Серебро периодическая система. Серебро свойства, сплавы и применение. Исторические факты о серебре
Серебро (лат. argentum), ag, химический элемент i группы периодической системы Менделеева, атомный номер 47, атомная масса 107,868; металл белого цвета, пластичный, хорошо полируется. В природе находится в виде смеси двух стабильных изотопов 107 ag и 109 ag; из радиоактивных изотопов практически важен 110 ag (t 1 /2 = 253 cym ). С. было известно в глубокой древности (4-е тыс. до н. э.) в Египте, Персии, Китае.
Распространение в природе. Среднее содержание С. в земной коре (кларк) 7 · 10 -6 % по массе. Встречается преимущественно в средне- и низкотемпературных гидротермальных месторождениях , в зоне обогащения сульфидных месторождений, изредка - в осадочных породах (среди песчаников, содержащих углистое вещество) и россыпях. Известно свыше 50 минералов С. В биосфере С. в основном рассеивается, в морской воде его содержание 3 · 10 -8 %. С. - один из наиболее дефицитных элементов.
Физические и химические свойства. С. имеет гранецентрированную кубическую решётку (а = 4,0772 a при 20 «С). Атомный радиус 1,44 a , ионный радиус ag + 1,13 a . Плотность при 20 °С 10,5 г/см 3 , t пл 960,8°С; t kип 2212°С; теплота плавления 105 кдж/кг (25,1 кал/г ). С. обладает наивысшими среди металлов удельной электропроводностью 6297 сим/м (62,97 ом -1 (см -1 ) при 25 °С, теплопроводностью 407,79 вт /(м · К) при 18 °С и отражательной способностью 90-99% (при длинах волн 100000-5000 a). Удельная теплоёмкость 234,46 дж/ (кг · К) , удельное электросопротивление 15,9 ном (м (1,59 мком (см ) при 20°С. С. диамагнитно с атомной магнитной восприимчивостью при комнатной температуре - 21,56 · 10 -6 , модуль упругости 76480 Мн/м 2 (7648 кгс/мм 2 ), предел прочности 100 Мн/м 2 (10 кгс/мм 2 ), твёрдость по Бринеллю 250 Мн/м 2 (25 кгс/мм 2 ). Конфигурация внешних электронов атома ag 4d 10 5s 4 .
С. проявляет химические свойства, характерные для элементов 16 подгруппы периодической системы Менделеева. В соединениях обычно одновалентно.
С. находится в конце электрохимического ряда напряжений, его нормальный электродный потенциал ag u ag + + е - равен 0,7978 в .
При обычной температуре ag не взаимодействует с o 2 , n 2 и h 2 . При действии свободных галогенов и серы на поверхности С. образуется защитная плёнка малорастворимых галогенидов и сульфида ag 2 s (кристаллы серо-чёрного цвета). Под влиянием сероводорода h 2 s, находящегося в атмосфере, на поверхности серебряных изделий образуется ag 2 s в виде тонкой плёнки, чем объясняется потемнение этих изделий. Сульфид можно получить действием сероводорода на растворимые соли С. или на водные суспензии его солей. Растворимость ag 2 s в воде 2,48 · 10 -5 моль/л (25 °С). Известны аналогичные соединения - селенид ag 2 se и теллурид ag 2 te.
Из окислов С. устойчивыми являются закись ag 2 o и окись ago. Закись образуется на поверхности С. в виде тонкой плёнки в результате адсорбции кислорода, которая увеличивается с повышением температуры и давления.
ag 2 o получают действием КОН на раствор agno 3 . Растворимость ag 2 o в воде - 0,0174 г/л . Суспензия ag 2 o обладает антисептическими свойствами. При 200 °С закись С. разлагается. Водород, окись углерода, многие металлы восстанавливают ag 2 o до металлического ag. Озон окисляет ag 2 o с образованием ago. При 100 °С ago разлагается на элементы со взрывом. С. растворяется в азотной кислоте при комнатной температуре с образованием agno 3 . Горячая концентрированная серная кислота растворяет С. с образованием сульфата ag 2 so 4 (растворимость сульфата в воде 0,79% по массе при 20 °С). В царской водке С. не растворяется из-за образования защитной плёнки agci. В отсутствие окислителей при обычной температуре hci, hbr, hi не взаимодействуют с С. благодаря образованию на поверхности металла защитной плёнки малорастворимых галогенидов. Большинство солей С., кроме agno 3 , agf, agcio 4 обладают малой растворимостью. С. образует комплексные соединения, большей частью растворимые в воде. Многие из них имеют практическое значение в химической технологии и аналитической химии, например комплексные ионы - , + , - .
