Свойства и получение серебра

VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Свойства и получение серебра

Горбов И.А. 1
1МОУ «Средняя общеобразовательная школа №1» города Котласа
Кривошапкина В.В. 1
1МОУ «Средняя общеобразовательная школа №1» города Котласа,
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Серебро известно человечеству 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.

Для своей работы я выбрал именно эту тему, так как считаю, что история возникновения и познания этого металла тесно связана с историей человечества. Кроме того, эта тема меня заинтересовала, и я хотел бы как можно шире раскрыть ее.

Цель работы: получить чистое серебро в школьной лаборатории разными способами.

Для достижения заданной цели были поставлены следующие задачи:

Изучить физические, химические свойства и способы получения серебра

Изучить способы определения серебра в ювелирных изделиях. Выбрать наиболее приемлемый.

Используя этот способ, проверить наличие серебра в ювелирных изделиях

Получить чистое серебро и доказать его наличие

Гипотеза: Серебро можно получить в лабораторных условиях.

При подготовке исследования я пользовался материалами:

Научных и публицистических изданий;

Периодических изданий;

Данными, опубликованными в сети Интернет.

Теоретическая часть

1.1 Распространение в природе

Серебро встречается в составе более пятидесяти минералов, подавляющее большинство из которых представляют собой сульфиды самого металла в сочетании с сульфидами сурьмы, мышьяка, олова и германия. Очень небольшое количество этого драгоценного металла содержится в морской воде, но попыток его промышленного извлечения предпринято пока не было.

Серебро в земной коре встречается в самородном состоянии реже, чем медь и золото. Самородное серебро не бывает чистым и всегда содержит небольшие количества золота, меди, сурьмы, свинца и других металлов. У нас самородное серебро находили на Северном Урале, на Алтае, в Казахстане, Восточной Сибири, Забайкалье, на побережьях Белого моря и в других районах. Причем многие самородки найдены давно и были хорошо известны. (1)

Так, М.В.Ломоносов писал: «В земле находится оно часто очень чисто, а больше в листках и волосах подобно тонкой и кудрявой проволоке, а иногда в нарочито великих глыбах. В Академической минеральной камере есть самородного чистого серебра кусок весом 7 фунтов. Самое чистое серебро имеет почти всегда в себе немного золота».

Сообщалось, что четыре самородка с Медвежьего острова Кандалакшской губы были внесены в каталог Минералогического музея еще М.В. Ломоносовым. весят они по нескольку килограммов каждый и являются самыми крупными самородками, обнаруженными в нашей стране. У нас и сейчас находят самородное серебро. Мелкие самородки серебра обнаруживаются достаточно часто.

Довольно в больших количествах самородное серебро находили в Америке. Так, например, в районе озера Онтарио были обнаружены пластины весом в несколько сотен килограммов, причем одна из них массой 612 кг и сейчас находится в здании Канадского парламента. Здесь же был обнаружен знаменитый «Серебряный тротуар», представляющий собой глыбу почти чистого серебра длиною 30 м, уходящую в землю на глубину 18 м.

Серебро известно с глубокой древности. За все это время люди добывали из недр Земли не более миллиона тонн этого металла. По средним оценкам, серебра во всем мире извлекается 7 кг в год, причем попутно с выплавкой свинца, цинка или при рафинировании меди и золота. Серебро – металл остродефицитный. Природные запасы его находятся на пределе истощения.

1.2 Историческая справка

Латинское название серебра – Argentum – связано с цветом этого металла; оно восходит к греческому «аргос» - «белый», «блестящий». Русское слово «серебро», как считают ученые, происходит от слова «серп» (серп луны). Блеск серебра напоминал таинственное лунное сияние и алхимикам, использовавшим в качестве символа элемента знак луны.

