Серебро: свойства и сферы применения

1 Физические и химические свойства

2 Получение серебра

3 Применение серебра

4 Серебро в искусстве

5 Серебро в организме

6 Экономическое значение серебра Список использованной литературы

Серебро, по латыни Argentum, Ag. Самородное серебро было известно в глубокой древности (4-е тыс. до н. э.) в Египте, Персии, Китае. Это химический элемент I группы периодической системы Менделеева, порядковый номер которого 47, а атомный вес 107,868, относится к благородным металлам. Серебро — это металл белого цвета, пластичный, хорошо полируется. В природе находится в виде смеси двух стабильных изотопов с массовыми числами 107 (51,35%) и 109 (48,65%). Из радиоактивных изотопов серебра, практически важен Ag¹¹⁰ (T_½ = 253 дня). Содержание серебра в земной коре 1· 10^-5 вес. %, в морской воде 0,3 — 10 мг/т, в тканях млекопитающих — до 0,02 мг на 100 г сухого веса. Серебро встречается в природе в свободном состоянии в виде самородного серебра с примесью других элементов, образуя минералы: кюстелит — с изоморфной примесью золота, конгсберит — с примесью ртути, анимикит — с примесью сурьмы, меднистое серебро и электрум (AuAg) с содержанием серебра от 15 до 50%. Серебро является основной частью многих минералов, таких как аргентит, пираргирит, прустит, стефанит, полибазит и др. Малые количества серебра присутствуют во многих других минералах. Минимальным промышленным содержанием серебра в рудах считается 0,02%. Главная масса серебра (около 80%) получается в виде побочного продукта из содержащих серебро руд — свинцово-цинковых, золотых и медных месторождений. Месторождения серебра находятся в Средней Азии, Сибири, на Дальнем Востоке, а также в Мексике, США, Австралии, Канаде.

1 Физические и химические свойства

Серебро — металл красивого белого цвета, обладает наивысшей среди металлов электрои теплопроводностью, лучшей отражательной способностью, особенно в инфракрасном и видимом свете. Серебро имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую решётку, (а = 4,0772 А (20 °С). Атомный радиус 1,44 А, ионный радиус Ag⁺ 1,13 А. Плотность при 20 °C 10,5 г/см³. Температура плавления 960,8 °С; температура кипения 2212 °C; теплота плавления 105 кдж/кг (25,1 кал/г). Удельная теплоёмкость 234,46 дж/кг · К (0,056 кал/г · °С), удельное электросопротивление 15,9 ном · м (1,59 мком · см) при 20 °C. Серебро диамагнитно с атомной магнитной восприимчивостью при комнатной температурере — 21,56 · 10^-6. Серебро второй после золота металл по ковкости. Модуль упругости 76 480 Мн/м² (7648 кГ/мм²), предел прочности 100 Мн/м² (10 кГ/мм²), твёрдость по Бринеллю 250 Мн/м² (25кГ/мм²). Конфигурация внешних электронов атома Ag 4d105s1.

Серебро проявляет химические свойства, характерные для элементов I6 подгруппы периодической системы Менделеева. В соединениях серебро обычно одновалентно, но известны также соединения 2- и 3-валентного серебра. Химически серебро малоактивно. Серебро находится в конце электрохимического ряда напряжений. Его нормальный электродный потенциал Ag — Ag⁺ + з равен 0,7978 в.

При обычной температуре Ag не взаимодействует с О₂, N₂ и Н₂. При действии свободных галогенов и серы, на поверхности серебра образуется защитная плёнка малорастворимых галогенидов и сульфида Ag₂S (кристаллы серо-чёрного цвета). Под влиянием сероводорода H₂S, находящегося в атмосфере, на поверхности серебряных изделий образуется Ag₂S в виде тонкой плёнки, чем объясняется потемнение этих изделий.

Сульфид можно получить действием сероводорода на растворимые соли серебра или на водные суспензии его солей. Растворимость Ag₂S в воде 2,48 · 10−3 моль/л (25 °С). Известны аналогичные соединения — селенид Ag₂Se и теллурид Ag₂Te.

Из окислов серебра, устойчивыми являются закись Ag₂O и окись AgO. Закись образуется на поверхности серебра в виде тонкой плёнки в результате адсорбции кислорода, которая увеличивается с повышением температуры и давления.