Получение. Большая часть С. (около 80%) извлекается попутно из полиметаллических руд, а также из руд золота и меди. При извлечении С. из серебряных и золотых руд применяют метод цианирования - растворения С. в щелочном растворе цианида натрия при доступе воздуха:
2 ag + 4 na cn + 1/2О 2 + h 2 o = 2 na + 2naoh.
Из полученных растворов комплексных цианидов С. выделяют восстановлением цинком или алюминием:
2 - + zn = 2- +2 ag.
Из медных руд С. выплавляют вместе с черновой медью и затем выделяют его из анодного шлама, образующегося при электролитической очистке меди. При переработке свинцово-цинковых руд С. концентрируется в сплавах свинца - черновом свинце, из которого его извлекают добавлением металлического цинка, образующего с С. нерастворимое в свинце тугоплавкое соединение ag 2 zn 3 , всплывающее на поверхность свинца в виде легко снимающейся пены. Далее для отделения С. от цинка последний отгоняют при 1250 °С. Извлечённое из медных или свинцово-цинковых руд С. сплавляют (сплав Доре) и подвергают электролитической очистке.
Применение. С. используют преимущественно в виде сплавов: из них чеканят монеты, изготовляют бытовые изделия, лабораторную и столовую посуду. С. покрывают радиодетали 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 С. служит конструкционным материалом Металлическое С. 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 приготовляют фруктовые соки. Ионы С. в малых концентрациях стерилизуют воду. Огромные количества соединений С. (agbr, agci, agl) применяются для производства кино- и фотоматериалов.
С. И. Гинзбург.
Серебро в искусстве. Благодаря красивому белому цвету и податливости в обработке С. с глубокой древности широко используется в искусстве. Однако чистое С. слишком мягко, поэтому при изготовлении монет и различных художественных произведений в него добавляют цветные металлы, чаще всего медь. Средствами обработки С. и украшения изделий из него служат чеканка, литьё, филигрань, тиснение, применение эмалей, черни, гравировки, золочения.
Высокая культура художественной обработки С. характерна для искусства эллинистического мира, 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 С., созданные мастерами Возрождения и барокко (Б. Челлини в Италии, ювелиры из семейств Ямницеров, Ленкеров, Ламбрехтов и другие 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 Грачевых, П. А. Овчинникова, П. Ф. Сазикова, П. К. Фаберже, И. П. Хлебникова. Творческое развитие традиций ювелирного искусства прошлого, стремление наиболее полно выявить декоративные качества С. характерны для сов. изделий из С., среди которых видное место занимают произведения народных мастеров.
Г. А. Маркова.
Серебро в организме. С. - 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 накапливается в некоторых эндокринных железах, пигментной оболочке глаза, в эритроцитах; выводится главным образом с фекалиями. С. в организме образует комплексы с белками (глобулинами крови, гемоглобином и др.). Блокируя сульфгидрильные группы , участвующие в формировании активного центра ферментов, С. вызывает ингибирование последних, в частности инактивирует аденозинтрифосфатазную активность миозина . Биологическая роль С. изучена недостаточно. При парентеральном введении С. фиксируется в зонах воспаления; в крови связывается преимущественно глобулинами сыворотки.
Ю. И. Раецкая.
Препараты С. обладают антибактериальным, вяжущим и прижигающим действием, что связано с их способностью нарушать ферментные системы микроорганизмов и осаждать белки. В медицинской практике наиболее часто применяют серебра нитрат , колларгол , протаргол (в тех же случаях, что и колларгол); бактерицидную бумагу (пористая бумага, пропитанная нитратом и хлоридом С.) применяют при небольших ранах, ссадинах, ожогах и т. п.
Экономическое значение. С. в условиях товарного производства выполняло функцию всеобщего эквивалента наряду с золотом и приобрело, как и последнее, особую потребительную стоимость - стало деньгами . «Золото и серебро по своей природе не деньги, но деньги по своей природе - золото и серебро» (Маркс К., в кн.: Маркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 13, с. 137). Товарный мир выделил С. 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 С. обращалось в форме слитков. В странах Древнего Востока (Ассирия, Вавилон, Египет), а также в Греции и Риме С. было широко распространённым денежным металлом наряду с золотом и медью. В Древнем Риме чеканка монет из С. начата в 4-3 вв. до н. э. Чеканка первых древнерусских монет из С. началась в 9-10 вв.
