III Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ПОЛУЧЕНИЕ НИТРАТА СЕРЕБРА ИЗ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
В настоящее время в современных школах (особенно в сельских и деревенских) существует проблема заказа и доставки химических реактивов. Одним из наиболее дорогостоящих и используемых в школьном химическом практикуме является нитрат серебра (I). Стоимость его за 1 г составляет от 25 до 45 рублей. Цена колеблется в зависимости от изготовителя и удалённости фирмы производителя от заказчиков.
Нитрат серебра (I) в школьном химическом практикуме используется при проведении ярких качественных реакций в неорганической и органической химии [1]. Поэтому отсутствие его в школьной лаборатории – это огромный минус «химической наглядности».
Таким образом, целью работы являлось получение нитрата серебра (I) в условиях школьной лаборатории.
Где же взять такой драгоценный металл как серебро?! Известно, что серебро содержится в рентгеновских снимках, проявленных фотоплёнках, в фотографиях [2]. Именно из них, в несколько стадий, был получен нитрат серебра (I).
Задачи исследования:
1. Используя литературные источники, определить вторичное сырье для получения нитрата серебра
2. Получить нитрат серебра из различных объектов
3. Сравнить выход продуктов реакции
4. Провести качественные реакции с полученным в условиях школьной лаборатории нитратом серебра (I).
Глава I. Литературный обзор
1. 1 Серебро и его свойства
Серебро стало известно значительно позднее золота, хотя так же встречается в самородном состоянии. В Египте археологами найдены серебреные украшения, относящиеся ещё к додинастическому периоду (5000 – 3400 до н. э.). Однако долгое время серебро было большой редкостью и ценилось дороже золота.
Чистое серебро не темнеет на воздухе, а вот серебро с примесью может достаточно быстро потемнеть (рис. 1) [2].
А. Б.
Рис. 1. Серебреное изделие из ювелирного магазина (А) и после некоторого ношения человеком (Б).
Потемнение указывает на наличие серы в воздухе, например, при загрязнении воздуха или болезни обладателя серебреного предмета. После золота серебро является самым лёгким по обработке металлом. Из 30 граммов серебра можно вытянуть проволоку длиной более 50 км. Это также самый лучший из известных проводников тепла и электроэнергии [4].
Соединения серебра часто не устойчивы к нагреванию и действию света. Открытие светочувствительности солей серебра привело к появлению фотографии и быстрому увеличению спроса на серебро. Ещё в середине 20 века почти половина всего добытого серебра шла на изготовление кино- и фотоматериалов. Одним из соединений серебра является ляпис [5].
1.2 Применение нитрата серебра в медицине
Нитрат серебра, ляпис (AgNO3) − бесцветный (белый) порошок, хорошо растворимый в воде, на свету он чернеет с выделением металлического серебра (рис. 2) [3].
Рис. 2. Внешний вид нитрата серебра
Впервые ляпис был применён в XVII веке врачами-алхимиками: голландец Ян-Батист Ван Гельмонт и немец Франциск де ла Бое Сильвий. Они научились получать нитрат серебра взаимодействием металла с азотной кислотой. Учёные обнаружили, что прикосновение к кристаллам полученной серебряной соли приводит к появлению на коже чёрных пятен, а при длительном контакте – глубоких ожогов (рис. 3). Поэтому это вещество прозвали «адским камнем».
Рис. 3. Образование чёрных пятен при прикосновении к нитрату серебра.
Адский камень – не чистый нитрат серебра, а его сплав с нитратом калия, иногда отливается в виде палочек – ляписного карандаша. Лечебное действие нитрата серебра заключается в подавлении жизнедеятельности микроорганизмов; в небольших концентрациях он действует как противовоспалительное и вяжущее средство.
Фармакологическое действие - антисептическое, вяжущее, противовоспалительное, прижигающее, противомикробное, бактерицидное. Связывает сульфгидрильные и карбоксильные группы, что может обусловливать изменение конформации белка, его структуры, или вызывать денатурацию. При диссоциации нитрата серебра ионы серебра вызывают преципитацию белков и обусловливают бактерицидное действие. Альбуминат серебра, образующийся при взаимодействии нитрата серебра с тканевыми белками, постепенно приобретает черную окраску (это связано с восстановлением из альбумината металлического серебра), что, в свою очередь, приводит к взаимодействию с активными группами ферментов. Блокирует некоторые ферментные системы, нарушая тем самым метаболические процессы в микробной клетке. В связи с этим нитрат серебра после кратковременного бактерицидного оказывает длительное бактериостатическое действие. Серебра нитрат при разведении 1:1000 уничтожает большинство микроорганизмов.
