Свойства и применение серебра, металл в жизни человека

Серебро — металл белого цвета, ценящийся за декоративную красоту, химическую инертность и электрическую проводимость. В периодической системе Д. И. Менделеева занимает позицию между золотом и медью, а физические и химические свойства являются промежуточными между этими элементами. Его латинское название argentum имеет индоевропейское происхождение и означает «белый, блистающий».

Описание и свойства

Ag является одним из элементов, составляющих нашу планету наряду с железом, оловом, кремнием и множеством разных веществ. Обычно оно играет вторую скрипку в дуэте с другим драгоценным металлом — золотом, но основные свойства серебра заслуживают не меньшего внимания. Например, оно является лучшим среди металлов проводником тепла, электричества, а также отражателем видимого света, поэтому до изобретения технологии производства зеркал из стекла и амальгамы дамы смотрелись в зеркальца из полированного серебра.

Чистое серебро слишком мягкое для таких изделий, как ювелирные украшения и столовая посуда. Передающиеся по наследству вилки, ножи, браслеты и канделябры, скорее всего, изготовлены из сплава с медью в соотношении 92,5 к 7,5% (иногда используются другие металлы). Характеристика серебра согласно Jefferson Lab:

• атомный номер (число протонов в ядре): 47;
• символ: Ag;
• атомный вес (средняя масса атома): 107,8682;
• плотность: 10,501 грамм на кубический сантиметр;
• фаза вещества при комнатной температуре: твёрдая;
• точка плавления: 961,78 С;
• температура кипения: 2162 С;
• количество изотопов (атомы одного и того же элемента с разным количеством нейтронов): 66; 2 стабильны;
• наиболее распространённые изотопы: Ag-107 (51,839% содержания в природе) и Ag-109 (48,161% содержания в природе).

Поскольку чистоте драгоценных металлов уделяется особое внимание, узнать, из чего состоит серебро конкретного изделия, можно по его марке.

Этот параметр обозначает химический состав металла и процентное соотношение различных примесей. На него распространяются государственные требования к стандарту и качеству (ГОСТ).

История добычи и обработки

Человечество давно заметило, что серебро прекрасно выглядит, отлично поддаётся обработке и не подвергается коррозии. Историки отмечают его появление в виде ювелирных изделий и в качестве средства обмена не ранее 4 тыс. лет до нашей эры. Самые древние разработки значительного размера были обнаружены в Кападдокии на территории современной Турции. Сюда металлургия проникла, как составляющая куро-араккской культуры, с Кавказа.

В природе серебро встречается в виде самородков, но чаще всего находится в связанном состоянии в составе медных или свинцовых руд. Человек уже к 2000 году до н. э. наладил его добычу и переработку. Целью было изготовление неочищенного свинцово-серебряного сплава, который затем купелировали (метод окислительного плавления) для получения металла в относительно чистом виде. Самые известные из древних шахт располагались на месторождении Laurium в Греции. Активная добыча здесь велась от 500 года до н. э. до 100 года н. э.

До эпохи Возрождения особых проблем с этим металлом в Европе, Передней Азии и Северной Африке, берберские племена которой до сих пор носят исключительно серебряные украшения, не было. Из него делали не только монеты, ювелирные произведения, но и предметы домашнего обихода. В те времена обычным делом было как запахнуть кафтан на серебряные пуговицы, так и рассчитаться ими при необходимости с кредитором.

Однако самородное серебро стало встречаться всё реже, а богатые руды в месторождениях иссякли. Между тем потребность росла. Положение спасло неожиданное открытие Нового Света.

В XVI веке конкистадорами были обнаружены серебряные рудники в Мексике, Боливии и Перу. Их дальнейшая разработка привела к подъёму благосостояния испанцев и признанию Южной и Центральной Америк крупнейшими регионами в мире по добыче этого металла. Но уже к середине века местные запасы истощились, себестоимость возросла и производство стало приходить в упадок.

