Wie kommt das Silber in die Tannenbaumkugel? Bei klassisch hergestellten Glaskugeln verwendet man ein Verfahren, mit dem man in der Chemie auch Alkanale und einige Zucker nachweisen kann. Man nennt den Nachweis Silberspiegelprobe, oder auch Tollensprobe nach ihrem Entdecker Bernhard Tollens.

Alkanale (Aldehyde), wie das Ethanal sind vielen bekannter, als sie jetzt im ersten Moment denken werden. Ethanal ist im Körper ein Zwischenprodukt beim Alkoholabbau und sorgt unter Anderem für die Kopfschmerzen beim Kater am nächsten Morgen. Auch bei der Gärung von Alkohol ist Ethanal ein Zwischenprodukt.

Wichtig für die Silberspiegelreaktion ist die funktionelle Gruppe der Alkanale, die Aldehydgruppe, die auch in der Struktur einiger Zucker vorhanden ist. Diese reduzierenden Zucker wie Glucose, Galactose, Lactose oder Maltose reagieren ebenso wie in folgendem Versuch beschrieben. So lassen sich diese auch als Ersatz für das Ethanal im Experiment verwenden.

Vor dem Versuch setzt man 5% Silbernitratlösung an und bereitet kleine Mengen an Natronlauge, Ammoniak und Ethanal in Bechergläsern vor. Man gibt dann etwa 5mL der Silbernitratlösung in ein Reagenzglas.

Verwendet man, wie im Video, ein großes Reagenzglas oder einen Rundkolben müssen die Mengen angepasst werden.

Zur Silbernitratlösung gibt man mit einer Pipette einige Tropfen Natronlauge. Der entstandene Niederschlag wird durch tropfenweise Zugabe von konzentriertem Ammoniak wieder komplett gelöst.

Nun werden einige Tropfen Ethanal hinzu gegeben, das Glas in eine Holzklemme eingespannt und kurz über einer Brennerflamme geschwenkt.

Vorsicht: Die Lösung nur kurz über die Flamme halten und nicht zum Sieden bringen!

Die Reaktion am Rand des Glases tritt nach wenigen Sekunden ein. Ein gründliches Säubern des Reagenzglases mit Spülmittel und Ethanol vor dem Versuch kann das Ergebnis verbessern. In annähernd 50% der Fälle kann es auch zum einfachen Ausfallen des Silbers kommen. Wie oben schon angedeutet lassen sich auf diese Weise auch andere Laborgefäße versilbern.

Beim Stehen lassen der angesetzten Lösung kann explosives Silbernitrid (Ag3N) entstehen. Deshalb sollten Reste an Silberdiamin durch Zugabe von Ethanal, Glucose oder Ascorbinsäure komplett reduziert werden. Danach können die Produkte abgefiltert, die Lösung in den Ausguss und Feststoffe in den Abfall gegeben werden. Aus Resten von Silbernitrat wird Silber durch Zugabe von Eisenspänen gefällt, abgefiltert und die Lösung in den Ausguss gegeben. Laugenreste werden neutralisiert und in den Ausguss gegeben. Geringe Ethanalreste werden in einer Abdampfschale im Abzug entzündet und verbrannt. Größere Mengen werden im Sammelbehälter für halogenfreie organische Stoffe gesammelt.

Die Reaktion, die zur Bildung des Silberspiegels führt ist eine Redoxreaktion. Aus Silberionen und Ethanal wird in alkalischem Milieu elementares Silber. Weiteres Produkt ist Essigsäure.

Die Reaktion verläuft nur in alkalischem Milieu, doch in Anwesenheit von Hydroxidionen bildet sich aus den Silberionen schwer lösliches, braunes Silberoxid.

2Ag⁺ + 2OH^- rightarrow 2AgOH rightarrow Ag₂O + H₂O

Um die für die Reaktion notwendigen Silberionen in Lösung zu halten verwendet man Ammoniak. Aus Ammoniak und den Silberionen entsteht der gut lösliche Silberdiamminkomplex.

Ag₂O + 4NH₄OH rightarrow 2[Ag(NH₃)₂]⁺ + 2OH^- + 3H₂O

Nun können die Silberionen reduziert werden. Im anderen Teilschritt der Redoxreaktion wird das Ethanal zu Essigsäure oxidiert. Das dafür notwendige Sauerstoffatom liefert ein Hydroxidion.

Das überschüssige Proton des Hydroxidions lagert sich umgehend an ein weiteres Hydroxidion und bildet ein Wassermolekül.

Oxidation: CH₃CHO + 2OH^- rightarrow CH₃COOH + H₂O + 2e^-

Reduktion: Ag⁺ + e^- rightarrow Ag

Gesamt: CH₃CHO + 2Ag⁺ + 2OH^- rightarrow CH₃COOH + 2Ag + H₂O

Da die gesamte Reaktion im alkalischen Milieu stattfindet wird die Essigsäure umgehend neutralisiert. Es entsteht ein Acetat. Hat man anstatt des Ethanals reduzierende Zucker verwendet entstehen auch hier Säuren. Glucose z.B. oxidiert zur Gluconsäure.

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Versuch:
001: Destillation von Wein 006: Der Garten des Chemikers 009: Elefantenzahnpasta 046: Elektrolyse einer NaCl Lösung 061: Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid 068: Bromierung von Ketchup 072: Bierherstellung mal anders 074: Löslichkeit eines Tischtennisballs 079: Qualmende Socken 088: Chemischer Sonnenuntergang 091: Wirkung von starken Säuren und Laugen 095: Silberspiegelprobe 096: Magnesiumanspitzer in Salzsäure 097: Der Kristallbaum 114: Synthese von Natriumchlorid 115: Kaliumpermanganat und Natriumsulfit 117: Permanganationen als Oxidationsmittel 118: Eisennagel in Kupfersulfatlösung

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Konzentrierter Ammoniak und Ethanal bilden stechende, reizende Dämpfe. Der Versuch muss in einem Abzug durchgeführt werden. Silbernitrat hinterlässt Flecken an den Händen. Schutzhandschuhe sollten getragen werden. Beim Stehen lassen der angesetzten Lösung kann explosives Silbernitrid entstehen. Es sollten daher nur frisch angesetzte Lösungen verwendet und Reste fachgerecht entsorgt werden.

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