Серебро является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 47 и условным обозначением Ag. Химический элемент серебро в свободном виде представляет собой мягкий, беловато-серый, блестящий переходный металл, обладающий самой высокой электропроводностью, теплопроводностью и отражательной способностью среди всех металлов.
Открытие химического элемента серебро
История такого химческого элемента как серебро начинается задолго до начала современного исторического отсчета. Самыми ранними историческими сведениями о использовании серебра человечеством датируются пятым тысячелетием до Нашей Эры. Его использовали ассирийцы, готы, греки, римляне, египтяне и многие другие, так как медь, золото и серебро присутствуют в природе в свободном виде. Позднее люди научились сплавлять серебро с другими металлами и появилась необходимость его массового извлечения из недр Земли. Уже к X веку Нашей Эры была организована массовая добыча металла практически на всей планете.
Вследствие вышесказанному, никто из известных науке личностей не имеет никакого отношения к открытию серебра. По поводу русского названия «серебро» ученые спорят до сих пор, но оно прижилось и изменять его никто не планирует.
В России первое серебро было выплавлено в июле 1687 года российским рудознатцем Лаврентием Нейгартом из руд Аргунского месторождения (Нерчинский горный округ). В 1701 году в Забайкалье был построен первый сереброплавильный завод, который на постоянной основе стал выплавлять серебро 3 года спустя. Некоторое количество серебра добывалось на Алтае. Лишь в середине XX века освоены многочисленные месторождения на Дальнем Востоке. Уже к началу XIX века Российская империя занимала по добыче серебра второе место в Европе после Австрийской империи. На сегодняшний день серебро остается одним из драгоценных металлов и его производство на планете относительно сбалансировано.
Характеристики химического элемента серебро
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Твердое |
| Температура плавления | 961,78 ° С |
| Точка кипения | 2162 °С |
| Плотность при Н.У. | 10,503 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | 2.5 |
| Критическая точка | — |
| Мол. теплота плавления | 11,95 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 254,1 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 25,36 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 10,3 см 3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 47 |
| Атомная масса | 107,8682 |
| Электронная конфигурация | 4d105s1 |
| Радиус атома | 145,4 пм |
| Ковалентный радиус | 134 пм |
| Степени окисления | +1, −2, −1, 0, +2, +3 |
| Радиус иона | 89 пм |
| Электроотрицательность | 1,93 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 731,3 кДж/моль |
| Изотопы | ¹⁰⁵Ag, ¹⁰⁶Ag, ¹⁰⁷Ag, ¹⁰⁸Ag, ¹⁰⁹Ag, ¹¹⁰Ag, ¹¹¹Ag |
Добыча и производство серебра
Серебро является достаточно распространенным химическим элементом на Земле. Содержание серебра в земной коре составляет 0,08 частей на миллион, что почти точно соответствует содержанию ртути. Основными источниками серебра считаются сульфидные руды, в число которых входят акантит и аргентит. К слову Аргентина является страной, которая была названа в честь данного химического элемента (Argentum).
Основными источниками серебра являются руды меди, медно-никелевого сплава, свинца и свинцово-цинковых минералов, которые добываются в Перу, Боливии, Мексике, Китае, Австралии, Чили, Сербии и других странах. Перу, Боливия и Мексика добывают серебро с 1546 года и до сих пор являются крупнейшими мировыми производителями. Крупнейшими рудниками по добыче серебра считаются Каннингтон (Австралия), Фреснильо (Мексика), Сан-Кристобаль (Боливия), Антамина (Перу), Рудна (Польша) и Пеньяскито (Мексика). Крупнейшими перспективными проектами по разработке рудников являются Паскуа-Лама (Чили), Навидад (Аргентина), Хаунисипио (Мексика), Малку-Хота (Боливия) и Хакетт-Ривер (Канада). В Центральной Азии, а в частности в Таджикистане, находятся одни из крупнейших в мире месторождений серебра. Большинство действующих серебряных месторождений, в отличие от серебросодержащих месторождений других металлов, образовались в результате третичного вулканизма.
