Серебро как хим элемент
Свойства и область применения серебра
Аргентум, или серебро — металл и химический элемент, которому присвоен атомный номер 47 в периодической таблице Менделеева. Химическая формула металла — Ag. Серебро было исследовано человечеством еще в четвертом тысячелетии до нашей эры. Открытие этого металла обошлось без помощи ученых, поскольку он был найден человеком как самородное серебро. Причем самородки достигали весьма впечатлительных размеров. К примеру, в пятнадцатом столетии был добыт самородок массой свыше 20 тонн.
Однако добыча серебра требовала больше усилий по сравнению с теми, которые приходилось прикладывать для добычи золота. По этой причине на протяжении нескольких столетий серебро стоило дороже золота. Запасы серебряной руды на Земле на сегодня составляют свыше 550 тонн, причем государствами-лидерами в добыче серебра считаются:
Драгоценный металл содержится в коре Земли в концентрации 70 миллиграммов на тонну. В условиях природы аргентум встречается в большинстве случаев в рудных залежах в комбинации с другими элементами. В природе находится свыше пятидесяти видов серебряных руд, однако эффективными, с точки зрения экономики, считаются такие:
Серебро может встречаться в природе совместно с золотом, и такое образование называется электрумом. Благородный металл в большом количестве сосредоточен в рудах, содержащих уран, висмут и никель.
Самородное серебро есть в сульфидных рудах, в которых оно образует мельчайшие кристаллы, распыленные среди других металлов, из которых состоят руды. На изломах кристаллы имеют неровную угловатую поверхность, что делает их похожими на крючки. Это находка, которая встречается в природных условиях гораздо реже золота. Причем внешний вид таких самородков весьма необычный. Из-за своей пластичности серебро образует самородки, напоминающие решетки, трубочки, ветви и жгуты. По этой причине такое серебро не используется в промышленных целях, а служит лишь экспонатом в музеях.
Физико-химические свойства
Серебро как металл характеризуется белым металлическим блеском. Среди всех существующих в природе металлов элемент аргентум обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью. Твердость серебра составляет 25 килограмм-сил на кубический миллиметр. Именно это качество и определяет прочность и износостойкость металла.
Плотность — это еще одна характеристика, определяющая физические свойства драгоценного металла. Плотность серебра составляет 10,5 грамма на кубический сантиметр. Аргентум также отличается тугоплавкостью (температура плавления составляет 962 градуса). В то же время серебро невероятно пластичное, особенно в чистом виде. Так, из этого металла без труда можно изготовить тончайшую пластину или скрутить нить.
Металл выдерживает сильные нагрузки, поэтому из него изготавливаются контактные элементы для вычислительной техники, космических ракет, подводных лодок и других агрегатов. Серебро идеально отражает свет, из-за чего этот металл используется в изготовлении высокоточных зеркал.
Аргентум не вступает в реакцию с такими элементами:
Серебро вступает в реакцию с серой, при этом образуя сульфид серебра. В реакцию с галогенами аргентум вступает при нагревании. При контакте с концентрированной азотной кислотой превращается в нитрат серебра и диоксид азота. Серебро также реагирует на концентрированную серную кислоту. При высокой температуре аргентум может вступать в реакцию с соляной кислотой.
Применение серебра
Физико-химические свойства аргентума позволяют с успехом применять его в ювелирной промышленности, производстве технических приборов и в медицине.
При изготовлении ювелирных изделий и столовых приборов серебро никогда не используется в чистом виде, а все из-за пластичности этого металла. Добавление в сплав серебра более прочных металлов, к примеру, меди, позволяет придать ему устойчивость к деформации. Для оценки содержания драгоценного металла в сплаве используется такая мера, как проба. Она подается в виде трехзначного числа, демонстрирующего содержание серебра в килограмме сплава. К примеру, проба 925 означает, что масса серебра в килограмме сплава составляет 925 граммов, или 92,5 %.
Серебряное кольцо 925 пробы
В России официально признанными считаются такие пробы металла:
Серебро, которое используется для изготовления украшений и столовых приборов, со временем темнеет, а все из-за того, что оно окисляется под влиянием воздуха. Но правильный уход за изделиями позволит долго поддерживать их в идеальном состоянии.
