2014-06-05

Срібло і техніка

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 голосів)

Срібло

Срібло — ковкий, пластичний благородний метал сріблясто-білого кольору. Середній вміст срібла в земній корі – 70 мг/т. Максимальні його концентрації фіксуються в глинистих сланцях, де досягають 900 мг/т.

При описі кожного елемента прийнято вказувати його першовідкривача і обставини відкриття. Такими даними про елемент № 47 людство не володіє. Жоден з прославлених вчених до відкриття срібла не причетний. Сріблом люди почали користуватися ще тоді, коли не було вчених.

Пояснюється це просто: як і золото, срібло колись досить часто зустрічалося в самородному вигляді. Його не доводилося виплавляти з руд.

З розвитком товарних відносин срібло, як і золото, стало показником вартості. Напевне в цій своїй ролі воно сприяло розвитку торгівлі навіть більше, ніж «цар металів». Воно було дешевшим від золота, співвідношення вартості цих металів у більшості древніх держав було 1:10. Велику торгівлю зручніше було вести за посередництвом золота, а от дрібна, більш масова, вимагала срібла.

Перше застосування – для паяння

З інженерної точки зору срібло, подібно до золота, довгий час вважалося незастосовним металом, який практично не впливає на розвиток техніки, точніше, майже незастосовним. Ще в давнину його застосовували для паяння. Температура плавлення срібла не настільки вже й висока - 960,5 °С, тобто нижча ніж золота (1063 °С) і міді (1083,2 °С). Порівнювати з іншими металами не має сенсу, адже асортимент металів в давнину був дуже невеликий (навіть набагато пізніше, в середньовіччі, алхіміки вважали, що «сім металів створили світ за кількістю семи планет»).

Однак якщо ми розкриємо сучасний довідник з матеріалознавства, то і там знайдемо кілька срібних припоїв: ПСр-10, ПСр-12, ПСр-25. Цифра вказує на процентний вміст срібла (решту мідь і 1% цинку).

У техніці ці припої займають особливе місце, бо паяний ними шов не тільки міцний і щільний, а й корозійностійкий. Ніхто, звичайно, не надумає запаювати такими припоями каструлі, відра або консервні банки, але суднові трубопроводи, котли високого тиску, трансформатори, електричні шини потребують такого обслуговування. Зокрема, сплав ПСр-12 використовують для пайки патрубків, штуцерів, колекторів та іншої апаратури з міді, а також з мідних сплавів з вмістом основного металу більше 58%.

Чим вищі вимоги до міцності і корозійної стійкості паяного шва, тим з більшим відсотком срібла застосовуються припої. В окремих випадках використовують припої з 70% срібла. А для пайки титану лише чисте срібло.

М’який свинцево-срібний припій нерідко застосовують в якості замінника олова. На перший погляд це здається безглуздістю: «метал консервної банки», замінюється валютним металом – сріблом!

Однак дивуватися тут нема чого, це питання вартості.

Найбільш ходовий олов’яний припій ПОС-40 включає в себе 40% олова і близько 60% свинцю. Замінює ж його срібний припій, що містить всього лише 2,5% дорогоцінного металу, а всю решту масу становить свинець.

Дзеркальне відображення

Інше, майже настільки ж давнє технічне використання срібла – виробництво дзеркал. До того як навчилися отримувати листове скло і скляні дзеркала, люди користувалися відполірованими до блиску металевими пластинками. Золоті дзеркала були надто дорогі, але не стільки ця обставина перешкоджала їхньому поширенню, скільки жовтуватий відтінок, який вони надавали відображенню. Бронзові дзеркала були відносно дешевими, але страждали тим же недоліком і до того ж швидко тьмяніли. Відполіровані ж срібні пластини відбивали всі риски лиця без накладення будь-якого відтінку і в той же час досить добре зберігалися.

Перші скляні дзеркала, що з’явилися ще в I ст. н. е.., не містили срібла: скляна пластинка з’єднувалася зі свинцевою або олов’яної. Такі дзеркала зникли в середні віки, їх знову витіснили металеві. У XVII ст. була розроблена нова технологія виготовлення дзеркал. Їх відбивна поверхня була зроблена з амальгами олова. Проте пізніше срібло повернулось в цю галузь виробництва, витіснивши з неї і ртуть, і олово. Французький хімік Птіжан і німецький – Лібіх розробили рецепти срібних розчинів, які (з невеликими змінами) збереглися до нашого часу. Хімічна схема сріблення дзеркал загальновідома: відновлення металевого срібла з аміачного розчину його солей за допомогою глюкози або формаліну.

