元素

47 银 人工降雨的元素

本文作者 漂泊

银是一种重要的贵金属,它是制造货币和珠宝首饰的主要原料,也是重要的导电材料。银的化合物可以用于制造感光胶片、电极,也可以用于人工降雨。银离子还有杀菌消毒的作用。

 

银的基本物理性质

分类 第ⅠB族▪金属
原子序号原子量 47(107.868)
电子配置 4d105s1
密度 10.49g/cm 
熔点 961.78°C
沸点 2212°C
形状 银白色金属
丰度 0.07ppm(地壳)
发现者 古人
主要的同位素 107Ag,109Ag
用途例 货币、珠宝
前后的元素 钯-银-镉

银的发现与冶炼

银和黄金一样,是一种很早就被人们发现并冶炼,应用历史十分悠久的贵金属,至今已有4000多年的历史。由于银的优良特性,它在古代主要被用作货币和装饰用品。从汉代古墓中出土的银器已经十分精美;在希腊和罗马时期,银币已是最为重要的货币,地理大发现时期,欧洲殖民者在美洲发现了大量的银矿从而获得了巨额的财富,促进了欧洲经济的发展,银币作为最重要的金属货币,一直使用到近代:英镑和我国解放前用的银元,都是以银为主的银铜合金

银在自然界中通常和其他金属一起结合存在,如和成合金,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%。此外,一些矿脉中也会存在银的化合物,如方铅矿中举含有一定量的硫化银。人们发明了灰吹法来分离这些矿石中的银。铅在327°C熔化,氧化铅在888°C熔化,银熔化在960°C。为了分离银,矿石中的合金被至于960-1000℃的高温氧化环境中熔化。铅会被氧化成氧化,在这个过程中,它会从其他金属的氧化物中夺走氧,例如银。通过毛细管作用将液态氧化铅除去或吸收到炉床衬里中,就可以得到液态的银。这是古代冶炼银的一种常用方法。

Ag(s)+ 2 Pb(s)+ O2(g)→2PbO(吸收除去)+ Ag(l)

而在现代,银主要是从电解精炼铜、铅、锌等金属所产生的“阳极泥”中提取的。在电解时,纯化的铜会沉积在阴极上,而反应活性较低的贵金属如银、金会沉积在阳极附近形成阳极泥,阳极泥中贵金属的比重会非常高。再通过酸洗和一些其他的处理过程,很容易就可以得到纯度很高的银。

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。[1-3]

 

单质银                                                                                           银器

银的用途

纯银是一种美丽的银白色金属,具有诱人的白色光泽,由于其较高的化学稳定性和一定的收藏观赏价值,银被广泛用作制作首饰、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,而银质纪念币由于设计精美,发行量少,具有保值增值功能,也深受钱币收藏家和钱币投资者的青眯。

银也是导电性最好的金属,也具有很好的延展性和导热性。电子行业是用银量很大的一个行业,银主要被用于制作电接触材料:在各种自动化装置、计算机以及通讯系统设备中,存在着大量的接触点,这些接触点大都是用银制作的。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。很多导电线路也是用银浆印刷而成的。[4]

 

银纪念币                                                                                        用于印刷的导电银浆

 

银的化合物

银最重要的化合物是银的卤化物。向硝酸银溶液中加入氯离子会沉淀出氯化银,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,加入溴离子或离子可以沉淀溴化银和碘化银。卤化银最重要的用途是用于制造感光乳剂,卤化银感光材料是用银量最大的领域之一。卤化银作为感光乳剂的原理是由于卤化银曝光后形成的潜像经过还原剂,如氢醌米吐尔抗坏血酸的碱性溶液等显影处理后,会被还原成金属银,从而形成影像。(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。)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。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。除此之外,氯化银还可以用于制造检测pH值和测量电位的玻璃电极,而碘化银还可以用于人工降雨。