Ag₂O получают действием КОН на раствор AgNO₃. Растворимость Ag₂O в воде — 0,0174 г/л. Суспензия Ag₂O обладает антисептическими свойствами. При 200 °C закись серебра разлагается. Водород, окись углерода, многие металлы восстанавливают Ag₂O до металлического Ag. Озон окисляет Ag₂O с образованием AgO. При 100 °C AgO разлагается на элементы со взрывом. Серебро растворяется в азотной кислоте при комнатной температуре с образованием AgNO₃. Горячая концентрированная серная кислота растворяет серебро с образованием сульфата Ag₂SO₄ (растворимость сульфата в воде 0,79% по массе при 20 °С). В царской водке серебро не растворяется из-за образования защитной плёнки AgCl. В отсутствие окислителей при обычной температуре НС1, HBr, HI не взаимодействуют с серебром благодаря образованию на поверхности металла защитной плёнки малорастворимых галогенидов. Большинство солей серебра, кроме AgNO₃, AgF, AgClO₄, обладают малой растворимостью. Серебро образует большое число комплексных соединений, большей частью растворимых в воде. Многие из них имеют большое практическое значение в химической технологии и аналитической химии, например комплексные ионы [Ag (CN)₂]^-, [Ag (NH₃)₂]⁺, [Ag (SCN)₂]^-.

Из органических соединений серебра наибольший интерес представляют: ацетат, оксалат и другие.

Аналитическое определение серебра производится методами как пробирного анализа, так и аналитической химии.

2 Получение серебра

Серебро добывают главным образом пирометаллургическим путём при плавке свинцовых и медных концентратов. Серебро концентрируется в слитках основных металлов. Из черновой меди его извлекают в процессе электролитического рафинирования. Из чернового свинца (так называемого веркблея) серебро извлекают с помощью цинка. К расплавленному серебросодержащему свинцу добавляют цинк, который образует при расплавлении отдельный слой (температура плавления чернового свинца 450^о и несколько выше, чем цинка 419^о). Серебро лучше растворимо в цинке, чем в свинце, насыщенном цинком, поэтому основная масса его переходит в слой цинка с образованием сплава Ag₂Zn₃. На поверхность всплывает цинковая пена, содержащая 15−40% Ag, 60−70% Zn и 5% Pb. Из цинковой пены свинец отжимается под давлением через пресс. После отжима свинца цинк отгоняется в графитовой реторте при 1250^о. остаётся свинец с содержанием около 4% серебра и примесью цинка, мышьяка и меди. Свинец окисляют в глёт (купеляция), который удаляют по наклонному жёлобу под давлением воздуха. При достижении 1000^о под глётом виден блестящий слой жидкого серебра. Oставшийся в жидком серебре теллур удаляют добавлением NaNO₃. Серебро сплавляют в так называемый металл Доре, содержащий 1−10% примесей (As, Sb, Hg, Te, Bi), и отправляют на электролиз, электролитом служит раствор AgNO₃ с содержанием 60 г серебра в литре, анодом — металл Доре. Чистое серебро осаждается на катоде.

При добыче серебра из серебряных руд, руду дробят и измельчают, крупные частицы серебра извлекают гравитационным обогащением или амальгацией. Непосредственно амальгации поддаются самородное серебро и хлориды серебра. Другие минералы серебра амальгируются только после предварительного обжигаю В настоящее время амальгация потеряла самостоятельное значение и служит подсобным процессом при цианированию для извлечения из пиритных огарков и других отходов, а также для подготовки к цианированию, производят хлорирующий обжиг с NaCl. На тонкоизмельчённые минералы серебра действуют раствором NaCN с доступом кислорода воздуха:

2AG + 4NaCN +? O₂ + H₂O > 2Na[Ag (CN)₂] +2NaOH

AgCl + 2NaCN > Na[Ag (CN)₂] + NaCl

Ag₂S + 4 NaCN > Na[Ag (CN)₂] + Na₂S

Во всех этих случаях серебро переходит в раствор в виде комплекса. Из цианистого раствора серебро осаждают цинком или алюминием со щелочью:

2Ag (CN)₂^- + Zn > Zn (CN)₄^2- + 2Ag

3Ag (CN)₂^- + Al >Al^3- + 3Ag + 6CN^-

Полученный осадок плавят и аффинируют.

Возможно извлечение серебра более новыми методами: ионообменными смолами и жидкостной экстракцией с использованием органических растворителей.