Срібло: і пластичність, і блиск

«Типовий» метал повинен володіти високою пластичністю, металевим блиском, дзвінкістю, високою теплопровідністю і електропровідністю. Відносно цих вимог срібло відмінний метал. Зі срібла можна отримати листки завтовшки всього 0,25 мкм.

Металевий блиск – відбивна здатність, про яку говорилося вище. Можна додати, що в останнім часом набули поширення родієві дзеркала, які більш стійкі до впливу вологи і різних газів. Але за відбивною здатністю вони поступаються срібним (75-80 і 95-97% відповідно). Тому більш раціонально покриття дзеркал робити все таки срібні, а поверх нього наносити найтоншу плівку родію, що охороняє срібло від потьмяніння.

У техніці вельми поширене сріблення. Дуже тонку срібну плівку наносять не тільки (і не стільки) заради високої відбивної здатності покриття, а перш за все заради хімічної стійкості і підвищеної електропровідності. Крім того, цьому покриттю властива еластичність і прекрасне зчеплення з основним металом.

За електропровідністю при нормальній температурі сріблу немає рівних. Срібні провідники незамінні в приладах високої точності, коли неприпустимий ризик. Адже не випадково в роки другої світової війни казначейство США розщедрилося, видавши військовому відомству близько 40 т дорогоцінного срібла. І не на що-небудь, а па заміну міді! Срібло знадобилося авторам «Манхеттенського проекту» (пізніше стало відомо, що це був шифр робіт зі створення атомної бомби).

Слід зазначити, що срібло – найкращий електропровідник при нормальних умовах, але, на відміну від багатьох металів і сплавів, воно не стає надпровідником в умовах гранично досяжного холоду. Так само, до речі, веде себе і мідь. Як не парадоксально, але саме ці, чудові за електропровідністю метали при наднизьких температурах використовують як електроізолятори.

Машинобудівники жартома стверджують, що земна куля крутиться на підшипниках. Якби так було насправді, то можна не сумніватися – у настільки відповідальному вузлі напевно застосовувалися б багатошарові підшипники, в яких один або кілька шарів срібні. Танки і літаки були першими споживачами дорогоцінних підшипників.

У США, наприклад, виробництво підшипників із срібла почалося в 1942 році, тоді на їх виробництво було виділено 311 т дорогоцінного металу. Через рік ця цифра зросла до 778 т.

А тепер дзвінкість. За дзвінкістю срібло помітно виділяється серед інших металів. Недарма в багатьох казках згадуються срібні дзвіночки. Дзвонарі здавна додавали срібло в бронзу "для малинового дзвону». У наш час струни деяких музичних інструментів роблять зі сплаву, в якому міститься 90% срібла.

Срібло у фото і кіно

Фотографія і кінематограф з’явилися в XIX ст. і дали сріблу ще одну роботу. Особлива якість елемента № 47 – світлочутливість його солей.

На перший погляд все просто: світло збуджує хімічну реакцію, і металеве срібло виділяється зі срібної солі, зокрема з бромистого срібла – найкращого зі світлочутливих матеріалів. У желатині, нанесеному на скло, плівку або папір, ця сіль міститься у вигляді кристалів з іонною решіткою. Можна припустити, що квант світла, падаючи на такий кристал, посилює коливання електрона на орбіті іона брому і дає йому можливість перейти до іону срібла. Таким чином, пройдуть реакції

  • Вг- + h? -> Вг + е-
  • Ag+ + е- -> Ag

Проте стан AgBr більш стійкий, ніж стан Ag + Br. Крім того вияснилось, що абсолютно чисте бромисте срібло взагалі позбавлене світлочутливості.

У чому ж тоді справа? Як виявилося, чутливі до дії світла тільки дефектні кристали AgBr. В їх кристалічній решітці є свого роду порожнечі, які заповнені додатковими атомами срібла або брому. Ці атоми більш рухливі і відіграють роль «електронних пасток», ускладнюючи зворотний перехід електрона до брому. Після того як електрон буде «вибитий з сідла» квантом світла, один зі «сторонніх» атомів обов’язково прийме його. Навколо такого «зародка світлочутливості» адсорбуються і закріплюються виділені з решітки атоми срібла. Освітлена пластинка нічим не відрізняється від неосвітленої. Зображення на ній з’являється лише після прояву. Цей процес посилює дію «зародків світлочутливості», і зображення після закріплення стає видимим.

