在相同條件下，15℃時，三種物質(zhì)的光解速率為： 溴化銀>氯化銀>碘化銀，結(jié)論與相關(guān)研究吻合[2]。

4.2溫度對鹵化銀光解速率的影響

溫度也是影響鹵化銀光解速率的因素之一。在室溫為5℃的情況下，采用水浴加熱的方法，先將試管中的5mL甘油、所需的銀氨溶液、NaCl溶液、NaBr溶液、NaI溶液同時分別加熱到15℃、 25℃、 35℃、 45℃，然后按上述步驟制備不同溫度下的鹵化銀甘油溶膠。用藍(lán)光照射這一系列溶膠，通過對比形成銀斑所需的時間，即可判斷溫度對感光分解速率的影響。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高鹵化銀光解速率逐漸加快（如圖2所示）。溫度超過35℃時，氯化銀甘油溶膠與溴化銀甘油溶膠形成銀斑所需的時間已經(jīng)相差不大，45℃時，溴化銀甘油溶膠產(chǎn)生銀斑所需的時間甚至小于1s。

4.3其他因素對鹵化銀光解速率的影響

其他因素比如光照強(qiáng)度、離子濃度等都對鹵化銀光解速率存在影響。光照強(qiáng)度越大鹵化銀光解速率越大;實(shí)驗(yàn)過程中，將新制備的鹵化銀甘油溶膠由暗室移至室外，可看到鹵化銀迅速曝光形成銀溶膠。

實(shí)驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)，離子濃度逐步增大時，鹵化銀存在的狀態(tài)可由溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槿闈嵋?，光解速率也同時加快，與相關(guān)研究一致[3]。

5教育教學(xué)功能分析

在鹵化銀甘油溶膠的制備和感光實(shí)驗(yàn)展示過程中，新奇的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象容易激發(fā)學(xué)生的求知欲，促使學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，在思考、探究和解決問題的過程中，逐步提升學(xué)習(xí)能力。實(shí)驗(yàn)中還涉及兩個平衡： 銀氨溶液中絡(luò)合物的電離平衡和鹵化銀的沉淀溶解平衡，通過對這些問題的挖掘，可以培養(yǎng)學(xué)生變化觀念與平衡思想，提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。另外，激光筆照射鹵化銀甘油溶膠時，學(xué)生還會思考為什么在紅光的照射下容易觀察到丁達(dá)爾效應(yīng)，而藍(lán)光則容易使鹵化銀感光分解，進(jìn)而促使學(xué)生探索光的波長與能量之間的關(guān)系、光的波長與丁達(dá)爾效應(yīng)之間的關(guān)系。

探究鹵化銀光解速率的影響因素時，學(xué)生可直觀地感受到物質(zhì)的性質(zhì)、溫度、濃度、光照強(qiáng)度等因素對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，加深知識的理解和應(yīng)用。另外，學(xué)生通常會認(rèn)為金屬銀只能呈現(xiàn)銀白色，而通過這個實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生了解，銀單質(zhì)在一定狀態(tài)下還可呈現(xiàn)黑色，豐富了學(xué)生的化學(xué)知識。本實(shí)驗(yàn)所需藥品用量少、重復(fù)率高，有助于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識。整個教學(xué)過程中，教師充分挖掘?qū)嶒?yàn)的教育教學(xué)功能，培養(yǎng)學(xué)生“理論推斷實(shí)踐論證理論深化”的認(rèn)知能力和學(xué)科素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭寅， 陳碩平， 王蘇展等. 甘油分散含銀溶膠的制備及抑菌性能研究[J]. 材料導(dǎo)報B： 研究篇， 2017， 31（6）： 30～32.

[2]李群燕. 關(guān)于鹵化銀化學(xué)分解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計[J]. 化學(xué)教育， 2000， （11）： 41.

[3]傅廣生， 楊少鵬， 李曉葦?shù)? 鹵化銀感光材料光作用動力學(xué)研究進(jìn)展[J]. 感光科學(xué)與光化學(xué)， 2002， 20（1）： 66.