СЕРЕБРО
свойства, сплавы и применение
Согласно периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, серебро относится к 11 группе (по устаревшей классификации — побочной подгруппе первой группы), пятого периода, с атомным номером 47.
Свое название серебро ведет от санскритского слова «аргента», что значит «светлый». От слова аргента произошло и латинское «аргентум». Светлый блеск серебра несколько напоминает свет Луны, поэтому в алхимический период развития химии его часто связывали с Луной и обозначали знаком Луны.
Среднее содержание серебра в земной коре 7•10–6% по массе (70 мг/т). Максимальные его концентрации содержатся в глинистых сланцах, где достигают 1г/т. Среднее содержание серебра в морской воде 3*10-8 %.
Известны и документально подтверждены факты нахождения огромных самородков серебра. Так, например, в 1477 году на руднике «Святой Георгий» был обнаружен самородок серебра весом 20 тонн. В Дании, в музее Копенгагена, находится самородок весом 254 кг, обнаруженный в 1666 году на норвежском руднике Конгсберг. Жильно-самородное серебряное образование, обнаруженное в Канаде в 1892 году, представляло собой плиту длиной в 30 метров и весом 120-тонн. Однако следует отметить, что серебро химически более активно, чем золото, и поэтому реже встречается в самородном виде.
Месторождения серебра делятся на собственно серебряные руды (содержание серебра выше 50%) и комплексные полиметаллические руды цветных и тяжелых металлов (содержание серебра до 10—15%). Комплексные месторождения обеспечивают 80% его добычи. Основные месторождения таких руд сосредоточены в Мексике, Канаде, Австралии, Перу, США, Боливии и Японии.
Физические свойства серебра
Природное серебро состоит из двух стабильных изотопов 107Ag (51,839%) и 109Ag (48,161%); известно также более 35 радиоактивных изотопов и изомеров серебра, из которых практически важен 110Ag (Tполураспада = 253 суток).
Серебро необычайно пластичный металл. Оно хорошо полируется, придавая металлу особую яркость, режется, скручивается. Путем прокатки можно получить листы толщиной до 0,00025 мм. Из 30 граммов можно вытянуть проволоку длиной более 50 километров. Тонкая серебряная фольга в проходящем свете имеет фиолетовый цвет. По своей мягкости этот металл занимает промежуточное положение между золотом и медью.
Химические свойства серебра
Чистое серебро при комнатной температуре устойчиво на воздухе, но только в том случае, если воздух чистый. Если же в воздухе содержится хотя бы небольшой процент сероводорода или других летучих соединений серы, то серебро темнеет.
4Ag + O2 + 2H2S = 2Ag2S + 2H2O
При нагреве до 170°C его поверхность покрывается пленкой Ag2O. Озон в присутствии влаги окисляет серебро до высших оксидов AgO или Ag2O3.
Серебро растворяется в концентрированных азотной и серной кислотах:
3Ag + 4HNO3 (30%-ная) = 3AgNO3 + NO + 2H2O.
2Ag + 2H2SO4 (конц.) = Ag2SO4 + SO2 + 2H2O.
В царской водке серебро не растворяется из-за образования защитной пленки AgCl. В отсутствие окислителей при обычной температуре НCl, HBr, HI также не взаимодействуют с ним благодаря образованию на поверхности металла защитной пленки малорастворимых галогенидов.
Растворяется Ag в хлорном железе, что применяется для травления:
Ag + FeCl3 = AgCl + FeCl2
Также легко растворяется в ртути, образуя амальгаму (жидкий сплав ртути и серебра).
Свободные галогены легко окисляют Ag до галогенидов:
2Ag + I2 = 2AgI
Однако на свету эта реакция обращается, и галогениды серебра (кроме фторида) постепенно разлагаются.
При добавлении щелочи к растворам солей серебра в осадок выпадает оксид Ag2O, так как гидроксид AgOH неустойчив и разлагается на оксид и воду:
2AgNO3 + 2NaOH = Ag2O + 2NaNO3 + H2O
При нагревании оксид Ag2O разлагается на простые вещества:
2Ag2O = 4Ag + O2-
С перекисью водорода Ag2O взаимодействует при комнатной температуре:
Ag2O + H2O2 = 2Ag + H2O + O2.