Метод патио

Для более качественного извлечения серебра из руды доминиканский богослов Бартоломе до Медина в 1554 г. изобрёл процесс патио. Конструкция приобрела название за схожесть с элементом классического архитектурного стиля. Известно, что этот способ получения благородных металлов был знаком людям ещё во времена античности, но затем утерян (ныне известен под названием амальгамация). В нём применялось смешивание сильно измельчённой руды с солью, водой и ртутью. Смесь помещалась в небольшое пространство, огороженное бортиком.

Несколько недель компоненты прогревались на открытом солнце и перемешивались при помощи мулов. В результате сложной реакции получались амальгама, ртуть и пустая порода. Это позволило исключить применявшееся ранее плавление и значительно расширить добычу драгоценных металлов в Новом Свете. Технология сохраняла ведущую роль до 20-х годов XX века пока не была вытеснена более прогрессивным электрохимическим методом. Её основные недостатки:

• присутствие примесей в конечном продукте;
• загрязнение окружающей среды;
• вредность для организма человека.

Существует мнение, согласно которому американское серебро, привезённое испанцами в Европу, спровоцировало высокую инфляцию XVI—XVII вв. Не вызывает сомнений его роль в становлении новой экономической формации, а также в развитии торговых отношений с Азией и Индией.

В середине XIX в. большое месторождение серебра было обнаружено в штате Невада. Благодаря этому Соединённые Штаты на несколько десятков лет стали крупнейшим производителем Ag в мире. Сейчас по показателям добычи лидируют Мексика, Китай, Перу, Австралия и Россия.

Русское серебро

Получилось так, что на территории Русской равнины залежей серебра оказалось очень мало. Спрос на него удовлетворялся в основном за счёт переплавки иноземных монет. Активные поиски месторождений начинаются в XV в. одновременно со становлением централизованного государства и ростом торговли. К началу XVIII в. дефицит металлов привёл к уменьшению веса монет, а потребности бюджета требовали увеличения денежной массы в два раза.

Привозной металл не покрывал нужды экономики и Пётр I законами и привилегиями всячески стимулировал население на поиски и разработку месторождений. Результаты его усилий стали ощутимы в первые десятилетия XVIII века. К этому времени Нерчинские месторождения дали 2 тыс. кг драгоценного металла. Историческим свидетельством важности этой работы является медаль с надписью «из серебра домашнего», выпущенная в 1721 г. в честь Ништадтского мира.

С тех пор на территории страны было открыто более 100 месторождений. Самое значительное из них — Дукатское находится в Магаданской области. Кроме этого региона, к основным районам добычи в России относятся:

• Красноярский край;
• Читинская область;
• Якутия.

Сферы применения

За тысячелетия использования в разных сферах жизни серебро не только не утратило прежних позиций, но и приобрело новые. В нынешнее время более половины произведённого Argentum используется в промышленности. Области его применения распространяются на электронику, медицину, химическое производство различных направлений и другие отрасли.

Использование в электронике

Непревзойдённая тепловая и электрическая проводимость не позволяет заменить серебро более дешёвыми металлами. Например, оно используется в очень малых количествах в качестве контактов в электрических переключателях. Включается ли свет в помещении с помощью обычного выключателя или запускается микроволновая печь посредством переключателя мембраны — ток проходит только по соединённым контактам.

Все автомобили и роботы на конвейерной сборке наполнены контактами, управляющими электронными функциями.

Растворение чистого Ag в азотной кислоте приводит к образованию нитрата серебра, который формируется в виде порошка, хлопьев или пасты. Такая паста применяется для прокладки электрических цепей на платах электроприборов, в том числе многослойных керамических конденсаторов. Перспективно её использование в фотогальванических элементах для производства солнечной энергии.

