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银(化学元素)

银(Argentum),为过渡金属的一种。化学符号Ag。银是古代就已知并加以利用的金属之一,是一种重要的贵金属。银在自然界中有单质存在,但绝大部分是以化合态的形式存在于银矿石中。银的理化性质均较为稳定,导热、导电性能很好,质软,富延展性。其反光率极高,可达99%以上。有许多重要用途。 [1]

(本词条以银的化学元素性质为主要介绍对象,有关其单质形式所涉及的社会等方面(如价格、收藏意义等)含义,见白银词条)

银的化学符号Ag,来自于银的拉丁文名称Argentum,是“浅色、明亮”的意思。

银字属于艮字族。在艮字族里,艮字都是声符兼义符。艮字族汉字都与“边界”、“极限”之义有关。银的本义是“(价值)接近于黄金的金属”。 [2]

在古代,人类就对银有了认识。银和黄金一样,是一种应用历史悠久的贵金属,至今已有4000多年的历史。我国考古学者从出土的春秋时代的青铜器当中就发现镶嵌在器具表面的“金银错”(一种用金、银丝镶嵌的图案)。从汉代古墓中出土的银器已经十分精美。由于银独有的优良特性,人们曾赋予它货币和装饰双重价值,在古代,银的最大用处是充当商品交换的媒介货币。英镑和我国解放前用的银元,就是以银为主的银铜合金。 [1]

天然银多半是和金、汞、锑、铜或铂成合金,天然金几乎总是与少量银成合金。我国古代已知的琥珀金,在英文中称为ELECTRUM,就是一种天然的金银合金,含银约20%。

公元前三百多年,马其顿王国皇帝亚历山大带领军队东征时,受到热带痢疾的感染,大多数士兵得病死亡,东征被迫终止。但是,皇帝和军官们却很少染疾。这个谜直到现代才被解开。原来皇帝和军官们的餐具都是用银制造的,而士兵的餐具都是用锡制造的。银在水中能分解出极微量的银离子,这种银离子能吸附水中的微生物,使微生物赖以呼吸的酶失去作用,从而杀死微生物。银离子的杀菌能力十分惊人,十亿分之几毫克的银就能净化1千克水。

我国古代法医早就懂得用"银针验尸法"来测定死者是否中毒而死,帮助破获了不少谋杀案件。

银还是一种可为人类食用的金属,在我国和印度均有用银箔包裹食品和丸药服用的记载。同时银还是某些生物的食物。据我国古籍《天香楼外史》记载:古时候有一个妇人藏了150两私房银。有一天她开箱查看藏银,银竟不翼而飞。妇人大吃一惊,怀疑被人盗走,一时弄得全家人心惶惶。后来再开箱寻找,只见一大堆白蚁正团团集在一起,吃着残存的银粒。妇人一气之下,把白蚁投入炉中,以解心头之恨。“火烧蚁死,白银复出”,一称,恰好150两。

银在自然界中含量不多,少量以单质形式存在,但更多地以化合态存在

银是白色有光泽的金属,原子结构是面心立方结构

429 W/(mK)

银溶于硝酸,生成硝酸银。

Ag+2HNO3(浓)=AgNO3+H2O+NO2

3Ag+4HNO3(稀)=3AgNO3+2H2O+NO↑

银不易与硫酸反应,因此硫酸在珠宝制造中,能用于清洗银焊及退火后留下的氧化铜火痕。银易与硫以及硫化氢反应生成黑色的硫化银,这在失去光泽的银币或其他物品上很常见。银在高温下可以和氧气反应,生成棕黑色的氧化银(常温也可反应,但速度很慢)。在溴化钾(KBr)的存在下,金属银可被强氧化剂如高锰酸钾或重铬酸钾侵蚀;这些化合物在摄影中用于漂白可见影像,将其转化为卤化银,既可以被硫代硫酸钠去除,又可以重新显影以加强原始的影像。 [2]

与硫化氢和氧气反应

4Ag +2H2S + O2==== 2Ag2S + 2H2O(常温下,银变质发黑的原理)