В период раннего средневековья преобладала чеканка золотой монеты. С 16 в. в связи с недостатком золота, расширением добычи С. в Европе и притоком его из Америки (Перу и Мексики) С. 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 государство в законодательном порядке устанавливало обязательное соотношение между золотом и С. Однако эта система оказалась чрезвычайно неустойчивой, т. к. в условиях стихийного действия закона стоимости неизбежно возникало несоответствие между рыночными и фиксированными стоимостями золота и С. В конце 19 в. стоимость С. резко снизилась вследствие совершенствования способов его добычи из полиметаллических руд (в 70-80-е гг. 19 в. отношение стоимости золота к С. составляло 1:15-1: 16, в начале 20 в. уже 1: 38-1: 39). Рост мировой добычи золота ускорил процесс вытеснения обесценившегося С. из обращения. В последней четверти 19 в. широкое распространение в капиталистическом мире получил золотой монометаллизм. В большинстве стран мира вытеснение серебряной валюты золотой закончилось в начале 20 в. Серебряная валюта сохранилась примерно до середины 30-х гг. 20 в. в ряде стран Востока (Китай, Иран, Афганистан и др.). С отходом этих стран от серебряного монометаллизма С. окончательно утратило значение валютного металла. В промышленно развитых капиталистических странах С. используется только для чеканки разменной монеты.
Рост использования С. в технических целях, в зубоврачебном деле, в медицине, а также в производстве ювелирных изделий после 2-й мировой войны 1939-45 в условиях отставания добычи С. от потребностей рынка вызвал его нехватку. До войны около 75% добываемого С. ежегодно использовалось для монетарных целей. В 1950-65 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 С. во многих странах запрещена, а в некоторых значительно уменьшено его содержание в монетах. В США, например, согласно закону о чеканке монет, принятому в 1965, около 90% С., которое шло раньше для чеканки монет, выделено для др. целей. Содержание С. в 50-центовой монете снижено с 90 до 40%, а монеты достоинством в 10 и 25 центов, содержавшие ранее 90% С., чеканятся без примесей С. Новые монеты из С. чеканятся в связи с различными памятными событиями (Олимпийскими играми, юбилеями, мемориалами и т. д.).
В начале 70-х гг. основными потребителями С. были следующие отрасли: производство ювелирных изделий (столового С. и анодированных изделий), электротехническая и электронная промышленность, кинофотопромышленность.
Для рынка С. в 60-х и начале 70-х гг. характерен рост цен на С. и систематическое превышение потребления С. над производством первичного металла. Дефицит восполнялся в значительной мере за счёт вторичного металла, в частности полученного в результате переплавки монет.
Л. М. Райцин.
Лит.: Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1963; Плаксин И. Н., Металлургия благородных металлов, М., 1958; Краткая химическая энциклопедия, т. 4, М., 1965; Максимов М. М., Очерк о серебре, М., 1974; Постникова-Лосева М. М., Русское ювелирное искусство, его центры и мастера, М., 1974; link e. М., eine kunst-und kulturgeschich-te des silbers, b. - fr./m. - w., 1968.
cкачать реферат
Серебро, как и золото, встречается в природе в виде самородков и обладает хорошей ковкостью. Благодаря этим свойствам, оно с древних времен играет важнейшую роль в культурной, экономической и даже религиозной жизни общества.
Возраст первых , найденных на территории Ближнего Востока - более 6 тысяч лет. Символом луны этот металл был для жителей Вавилона и Ассирии. Материалом для первых в мире монет послужил сплав двух самых популярных сегодня драгоценных металлов - серебра и золота. А в Средние века «argentum» (лат.) и его соединения будоражили умы алхимиков.
Сегодня этот металл открывает безграничные возможности для фантазии ювелиров, создающих неповторимые украшения.
Серебро в природе
Являясь перед восхищенным взором человека в самородном виде, серебро достигало поистине огромных размеров. Так, германское месторождение Шнеберг (Рудные горы) еще в 1477 году подарило миру серебряный самородок весом в 20 тонн. Пожалуй, за всю историю разработки этого благородного металла перекрыть рекорд удалось лишь канадцам, которые уже в ХХ веке нашли в провинции Онтарио самородок, получивший название «серебряный тротуар». Гигант, имевший 30 м длины и погруженный в землю на 18 м, при переплавке также дал 20 т - но уже чистого серебра.
К сожалению, большая, чем у золота, химическая активность, позволяет человеку сталкиваться с серебром чаще в виде разнообразных соединений. Оно сосредоточено в составе более 50 известных минералов, содержащих селен, серу, теллур или галогены. А 75% известных на сегодняшний день запасов серебра приходятся на долю комплексных серебросодержащих месторождений, где серебро - лишь попутный компонент в составе иных руд.
