На каких свойствах веществ основано применение серебра
Серебро – один из драгоценных металлов, химический элемент, который известен человечеству с древних времён. Серебро очень долгое время применялось в качестве сырья для изготовления посуды, украшений, оружия, оформлении предметов интерьера (в частности, мебели и зеркал). Серебро до сих пор используется для чеканки монет, а также производства ювелирных украшений. Применение серебра в различных отраслях обуславливает, в частности, динамику рыночных цен на этот драгоценный металл. Чтобы понимать специфику изменения последних, необходимо знать, какие современные сферы народного хозяйствования нуждаются в серебре. Об этом мы и поговорим в этой статье.
Как уже было отмечено выше, сфера применения серебра довольно разнообразна. К современным сферам применения этого драгоценного металла относят:
- химическая промышленность;
- производство контактов для различных электротехнических изделий (как правило, реле и конденсаторов);
- производство аккумуляторных батарей;
- ювелирная отрасль;
- фотография;
- изготовление медалей и других наград;
- чеканка монет;
- изготовление зеркал;
- медицина и другие.
Далее мы раскроем основные из современных сфер применения серебра более подробно.
Химическая промышленность
Сферы применения серебра постоянно расширяются. Формами данного драгоценного металла являются не только сплавы, но и различного рода химические соединения. Некоторое количество добываемого серебра регулярно потребляется сферой производства аккумуляторных батарей.
А знаете ли Вы, что именно серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые аккумуляторные батареи обладают очень высокой энергоплотностью и массовой энергоёмкостью, а также обладают способностью выдавать в нагрузку очень большие токи при наличии малого внутреннего сопротивления.
Одной из сфер применения серебра является изготовление лабораторной посуды
Если говорить о непосредственных сферах применения серебра в химической промышленности, то стоит, безусловно, отметить следующие аспекты:
- в химической промышленности повсеместно применяются специальные аппараты из серебра, которые направлены на получение ледяной уксусной кислоты и фенола;
- для нужд химической промышленности изготавливается серебряная лабораторная посуда, а именно тигли или лодочки, которые используют при проведении экспериментов плавления щелочей или солей щелочных металлов;
- серебро в чистом виде, а также его соединения являются уникальными катализаторами, которые используют в таких реакциях обмена как водород-дейтерий; детонация смеси воздуха с ацетиленом; сжигание окиси углерода; окисление спиртов в альдегиды кислоты и многие другие.
Фотография
Роль серебра в современной фотографии нельзя недооценивать
Ещё до изобретения фотографии немецкий учёный И. Шульце при проведении опытов обнаружил уникальную светочувствительность серебра. Произошло это в середине XVIII века. Лишь спустя 100 лет, а именно 19 августа 1839 года в Парижской академии наук заявили о том, что получен способ получения изображения, который впоследствии получил название «дагерротип». Сущность данного способа получения фотоснимков заключалась в том, что изображение получали путём обработки парами ртути экспонированного слоя AgI, который был нанесён на отполированную пластину серебра.
Уникальность данного способа заключалась в том, что такая серебряная пластина в местах воздействия на неё света образовывала серебряную амальгаму, рассеивающую свет. После того, как удалялся избыток AgI и обнажалась зеркальная поверхность, появлялась возможность наблюдать изображение, держа пластину под определённым углом.
Конечно, современные технологии фотографии – намного прогрессивнее, однако роль серебра в них из-за этого не уменьшилась. Сегодня основным светочувствительным материалом для фотографии являются кристаллы галогенидов серебра.
Сочетание в таких кристаллах различных физико-химических свойств серебра позволило разработать оптимальный способ получения фотографии в относительно сжатые сроки.
Это интересно! Практическая фотография существенно опередила теоретическое обоснование полученных в результате проведённых исследований результатов, но сегодня этот разрыв быстро сокращается.
Однако, широкое применение фотографии ведёт к истощению мировых запасов серебра и, как следствие, к удорожанию этого драгоценного металла.
Другие сферы применения
Как уже отмечалось выше, сфера применения серебра – обширна. Охарактеризуем вкратце некоторые из них.
Так, серебро, в частности, применяется в пищевой промышленности в виде серебряных аппаратов, которые служат для приготовления фруктовых соков и некоторых других напитков.
Многие аппарат, которые используют в пищевой промышленности, имеют в своём составе серебро
В фармацевтической отрасли известно множество препаратов, в состав которых входит коллоидное серебро.
Коллоидное серебро активно используется в медицине
При производстве высококачественных оптических зеркал используют металлическое серебро.
Серебро также используют при производстве оптических зерекал
При производстве аккумуляторов бруски или электролитический порошок серебра используют в качестве положительных электродов в противовес пластинкам из окиси цинка, которые служат отрицательными электродами.
