銀
銀(拼音:yín,注音:丨ㄣˊ,粵拼:ngan4;英語:Silver),俗稱白銀,是一種化學元素,其化學符號為Ag(源於拉丁語:argentum;其來源於原始印歐語h₂erǵ,意為「閃亮」或「白色」),原子序數為47,原子量為107.8682 u。銀是柔軟且帶有白色光澤的過渡金屬,在所有金屬中,擁有最高的導電率、導熱率和反射率。銀在自然界中的存在方式有高純度的元素形式(自然銀),如與金或其他金屬以合金形式存在,以及在礦石中存在,如輝銀礦和角銀礦。 大部分銀是銅、金、鉛和鋅精煉的副產品。 長期以來,銀一直被視為貴金屬。銀金屬被用於許多投資型硬幣中,有時與金一起使用。雖然它比金更豐富,但它作為天然金屬的豐富程度要低得多。
銀的純度通常以每千分之一單位測量;94%純度的合金被描述為「0.940 fine」(英文表示)。作為古代常用七種金屬之一,銀在人類文化中已經使用相當久的歷史。除了貨幣和投資媒介(硬幣和金條),銀用於太陽能電池、水過濾、珠寶、裝飾品、高價值餐具和器具(因此稱為銀器)、電氣接觸和導體、專用鏡子、窗戶塗料、催化化學反應,作為著色玻璃和專用糖果中的著色劑。其化合物用於照相和X光膠片。 硝酸銀和其他銀化合物的稀溶液用作消毒劑和殺微生物劑(微動力效應),添加到繃帶和傷口敷料、導管和其他醫療儀器中。
性質
純白銀顏色白,金屬光澤,質軟,摻有雜質後變硬,顏色呈灰、紅色。純白銀比重為10.5,熔點961.78℃,導電性能佳,溶於硝酸、濃硫酸中。銀的物理和化學性質與週期表第11族中的兩個同族元素銅、金相似。其47個電子排列在配置[Kr]4d105s1中,類似於銅([Ar]3d104s 1)和金([Xe]4f145d106s1);第11族是d區塊中為數不多,但具有完全一致電子組態的族。[4]這種獨特的電子結構在填滿的d副殼層上具有最高佔據s副殼銀是一種極其柔軟、富強韌性和延展性的過渡金屬,雖然它比金的稍差。銀以面心立方晶格結晶,體積配位數為12,其中只有單個5s電子軌域,類似於銅和金。[5]與具有未填滿d殼層的金屬不同,銀中的金屬鍵缺乏共價特徵並且相對較弱。該觀察結果解釋了單晶銀的低硬度和高延展性。[6]
5s層的單個電子,是造成金屬銀的許多奇異性質的原因。[7]
銀具有明亮的白色金屬光澤,可以進行高度拋光[8] ,其特點是金屬本身的名稱成為顏色名。[7]與銅和金不同,從填滿的d軌域帶激發電子到銀的s和p導帶所需的能量足夠大(約385 kJ / mol),它不再對應於可見區域的吸收,而是在紫外線區;因此銀是白色的金屬。在長於450 nm的所有波長下,受保護的銀具有比鋁更大的光學反射率。[9]在波長短於450 nm時,銀的反射率低於鋁的反射率,並在310 nm附近下降到零。[10]
第11族中的元素普遍的具有極高的導電性和導熱性,因為它們的單個電子是自由且不與填滿的d副殼層相互作用,因為這種相互作用(在先前的過渡金屬中發生)降低了電子遷移。[11]銀的導電性是所有金屬中最大的,甚至比銅還要大,但由於成本較高,因此不能廣泛用於該性能。射頻工程是一個例外,特別是在VHF和更高的頻率,其中鍍銀改善了導電性,因為這些電流傾向在導體表面而不是通過內部流動。在美國的第二次世界大戰期間,13540噸銀用於電磁鐵富集鈾,主要是因為銅的戰時短缺。[12][13][14]純銀具有最高的任何金屬導熱係數,儘管碳(金剛石同素異形體)和超流體氦-4的導電率更高。[4]銀較任何金屬具有最低的接觸電阻。[4]