На сегодняшний день известно более 50 минералов содержащих серебро, из которых только около 20 имеют коммерческое значение. В их числе самородное серебро, электрум, кюстелит, аргентит, прустит, бромаргерит, кераргирит, пираргирит, стефанит, полибазит, фрейбергит, аргентоярозит, дискразит и агвиларит. Процесс производства заключается в переработке вышеперечисленных минералов. Первичное производство серебра требует плавки и последующего купелирования серебросодержащих свинцовых руд. Свинец плавится при температуре 327 °C, оксид свинца — при 888 °C, а серебро — при 960 °C. Чтобы отделить серебро, сплав снова плавят при высокой температуре от 960 °C до 1000 °C в окислительной среде. Свинец окисляется до монооксида свинца, тогда известного как глет, который захватывает кислород из других присутствующих металлов. Жидкий оксид свинца удаляется или абсорбируется капиллярным действием в футеровку горна.
Сегодня металлическое серебро в основном производится как вторичный побочный продукт электролитического рафинирования меди, свинца и цинка, а также методом Паркса на свинцовом слитке из руды, также содержащей серебро. В таких процессах серебро следует за цветным металлом через его концентрацию и плавку, а затем очищается. При производстве меди очищенная медь электролитически осаждается на катоде, в то время как менее реакционноспособные драгоценные металлы, такие как серебро и золото, собираются под анодом в виде так называемого «анодного шлама». Затем его отделяют и очищают от цветных металлов обработкой горячей аэрированной разбавленной серной кислотой и нагреванием с известковым или кремнеземистым флюсом, после чего серебро очищают до чистоты более 99,9% электролизом в нитратном растворе.
Применение серебра
Серебро является очень важным химическим элементом с точки зрения применимости и его разнообразие просто поражает. В общих чертах наиболее массовое применение серебра можно разделить на несколько сфер, которые включают электротехнику, ювелирное дело, медицина, химическая промышленность, пищевая промышленность и другие.
В электротехнике серебро применяется в качестве проводников и электродов из-за его высокой электропроводности даже в потускневшем состоянии. Массовое серебро и серебряная фольга использовались для изготовления вакуумных трубок и продолжают использоваться сегодня в производстве полупроводниковых приборов, схем и их компонентов. К примеру серебро используется в высококачественных разъемах для ВЧ , ОВЧ и более высоких частот, особенно в настроенных схемах, таких как резонаторные фильтры, где проводники не могут быть масштабированы более чем на 6%. Печатные схемы и антенны RFID изготавливаются с использованием серебряных красок. Порошкообразное серебро и его сплавы используются в приготовлении пасты для проводниковых слоев и электродов, керамических конденсаторов и других керамических компонентов.
В ювелирном деле его применение так же очень разнообразно и распространяется на такие приложения как чеканка монет, изготовление столовых приборов, зеркал, фурнитуры и элементов декора. Об изготовлении украшений говорить можно часами, так как и по сей день данный химический элемент относится к категории драгоценных металлов. Наиболее интересным в этом плане является чеканка монет. Чеканка монет из серебра началась еще до Нашей Эры, но в ранние времена стоимость монет в большинстве случаев соответствовала стоимости самого металла. На сегодняшний день ситуация изменилась, и изготовление монет из серебра носит инвестиционный, памятный либо специальный характер. Сегодня серебряные слитки имеют валютный код XAG по стандарту ISO 4217. Это один из четырёх драгоценных металлов, имеющих такой код (остальные — платина, палладий и золото).
В медицине серебро входит в состав повязок на раны и используется в качестве антибиотического покрытия в медицинских устройствах. Повязки на раны, содержащие сульфадиазин серебра или наноматериалы серебра, используются для лечения наружных инфекций. Серебро также используется в некоторых медицинских целях, таких как мочевые катетеры и в эндотрахеальных дыхательных трубках. Ион серебра биоактивен и в достаточной концентрации легко убивает бактерии. Серебро и его сплавы используются в черепной хирургии для замены костей, а амальгамы серебра, олова и ртути используются в стоматологии. Диамминфторид серебра, фторидная соль координационного комплекса с формулой [Ag(NH3)2]F, является местным лекарственным средством, используемым для лечения и профилактики кариеса зубов (полостей) и снятия гиперчувствительности дентина.