Электротехническая промышленность является той отраслью, которая потребляет наибольшее количество серебра. Здесь серебро, как правило, используют для серебрения медных проводников, а также при использовании высокочастотных волноводов.
Между тем, серебро используют:
- при производстве радиоэлектронных компонентов (например, транзисторов и микросхем);
- в качестве добавки к свинцу в процессе отливки токоотводов положительных пластин свинцовых аккумуляторов;
- некоторые радарные поверхности покрывают хлоридом серебра, который, кроме того, используется не менее активно в инфракрасной оптике;
- для генерации ультрафиолетового излучения используют монокристаллы фторида серебра;
- в фильтрах противогазов серебро применяют в качестве катализатора;
- карбид (ацетиленид серебра) нечасто применяют в качестве мощного инициирующего взрывчатого вещества при производстве некоторых детонаторов;
- в процессе варки специального стекла, которое используется для дозиметрии излучений, применяют фосфат серебра;
- серебро также является официально зарегистрированной пищевой добавкой, наименование которой E174;
- в приборо- и электромашиностроении также применяется серебро, где нашло применение уникальное свойство серебра, которое характеризует этот драгоценный металл как отличный практически не окисляющийся проводник тока;
- и, конечно же, серебро применяют в ювелирной промышленности, где этот драгоценный металл может выступать как в качестве основного, так и легирующего материала для ювелирных украшений.
Перспективы
В последние несколько лет было произведено несколько открытий, которые позволили выявить кардинально новые области применения драгоценного металла серебро в ювелирной отрасли, медицине и промышленности. Современные учёные отмечают невероятные свойства серебра, которые способствуют применению (использованию) данного драгоценного металла во многих отраслях.
Возможно Вас удивит тот факт, что в мире создан и функционирует Институт серебра, который сегодня рассказывает о перспективах применения серебра.
Калифорнийские учёные, в частности, изобрели новый способ использования драгоценного металла серебро для производства твёрдого материала, соединившего в себе лучшие качества металла и стекла.
Современный высокотехнологический процесс производства при использовании серебра и различных смесей других компонентов позволяет получить уникальный состав «метало-стекло», который можно использовать для производства медицинских имплантатов. Учёные настаивают, что «серебряные» имплантаты значительно превосходят по своим свойствам существующие сегодня аналоги. Вместе с тем, такие уникальные имплантаты способны уменьшить вероятность заражения инфекцией ввиду того, что серебро является уникальным антибактериальным (обеззараживающим) веществом.
В ювелирной отрасли также проводятся разработки, которые позволяют выявить практическое значение уникальных свойств серебра. Так, в частности, уже известен миру сплав таких драгоценных металлов как серебро и платина, который имеет название «Platinaire». Такой сплав включает в себя 92,5% серебра и 5% платины. Данный сплав более устойчив к окислению и в несколько раз твёрже чистого серебра, а его себестоимость намного ниже золота.
Наночастицы, которые изготавливаются из серебра, сегодня широко применяются в качестве сенсоров, определяющих болезнетворные бактерии.
Респираторная маска с частицами серебра, которые способны убивать микроорганизмы также является достоянием современной науки.
Органическое серебро необходимо наносить на рану
Исследователи университета Висконсин изобрели способ нанесения серебра на раны при помощи резиновой печати, что позволяет использовать точное количество серебра и провести полную дезинфекцию раны всего за несколько секунд. Пока данная разработка тестируется на животных, однако уже сегодня многие учёные отмечают возможность её применения в медицине в ближайшем будущем.
Для нефтяных компаний на заметку! С помощью серебра можно ликвидировать разливы нефти. Для этого необходимо изготовить специальный раствор на основе серебра.
Серебро – уникальный драгоценный металл, который, по мнению отдельных экспертов и учёных, сегодня недооценён человечеством. Серебро имеет большой потенциал применения в различных сферах жизнедеятельности человека. Если, по крайней мере, какая-то часть из этих сфер обретёт популярность, стоимость серебра на рынке однозначно существенно возрастёт.
Источник
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 х 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.
Месторождения
Значительные месторождения серебра расположены на территориях следующих стран:
Германия, Испания, Перу, Чили, Мексика, Китай, Канада, США, Австралия, Польша, Россия, Казахстан, Румыния, Швеция, Чехия, Словакия, Австрия, Венгрия, Норвегия.
Также, месторождения серебра есть в Армении, Кипре, Сардинии.