Древнейшие серебряные изделия, обнаруженные в Передней Азии, датируются V тысячелетием до н.э. Они изготовлены из самородного серебра. Часто такие самородки окрашены в светло-желтый цвет, так как представляют собой не чистое серебро, а сплав с золотом (греки называли его «электрон» или «электрум»). Находки серебряных самородков чрезвычайно редки (они встречаются примерно в пять раз реже золотых), поэтому неудивительно, что вплоть до конца I тысячелетия до н.э. серебро стоило дороже остальных металлов, даже золота. Ситуация изменилась лишь после того, как примерно в VI в. до н.э. древние умельцы освоили процесс выделения серебра из свинцовых руд. (2)

1.3 Физические свойства

Химически чистое серебро в слитках имеет красивый белый цвет с желтоватым оттенком. В тонких листках в проходящем свете оно кажется синеватым, с зеленым или желтым оттенком. Оно довольно мягко – мягче меди, но тверже золота, лучше всех металлов проводит тепло и электричество. Легко куется и вытягивается в проволоку: из серебра можно делать лист толщиной до

0,003 мм и проволоку 2,5 км, которая весит около 1 г., при всем этом серебро хорошо полируется.

1.4 Химические свойства

В большинстве соединений серебро проявляет степень окисления +1, известны соединения со степенью окисления +2 и +3. Серебро по своим свойствам с одной стороны напоминает щелочные металлы K, Na, Li, Cs, Rb, а с другой медь и золото.

Серебро – малоактивный металл, устойчив к действию воды и растворов щелочей. Оно не окисляется кислородом, однако, по словам Плиния Старшего, «тускнеет от лечебных вод и от соленых ветров». На воздухе, содержащем сероводород H2S, серебро чернеет из-за образования черного сульфида серебра:

4Ag + O2 + 2H2S = 2Ag2S + 2H2O

4│Ag0 – 1e- → Ag+Окисление, восстановитель

1│O2 + 4e- → 2O2- Восстановление, окислитель

Оно не растворимо в соляной и разбавленной серной кислотах, взаимодействует с азотной и концентрированной серной кислотами:

Ag +2 HNO3 AgNO3 +NO2 +H2O

1 │Ag0 – 1e-Ag+ Окисление, восстановитель

1 │N+5 + 1e- N+4 Восстановление, окислитель (4)

1.5 Применение

Серебро находит разнообразное применение. Его широко используют в различных

отраслях народного хозяйства: химии, электротехнике, электронике, медицине, ювелирном деле и др.

Большое практическое значение имеют сплавы серебра с медью, металлами платиновой группы и некоторые другие. Его используют при изготовлении контактов, аккумуляторов, вакуумных аппаратов, фотографических материалов, ценных монет. Еще лет тридцать назад только для производства фотоматериалов в США расходовали огромное количество серебра, а были случаи, когда для нужд электропромышленности единовременно направлялись тысячи тонн драгоценного металла.

Большие количества серебра расходовались и на изготовление монет. Это в первую очередь относится к царской России, где чеканились монеты достоинством в один рубль, а также 50, 25, 20, 15, 10, 5 копеек.

Серебро ценно еще и в том отношении, что его частицы, содержащиеся вводе в виде ионов или коллоидов в очень небольшой концентрации, обладают

бактерицидными свойствами, т.е. убивают болезнетворные бактерии. Этим пользовались еще во времена Геродота и Александра Македонского, этим пользуются и сейчас, ибо обеззараживающее действие серебряной воды экологически чище действия хлорной или других сильнейших окислителей.(1)

Серебро используют для покрытия других металлов, при этом повышается электропроводность и устойчивость к коррозии таких изделий.

Серебро – самый блестящий металл, поэтому его используют для изготовления зеркал.

2.Практическая часть

Качественное определение серебра в ювелирных изделиях

Определить наличие серебра в изделиях можно разными способами (с помощью йода, азотной кислоты, мела, серной мази, хлебного мякиша). Я выбрал для исследования более научный метод: с помощью пробирной кислоты.