銀容易與銅、金以及鋅形成合金。具有低鋅濃度的鋅-銀合金可以被認為是銀中鋅的面心立方固體溶液,因為銀的結構不變,而隨著添加更多的鋅,電子濃度升高。增加電子濃度進一步形成體心立方(電子濃度1.5),複雜立方(1.615)和六方密堆積相(1.75)。[5]
物理性質
銀是11族元素,延展性好(僅次於金),有明亮的銀白色金屬光澤,拋光度高。[8]在受保護的環境中,銀對波長450奈米以上的光波反射率比鋁高[9],對波長450奈米以下的光波反射率不如鋁,對波長310奈米的光波反射率降為零。[10]
銀的導電性在所有金屬中最高,比銅還高[4],但在電氣中由於價格高昂,應用並不廣。但射頻工程是個例外,特別是在甚高頻以上的頻段,鍍銀能夠顯著增加元件和導線整體的導電性,因為高頻電流會集中在導體的表面而非內部。二戰中美國生產濃縮鈾的電磁鐵用了13,450噸銀,這是因為戰時缺銅。[15][16][17]
純銀在金屬中導熱性最高,但低於非金屬中的碳(金剛石)和超流體氦-4。[4]
化學性質
銀是古代發現的金屬之一。銀在自然界中雖然也有單質存在,但絕大部分是以化合態的形式存在。
銀具有很高的延展性,因此可以碾壓成只有0.00003厘米厚的透明箔,1克重的銀粒就可以拉成約兩公里長的細絲。
銀的導熱性和導電性在金屬中名列前茅。
銀的特徵氧化數為+1,其化學性質比銅差,常溫下,甚至加熱時也不與水和空氣中的氧作用,但久置空氣中能變黑,失去銀白色的光澤,這是因為銀和空氣中的硫化氫(H2S)化合成黑色硫化銀(Ag2S)的緣故。其化學反應方程式為:
- 4Ag + 2H2S + O2 = 2Ag2S + 2H2O
銀不能與稀鹽酸或稀硫酸反應放出氫氣,但銀能溶解在硝酸或熱的濃硫酸中:
- 2Ag + 2H2SO4(濃) —Δ→ Ag2SO4 + SO2↑ + 2H2O
銀在常溫下與鹵素反應很慢,在加熱的條件下即可生成鹵化物:
- 2Ag + F2 —473 K→ 2AgF暗棕色
- 2Ag + Cl2 —Δ→ 2AgCl白色
- 2Ag + Br2 —Δ→ 2AgBr黃色
- 2Ag + I2 —Δ→ 2AgI橙色
銀對硫有很強的親合勢,加熱時可以與硫直接化合成Ag2S:
- 2Ag + S =Δ= Ag2S
- 2 Ag + Se → Ag2Se
- 2 Ag + Te → Ag2Te
同位素
自然界存在的銀有兩種穩定同位素:107Ag和109Ag,其中前者的豐度略高(51.839%)。銀的兩種同位素的豐度幾乎相同,這在元素週期表中十分罕見(溴是另一個例子)。銀的原子量是107.8682 (2) 克/摩爾。[18][19]已確定銀的二十八個放射性同位素的特性,其中最穩定的依次是105Ag(半衰期41.29天),111Ag(半衰期7.45天),112Ag(半衰期3.13小時)。銀有很多亞穩態核素,其中最穩定的依次是108mAg(半衰期418年),110mAg(半衰期為249.79天),106mAg(半衰期8.28天)。其餘的放射性同位素的半衰期皆短於一小時,大部分短於三分鐘。
銀的同位素原子量從92.950(94Ag)到129.950(130Ag)不等。[20][21]豐度最高的穩定同位素(107Ag)之前的同位素的衰變類型主要是電子捕獲,生成鈀(46號元素)的同位素,而107Ag之後的同位素的衰變類型則主要是β衰變,生成鎘(48號元素)的同位素。[22]