На сегодняшний день запасы серебра в мире оцениваются в 570 000 тонн. Безусловными лидерами по добыче этого металла является Перу, за которым с небольшим отрывом следуют Мексика, Китай, Чили и Австралия.
Свойства «лунного металла»
Серебро в чистом виде - металл серебристо-белой окраски, обладающий среди всех известных металлов самой высокой тепло- и (при комнатной температуре) электропроводностью. Этот металл относительно тугоплавок (плавится при 962 °C), но невероятно пластичен. Тончайшую проволоку в 2 км длиной можно получить всего из 1 г серебра. Важным критерием серебра является его свойство не окисляться под воздействием кислорода, что и позволяет отнести его к разряду благородных металлов. Однако воздействие йода и сероводорода во влажной среде приводят к потемнению серебряных изделий или образованию на их поверхности «радужной» пленки сульфида.
Серебро великолепно поддается обработке: полировке, резке, скручиванию, вытягиванию и раскатке в тончайшие пластинки. Эти свойства делают его незаменимым для изготовления ювелирных шедевров, но при этом и ограничивают срок годности мягких и нежных изделий из чистого металла. Поэтому в ювелирном деле для достижения прочности серебро используется в виде сплава с добавлением меди.
Стерлинговое серебро
Наиболее надежным, безукоризненно-белым и прочным материалом для изготовления ювелирных изделий является серебро 925 пробы, называемое также стерлинговым. Это чистое серебро с небольшим количеством меди издавна считается идеальным для изготовления посуды и большей части ювелирной продукции. Несмотря на все попытки улучшить характеристики этого сплава при помощи цинка, кремния, германия и даже платины, серебро 925 пробы не сдает лидерских позиций.
Новый век - новый стиль
Неповторимую стильность серебру 925 пробы придают особые методы обработки изделий. Например, блистательную яркость, несвойственную чистому серебру, создает тонкое покрытие из драгоценного белого родия. Родированное серебро не только привлекательно выглядит, но и обладает особой устойчивостью к коррозии и механическим повреждениям. Платиновое сияние родия и его прочность оценили такие законодатели моды, как Gucci, Tiffany и Christian Dior, избрав его для покрытия своих изделий из серебра.
Также особые декоративные и защитные свойства серебряным украшениям 925 пробы придает тонкий слой оксидированного серебра. Пройдя специальную обработку серой, серебро приобретает особое очарование и «состаренный», винтажный шарм. Благодаря специальной полировке, выпуклые части изделия сохраняют естественный серебристый цвет, рельефно выделяясь на фоне более темных вогнутых элементов.
Еще один способ придания серебру оригинальной расцветки - не выходящий из моды старинный секрет чернения серебра. Имея определенное внешнее сходство с оксидированным металлом, черненое серебро представляет собой результат совершенно особого искусства. В процессе обработки изделия покрытие из сернистого окисла серебра, свинца и меди (чернь) сплавляется при высокой температуре с гравированной поверхностью серебра, создавая изысканные узоры.
И особым благородством и изысканностью обладают изделия из так называемого матового серебра, на поверхности которого появляются микрошероховатости благодаря применению особой эмульсии.
Говоря об обработке серебра нельзя не упомянуть о золочении. Золочение (позолота) - гальваническое покрытие серебра слоем золота толщиной от долей до десятков микрон. Такое покрытие обладает большой химической стойкостью, то есть это хорошее средство защиты металла от коррозии. Гальваническое покрытие повышает твёрдость поверхности и улучшает эстетический вид, придавая украшениям благородный и дорогой вид. Также золочение придаёт большую тепло- и электропроводность, что используется в часовом производстве и в тонкой электронике.
Серебро в ювелирной моде
Благодаря своей доступности, серебро сегодня является одним из самых популярных материалов для изготовления украшений. Оно же ценится ювелирами как и металл для изготовления предметов декора, которые создают в доме утонченную аристократическую атмосферу.
Серебряные украшения удивляют своих любителей многообразием декоративных решений и дизайнерских находок. Элегантные и лаконичные классические модели на витринах ювелирных магазинов соседствуют с яркими, объемными украшениями, вдохновленными ведущими модными трендами. Универсальность серебра проявляется и в его «дружбе» с самыми разными вставками. В его обрамлении одинаково хорошо смотрятся как бесцветные фианиты, так и цветные полудрагоценные камни. Серебро раскрывает всю полноту игры света на гранях вставок.