Фото- і кінопромисловість стали найбільшими споживачами срібла. У 1931 році, наприклад, США на ці цілі витрачали 146 т дорогоцінного металу, а в 1958 – уже 933 т.

Старі фотографії та, зокрема, фотодокументи з часом вицвітають. До останнього часу був лише один спосіб їх відновлення – репродукція, перезнімання (з неминучими втратами якості). Проте не так давно знайдений інший спосіб реставрації старих фотографій.

Знімок опромінюють нейтронами, і срібло, яким він «намальований», перетворюється на свій короткоживучий радіоактивний ізотоп. Протягом декількох хвилин це срібло випускає гамма-промені, і якщо в цей час на фотографію накласти пластинку або плівку з дрібнозернистою емульсією, то можна отримати більш чітке, ніж на оригіналі, зображення.

Світлочутливість срібних солей використовують не тільки у фотографії і кіно. Існують універсальні захисні окуляри. Їхнє скло виготовлене з прозорих ефірів целюлози, в яких розчинена невелика кількість галогенідів срібла. При нормальному освітленні такі окуляри пропускають близько половини падаючих на них світлових променів. Якщо ж світло стає сильнішим, то пропускна здатність скелець падає до 5-10%, оскільки відбувається відновлення частини срібла і скло, природно, стає менш прозорим. А коли світло знову слабшає, відбувається зворотна реакція і скельця набувають більшої прозорості.

Атомна служба срібла

Кінематограф і фотографія досягли розквіту в XX ст. і стали споживати срібло в значно більших, ніж раніше, кількостях. Але в другій чверті цього століття з’явився ще один претендент на першочергове використання елемента № 47.

У січні 1934 року була відкрита штучна радіоактивність, що виникає під впливом обстрілу нерадіоактивних елементів альфа-частинками. Трохи пізніше Енріко Фермі спробував інші «снаряди» – нейтрони. При цьому реєстрували інтенсивність виниклого випромінювання і визначали періоди напіврозпаду нових ізотопів. Опромінювали по черзі всі відомі на той час елементи, і ось що виявилося. Особливо високу радіоактивність під дією бомбардування нейтронами набувало срібло, а період напіврозпаду утворених при цьому випромінювачів не перевищував 2 хвилин. Саме тому срібло стало робочим матеріалом в подальших дослідженнях Фермі, при яких було відкрито таке практично важливе явище, як уповільнення нейтронів.

Пізніше цією особливістю срібла скористалися для створення індикаторів нейтронного випромінювання, а в 1952 році срібло «доторкнулося» і до проблем термоядерного синтезу: перший залп нейтронів з плазмового «шнура» був зафіксований на срібних пластинах.

Але атомна служба срібла не обмежується областю чистої науки. З цим елементом стикаються і при вирішення суто практичних проблем ядерної енергетики.

В сучасних атомних реакторах деяких типів тепло відводять розплавленими металами, зокрема натрієм і вісмутом. У металургії добре відомий процес очищення срібла від вісмуту (вісмут робить срібло менш пластичним). Для атомної техніки важливий зворотний процес – очищення вісмуту від срібла. Сучасні процеси очищення дозволяють отримувати вісмут, в якому домішок срібла мінімальний – не більше трьох атомів на мільйон. Навіщо це потрібно? Срібло, потрапивши в зону ядерної реакції, буде її гасити. Ядра стабільного ізотопу срібло-109 (на його частку в природному сріблі припадає 48,65%) захоплюють нейтрони і перетворюються в бета-активне срібло-110. А бета-розпад, як відомо, приводить до збільшення атомного номеру випромінювача на одиницю. Таким чином, елемент № 47 перетворюється в елемент № 48, кадмій, а кадмій – один з найсильніших гасителів ланцюгової ядерної реакції.