Наносеребро, размер частиц которого чрезвычайно мал (1 нм = 10⁻⁹ метра), обеспечило новый рубеж для технологических инноваций. Технология требует гораздо меньшего количества металла, а области её применения расширяются с каждым годом:

1. Нанесение дорожек проводящими чернилами на основе наносеребра — один из современных способов производства печатных плат.
2. Вещество применяется в суперконденсаторах, которые могут заряжаться и разряжаться быстро и многократно.
3. Серебряные электроды в плазменных телевизорах намного повышают качество изображения, а в светоизлучающих диодах экономят энергопотребление.
4. DVD и компакт-диски имеют тонкий записывающий слой серебра.

Ag и его сплав с цинком применяется в лёгких батареях с большой ёмкостью, работающих при высокой температуре.

Их используют для питания камер и часов, а также в аэрокосмической и оборонной промышленности. Такие устройства выступают альтернативой литиевым батареям для портативных компьютеров и электромобилей. Argentum часто используется в составе управляющих стержней для захвата нейтронов и замедления скорости деления в ядерных реакторах.

https://youtube.com/watch?v=D7BE1pqP2mI

Пайка и химическое производство

Благодаря высокой прочности на разрыв и пластичности серебро используют для соединения двух металлических деталей. Такая пайка происходит при температуре выше 600 °C (традиционная не превышает 600°С). Процесс не требует очень чистого металла поэтому может быть использован серебряный лом. В результате получаются плотные и надёжные соединения любого назначения. Антибактериальные свойства и нетоксичность материала делают его предпочтительным для сочленения водопроводных труб.

Металл действует как катализатор для получения двух важных химических веществ: окиси этилена и формальдегида. Первое используют для производства формованных пластмасс: пластиковые ручки, гибкие пластики (полиэстер). Он также является основным ингредиентом в антифризе. Формальдегид нужен для изготовления твёрдых пластмасс, смол и в качестве защитного покрытия. Он является дезинфицирующим средством и бальзамирующим веществом.

Применение в медицине

Антибактериальные свойства Ag были известны с древности. Недаром состоятельные люди в любые времена предпочитали аксессуары и столовую посуду из благородных металлов, а доктора оборачивали раны серебряной фольгой ещё до изобретения антибиотиков. Наука обнаружила, что ионы серебра поглощают кислород, бактерии не могут дышать и погибают.

Элемент используют в коллоидных растворах и в белковых комплексах внутренне и местно. Его включают в состав глазных капель, назальных спреев и средств для гигиены полости рта. В последнее время появление устойчивых к антибиотикам супербактерий увеличивает спрос на препараты серебра в больницах:

1. Небольшого его количества достаточно для дезинфекции поверхностей и медицинского оборудования с целью предотвращения распространения патогенных микроорганизмов.
2. Ag в составе хирургических инструментов, перевязочных материалов и мазей защищает раны от инфекции.
3. Сульфадиациновое серебро особенно полезно для пострадавших от ожогов. Оно не только убивает бактерии, но и способствует росту новых клеток кожи.
4. Ионы металла могут лечить инфекции костей и регенерировать повреждённые ткани.

Опасные характеристики

Хотя Ag не считается токсичным, но всё же серебро — тяжёлый металл и длительный его приём даже в небольших количествах может привести к неприятным последствиям. Наиболее опасным бывает профессиональный контакт с растворимыми соединениями металла или его пылью. Чрезмерным их воздействием вызывается состояние аргирии. Наиболее неприятным его симптомом является изменение цвета кожных покровов. Они приобретают фиолетовый или фиолетово-серый оттенок. Состояние может быть общим или местным, затрагивать слизистые оболочки и конъюнктивы.

У животных и человека постоянное употребление продуктов серебра обычно приводит к постепенному накоплению его соединений в различных частях тела.

Известны случаи изменения цвета лица после применения капель для носа или глаз с коллоидным серебром. Как правило, косметический дефект сохраняется многие годы.

Серебро — металл, свойства которого играют огромную роль в прошлом, настоящем и будущем цивилизации. Благодаря своей универсальности он всегда будет занимать значительное место в повседневной жизни и промышленном производстве. Его длинная история в монетах, ювелирных и антикварных изделиях останется напоминанием о том, какой яркий путь прошёл этот благородный металл.