Серебро отличают от сплавов, похожих на серебро (мельхиор, нейзильбер и другие), с помощью так называемой пробирной кислоты. Ее приготовили следующим образом: в 32 мл воды растворить 3 мл концентрированной серной кислоты и 3 г дихромата калия (двухромовокислого калия). Изделия поместили на часовое стекло и пипеткой нанесли капельку этой жидкости, лучше на малозаметное место. В присутствии сильного окислителя — дихромата калия — серебро растворяется и тут же осаждается дихромат серебра красного цвета. Поверхность металла под каплей краснеет. Красный осадок легко

стереть, а на серебре останется чуть заметное светлое пятнышко.(5)

Если в сплаве менее 25 % серебра, то красный осадок не образуется. Такие бедные серебром сплавы с пробой менее 250 встречаются редко.

6Ag + K2Cr2O7 + 7 H2SO4 = 3Ag2SO4 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7 H2O

3│Ag0 – 1e-Ag+ Окисление, восстановитель

1│Сr+6 + 3e-Cr+3 Восстановление, окислитель

Сульфат серебра быстро превращается в нерастворимый рыхлый осадок Ag2Cr2O7 красного цвета. Чем ярче красное окрашивание, тем содержание серебра выше.

Результаты: Я исследовал 10 серебряных изделий (ложка, 4 цепочки, 2 серьги, 2 браслета, кольцо). При этом только 6 из них с пробирной кислотой дали красное окрашивание. Это составляет 60% от исследуемых изделий. (приложение 1,2) (3)

Реакция «серебряного зеркала»

Эта реакция является качественной на альдегиды (класс органических веществ). Я использовал раствор глюкозы, которая является альдегидоспиртом.

В пробирку, промытую раствором соды, и затем водой, поместили несколько капель раствора нитрата серебра, добавили воды и прилили 8–10 капель раствора гидроксида аммония (нашатырного спирта) и несколько капель разбавленного раствора глюкозы и медленно нагрели. (6)

RCHO + 2[Ag (NH3)2](OH) = 2Ag + RCOONH4 + 3NH3 + H2O.

Альдегид

C6H12О6 + 2[Ag (NH3)2](OH) = 2Ag + RCOONH4 + 3NH3 + H2O.

глюкоза

Результат: На стенках пробирки образуется блестящее зеркало металлического серебра. Выделившееся серебро проверили с помощью пробирной кислоты. Появилось красное окрашивание. Значит, на стенках пробирки выделилось чистое серебро. (приложение 3)

Эту реакцию несколько видоизменили. Провели в хорошо промытом стакане, поместив туда стеклянный шарик, стеклянную палочку и предметное стекло.

Результат: На стенках стакана «зеркало» образовалось, а на предметах «зеркало» было слегка заметно, но пробирная кислота дала красное окрашивание. Значит серебро образовалось, но слой его был очень тонкий. (приложение 4)

Эту реакцию используют для изготовления зеркал.

Реакция замещения серебра медью

В широкую пробирку поместили медную трубку длиной 2 см, добавили раствора нитрата серебра. Через несколько минут трубка покрылась красивыми игольчатыми кристаллами серебристого цвета. Раствор слили. Трубку с получившимся серебром просушили на фильтровальной бумаге.

2 AgNO3 + Cu →Cu(NO3)2 + 2 Ag

2 Ag+ + Cu0 → Cu2+ + 2 Ag0

К просушенному порошку серебра добавили концентрированной азотной кислоты. Признак реакции – выделение бурого газа (NO2). (4)

Результат: Пробирная кислота дала темно-красное окрашивание, серебро получилось в виде порошка. Этот порошок взаимодействует с концентрированной азотной кислотой, с образованием бурого газа. (приложение 5)

Получение серебра из рентгеновских снимков

Рентгеновские снимки в своем составе содержат бромид серебра AgBr.