Одна из популярных техник декорирования украшений из этого драгоценного металла - ювелирная эмаль. С ее помощью создаются разнообразные украшения, которые имеют свою индивидуальность - ведь каждое изделие расписывается исключительно вручную опытным мастером. Они несут на себе отпечаток души эмальеров, которые вкладывают в украшения все свое творчество.
Будучи универсальным материалом, серебро подходит мужчинам и женщинам любого возраста и социального статуса. Оно сочетается с золотом, эмалью, любыми полудрагоценными и драгоценными камнями, жемчугом и эмалью, кораллами и слоновой костью. Серебряные украшения подходят к любому случаю и среди многообразия серебряных ювелирных изделий можно подобрать подходящее для самых разных поводов. Кроме того, согласно древним верованиям, серебро успокаивает и исцеляет, поэтому в безумный век скоростей не стоит отказывать себе в небольшой серебряной радости.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Серебро - сорок седьмой элемент Периодической таблицы. Обозначение - Ag от латинского «argentum». Расположен в пятом периоде, IB группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 47.
Серебро распространено в природе значительно меньше, чем, например, медь; содержание его в земной коре составляет 10 -5 % (масс.). В некоторых местах (например, в Канаде) серебро встречается в самородном состоянии, но большую часть серебра из его соединений. Самой важной серебряной рудой является серебряный блеск, или агрентит, Ag 2 S.
В качестве примеси серебро присутствует почти во всех медных и особенно свинцовых рудах. Из этих руд получают около 80% всего добываемого серебра.
Чистое серебро - очень мягкий, тягучий металл (рис. 1), оно лучше всех металлов проводит теплоту и электрический ток.
Серебро - малоактивный металл. В атмосфере воздуха оно не окисляется ни при комнатных температурах, ни при нагревании. Часто наблюдаемое почернение серебряных предметов - результат образования на поверхности черного сульфида серебра Ag 2 S.
Рис. 1. Серебро. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса серебра
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии серебро существует в виде одноатомных молекул Ag, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 107,8682.
Изотопы серебра
Известно, что в природе серебро может находиться в виде двух стабильных изотопов 107 Ag и 109 Ag. Их массовые числа равны 107 и 109 соответственно. Ядро атома изотопа серебра 107 Ag содержит сорок семь протонов и шестьдесят нейтронов, а изотопа 109 Ag - такое число протонов и шестьдесят два нейтрона.
Существуют искусственные нестабильные изотопы серебра с массовыми числами от 93-х до 130-ти, а также тридцать шесть изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 104 Ag с периодом полураспада равным 69,2 минуты.
Ионы серебра
На внешнем энергетическом уровне атома серебра имеется один электрон, который является валентным:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 9 5s 2 .
В результате химического взаимодействия серебро отдает свой валентный электрон, т.е. является его донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Ag 0 -1e → Ag + ;
Ag 0 -2e → Ag 2+ .
Молекула и атом серебра
В свободном состоянии серебро существует в виде одноатомных молекул Ag. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу серебра:
Сплавы серебра
На практике чистое серебро вследствие мягкости почти не применяется: обычно его сплавляют с большим или меньшим количеством меди. Сплавы серебра служат для изготовления ювелирных и бытовых изделий, монет, лабораторной посуды.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | При растворении 3 г сплава меди и серебра в концентрированной азотной кислоте получили 7,34 г смеси нитратов. Определите массовые доли металлов в сплаве. |
| Решение | Запишем уравнения реакций взаимодействия металлов, представляющих собой сплав (медь и серебро), в концентрированной азотной кислоте:
Cu + 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O (1); Ag + 2HNO 3 = AgNO 3 + NO 2 + H 2 O (2). В результате реакции образуется смесь, состоящая из нитрата серебра и нитрата меди (II). Пусть количество вещества меди в сплаве составляет х моль, а количество вещества серебра - у моль. Тогда массы этих металлов будут равны (молярная масса меди 64 г/моль, серебра - 108 г/моль): m (Cu) = n (Cu) × M (Cu); m (Cu)= x × 64 = 64x. m (Ag) = n (Ag) × M (Ag); m (Ag)= x × 108 = 108y. Согласно условию задачи, масса сплава равна 3 г, т.е.: m (Cu) + m (Ag) = 3; 64х + 108у = 3. По уравнению (1) n(Cu) : n(Cu(NO 3) 2) = 1:1, значит n(Cu(NO 3) 2) = n(Cu) =х. Тогда масса нитрата меди (II) составляет (молярная масса равна 188 г/моль) 188х. Согласно уравнению (2), n(Ag) : n(AgNO 3) = 1:1, значит n(AgNO 3) = n(Ag) =y. Тогда масса нитрата серебра составляет (молярная масса равна 170 г/моль) 170y. По условию задачи масса смеси нитратов равна 7,34 г: m (Cu(NO 3) 2) + m (AgNO 3) =7,34 ; 188 х + 170 у = 7,34. Получили систему уравнений с двумя неизвестными:
Выразим из первого уравнения х и подставим это значение во второе уравнение, т.е. решим систему методом подстановки. Значит количество вещества серебра равно 0,01 моль. Тогда, масса серебра в сплаве равна: m (Ag) = n (Ag) × M (Ag) = 0,01 × 108 = 1,08г. Не вычисляя x можно найти массу меди в сплаве: m (Cu) = m alloy - m (Ag) = 3 - 1,08 = 1,92 г. Определим массовые доли металлов в смеси: ω(Me)= m(Me) / m alloy × 100%; ω (Cu)= 1,92 / 3 × 100% = 64%; ω (Ag)= 1,08 / 2 × 100% = 36%. |
| Ответ | Массовая доля меди в сплаве равна 64%, серебра - 36%. |
Среднее содержание Серебра в земной коре (кларк) 7·10 -6 % по массе. Встречается преимущественно в средне- и низкотемпературных гидротермальных месторождениях, в зоне обогащения сульфидных месторождений, изредка - в осадочных породах (среди песчаников, содержащих углистое вещество) и россыпях. Известно свыше 50 минералов Серебра. В биосфере Серебро в основном рассеивается, в морской воде его содержание 3·10 -8 %. Серебро - один из наиболее дефицитных элементов.
Физические свойства Серебра. Серебро имеет гране-центрированную кубич. решетку (а = 4,0772 Å при 20 °С). Атомный радиус 1,44 Å, ионный радиус Ag + 1,13 Å. Плотность при 20 °С 10,5 г/см 3 ; t пл 960,8 °С; T кип 2212 °С; теплота плавления 105 кДж/кг (25,1 кал/г). Серебро обладает наивысшими среди металлов удельной электропроводностью 6297 сим/м (62,97 ом -1 ·см -1) при 25 °С, теплопроводностью 407,79 Вт/(м·К.) при 18 °С и отражательной способностью 90-99% (при длинах волн 100000-5000 Å). Удельная теплоемкость 234,46 дж/(кг·К) , удельное электросопротивление 15,9 ном·м (1,59 мком·см) при 20 °С. Серебро диамагнитно с атомной магнитной восприимчивостью при комнатной температуре -21,56·10 -6 , модуль упругости 76480 Мн/м 2 (7648 кгс/мм 2), предел прочности 100 Мн/м 2 (10 кгс/мм 2), твердость по Бринеллю 250 Мн/м 2 (25 кгс/мм 2). Конфигурация внешних электронов атома Ag 4d 10 5s 1 .
Химические свойства Серебра. Серебро проявляет химические свойства, характерные для элементов Iб подгруппы периодической системы Менделеева. В соединениях обычно одновалентно.
Серебро находится в конце электрохимического ряда напряжений, его нормальный электродный потенциал Ag = Ag + + e - равен 0,7978 в.
При обычной температуре Ag не взаимодействует с О 2 , N 2 и Н 2 . При действии свободных галогенов и серы на поверхности Серебра образуется защитная пленка малорастворимых галогенидов и сульфида Ag 2 S (кристаллы серо-черного цвета). Под влиянием сероводорода H 2 S, находящегося в атмосфере, на поверхности серебряных изделий образуется Ag 2 S в виде тонкой пленки, чем объясняется потемнение этих изделий. Сульфид можно получить действием сероводорода на растворимые соли Серебра или на водные суспензии его солей. Растворимость Ag 2 S в воде 2,48·10 -3 моль/л (25 °С). Известны аналогичные соединения - селенид Ag 2 Se и теллурид Ag 2 Te.
Из оксидов Серебра устойчивыми являются оксид (I) Ag 2 O и оксид (II) AgO. Оксид (I) образуется на поверхности Серебра в виде тонкой пленки в результате адсорбции кислорода, которая увеличивается с повышением температуры и давления.