Важко перерахувати всі сучасні служби елемента № 47. Срібло потрібне машинобудівникам і скловарам, хімікам і електротехнікам. Як і раніше, цей метал привертає увагу ювелірів. Як і раніше, частина срібла йде на виробництво медикаментів. Але головним споживачем елемента № 47 стала сучасна техніка. Не випадково вже досить давно була викарбувана остання в світі чисто срібна монета. Занадто цінний і потрібний цей метал.

Срібло і медицина

Про бактерицидні властивості срібла, про цілющу «срібну» воду писали багато. В особливо великих масштабах воду «сріблять» на океанських кораблях. У спеціальній установці, іонаторі, пропускають змінний струм через воду. Електродами служать срібні пластинки. За годину в розчин переходить до 10 г срібла. Цієї кількості достатньо, щоб дезінфікувати 50 кубометрів питної води. Насичення води іонами срібла строго дозують: надлишок іонів представляє певну небезпеку – у великих дозах срібло токсичне.

Про це, зрозуміло, знають фармакологи. У клінічній медицині застосовують численні препарати, що містять елемент № 47. Це органічні сполуки, переважно білкові, в які введено до 25% срібла.

Визначено механізм дії срібла на мікроорганізми. Виявилося, що воно інактивує певні ділянки молекул ферментів, тобто діє як ферментна отрута. Чому ж тоді ці препарати не пригнічують діяльність ферментів в людському організмі, адже і в ньому обміном речовин керують ферменти? Справа в дозуванні. У мікроорганізмах процеси обміну йдуть набагато інтенсивніше, ніж у більш складних. Тому можна підібрати такі концентрації сполук срібла, яких вистачило б з надлишком на знищення мікробів, але які не будуть шкідливими для людини.

Замінники срібла

Дефіцит срібла – явище не нове. Ще в першій половині XIX ст. він став причиною конкурсу, переможці якого не тільки отримали великі премії, а й збагатили техніку декількома дуже цінними сплавами. Потрібно було знайти рецепти сплавів, здатних замінити столове срібло. Так з’явилися нейзильбер, мельхіор, аргентан, «німецьке срібло», «китайське срібло»... Всі ці сплави на основі міді та нікелю з різними добавками (цинк, залізо, марганець та інші елементи).

Срібло і скло

Ці дві речовини зустрічаються не тільки у виробництві дзеркал. Срібло потрібне для виготовлення сигнальних скелець і світлофільтрів, особливо коли важлива чистота тонів. Наприклад, в жовтий колір скло можна забарвити декількома способами: оксидами заліза, сульфідом кадмію, азотнокислим сріблом. Останній спосіб найкращий. За допомогою оксидів заліза дуже важко домогтися сталості забарвлення, сульфід кадмію ускладнює технологію – при тривалому впливі високих температур він перетворюється на оксид, який робить скло непрозорим і не забарвлює його. Невелика добавка (0,15 - 0,20%) азотнокислого срібла надає склу інтенсивну золотисто-жовтого забарвлення. Правда, тут є одна тонкість. У процесі варіння з AgN03 виділяється дрібнодисперсне срібло і рівномірно розподіляється по скломасі. Однак при цьому срібло залишається безбарвним. Забарвлення з’являється при наведенні – повторному обігріві вже готових виробів. Особливо добре забарвлюються сріблом високоякісні свинцеві скла. За допомогою срібних солей можна наносити золотисто-жовте забарвлення на окремі ділянки скляних виробів. А помаранчеве скло отримують, вводячи в скломасу золото і срібло одночасно.

Найвідоміша сіль

Прізвище одного з найбільш пам’ятних персонажів Ільфа і Петрова, Никифора Ляпіса, асоціються звичайно зі словом «ляпсус». Проте ляпіс – азотнокисле срібло – це найвідоміша сіль елемента № 47. Спочатку, за часів алхіміків, цю сіль називали lapis infernalis, що в перекладі з латини означає «пекельний камінь».

Ляпіс володіє припалюючою і в’язкою дією. Взаємодіючи з білками тканин, він сприяє утворенню білкових солей – альбумінатів. Властива йому і бактерицидна дія – як і будь-якій розчинній солі срібла. Тому ляпіс широко застосовують не тільки в хімічних лабораторіях, а й в медичній практиці.

За матеріалами: Прокофьева Н. Б., Бучаченко М. С. "Популярная библиотека химических элементов". - М.: "Наука", 1983.

 

Читайте також:

 

Коментарі:

blog comments powered by Disqus