Серебро очень важный химический элемент в электронике, особенно для проводников и электродов из-за его высокой электропроводности даже в потускневшем состоянии. Массовое серебро и серебряная фольга использовались для изготовления вакуумных трубок и продолжают использоваться сегодня в производстве полупроводниковых приборов, схем и их компонентов. К примеру, серебро используется в высококачественных разъемах для ВЧ, ОВЧ и более высоких частот, особенно в настроенных схемах, таких как резонаторные фильтры, где проводники не могут быть масштабированы более чем на 6%. Печатные схемы и антенны RFID изготавливаются с использованием серебряных красок. Порошкообразное серебро и его сплавы используются в приготовлении пасты для проводниковых слоев и электродов, керамических конденсаторов и других керамических компонентов.
Припои с серебром используются для пайки металлических материалов, в основном сплавов на основе кобальта, никеля и меди, инструментальных сталей и драгоценных металлов. Основными компонентами являются серебро и медь, а другие элементы выбираются в зависимости от области применения. Серебро обеспечивает повышенную обрабатываемость и коррозионную стойкость при использовании. Припои содержащие серебро имеют номенклатуру ПСр-n, где n — цифровое значение процентного содержания серебра. Примерами таковых являются ПСр-10, ПСр-12 и ПСр-25.
Металлическое серебро активно используется в химической промышленности и является хорошим катализатором для реакций окисления. Чистое металлическое серебро используется в качестве пищевого красителя. Оно имеет номенклатурное обозначение E174 и одобрено в Европейском союзе. Традиционные индийские и пакистанские блюда иногда включают декоративную серебряную фольгу, известную как «варк», а в других культурах серебряное драже используется для украшения тортов, печенья и других десертов.
Безопасность серебра как химического элемента
Соединения серебра обладают низкой токсичностью по сравнению с соединениями большинства других тяжелых металлов, поскольку они плохо усваиваются организмом человека при приеме внутрь, а то, что усваивается, быстро превращается в нерастворимые соединения серебра или образует комплексы с металлотионеином. Фторид серебра и нитрат серебра являются едкими и могут вызывать повреждение тканей, что приводит к гастроэнтериту, диарее, падению кровяного давления, судорогам, параличу или остановке дыхания. У животных, многократно получавших соли серебра, наблюдалась анемия, замедление роста, некроз печени и жировая дистрофия печени и почек. У крыс, которым имплантировали серебряную фольгу или вводили коллоидное серебро, наблюдалось развитие локальных опухолей. Парентеральное введение коллоидного серебра вызывает острое отравление серебром. Некоторые виды, обитающие в воде, особенно чувствительны к солям серебра и солям других драгоценных металлов, но что касается рокружающей среды, то в большинстве случаев оно не представляет серьезной опасности.
В больших дозах серебро и содержащие его соединения могут всасываться в кровеносную систему и откладываться в различных тканях организма, что приводит к аргирии – сине-серой пигментации кожи, глаз и слизистых оболочек. Аргирия встречается редко и, насколько известно, не наносит вреда здоровью человека, хотя и обезображивает и обычно носит постоянный характер. Легкие формы аргирии иногда ошибочно принимают за цианоз – синюшный оттенок кожи, вызванный недостатком кислорода.
Некоторые соединения серебра очень взрывоопасны. К таковым относятся по большей своей части азотсодержащие соединения включающие азид серебра, амид серебра, фульминат серебра, ацетилид серебра, оксалат серебра и оксид серебра (II). Они могут взрываться при нагревании, воздействии силы, высушивании, освещении, а иногда и самопроизвольно. Чтобы избежать образования таких соединений, аммиак и ацетилен следует хранить вдали от серебряного оборудования. Соли серебра с сильными окисляющими кислотами, такими как хлорат и нитрат серебра, могут взрываться при контакте с легко окисляемыми материалами, такими как органические соединения, сера и сажа.
Памятные монеты из серебра это интересная мысль для инвестиции!