Ag 2 O получают действием КОН на раствор AgNO 3 . Растворимость Ag 2 O в воде - 0,0174 г/л. Суспензия Ag 2 O обладает антисептическими свойствами. При 200 °С оксид Серебра (I) разлагается. Водород, оксид углерода (II), многие металлы восстанавливают Ag 2 O до металлического Ag. Озон окисляет Ag 2 O с образованием AgO. При 100 °С AgO разлагается на элементы со взрывом. Серебро растворяется в азотной кислоте при комнатной температуре с образованием AgNO 3 . Горячая концентрированная серная кислота растворяет Серебро с образованием сульфата Ag 2 SO 4 (растворимость сульфата в воде 0,79% по массе при 20 °С). В царской водке Серебро не растворяется из-за образования защитной пленки AgCl. В отсутствие окислителей при обычной температуре НCl, HBr, HI не взаимодействуют с Серебром благодаря образованию на поверхности металла защитной пленки малорастворимых галогенидов. Большинство солей Серебра, кроме AgNO 3 , AgF, AgClO 4 , обладают малой растворимостью. Серебро образует комплексные соединения, большей частью растворимые в воде. Многие из них имеют практическое значение в химические технологии и аналитической химии, например комплексные ионы - , + , - .
Получение Серебра. Большая часть Серебра (около 80%) извлекается попутно из полиметаллических руд, а также из руд золота и меди. При извлечении Серебра из серебряных и золотых руд применяют метод цианирования - растворения Серебра в щелочном растворе цианида натрия при доступе воздуха:
2Ag + 4NaCN + ½O 2 + H 2 O = 2Na + 2NaOH.
Из полученных растворов комплексных цианидов Серебро выделяют восстановлением цинком или алюминием:
2 - + Zn = 2- + 2Ag.
Из медных руд Серебро выплавляют вместе с черновой медью и затем выделяют его из анодного шлама, образующегося при электролитической очистке меди. При переработке свинцово-цинковых руд Серебро концентрируется в сплавах свинца - черновом свинце, из которого его извлекают добавлением металлического цинка, образующего с Серебром нерастворимое в свинце тугоплавкое соединение Ag 2 Zn 3 , всплывающее на поверхность свинца в виде легко снимающейся пены.
Применение Серебра. Серебро используют преимущественно в виде сплавов: из них чеканят монеты, изготовляют бытовые изделия, лабораторную и столовую посуду. Серебро покрывают радиодетали 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. Металлическое Серебро идет на изготовление электродов для серебряно-цинковых и серебряно-кадмиевых аккумуляторов. Оно служит катализатором в неорганических и органических синтезе (например, в процессах окисления спиртов в альдегиды и кислоты, а также этилена в окись этилена). В пищевой промышленности применяются серебряные аппараты, в которых приготовляют фруктовые соки. Ионы Серебра в малых концентрациях стерилизуют воду. Соединения Серебра (AgBr, AgCl, AgI) применяются для производства кино- и фотоматериалов.
Серебро в искусстве. Благодаря красивому белому цвету и податливости в обработке Серебро с глубокой древности широко используется в искусстве. 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, литье, филигрань, тиснение, применение эмалей, черни, гравировки, золочения.
Высокая культура художественной обработки Серебра характерна для искусства эллинистического мира, Древнего Рима, Древнего Ирана (сосуды эпохи Сасанидов, 3-7 века), 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 и других 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 других). В искусстве 19-20 веков преобладает мода на незолоченое серебро; среди технических приемов доминирующее положение занимает литье, распространяются машинные приемы обработки. В русском искусстве 19 - начала 20 вв. выделяются изделия фирм Грачевых, 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 советских изделий из Серебра, среди которых видное место занимают произведения народных мастеров.
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 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 других). Блокируя сульфгидрилъные группы, участвующие в формировании активного центра ферментов, Серебро вызывает ингибирование последних, в частности инактивирует аденозинтрифосфатазную активность миозина. При парентеральном введении Серебро фиксируется в зонах воспаления; в крови 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 наиболее часто применяют нитрат серебра, 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.
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 объеме и массе), легко поддается обработке.
Первоначально Серебро обращалось в форме слитков. В странах Древнего Востока (Ассирия, Вавилон, Египет), а также в Греции и Риме Серебро было широко распространенным денежным металлом наряду с золотом и медью. В Древнем Риме чеканка монет из Серебра начата в 4-3 веках до нашей эры. Чеканка первых древнерусских монет из Серебра началась в 9-10 веках.