与浓硫酸反应
  
2Ag + 2H2SO4(浓) ==== Ag2SO4 + SO2↑ + 2H2O

与硫反应

2Ag + S ==== Ag2S(混合即可反应)

与氧气反应

4Ag + O2 ==== 2Ag2O(在纯氧中加热至1000摄氏度明显反应,常温下在空气中反应很慢)

与氢卤酸反应

1.与氢氟酸不反应

2.与浓盐酸反应:2Ag+4HCl(浓)=2[AgCl2]+H2↑,条件为加热,银可以被高浓度的氯离子络合生成二氯合银络合离子(AgCl2-)但由于配离子不够稳定,对反应推动力不是很大,因此反应进行十分困难。

3.与浓氢碘酸反应:由于生成的碘化银溶解度极小,银的电极电势降低,所以反应可以自发进行。若HI过量,则会形成较稳定的[AgI2-]配离子,更有利于反应自发进行。

化学方程式:2Ag+2HCI(浓)=2AgCl+H2

2Ag+4HCI(浓)= 2H[AgCI2]+H2

古代常用砒霜做毒药,而由于技术的限制,砒霜中会混有大量的硫或硫化物。银会与硫反应生成黑色硫化银沉淀,从而试毒。 [3] 由此可看出,银针试毒只不过检出了砒霜中的硫罢了,而对于如今的无数种毒物,银针试毒就无能为力了 [4]

向硝酸银溶液中加入氯离子会沉淀出氯化银(AgCl),氯化银不溶于水也不溶于稀硝酸,因此常利用硝酸银溶液检验氯离子的存在。同样地,加入溴盐或碘盐可以沉淀出用于制造感光乳剂的其他卤化银。氯化银用于制造检测pH值和测量电位的玻璃电极,以及用于玻璃的透明水泥。将碘化银 (AgI)撒入云层可以人工降雨。卤化银在水溶液中高度不溶(除了氟化银),因而常用于重量分析。 [2]

向硝酸银溶液加入碱,沉淀得到氧化银 。氧化银用作纽扣电池的正极。向硝酸银溶液加入碳酸钠 (Na2CO3),沉淀得碳酸银(Ag2CO3)。

与碱性溶液反应离子方程式:

2AgNO3 + 2OH-= Ag2O + H2O + 2NO3 -

与碳酸钠反应方程式:

2AgNO3 + Na2CO3= Ag2CO3↓+ 2NaNO3

雷酸银是一种强烈的、对碰撞敏感的炸药,是银与硝酸在乙醇的存在下反应得到的,用于雷管。其他危险易爆的银化合物包括叠氮化银,由硝酸银与叠氮化钠反应得到,还有乙炔银,由硝酸银或银氨溶液与乙炔反应得到。 [2]

卤化银晶体曝光后形成的潜像经还原剂,如氢醌、米吐尔或抗坏血酸的碱性溶液显影处理后,曝光的卤化银被还原成金属银。硝酸银的碱性溶液(银氨溶液)可被还原糖,如葡萄糖等还原为金属银,这个反应用于制造银镜,以及玻璃圣诞饰品的内表面。卤化银可溶于硫代硫酸钠溶液,因此硫代硫酸钠可作为定影剂,去除显影后感光乳剂上多余的卤化银。 [5]

在过量的氰根离子(CN-)存在下,氰化银(AgCN)可以形成可溶于水的氰化银。银的氰配合物溶液用于电镀银。 [5]

银的活动性比氢弱,因此一般情况下它不能与稀酸反应置换氢气。

但是与盐酸在通电的情况下可以置换。

2Ag+2HCl==通电==2AgCl+H2

它的活动性比铜(Cu)、汞(Hg)弱,比铂(Pt)、金(Au)强。

自然界中的银是银107和银109,其中银107的丰度最多(51.839%)。银的两种同位素的丰度几乎相同,这在元素周期表中十分罕见。银共有28种同位素(从银93到银130)大部分同位素的半衰期皆小于三分钟。

