Серебро

Серебро
Атомный номер	47
Внешний вид простого вещества
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	107,8682 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	144 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	1-й 730,5 кДж/моль (эВ) 2-й: 2070 кДж/моль (эВ) 3-й: 3361 кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Kr] 4d10 5s1
Химические свойства
Ковалентный радиус	134 пм
Радиус иона	(+2e) 89 (+1e) 126 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,93
Электродный потенциал	+0,799
Степени окисления	2, 1
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	10,5 г/см³
Молярная теплоёмкость	25,36[1] Дж/(K·моль)
Теплопроводность	429 Вт/(м·K)
Температура плавления	1 235,1 K
Теплота плавления	11,95 кДж/моль
Температура кипения	2 485 K
Теплота испарения	254,1 кДж/моль
Молярный объём	10,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	4,086 Å
Отношение c/a	—
Температура Дебая	225 K

Серебро — элемент побочной подгруппы первой группы, пятого периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 47. Обозначается символом Ag (лат. Argentum). Один из дефицитных элементов. Простое вещество серебро (CAS-номер: 7440-22-4) — ковкий, пластичный благородный металл серебристо-белого цвета. Кристаллическая решётка — гранецентрированная кубическая. Температура плавления — 963°C, плотность — 10,5 г/см³.

Серебро известно с древнейших времён. Это связано с тем, что в своё время серебро, равно как и золото, часто встречалось в самородном виде — его не приходилось выплавлять из руд. Это предопределило довольно значительную роль серебра в культурных традициях различных народов. В Ассирии и Вавилоне серебро считалось священным металлом и являлось символом Луны. В средние векасеребро и его соединения были очень популярны среди алхимиков. С середины XIII века серебро становится традиционным материалом для изготовления посуды. Кроме того, серебро и по сей день используется для чеканки монет.

Происхождение названия

Достаточно очевидно, что русск. серебро, польск. srebro, болг. сребро, ст.-слав. сьребро восходят к праславянскому *sьrebro, которое имеет соответствия в балтийских (лит. sidabras, др.-прусск. sirablan) и германских (готск. silubr, нем. Silber, англ. silver) языках. Дальнейшая этимология за пределами германо-балто-славянского круга языков неясна, предполагают либо сближение с анатолийским subau-ro «блестящий», либо раннее заимствование из языков Ближнего Востока: ср. аккадск. sarpu «очищенное серебро», от аккадск. sarapu «очищать, выплавлять». По-гречески серебро — «άργυρος», «árgyros», от индоевропейского корня «*H₂erǵó-, *H₂erǵí-», означающего «белый», «блистающий». Отсюда происходит и его латинское название — «argentum».

Нахождение в природе

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.

Известно более 50 природных минералов серебра, из которых важное промышленное значение имеют лишь 15-20, в том числе:

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.

Физические свойства

Самородок серебра

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 + 2HNO_3(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 пленок может быть окислено кислородной плазмой или озоном при облучении ультрафиолетом. Во влажном воздухе в присутствии даже малейших следов двухвалентной серы (сероводород, тиосульфаты, резина) образуется налет 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 дает 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 (I).

Соли серебра (I), за редким исключением (нитрат, фторид), нерастворимы в воде, что часто используется для определения ионов галогенов (хлора, брома, йода) в водном растворе.

Применение

Серебряная монета

• 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.
• Из-за высочайшей электропроводности и стойкости к окислению применяется:
  • в электротехнике и электронике как покрытие ответственных контактов
  • 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 времен. 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 посеребренный 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 203 дня]}. 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.

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

Обычно серебро поступает в организм с водой и пищей в ничтожно малых количествах — всего 7 микрограммов в сутки. И при этом такое явление, как дефицит серебра, пока нигде не описано. Ни один из серьёзных научных источников не относит серебро к жизненно важным биоэлементам. Серебро — это тяжёлый металл. Пить воду с ионами серебра не стоит.

Серебро (как и золото) — клеточный яд, ксенобиотик: ионы серебра замещают ионы микроэлементов в ферментах, ответственных за метаболизм и размножение. Это приводит к нарушению функции клетки и к её гибели. Постоянное употребление серебра даже в малых дозах может вызвать хроническое заболевание, связанное с повышенным содержанием серебра в организме — аргирию (аргентоз, аргироз). Согласно документу «Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.4.1074-01» ПДК по содержанию катионов серебра в питьевой воде составляет 0,05 мг/л (для сравнения, у свинца — 0,03 мг/л), нормируется по санитарно-токсикологическому признаку вредности, класс опасности 2 (высокоопасные). С точки зрения применения серебра для дезинфекции питьевой воды в системах водоподготовки этот метод ничем не отличается от использования в тех же целях хлорирования, йодирования, бромирования и других химических методов обеззараживания. При выборе фильтрующих систем следует отдавать предпочтение тем, в которых серебро надёжно закреплено в волокнах ионнообменного материла, где катионы серебра угнетают развитие бактерий, но покинуть фильтр не могут, не вымываются и не попадают в очищенную воду. Использование серебра в качестве бактерицида — в любой концентрации — в воде, предназначенной для детского питания, запрещено законодательно^{[источник не указан 194 дня]}. Коллоидное серебро нередко пропагандируется в качестве универсального лекарства от всех болезней. Между тем, американское Управление по продуктам и лекарствам (FDA) не рекомендует это средство для лечения заболеваний. По данным FDA, коллоидное серебро не только неэффективно, но и может вызывать серьёзные побочные эффекты. Помимо аргирии, при длительном его употреблении может возникать поражение почек, неврологические расстройства, нарушение пищеварения, головные боли и хроническая усталость, считают специалисты.

Подобная позицией характеризуется медицинское сообщество всего мира (за исключением Индии).

Добыча серебра

Предполагается, что первые месторождения серебра находились в Сирии в (5000-3400 гг. до н. э.), откуда металл привозили в Египет.

В VI—V веках н. э. центр добычи серебра переместился в Лаврийские рудники в Греции.

C IV по середину I века до н. э. лидером по производству серебра были Испания и Карфаген.

Во II—XIII вв. действовало множество рудников по всей Европе, которые постепенно истощались.

В XV—XVI вв. на первый план выходят Рудные горы.

Освоение Америки привело к открытию богатейших месторождений серебра в Кордильерах. Главным источником становится Мексика, где в 1521—1945 гг. было добыто около 205 тыс. т металла — около трети всей добычи за этот период. В крупнейшем месторождении Южной Америки — Потоси — за период с 1556 по 1783 год добыто серебра на 820513893 песо и 6 «прочных реалов» (последний в 1732 году равнялся 85 мараведи).

В России первое серебро было добыто 1704 году на Нерчинских рудниках Забайкалья. Некоторое количество добывалось на Алтае. Лишь в середине XX века освоены многочисленные месторождения на Дальнем Востоке.

В 2008 году всего добыто 20 900 т серебра. Лидером добычи является Перу (3 600 т), далее следуют Мексика (3 000 т), Китай (2 600 т), Чили (2 000 т), Австралия (1 800 т), Польша (1 300 т), США (1 120 т), Канада (800 т).

На 2008 год, лидером добычи серебра в России является компания Полиметалл, добывшая в 2008 году 535 т^[5].

Мировые запасы серебра оцениваются в 570 000 т.

• Пираргирит