Ранее серебра нитрат применяли при хроническом гастрите и язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки (внутрь, в виде 0,05% раствора). Раствор (2%) может использоваться для профилактики гонококковой инфекции глаз у новорожденных [2].
1.3 Вторичное серебросодержащее сырьё
Основными поставщиками серебросодержащего сырья являются химическая, радио- и электротехническая промышленности; производства: ювелирное, часовое и зеркальное, а также рентгеновские кабинеты в медицинских поликлиниках.
Серебросодержащие отходы фото- и кинопромышленности образуются в процессе изготовления, обработки и порчи светочувствительных материалов или износа кинолент и фотоотпечатков.
Отходы химической промышленности поступают в виде отработанных контактных масс (20-80% Ag); отработанных катализаторов (более 80% Ag); шламов (от 60 до 80% Ag); лома серебряной аппаратуры (20-25% Ag).
Образование серебросодержащих отходов в зеркальной промышленности происходит в процессе серебрения зеркал, елочных украшений и так далее [3].
Часовое производство направляет на переработку следующие виды сырья, содержащего Ag, %: серебряные припои - от 15 до 99; серебряные контакты 20-80; опилки и стружку - от 10 до 70.
От лечебных учреждений на извлечение серебра поступают, %: зола рентгенопленки и фотоотпечатков - от 0,5 до 50; сернистое серебро 45-65.
Большое количество серебросодержащего сырья (до 30-40% Ag) перерабатывается в виде отходов электронной и электротехнической отраслей промышленности: вышедшие из строя серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые аккумуляторы (от 30 до 60%); сплавы-контакты, серебряные припои (от 5 до 99%); металлокерамические композиции 25-50.
Кроме перечисленных отходов на переработку поступают другие виды сырья, резко различающиеся химическими и физическими свойствами.
Глава II. Объекты и методы исследования
2.1 Объекты исследования
В качестве объектов исследования для получения реактива нитрата серебра были использованы рентгеновские снимки, фотоплёнка, ёлочная игрушка, зеркало (рис. 4).
А. Б.
Рис. 4. Вторичное серебросодержащее сырьё:
А. Рентгеновские снимки. Б. Фотоплёнка.
2.2 Методика получения нитрата серебра из рентгеновских снимков и фотоплёнок
Рентгеновские снимки и фотоплёнку резали на мелкие кусочки и отмеряли на весах по 17 граммов каждого. Далее подготовленный материал растворяли в азотной кислоте (концентрированной) (рис. 5).
Рис. 5. Растворение рентгеновских снимков в азотной кислоте.
После растворения объектов приливали раствор поваренной соли. Полученный осадок промывали водой и заливали раствором хлороводородной кислоты. После чего в осадок клали гранулы цинка для проведения реакции замещения. По завершении реакции, полученный порошок промывали и высушивали. Высушенное серебро растворяли в растворе азотной кислоты, затем выпаривали и растворяли в дистиллированной воде [1].
2.3 Методика получения нитрата серебра из серебросодержащих изделий
Ёлочную игрушку и зеркало очищали от различного рода загрязнений и заливали раствором азотной кислоты до растворения (рис. 6). Полученный раствор выпаривали и получали порошок, который прокаливали в фарфоровой чашке. К остуженному расплаву приливали воды, и полученный раствор нитрата серебра сливали.
Рис. 6. Растворение ёлочной игрушки в растворе азотной кислоты.
2.4 Методика проведения качественных реакций на галогенид-ионы
К растворам солей, содержащих хлорид-ионы, бромид-ионы, иодид-ионы приливали раствор полученного нитрата серебра. Наблюдали выпадение осадков.
2.5 Методика проведения реакции «серебряного зеркала»
К раствору аммиачного нитрата серебра добавляли примерно столько же глюкозы и нагревали содержимое пробирки до образования осадка на стенках.