3 Применение серебра

Серебро используют главным образом в виде сплавов: из них чеканят монеты, изготавливают ювелирные и бытовые изделия, лабораторную и столовую посуду. Основное количество серебра используется в радиоэлектронной и электротехнической промышленности. Серебром покрывают радиодетали и печатные платы для придания им лучшей электропроводности и коррозионной стойкости. В электротехнической промышленности применяются серебряные контакты.

Для пайки титана и его сплавов используются серебряные припои. В вакуумной технике серебро служит конструкционным материалом. Также серебро служит для футеровки производственной аппаратуры. Металлическое серебро идёт на изготовление электродов для серебряно-цинковых и серебряно-кадмиевых аккумуляторов. Оно служит катализатором в неорганическом и органическом синтезе (например, в процессах окисления спиртов в альдегиды и кислоты, а также этилена в окись этилена). В пищевой промышленности применяются серебряные аппараты, в которых приготавливают фруктовые соки.

Ионы серебра уничтожают бактерии и уже в малых концентрациях стерилизуют питьевую воду. С помощью электродов из серебра можно током силы в 10 ма простерилизовать 4000 л воды в час. Огромные количества соединений серебра (AgBr, AgCI, AgI) применяются для производства кинои фотоматериалов.

В медицине употребляется коллоидальное серебро, стабилизированное производными протеина и оказывающее антисептическое действие на слизистую оболочку (аргирол, протаргол, колларгол).

7 Серебро в искусстве

Благодаря красивому белому цвету и податливости в обработке серебро с глубокой древности (4-е тыс. до н. э.) широко используется в искусстве. Оно было известно в Египте, Персии, Китае. Однако чистое серебро слишком мягко, поэтому при изготовлении монет и различных художественных произведений в него добавляют цветные металлы, чаще всего медь. Средствами обработки серебра и украшения изделий из него служат чеканка, литьё, филигрань, тиснение, применение эмалей, черни, гравировки, золочения. Высокая культура художественной обработки серебра характерна для искусства Древней Греции, Древнего Рима, Древнего Ирана (сосуды эпохи Сасанидов, 3−7 вв.), средневековой Европы. Разнообразием форм, выразительностью силуэтов, мастерством фигурной и орнаментальной чеканки и литья отличаются изделия из серебра, созданные мастерами Возрождения и барокко (Б. Челлини в Италии, ювелиры из семейств Ямницеров, Ленкеров, Ламбрехтов в Германии). В 18 — начале 19 вв. ведущая роль в производстве изделий из серебра переходит к Франции (К. Баллен, Т. Жермен, Р. Ж. Огюст и др.). В искусстве 19−20 вв. преобладает мода на незолочёное серебро. Среди технических приёмов доминирующее положение занимает литьё, распространяются машинные приёмы обработки. В русском искусстве 19 — начала 20 вв. выделяются изделия фирм Грачёвых, П. А. Овчинникова, П. Ф. Сазикова, П. К. Фаберже, И. П. Хлебникова. Творческое развитие традиций ювелирного искусства прошлого, стремление наиболее полно выявить декоративные качества серебра характерны для современных изделий из серебра, среди которых видное место занимают произведения народных мастеров.

8 Серебро в организме

Серебро — постоянная составная часть растений и животных. Его содержание составляет, в среднем, в морских растениях 0,025 мг на 100 г сухого вещества, в наземных -0,006 мг, в морских животных — 0,3−1,1 мг, в наземных — следовые количества (10−2 -10−4 мг).

У животных серебро накапливается в некоторых эндокринных железах, пигментной оболочке глаза, в эритроцитах. Выводится главным образом с фекалиями. Серебро в организме образует комплексы с белками (глобулинами крови, гемоглобином и др.). Блокируя сульфгидрильные группы, участвующие в формировании активного центра ферментов, вызывает ингибирование последних, в частности инактивирует аденозинтрифосфатазную активность миозина. Биологическая роль серебра изучена недостаточно. При парентеральном введении, серебро фиксируется в зонах воспаления. В крови серебро связывается преимущественно глобулинами сыворотки.

Препараты серебра обладают антибактериальным, вяжущим и прижигающим действием, что связано с их способностью нарушать ферментные системы микроорганизмов и осаждать белки. В медицинской практике, как указывалось выше, наиболее часто применяют серебра нитрат, колларгол, протаргол (в тех же случаях, что и колларгол); бактерицидную бумагу (пористая бумага, пропитанная нитратом и хлоридом серебра) применяют при небольших ранах, ссадинах, ожогах и т. п.