С водородом, азотом и углеродом серебро непосредственно не взаимодействует. Фосфор действует на него лишь при температуре красного каления с образованием фосфидов. При нагревании с серой Ag легко образует сульфид Ag2S.
Биологические свойства серебра
Серебро поступает в организм человека с водой и пищей в ничтожно малых количествах — около 7 микрограммов в сутки. Такое явление, как дефицит серебра, пока нигде не описано. Ни один из серьёзных научных источников не относит серебро к жизненно важным биоэлементам. В организме человека общее содержание этого благородного металла составляет несколько десятых грамма. Физиологическая роль его неясна.
Развивается аргирия очень медленно, первые ее признаки появляются через 2-4 года непрерывной работы с серебром, а сильное потемнение кожи наблюдается лишь спустя десятки лет. Раз появившись, аргирия не исчезает, и вернуть коже ее прежний цвет не удается. Больной аргирией может не испытывать никаких болезненных ощущений или расстройств самочувствия. При аргирии не бывает инфекционных заболеваний: серебро убивает все болезнетворные бактерии, попадающие в организм.
Соединения серебра токсичны. При попадании в организм больших доз его растворимых солей наступает острое отравление, сопровождающееся некрозом слизистой желудочно-кишечного тракта. Первая помощь при отравлении — промывание желудка раствором хлорида натрия NaCl, при этом образуется нерастворимый хлорид AgCl, который и выводится из организма.
Серебро бактерицидно, при 40—200 мкг/л погибают неспоровые бактерии, а при более высоких концентрациях — споровые. Согласно действующим российским санитарным нормам серебро относится к высокоопасным веществам и предельно допустимая концентрация его в питьевой воде составляет 0,05 мг/л.
Магические свойства серебра
В средние века серебро наделяли мистическими чертами, способностью защищать от злых сил, в частности, от демонов и вампиров, излечивать от недугов. Если серебро темнело на человеке, то ему предсказывали болезни.
Считалось, что этот чистый «лунный» (серебро всегда связывали с Луной) металл обладает способностью лечить болезни, омолаживать, поглощать всё негативное.
Прогресс в науке доказал, что бактерицидные свойства серебра действительно улучшают состояние здоровья и ускоряют выздоровление, а потемнение этого металла указывает на сильное изменение кислотно-щелочного баланса в организме человека, которое является признаком нездоровья.
История серебра
Освоение Америки привело к открытию богатейших месторождений серебра в Кордильерах. Главным его источником становится Мексика.
В России первое серебро было выплавлено в июле 1687 года российским рудознатцем Лаврентием Нейгартом из руд Аргунского месторождения. В 1701 году в Забайкалье был построен первый сереброплавильный завод, который на постоянной основе стал выплавлять серебро 3 года спустя.
Добыча серебра
Получение серебра
В настоящее время для получения серебра применяется цианидное выщелачивание. При этом образуются растворимые в воде его комплексные цианиды:
Ag2S + 4NaCN = 2Na[Ag(CN)2] +Na2S.
Чтобы сместить равновесие вправо, через него пропускают воздух. Сульфид-ионы при этом окисляются до тиосульфат-ионов (ионов S2O32–) и сульфат-ионов (ионов SO42–).
Из цианидного раствора Ag выделяют цинковой пылью:
2Na[Ag(CN)2] + Zn = Na2[Zn(CN)4] + 2Ag.
Для получения серебра очень высокой чистоты (99,999%) его подвергают электрохимическому рафинированию в азотной кислоте или растворению в концентрированной серной кислоте. При этом серебро переходит в раствор в виде сульфата Ag2SO4. Добавление меди или железа вызывает осаждение металлического серебра:
Ag2SO4 + Cu = 2Ag + CuSO4.
СПЛАВЫ СЕРЕБРА
Согласно постановлению Правительства РФ «О порядке апробирования и клеймения изделий из драгоценных металлов» были приняты следующие пробы серебряных сплавов: 999, 960, 925, 916, 875, 800 и 720.
Проба серебра означает соотношение драгоценного металла и лигатуры. Лигатурой называют металлы, которые добавляют в сплав серебра для улучшения его физических свойств. В качестве такой лигатуры чаще всего используют медь, но так же могут применять и другие металлы: никель, кадмий, алюминий и цинк.