目前已知银以主要元素、次要元素和不定量形式存在的银矿物和含银矿物有200多种,其中以银为主要元素的银矿物和含银矿物有60余种,但具有重要经济价值,作为白银生产的主要原料有12种:自然银(Ag)、银金矿(AgAu)、辉银矿(Ag2S)、深红银矿(Ag3SbS3)、淡红银矿(Ag3AsS3)、角银矿(AgCl)、脆银矿(Ag2SbS3)、锑银矿(Ag3Sb)、硒银矿(Ag3Se)、碲银矿(Ag2Te)、锌锑方辉银矿(5Ag2Sb2S3)、硫锑铜银矿(8[AgCu]SSb2S3)。 [6]

中国是银矿资源中等丰度的国家。总保有储量银11.65万吨,居世界第六位。我国银矿分布较广,在全国绝大多数省区均有产出,探明储量的矿区有569处,以江西银储量为最多,占全国的15.5%;其次为云南、内蒙古、广西、湖北、甘肃等省(区)银资源亦较丰富。银矿成矿的一个重要特点,就是80%的银是与其他金属,特别是与铜、铅、锌等有色金属矿产共生或伴生在一起。我国重要的银矿区有江西贵溪冷水坑、广东凡口、湖北竹山、辽宁凤城、吉林四平、陕西柞水、甘肃白银、河南桐柏银矿等。矿床类型有火山-沉积型、沉积型、变质型、侵入岩型、沉积改造型等几种,以火山-沉积型和变质型为最重要。从成矿时代分析,除太古宙和新生代没有发现具工业意义的银矿床外,自元古宙到中生代都有大中型银矿床产出,其中以中生代形成的银矿最多。

中国银矿储量按照大区,以中南区为最多,占总保有储量的29.5%;其次是华东区,占26.7%;西南区,占15.6%;华北区,占13.3%;西北区,占10.2%;最少的是东北区,只占4.7%。

从省区来看,保有储量最多的是江西,为18016t,占全国总保有储量的15.5%;其次是云南,为13190t,占11.3%;广东为10978t,占9.4%;内蒙古为8864t,占7.6%;广西为7708t,占6.6%;湖北为6867t,占5.9%;甘肃为5126t,占4.4%,以上7个省(区)储量合计占全国总保有储量的60.7%。

纯银是一种美丽的银白色的金属,它具有很好的延展性,其导电性和导热性在所有的金属中都是最高的。银常用来制作灵敏度极高的物理仪器元件,各种自动化装置、火箭、潜水艇、计算机、核装置以及通讯系统,所有这些设备中的大量的接触点都是用银制作的。在使用期间,每个接触点要工作上百万次,必须耐磨且性能可靠,能承受严格的工作要求,银完全能满足种种要求。如果在银中加入稀土元素,性能就更加优良。用这种加稀土元素的银制作的接触点,寿命可以延长好几倍。 [7]

银的最重要的化合物是硝酸银。在医疗上,常用硝酸银的水溶液作眼药水。 [7]

电子电器是用银量最大的行业,其使用分为电接触材料、复合材料和焊接材料。银和银基电接触材料可以分为:纯银类、银合金类、银-氧化物类、烧结合金类。全世界银和银基电接触材料年产量约2900~3000吨。复合材料是利用复合技术制备的材料,分为银合金复合材料和银基复合材料。从节银技术来看,银复合材料是一类大有发展前途的新材料。银的焊接材料如纯银焊料、银-铜焊料等。 [7]

卤化银感光材料是用银量最大的领域之一。目前生产和销售量最大的几种感光材料是摄影胶卷、相纸、X-光胶片、荧光信息记录片、电子显微镜照相软片和印刷胶片等。上世纪90年代,世界照相业用银量大约在6000~6500吨。由于电子成像、数字化成像技术的发展,使卤化银感光材料用量有所减少,但卤化银感光材料的应用在某些方面尚不可替代,仍有很大的市场空间。 [7]