9 Экономическое значение серебра

Серебро в условиях товарного производства выполняло функцию всеобщего эквивалента наряду с золотом и приобрело, как и последнее, особую потребительную стоимость — стало деньгами. Товарный мир выделил серебро в качестве денег потому, что оно обладает важными для денежных товаров свойствами: однородностью, делимостью, сохраняемостью, портативностью (высокой стоимостью при небольших объёме и массе), легко поддаётся обработке. Первоначально серебро обращалось в форме слитков. В странах Древнего Востока (Ассирия, Вавилон, Египет), а также в Греции и Риме серебро было широко распространённым денежным металлом наряду с золотом и медью. В Древнем Риме чеканка монет из серебра начата в 4−3 вв. до н. э. Чеканка первых древнерусских монет из серебра началась в 9−10 вв.

В период раннего средневековья преобладала чеканка золотой монеты. С 16 в. в связи с недостатком золота, расширением добычи серебра в Европе и притоком его из Америки (Перу и Мексики) серебро стало основным денежным металлом в странах Европы. В эпоху первоначального накопления капитала почти во всех странах существовал серебряный монометаллизм или биметаллизм. Золотые и серебряные монеты обращались по действительной стоимости содержавшегося в них благородного металла, причём ценностное соотношение между этими металлами складывалось стихийно, под влиянием рыночных факторов. В конце 18 — начале 19 вв. на смену системе параллельной валюты пришла система двойной валюты, при которой гocударство в законодательном порядке устанавливало обязательное соотношение между золотом и серебром. Однако эта система оказалась чрезвычайно неустойчивой, т. к. в условиях стихийного действия закона стоимости неизбежно возникало несоответствие между рыночными и фиксированными стоимостями золота и серебра.

В конце 19 в. стоимость серебра резко снизилась вследствие совершенствования способов его добычи из полиметаллических руд (в 70−80-е гг. 19 в. отношение стоимости золота к серебру составляло 1: 15 — 1: 16, в начале 20 в. уже 1: 38 — 1: 39). Рост мировой добычи золота ускорил процесс вытеснения обесценившегося серебра из обращения. В последней четверти 19 века широкое распространение получил золотой монометаллизм. В большинстве стран мира вытеснение серебряной валюты золотой закончилось в начале 20 века. Серебряная валюта сохранилась примерно до середины 30-х гг. 20 века в ряде стран Востока (Китай, Иран, Афганистан и др.). С отходом этих стран от серебряного монометаллизма серебро окончательно утратило значение валютного металла. В промышленно развитых странах серебро используется только для чеканки разменной монеты.

Рост использования серебра в технических целях, в зубоврачебном деле, в медицине, а также в производстве ювелирных изделий после Второй Мировой войны 1939;45 в условиях отставания добычи серебра от потребностей рынка вызвал его нехватку. До войны около 75% добываемого серебра ежегодно использовалось для монетарных целей. В 1950;65 гг. этот показатель снизился в среднем до 50%, а в последующие годы продолжал снижаться, составив в 1971 всего 5%. Многие страны перешли к использованию в качестве монетарного материала медно-никелевых сплавов. Хотя серебряные монеты всё ещё находятся в обращении, чеканка новых монет из серебра во многих странах запрещена, а в некоторых значительно уменьшено его содержание в монетах. В США, например, согласно закону о чеканке монет, принятому в 1965 году, около 90% серебра, которое шло раньше для чеканки монет, выделено для других целей. Содержание серебра в 50-центовой монете снижено с 90 до 40%, а монеты достоинством в 10 и 25 центов, содержавшие ранее 90% серебра, чеканятся без примесей серебра. Новые монеты из серебра чеканятся в связи с различными памятными событиями (Олимпийскими играми, юбилеями, мемориалами и т. д.). С начала 70-х гг. основными потребителями серебра стали следующие отрасли: производство ювелирных изделий (столового серебра и анодированных изделий), электротехническая и электронная промышленность, кинофотопромышленность.

Для рынка серебра характерен рост цен на серебро и систематическое превышение потребления серебра над производством первичного металла. Дефицит восполнялся в значительной мере за счёт вторичного металла, в частности полученного в результате переплавки монет.

Список использованной литературы

1. Большая советская энциклопедия. Москва 1978.

2. Краткая химическая энциклопедия. Изд. «Советская энциклопедия», Москва 1965

3. Плаксин И. Н. Металлургия благородных металлов. Москва 1958 г.