Для определения соотношения серебра и лигатуры в России и ряде европейских государств принята метрическая система, которая определяет соотношение серебра к 1000 единиц сплава. По этой системе 925 проба серебра означает, что на 1000 единиц сплава приходиться 925 единиц этого благородного металла или другими словами в 1 кг сплава будет 925 грамм чистого серебра.
Пример маркировки серебряного изделия: СрМ 925 (сплав из 92,5% серебра и 7,5% меди).
Самое чистое серебро 999 пробы используют только для изготовления слитков и серебряных коллекционных монет, так как в чистом виде серебро крайне мягкий металл, который непригоден даже для изготовления ювелирных изделий.
Сплав серебра 960 пробы. По качеству и механическим свойствам практически не отличается от чистого серебра. Используется в ювелирном деле для изготовления тонких, высокохудожественных изделий.
Сплав 916-й пробы заслуженно считается хорошим столовым серебром. Именно этот сплав используется для изготовления наборов, украшенных эмалевым покрытием или позолотой.
Сплав серебра 875 пробы используется при промышленном изготовлении ювелирных изделий. Из-за высокой твердости труднее, чем предыдущие сплавы, поддается механической обработке.
Сплав серебра 800 пробы. Дешевле описанных сплавов, имеет заметную желтоватую окраску и малую стойкость на воздухе. Пластичность этого сплава значительно ниже, чем у выше приведенных. Из положительных качеств следует отметить высокие литейные свойства, что дает возможность использовать его для изготовления столовых приборов.
Сплав серебра 720 пробы. Имеет множество отрицательных свойств: тугоплавкость, яркая желтоватая окраска, низкая пластичность, твердость. Используется только в промышленности.
ПРИМЕНЕНИЕ СЕРЕБРА
Благодаря своим уникальным свойствам: высоким степеням электро- и теплопроводности, отражательной способности, светочувствительности и т. д. — серебро имеет очень широкий диапазон применения. Его применяют в электронике, электротехнике, ювелирном деле, фотографии, точном приборостроении, ракетостроении, медицине, для защитных и декоративных покрытий, для изготовления монет, медалей и других памятных изделий. Области применения серебра постоянно расширяются, и его применение — это не только сплавы, но и химические соединения.
Применение серебра в промышленности
Серебро обладает наибольшей электропроводностью, теплопроводностью и стойкостью к окислению кислородом при обычных условиях. Поэтому оно широко применяется для контактов электротехнических изделий, например, контакты реле, ламели, а также для многослойных керамических конденсаторов, в СВЧ технике как покрытие внутренней поверхности волноводов.
Медносеребряные припои ПСр-72, ПСр-45 и другие, применяются для пайки разнообразных ответственных соединений, в том числе, разнородных металлов.
Большое количество серебра постоянно расходуется для производства серебряно-цинковых и серебряно-кадмиевых аккумуляторных батарей, обладающих очень высокой энергоплотностью и массовой энергоёмкостью и способных при малом внутреннем сопротивлении выдавать в нагрузку очень большие токи.
Галогениды серебра и нитрат серебра применяются в фотографии, так как обладают высокой светочувствительностью.
Иодистое серебро применяется для управления климатом («разгон облаков»).
Используется как покрытие для зеркал с высокой отражающей способностью (в обычных зеркалах используется алюминий).
Серебро применяется в качестве добавки (0,1—0,4 %) к свинцу для отливки токоотводов положительных пластин специальных свинцовых аккумуляторов (очень большой срок службы (до 10—12 лет) и малое внутреннее сопротивление).
Как катализатор в реакциях окисления, например при производстве формальдегида из метанола, а также эпоксида из этилена.
Хлорид серебра применяется в хлор-серебряно-цинковых батареях, а также для покрытий некоторых радарных поверхностей. Кроме того, хлорид серебра, прозрачный в инфракрасной области спектра, используется в инфракрасной оптике.
Используется в качестве катализатора в фильтрах противогазов.
Фосфат серебра применяется для варки специального стекла, используемого для дозиметрии излучений. Примерный состав такого стекла: фосфат алюминия — 42 %, фосфат бария — 25 %, фосфат калия — 25 %, фосфат серебра — 8 %.