Физические свойства
Чистое серебро — довольно тяжёлый (легче свинца, но тяжелее меди), необычайно пластичный серебристо-белый металл (коэффициент отражения света близок к 100 %). Тонкая серебряная фольга в проходящем свете имеет фиолетовый цвет. C течением времени металл тускнеет, реагируя с содержащимися в воздухе следами сероводорода и образуя налёт сульфида. Обладает высокой теплопроводностью. При комнатной температуре имеет самую высокую электропроводность среди всех известных металлов.
Химические свойства
Серебро, будучи благородным металлом, отличается относительно низкой реакционной способностью, оно не растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах. Однако в окислительной среде (в азотной, горячей концентрированной серной кислоте, а также в соляной кислоте в присутствии свободного кислорода) серебро растворяется:
Ag + 2HNO3(конц.) = AgNO3 + NO2↑ + H2O
Растворяется оно и в хлорном железе, что применяется для травления:
Ag + FeCl3 = AgCl + FeCl2
Серебро также легко растворяется в ртути, образуя амальгаму (жидкий сплав ртути и серебра).
Серебро не окисляется кислородом даже при высоких температурах, однако в виде тонких плёнок может быть окислено кислородной плазмой или озоном при облучении ультрафиолетом. Во влажном воздухе в присутствии даже малейших следов двухвалентной серы (сероводород, тиосульфаты, резина) образуется налёт малорастворимого сульфида серебра, обуславливающего потемнение серебряных изделий:
4Ag + 2H2S + O2 = 2Ag2S + 2H2O
Свободные галогены легко окисляют серебро до галогенидов:
2Ag + I2 = 2AgI
Однако на свету эта реакция обращается, и галогениды серебра (кроме фторида) постепенно разлагаются.
При нагревании с серой серебро даёт сульфид.
Наиболее устойчивой степенью окисления серебра в соединениях является +1. В присутствии аммиака соединения серебра (I) дают легко растворимый в воде комплекс [Ag(NH3)2]+. Серебро образует комплексы так же с цианидами, тиосульфатами. Комплексообразование используют для растворения малорастворимых соединений серебра, для извлечения серебра из руд. Более высокие степени окисления (+2, +3) серебро проявляет только в соединении с кислородом (AgO, Ag2O3) и фтором (AgF2, AgF3), такие соединения гораздо менее устойчивы, чем соединения серебра .
Соли серебра , за редким исключением (нитрат, перхлорат, фторид), нерастворимы в воде, что часто используется для определения ионов галогенов (хлора, брома, йода) в водном растворе.
Применение
* Так как обладает наибольшей электропроводностью, теплопроводностью и стойкостью к окислению кислородом при обычных условиях, применяется для контактов электротехнических изделий, например, контакты реле, ламели, а также многослойных керамических конденсаторов.
* В составе припоев: медносеребряный припой ПСР-45 используется для пайки медных котлов, чем выше процент серебра, тем выше качество; иногда также, добавляя его к свинцу в количестве 5 %, им заменяют оловянный припой.
* В составе сплавов: для изготовления катодов гальванических элементов (батареек).
* Применяется как драгоценный металл в ювелирном деле (обычно в сплаве с медью, иногда с никелем и другими металлами).
* Используется при чеканке монет, наград — орденов и медалей.
* Галогениды серебра и нитрат серебра используются в фотографии, так как обладают высокой светочувствительностью.
* Йодистое серебро применяется для управления климатом («разгон облаков»)
* Из-за высочайшей электропроводности и стойкости к окислению применяется:
o в электротехнике и электронике как покрытие ответственных контактов и проводников в высокочастотных цепях
o в СВЧ технике как покрытие внутренней поверхности волноводов
* Используется как покрытие для зеркал с высокой отражающей способностью (в обычных зеркалах используется алюминий).
* Часто используется как катализатор в реакциях окисления, например при производстве формальдегида из метанола.
* Используется как дезинфицирующее вещество, в основном для обеззараживания воды. Некоторое время назад для лечения простуды использовали раствор протаргол и колларгол, которые представляли собой коллоидное серебро.
Области применения серебра постоянно расширяются и его применение — это не только сплавы, но и химические соединения. Определённое 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.
Серебро используется 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).
Хлорид серебра используется 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.
Монокристаллы фторида серебра используются для генерации лазерного излучения с длиной волны 0,193 мкм (ультрафиолетовое излучение).
Серебро используется в качестве катализатора в фильтрах противогазов.
Ацетиленид серебра (карбид) изредка применяется как мощное инициирующее взрывчатое вещество (детонаторы).
Фосфат серебра используется для варки специального стекла, используемого для дозиметрии излучений. Примерный состав такого стекла: фосфат алюминия — 42 %, фосфат бария — 25 %, фосфат калия — 25 %, фосфат серебра — 8 %.
Перманганат серебра, кристаллический тёмно-фиолетовый порошок, растворимый в воде; используется 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.