碘化银用于人工降雨的原理是:将含有碘化银的炮弹打入云雾厚度比较大的4000至5000米中低高空,碘化银受热后就会在空气中形成极多极为微小的碘化银粒子,1g 碘化银可以形成几十万亿个微粒。这些微粒会随气流运动进入云中,成为云中水滴的凝聚核,在冷云中产生几十万亿个冰晶,水滴在其周围迅速凝聚,达到一定体积后便产生了降雨。用碘化银催化降雨不需飞机,设备简单、用量很少,费用低廉,可以大面积推广。除了人工降水(雨、雪)外,碘化银还可以用于人工消云雾、消闪电、削弱台风、抑制冰雹等。

除了卤化银,银还有一些其他的重要化合物:氰化银是一种银的配合物,可以用于银的电镀,而雷酸银则是一种对碰撞敏感的炸药,是银与硝酸乙醇的存在下反应得到的,可以用于雷管。与其性质相似的危险易爆的银化合物还有叠氮化银,由硝酸银与叠氮化钠反应得到,以及乙炔银,由硝酸银或银氨溶液乙炔反应得到。[5-7]

从左至右依次是AgI 、AgBr、 AgCl 碘化银用于人工降雨原理

感光胶片

氯化银-银电极

 

银的杀菌消毒作用

银具有一定的杀菌消毒作用,这个现象很早就为人们所知,但其原理直到现代才被人们研究清楚。在古代,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;人们也使用银器来保存牛奶,以此来延长牛奶的保鲜期。公元前三百多年,亚历山大东征时,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。这是为什么呢?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制造的。银为什么可以杀菌消毒呢?

银在水中能分解出极微量的银离子,由于银离子的还原势极高,可以强烈地吸引细菌体中蛋白酶上的巯基(-SH),迅速与其结合在一起,使蛋白酶丧失活性,导致细菌死亡。当细菌被Ag+杀死后,Ag+又可以从细菌尸体中游离出来,再与其它菌落接触,周而复始地进行上述过程,持久性的杀菌。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。据测定,水中含Ag+为0.01ppm时,就能完全杀死水中的大杆菌,能保持长达90天内不繁衍出新的菌丛。此外,还有研究发现银离子可以通过束缚病毒DNA分子上的供电子体导致病毒死亡。

根据这一原理,银离子也被添加于凝胶以及绷带中进行抗菌。如在抗生素发明之前,银的化合物曾在第一次世界大战时用于防止感染。此外,银作为效用广泛的抗菌剂正在研发新的应用。如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。含有磺胺嘧啶银银纳米粒子的伤口敷料可用于治疗外部感染。银也被用作一些医疗装置中的抗生素涂层,如导尿管气管内呼吸管(有证据表明它可减少呼吸机相关性肺炎

我国古代的“银针试毒”利用的则是银与毒物中的硫化物或砷化物反应(砒霜As2O3是古代最常见的毒物)使银针的表面生成一层灰黑色的硫化银或黑色的砷化银来判断是否中毒。[8-9]

 

银器                                                            银针                                                   银离子杀菌

 

参考文献

  • [1]Craddock, P. T. 1995. Early metal mining and production. Edinburgh: Edinburgh University Press. p. 223
  • [2] Bayley, J., Crossley, D. and Ponting, M. (eds). 2008. Metals and Metalworking. A research framework for archaeometallurgy. Historical Metallurgy Society 6.
  • [3]Greenwood and Earnshaw, pp. 1174–6
  • [4]Hammond, C. R. (2004). The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics (81st ed.). CRC press. ISBN 978-0-8493-0485-9.
  • [5]Greenwood and Earnshaw, pp. 1183–5
  • [6]Ullmann, p. 82
  • [7]Meyer, Rudolf; Köhler, Josef & Homburg, Axel (2007). Explosives. Wiley–VCH. p. 284. ISBN 978-3-527-31656-4.
  • [8]Beattie, M.; Taylor, J. (2011). “Silver alloy vs. Uncoated urinary catheters: A systematic review of the literature”. Journal of Clinical Nursing20 (15–16): 2098–2108. doi:10.1111/j.1365-2702.2010.03561.xPMID 21418360.
  • [9]Bouadma, L.; Wolff, M.; Lucet, J. C. (August 2012). “Ventilator-associated pneumonia and its prevention”. Current Opinion in Infectious Diseases25(4): 395–404. doi:10.1097/QCO.0b013e328355a835PMID 22744316.

 

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