Монокристаллы фторида серебра применяются для генерации лазерного излучения с длиной волны 0,193 мкм (ультрафиолетовое излучение).
Ацетиленид серебра (карбид) изредка применяется как мощное инициирующее взрывчатое вещество (детонаторы).
Перманганат серебра, кристаллический тёмно-фиолетовый порошок, растворимый в воде; применяется в противогазах. В некоторых специальных случаях серебро так же используется в сухих гальванических элементах следующих систем: хлор-серебряный элемент, бром-серебряный элемент, йод-серебряный элемент.
Применение серебра в медицине
Используется как дезинфицирующее вещество, в основном для обеззараживания воды. Ограниченно применяется в виде солей (нитрат серебра) и коллоидных растворов (протаргол и колларгол) как вяжущее средство.
Серебро зарегистрировано в качестве пищевой добавки Е174.
При небольших ранах, ссадинах и ожогах применяют бактерицидную бумагу, пропитанную нитратом и хлоридом серебра.
Серебро способствует рассасыванию опухолей, активизирует процесс восстановления органов после болезни.
Пластинки серебра, наложенные на область толстого кишечника, активизируют его работу и улучшают перистальтику.
Применение серебра в ювелирной промышленности
ИНВЕСТИРОВАНИЕ В СЕРЕБРО
Этот драгоценный металл часто применяется, как способ инвестирования средств. Инвесторы используют серебро для диверсификации рисков, однако торговля контрактами на него требует немалых вложений.
Серебро можно купить в банке в виде драгоценных слитков различного веса. Лучше всего слитки хранить в банке, арендовав отдельную ячейку. Таким образом вы не будете переплачивать налог. Инвестиции в серебро через покупку слитков привлекательны в том плане, что вы сможете почувствовать себя реальным владельцем драгоценного металла. Именно такой способ инвестирования в серебро рекомендуют уверенные в активном росте цен на этот металл инвесторы.
Инвестиционные монеты также можно купить в банках. Не путайте обычные коллекционные монеты с инвестиционными. Коллекционные монеты имеют сильно завышенную цену, которая далека от реальной цены на металл. Инвестиционные монеты создаются специально с целью инвестиций в драгоценные металлы. Их тоже лучше не забирать из банка, а положить в ячейку.
ОМС – обезличенный металлический счет, относительно издержек, наиболее привлекательный способ инвестирования в серебро. Здесь придется заплатить лишь налоги на прибыль после продажи. Главный недостаток в том, что такие счета не всегда обеспечены реальным металлом, и банки могут устанавливать любые цены, далекие от реального положения дел на рынке драгоценных металлов, особенно если цена на серебро подскочит резко вверх (что возможно, по мнению некоторых аналитиков).
Не нужно вкладывать деньги в ювелирные изделия из серебра, если это не произведения искусства. Цена этих украшений очень завышена, а продать их вы сможете только по цене лома.
Также материал играет важную роль в науке, медицине, промышленности, уникальных технологиях, где выставляются серьезные требования к чистоте используемых веществ. Многих людей интересует не столько химия серебра, как различные связанные с ним поверья, легенды и сказки. Это также занимает большой пласт общечеловеческой культуры и показывает важность рассматриваемого элемента для людей.
История металла
Такое вещество, как серебро, известно человечеству уже очень много тысячелетий, если не сотен тысяч лет. В самых древних мифах, сказаниях и повестях можно встретить упоминания о сделанных из него деньгах и предметах. Свое название материал получил от праславянского наречия, которое было распространено на территории нынешней России, Германии и балтийских стран.
В буквальном переводе оно означает «блестящий», «белый до блеска».
Причина такой ранней известности вещества во многих культурах состоит в том, что в отличие от других металлов, которые добывают путем переплавки, руда рассматриваемого материала не требует этой процедуры. Очень часто серебро встречалось древним людям в виде уже готовых к обработке самородков. То есть, не нужны были никакие сложные технологии, чтобы просто брать его и активно использовать в своих целях.
Происхождение названия
Если говорить о названии более подробно, то здесь не все так просто, как было упомянуто выше. Не только в праславянском наречии было слово, похожее на современное «серебро». Открытие специалистов показало, что похожие слова есть в анатолийской группе языков, в языках, распространенных на Ближнем Востоке, а также доиндоевропейских языках стран Европы.