Глава III. Результаты и их обсуждение
3.1 Результаты получения нитрата серебра из рентгеновских снимков и фотоплёнок
После добавления концентрированной азотной кислоты ионы серебра выделились в раствор. Далее при приливании к полученному раствору хлорида натрия происходило образование белого осадка (1) (рис. 7):
Ag+ + NaCl → AgCl↓ + Na+ (1).
Рис. 7. Образование белого осадка хлорида серебра.
После окончательного промывания и осаждения хлорида серебра к осадку с соляной кислотой добавляли гранулы цинка, что способствовало образованию серебра (2):
2AgCl↓ + Zn → ZnCl2 + 2Ag↓ (2)
После добавления к образовавшемуся серебру разбавленной азотной кислоты происходило образование нитрата серебра и выделение газа (3):
3Ag + 4HNO3(разб)→ 3AgNO3 + NO + 2H2O (3)
После выпаривания нитрата серебра, в случае с рентгеновской плёнкой его масса составила 1,2 грамма. В случае с фотоплёнкой масса нитрата серебра составила 0,8 граммов.
3.2 Результаты получения нитрата серебра из серебросодержащих изделий
Содержащееся на поверхности изделий серебро растворилось в растворе азотной кислоты полностью: от зеркала осталось прозрачное стекло. Теперь в растворе находятся соли серебра и меди. Чтобы избавиться от примеси солей меди, раствор выпарили и прокалили до образования оксида меди (II) (4) (рис. 8):
2Cu(NO3)2 → 2CuO↓+4NO2+O2 (4).
Рис. 11. Выпаривание раствора солей серебра и меди.
После приливали воду, нитрат серебра растворялся, а оксид меди оставался в виде осадка. Полученный раствор слили в склянку с надписью AgNO3.
3.3 Результаты проведения качественных реакций на галогенид-ионы с полученным нитратом серебра
После приливания нитрата серебра к растворам солей, содержащих хлорид-ионы, бромид-ионы, иодид-ионы происходило образование белого (5), светло-жёлтого (6) и жёлтого осадков (7) соответственно (рис. 9):
Cl- + AgNO3 → AgCl↓ + NO-3 (5)
Br- + AgNO3 → AgBr↓ + NO-3 (6)
I- + AgNO3 → AgI↓ + NO-3 (7).
А. Б. В.
Рис. 9. Качественные реакции на галогенид-ионы. А. Хлорид-ионы. Б. Бромид-ионы. В. Иодид-ионы
3.4 Результаты проведения реакции «серебряного зеркала»
После добавления к аммиачному раствору серебра глюкозы и нагревании смеси, произошло выпадение осадка серебра на стенках пробирки (8):
НОСН2(СНОН)4HС=O + 2[Ag(NH3)2]OH →
НОСН2(CHОН)4СООH + 2Ag↓ + 3NH3↑ + H2O (8)
Это свидетельствует о том, что в ходе исследования действительно был получен нитрат серебра.
ВЫВОДЫ
1. Исходя из литературных источников, сырьём для получения нитрата серебра являются рентгеновские снимки, фотоплёнки, ёлочные игрушки, зеркала.
2. Чистый нитрат серебра был получен из рентгеновских снимков и фотоплёнок.
3. Выход нитрата серебра, полученного из рентгеновских снимков оказался больше, чем при получении из фотоплёнок.
4. Были проведены качественные реакции с помощью полученного нитрата серебра.
5. При острой необходимости, нитрат серебра можно получить в школьной лаборатории.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мосина Т. А. Нитрат серебра для ретро // Сделай сам. – 1990. - №4. С.141
2. Польза серебра для здоровья [Электронный ресурс]. – Лаборатория омоложения – Режим доступа: http://www.deus1.com/serebro.html
3. Серебряные лекарства [Электронный ресурс]. – Аптечные сторожилы. - Режим доступа: http://www.alhimik.ru/apteka/apt2N-Ag.html#4.31
4. Харитонов Ю. Я. Аналитическая химия. – М.: Высшая школа, 2001.
5. Химики называют ляпис азотнокислое серебро [Электронный ресурс]. - Искусство фотографии. – Режим доступа: http://premier-foto.ru/books/kvchmutov/khimiki-nazyvayut-lyapis