Рентгеновские снимки растворили в концентрированной азотной кислоте, в раствор добавляют хлорид натрия. Хлорид серебра выпадал в осадок, который промыли водой и затем залили 10% раствором соляной кислоты. В рыхлый осадок AgCI положили несколько гранул цинка, причем они должны быть целиком покрыты раствором соляной кислоты. Когда хлорид серебра полностью прореагировал, гранулы цинка достали из раствора, слили жидкость и промыли чистой водой.

Азотная кислота необходима для растворения компонентов снимков (в т. ч. и бромида серебра). При добавлении хлорида натрия образуется осадок. (8)

Ag+ + Cl-AgCl

При добавлении цинка протекает реакция

Zn + 2 AgClZnCl2 + 2 Ag

Результат: Гранулы цинка стали блестящие, но собрать серебро не удалось. Пробирная кислота дала красное окрашивание. (приложение 6)

2.5 Выводы

- перефразирую русскую пословицу «Не все то серебро, что блестит». Не все «серебряные» украшения моих знакомых содержат серебро. Либо это сплавы, имитирующие серебро, либо содержат серебра менее 25%. Не смотря на то, что эти украшения были приобретены в специализированных магазинах и имели пробу. Больше всего серебра в ложечке советских времен.

- получить чистое серебро можно в школьной лаборатории, но количество серебра минимальное.

- реакция «серебряного зеркала» достаточно проста, но серебрить предметы в школьных условиях у меня не получилось.

- получать чистое серебро эффективнее реакцией замещения, но полученное серебро в виде порошка.

Заключение

Серебро, по праву, считается одним из самых удивительных металлов. Человек уже много веков назад научился изготавливать из него не только посуду, но и ювелирные украшения, правда в настоящее время используются имитирующие серебро сплавы. Прошло много веков, но и в настоящее время серебро популярно в различных сферах деятельности человека: медицине, технике, науке, культуре.

Со временем серебро стало универсальным мерилом материальных ценностей. Этот металл присутствует в жизни человека, мы постоянно сталкиваемся с ним. (7)

Моя гипотеза подтвердилась, цель работы достигнута. Серебро можно получить в лабораторных условиях, правда в небольших количествах и в виде порошка. Самый эффективный способ – вытеснение серебра из раствора соли более активным металлом. Эта же реакция оказалась и самой красивой.

Серебро обладает бактерицидными свойствами. Но эти свойства станут объектом исследования моей следующей работы.

Литература.

Кукушкин Ю. Н. Химия вокруг нас: Справочное пособие. – М.: Высшая школа, 2010.

Кукушкин Ю. Н. Что мы знаем о химии? – М.: Высшая школа, 2010

Лисичкин Г. В., Бетанели В. И. Химики изобретают. – М.: Просвещение, 2012.

Глинка Н. Л. Общая химия. – М.: Химия, 2010.

Стенин Б.Д. Занимательные задания и эффектные опыты по химии. – М. Дрофа, 2002.

Цветков Л. А. Эксперимент по органической химии: методика и техника.

Пособие для учителей. – М.: Школьная пресса, 2010.

Химия для гуманитариев. Сост. Н. В. Ширшина. – Волгоград: Учитель, 2010

Интернет-ресурсы:

http://chem21.info/info/682090/

http://www.mywebs.su/blog/riddles/23629.html

http://mash-xxl.info/article/242071/

Приложения

Серебряные изделия

Результаты действия пробирной кислоты на изделия

Изделие

Наличие клейма (проба)

Результат действия пробирной кислоты

Цепочка 1

+

Красный

Цепочка 2

+

Красный

Цепочка 3

+

Красный

Цепочка 4

-

Зеленый

Сережка с камнем

+

Красный

Сережка «Северная чернь»

+

Оранжевый

Кольцо

-

Зеленый

Браслет 1

-

Красный

Браслет 2

-

Оранжевый

Ложка

+

Темно-красный

Реакция «серебряного зеркала»

Серебрение различных предметов

Реакция замещения

6. Работа с флюорографическими снимками

Просмотров работы: 1918