В период раннего средневековья преобладала чеканка золотой монеты. С 16 века 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, причем 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 государство в законодательном порядке устанавливало обязательное соотношение между золотом и Серебром. Однако эта система оказалась чрезвычайно неустойчивой, так как в условиях стихийного действия закона стоимости неизбежно возникало несоответствие между рыночными и фиксированными стоимостями золота и Серебра. В конце 19 века стоимость Серебра резко снизилась вследствие совершенствования способов его добычи из полиметаллических руд (в 70-80-е годы 19 века отношение стоимости золота к Серебру составляло 1:15 - 1:16, в начале 20 века уже 1:38 - 1:39). Рост мировой добычи золота ускорил процесс вытеснения обесценившегося Серебра из обращения. В последней четверти 19 века широкое распространение в мире получил золотой монометаллизм. В большинстве стран мира вытеснение серебряной валюты золотой закончилось в начале 20 века. Серебряная валюта сохранилась примерно до середины 30-х годов 20 века в ряде стран Востока (Китай, Иран, Афганистан и других). 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 2-й мировой войны 1939-45 годов 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 годах этот показатель снизился в среднем до 50%, а в последующие годы продолжал снижаться, составив в 1971 году всего 5% . Многие страны перешли к использованию в качестве монетарного материала медно-никелевых сплавов. Хотя серебряные монеты все еще 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, 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.).
Основными потребителями Серебра являются следующие отрасли: производство ювелирных изделий (столового Серебро и анодированных изделий), электротехническая и электронная промышленность, а также кинофотопромышленность.
Серебро - элемент 11 группы (по устаревшей классификации - побочной подгруппы первой группы), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 47. Обозначается символом Ag (лат. Argentum).
Простое вещество серебро (CAS-номер: 7440-22-4) - ковкий, пластичный благородный металл серебристо-белого цвета. Кристаллическая решётка - гранецентрированная кубическая. Температура плавления - 962 °C, плотность - 10,5 г/см³.
Среднее содержание серебра в земной коре (по Виноградову) - 70 мг/т. Максимальные его концентрации устанавливаются в глинистых сланцах, где достигают 900 мг/т. Серебро характеризуется относительно низким энергетическим показателем ионов, что обуславливает незначительное проявление изоморфизма этого элемента и сравнительно трудное его вхождение в решётку других минералов. Наблюдается лишь постоянный изоморфизм ионов серебра и свинца. Ионы серебра входят в решётку самородного золота, количество которого иногда достигает в электруме почти 50 % по весу. В небольшом количестве ион серебра входит в решётку сульфидов и сульфосолей меди, а также в состав теллуридов, развитых в некоторых полиметаллических и особенно, в золото-сульфидных и золото-кварцевых месторождениях.
Определённая часть благородных и цветных металлов встречается в природе в самородной форме. Известны и документально подтверждены факты нахождения не просто больших, а огромных самородков серебра. Так, например, в 1477 году на руднике «Святой Георгий» (месторождение Шнееберг в Рудных горах в 40-45 км от города Фрайберг) был обнаружен самородок серебра весом 20 т. Глыбу серебра размером 1 х 1×2,2 м выволокли из горной выработки, устроили на ней праздничный обед, а затем раскололи и взвесили. В Дании, в музее Копенгагена, находится самородок весом 254 кг, обнаруженный в 1666 году на норвежском руднике Конгсберг. Крупные самородки обнаруживали и на других континентах. В настоящее время в здании парламента Канады хранится одна из добытых на месторождении Кобальт в Канаде самородных пластин серебра, имеющая вес 612 кг. Другая пластина, найденная на том же месторождении и получившая за свои размеры название «серебряный тротуар», имела длину около 30 м и содержала 20 т серебра. Однако, при всей внушительности когда-либо обнаруженных находок, следует отметить, что серебро химически более активно, чем золото, и по этой причине реже встречается в природе в самородном виде. По этой же причине растворимость серебра выше и его концентрация в морской воде на порядок больше, чем у золота (около 0,04 мкг/л и 0,004 мкг/л соответственно).
Известно более 50 природных минералов серебра, из которых важное промышленное значение имеют лишь 15-20, в том числе:
самородное серебро;
электрум (золото-серебро);
кюстелит (серебро-золото);
аргентит (серебро-сера);
прустит (серебро-мышьяк-сера);
бромаргерит (серебро-бром);
кераргирит (серебро-хлор);
пираргирит (серебро-сурьма-сера);
стефанит (серебро-сурьма-сера);
полибазит (серебро-медь-сурьма-сера);
фрейбергит (медь-сера-серебро);
аргентоярозит (серебро-железо-сера);
дискразит (серебро-сурьма);
агвиларит (серебро-селен-сера) и другие.
Как и другим благородным металлам, серебру свойственны два типа проявлений: собственно серебряные месторождения, где оно составляет более 50 % стоимости всех полезных компонентов; комплексные серебросодержащие месторождения (в которых серебро входит в состав руд цветных, легирующих и благородных металлов в качестве попутного компонента).
Собственно серебряные месторождения играют достаточно существенную роль в мировой добыче серебра, однако следует отметить, что основные разведанные запасы серебра (75 %) приходятся на долю комплексных месторождений.