Степень принадлежности слова к той или иной культуре установить очень сложно, если вообще возможно. Существует также и греческое слово, обозначающее серебро árgyros, откуда пошло латинское argentum, принятое международным сообществом в качестве основного названия в международной системе и таблице Менделеева.
Нахождение в природе
Если рассматривать состав земной коры, то в ней на серебра примерно 70 миллиграмм на 1 тонну. Это не так много. С древних времен серебреные монеты и предметы имели высокую ценность, что уже указывает на то, что материал является редким и ценным.
Сплавы материала встречаются реже, нежели чистая руда, но при нынешнем развитии технологий легко обрабатываются с целью выделения необходимой фракции.
Интересно отметить, что нередко копателям удавалось обнаружить не руду, а самородки, при этом огромного размера. Истории известен случай, когда был найдет самородок серебра на целых 20 тонн веса! Также находили и другие самородные объекты весом в 500-600 килограммов.
Крупнейшие месторождения серебра в мире
Распределение драгоценного ресурса по поверхности планеты крайне неравномерно. Наиболее интенсивно добыча материала происходит в Перу – это государство является безусловным лидером по количеству получаемого здесь серебра. В среднем, за один год в этой стране добывается около 110 миллионов унций вещества.
Польша является также одним из лидеров по добыче серебра, хотя мало кто догадывается об этом. Здесь добывается около 40,5 миллионов унций серебра.
Россия и постсоветские страны имеют около 12-15% от мировых запасов серебра. Горнодобывающая промышленность здесь достаточно развита и дает тонны материала ежегодно. Австралия также входит в перечень счастливчиков, которым повезло с рассматриваемым ресурсом. В остальных частях мира серебра не так много, но всегда есть вероятность обнаружить его пока неизвестные месторождения.
Физические свойства
Масса вещества достаточно высока, что обуславливается тем, что его плотность равна целых 10,5 г/см³. Это больше, чем у другого популярного металла – меди, но меньше, нежели у известного каждому свинца.
Плавление серебра начинается при температуре 962°C, что является достаточно высоким значением. Именно поэтому металл считается тугоплавким и используется, к примеру, для пайки сложных соединений в качестве припоя.
В комнатных условиях вещество имеет высокий уровень электропроводности, также отличается высокой теплопроводностью. Оксид, хлорид, сульфид, гидроксид серебра активно используются в научной деятельности и промышленности для решения целого спектра задач.
Химические свойства
Максимальная валентность рассматриваемого металла составляет 1, так как она соответствует номеру группы, где он находится в таблице Менделеева. Ионы серебра слабо реагируют на другие элементы, включая даже серную и соляную кислоту.
Молярная масса равна 107,8 а.е.м. (вес атома такой же), цвет тонкой фольги с чистого материала напоминает фиолетовый, если же берется самородок, то он ярко-светлый, серебристый.
Сфера применения серебра
Существует масса применений рассматриваемого материала, благодаря чему он и имеет столь высокую стоимость и авторитет среди самых широких масс людей.
Вот основные случаи его использования:
Техническое применение в науке и промышленности. Надежные контакты для электрического соединения обрабатываются серебром. Так как материал плавится при очень высокой температуре, почти 1000 градусов, то его применяют везде, где важно выдерживать высокотемпературную среду.
Удельный вес вещества позволяет использовать его в составе различных припоев, к примеру, большой популярностью пользуется медно-серебряный припой.
Используется среди драгоценных металлов в области создания ювелирных изделий.
Также металл применяется для создания высококачественных зеркал с повышенной отражающей способностью, в СВЧ-электротехнике.
Серебро известно своими дезинфицирующими свойствами, поэтому используется для очищения воды от микробов.
В химии существует не одна формула применения серебра для науки, химической промышленности и массы других задач. С его помощью проводятся всевозможные пробы, делаются качественные сварные швы, создается сложная электроника.
Заключение
Argentum – известнейший во всем мире химический элемент, который активно используется в огромном количестве случаев. Значение серебра для современной цивилизации сложно переоценить – во многих сферах деятельности оно буквально незаменимо.
Получение металла из земной породы в наше время поставлено на крупный поток, поэтому человечество получает тонны драгоценного материала для своих нужд ежегодно.