银在这方面有两个主要的应用,一是用作催化剂,如广泛用于氧化还原反应和聚合反应,用于处理含硫化物的工业废气等。二是电子电镀工业制剂,如银浆、氰化银钾等。 [7]

银具有诱人的白色光泽,较高的化学稳定性和收藏观赏价值,深受人们的青睐,因此有“女人的金属”之美称,广泛用作首饰、装饰品、银器、餐具、敬贺礼品、奖章和纪念币。银首饰在发展中国家有广阔的市场,银餐具备受家庭欢迎。银质纪念币设计精美,发行量少,具有保值增值功能,深受钱币收藏家和钱币投资者的青眯。20世纪90年代仅造币用银每年就保持在1000~1500t上下,占银的消费量5%左右。 [7]

银的离子以及化合物对某些细菌、病毒、藻类以及真菌显现出毒性,但对人体却几乎是完全无害的。银的这种杀菌效应使得它在活体外就能够将生物杀死。然而,银制品的测试以及标准化却存在很大难度。

希波克拉底曾经有描述银在治疗和防止疾病方面的功用。腓尼基人曾经用银制瓶子来盛放水、酒和醋,以此防止这些液体腐败。20世纪初期,人们也曾把银币放在牛奶里,以此来延长牛奶的保鲜期。银的杀菌机制长期以来一直为人们所争论探讨,但至此还没有确凿的定论。其中一个很好的例子是微动力效应,它成功的解释了银离子对微生物的作用,但却不能解释其对病毒的作用。

银大量的添加于凝胶以及绷带中。银的抗菌性来源于银离子。由于银离子可以和一些微生物用于呼吸的物质(比如一些含有氧、硫、氮元素的分子)形成强烈的结合键,以此使得这些物质不能为微生物所利用,从而使得微生物窒息而亡。

在抗生素发明之前,银的相关化合物曾在第一次世界大战时用于防止感染。

银作为效用广泛的抗菌剂正在进行新的应用。其中一方面就是将硝酸银溶于海藻酸盐中,用于防止伤口的感染,尤其是烧伤伤口的感染。2007年,一个公司设计出一种表面镀上银的玻璃杯,这种杯子号称具有良好的抗菌性。除此之外,美国食品和药品管理协会(FDA)也审批通过了一种内层镀银的导气管的应用,因为研究表明这种导气管能够有效的降低导气管型肺炎。

银并不会对人的身体产生毒性,但长期接触银金属和无毒银化合物也会引致银质沉着症。因为身体色素产生变化,皮肤表面会显出灰蓝色。虽无毒性,但仍会影响外观。

皮肤接触:立即脱去污染的衣着,用大量流动清水冲洗 20~30 分钟。如有不适感,立即就医。

眼睛接触:立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗 10~15 分钟。如有不适感,立即就医。

吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。呼吸、心跳停止,立即进行心肺复苏术,及时就医。

食入:饮水,禁止催吐。如有不适感,立即就医。 [8]

有害燃烧产物:银/氧化银

灭火方法:用水雾、耐醇泡沫、干粉或二氧化碳灭火。

灭火注意事项及措施:如必要的话,戴自给式呼吸器去救火。

应急处理:防止粉尘的生成。 防止吸入蒸汽、气雾或气体。

操作注意事项:在有粉尘生成的地方,提供合适的排风设备。一般性的防火保护措施。

储存注意事项:贮存在阴凉处。 容器保持紧闭,储存在干燥通风处。对空气敏感。

呼吸系统防护:不需要保护呼吸。

眼睛防护:戴化学安全防护眼镜。

手防护:戴橡胶手套。

其他防护:根据工业卫生和安全使用规则来操作。 休息以前和工作结束时洗手。

常见谣言:银不能与三价铁离子反应,因为银离子氧化性比三价铁离子强。

驳斥:在高浓度的情况下,银也可以与三价铁离子反应,因为三价铁离子的标准电极电势与银的标准电极电势差别十分微小,反应环境温度的改变、铁离子浓度的提升都会使银的电极电势下降,使反应得以进行。


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