Серебро зарегистрировано в качестве пищевой добавки Е174.
В медицине
Одной из важных сфер использования серебра являлась алхимия, тесно связанная с медициной. Уже за 3 тыс. лет до н. э. в Китае, Персии и Египте были известны лечебные свойства самородного серебра. Древние египтяне, например, прикладывали серебряную пластину к ранам, добиваясь их быстрого заживления. О способности этого металла долгое время сохранять воду пригодной для питья также знали с древних времён. Например, персидский царь Кир в военных походах перевозил воду только в серебряных сосудах. Знаменитый средневековый врач Парацельс лечил некоторые болезни «лунным» камнем — азотнокислым серебром (ляпис). Этим средством в медицине пользуются и поныне.
Развитие фармакологии и химии, появление множества новых природных и синтетических лекарственных форм не уменьшили внимания современных медиков к этому металлу. В наши годы оно продолжает широко использоваться в индийской фармакологии (для изготовления традиционных в Индии аурведических препаратов). Аюрведа (Ayurveda) — это древний способ диагностики заболеваний и лечения, малоизвестный за пределами Индии. Более 500 млн человек в Индии принимают такие препараты, поэтому очевидно, что потребление серебра в фармакологии страны очень велико. Сравнительно недавно современные исследования клеток организма на содержание серебра привели к заключению, что оно повышено в клетках мозга. Таким образом, сделан вывод, что серебро является металлом необходимым для жизнедеятельности человеческого организма и что открытые пять тысячелетий назад лечебные свойства серебра не утратили своей актуальности и в настоящее время.
Мелкораздробленное серебро широко применяется для обеззараживания воды. Вода, настоянная на порошке серебра (как правило, применяют посеребрённый песок) или профильтрованная через такой песок, почти полностью обеззараживается. Серебро в виде ионов активно взаимодействует с различными другими ионами и молекулами. Малые концентрации полезны, так как серебро уничтожает многие болезнетворные бактерии. Установлено также, что ионы серебра в малых концентрациях способствуют повышению общей сопротивляемости организма к инфекционным заболеваниям[источник не указан 569 дней]. Развивая это направление использования, в довершение к зубным пастам, защитным карандашам, керамическим плиткам, покрытым серебром, в Японии даже стали изготавливать ладан, который содержит ионизированное серебро и при сжигании высвобождает ионы, убивающие бактерии.На этом свойстве серебра основано действие таких лекарственных препаратов, как протаргол, колларгол и др., представляющих собой коллоидные формы серебра и способствующих излечению гнойных поражений глаз. В настоящее время протаргол и колларгол применяются всё реже в связи с низкой их эффективностью и высокой вероятностью отравления серебром.
Давно известно что если к серебряным электродам приложить напряжение в несколько вольт, то их обеззараживающее действие заметно усиливается (данный эффект использовался в портативных бытовых приборах для обеззараживания воды). Значительное усиление эффекта наблюдается если на поверхности электродов выращивать серебряные наностолбики. При этом напряжение не обязательно прикладывать непосредственно к электродам, а можно создавать внешним полем.
Ещё более эффективно действует слабый раствор комплексного соединения серебра с аммиаком, применяющийся в медицине под названием аммарген (производное от слов «аммиак» и «аргентум»). Нитраты серебра в виде раствора аммаргена широко применяются для промывания ран или слизистой оболочки при различных воспалительных состояниях, а также используются в изготовлении различных антибактериальных средств.
Физиологическое действие
Следы серебра (порядка 0,02 мг/кг веса) содержатся в организмах всех млекопитающих. Но его биологическая роль недостаточно изучена. У человека повышенным содержанием серебра (0,03 мг на 1000 г свежей ткани, или 0,002 вес.% в золе) характеризуется головной мозг. Интересно, что в изолированных ядрах его нервных клеток — нейронах — серебра гораздо больше (0,08 вес.% в золе).
С пищевым рационом человек получает в среднем около 0,1 мг. Ag в сутки. Относительно много его содержит яичный желток (0,2 мг в 100 г). Выводится серебро из организма главным образом с калом.
Ионы серебра обладают исключительно сильно выраженными бактерицидными свойствами. Небольшого количества этих ионов, перешедших из металла в воду, достаточно, чтобы она не портилась длительное время. Это было известно ещё в древности. 2500 лет назад персидский царь Кир в своих военных походах использовал серебряные сосуды для хранения воды. Покрытие поверхностных ран серебряными пластинами практиковалось ещё в древнем Египте. Очистку больших количеств воды, основанную на бактерицидном действии серебра, особенно удобно производить электрохимическим путём. Нижний предел бактерицидного действия серебра оценивается содержанием его в воде порядка 1 мкг/л.
Источник