107Pd β衰變成107Ag的半衰期為650萬年。鐵隕石是僅有的「鈀-銀比」高到可以測量107Ag富度變化的物體。由放射性產生的107Ag首次發現於1978年美國聖塔克拉拉的隕石。[23]發現者提出,一些小型鐵核的行星與其異體,可能是在一千多萬年前的核合成事件中產生的。從這熔化過的星球本體中,觀察到的107Pd–107Ag比值,反映出早期太陽系的吸積中應存在著不穩定的核種。[24]
化學
氧化態 | 配位數 | 立體化學 | 代表的化合物 |
---|---|---|---|
0(d10s1) | 3 | 平面 | Ag(CO)3 |
1(d10) | 2 | 線性 | [Ag(CN)2]- |
3 | 三角形平面 | AgI(PEt2Ar)2 | |
4 | 四面體 | [Ag(diars)2]+ | |
6 | 八面體 | AgF,AgCl,AgBr | |
2(d9) | 4 | 方形平面 | [Ag(py)4]2+ |
3(d8) | 4 | 方形平面 | [AgF4]- |
6 | 八面體 | [AgF6]3- |
銀是一種相當不活潑的金屬。 因為它填滿的4d外殼不能很好地屏蔽從核到最外面的5s電子的靜電引力,因此銀靠近電位序的底部(E0(Ag+/Ag)= +0.799 V)。[7]在第11族中,銀具有最低的第一游離能(顯示5s軌道的不穩定性),但具有比銅和金更高的第二和第三電離能(顯示4d軌域的穩定性),因此化學銀的主要是+1氧化態,反映了隨著d軌域填滿和穩定,沿過渡系列的氧化態範圍越來越有限。[26]與銅相比,Cu2+與Cu+相比具有更大的水合能 ,這是前者在水溶液和固體中更穩定的原因,儘管後者缺乏穩定的填充d副殼層,銀這種效應被其較大的第二游離能量所掩蓋。 因此,Ag+是水溶液和固體中的穩定物質,Ag2+在氧化水時穩定性較差。[26]
由於銀的尺寸小以及較高的第一游離能(730.8 kJ/mol),大多數銀化合物具有顯著的共價性。[7]此外,銀的鮑林電負性為1.93,高於鉛(1.87),其電子親和力為125.6 kJ/mol遠遠高於氫(72.8 kJ/mol),並且比氧的 電子親和力低一些。(141.0 kJ/mol)。[27]由於其完整的d副殼層,其主要+1氧化態的銀表現出相對較少的過渡金屬的性質,從4到10族,形成相當不穩定的有機金屬化合物,形成線性複合物,顯示非常低的配位數,如2,形成兩性氧化物[28]以及秦特相,如後過渡金屬。[29]與前述過渡金屬不同,即使在不存在π-受體配基的情況下,銀的+1氧化態也是穩定的。[26]
即使在炙熱下,銀也不會和空氣發生反應,因此和金被煉金術士視為貴金屬。 其反應性介於銅(在空氣中加熱到紅熱時形成氧化銅(I))和金之間。 與銅一樣,銀與硫及銀的化合物發生反應,在它們存在的情況下,銀在空氣中失去光澤而形成黑色硫化銀(銅形成綠色硫酸鹽 ,而金則不反應)。與銅不同,銀金屬不會與鹵元素反應,除了與氟氣形成二氟化物。雖然銀不受非氧化性酸的侵蝕,但金屬很容易溶於熱的濃硫酸,以及稀硝酸或濃硝酸。在空氣存在下,特別是在過氧化氫存在下,銀容易溶解在氰化物的水溶液中。 [25]
歷史上銀器的三種主要變質方式是失去光澤、長期浸入鹽水中而形成氯化銀 ,以及與硝酸根離子或氧氣反應。 一般情況下,氯化銀為淡黃色,暴露在光線下則變成紫色,它從工件或硬幣的表面稍微突出。 古銀中銅的沉澱可用於製造人工製品,因為銅常是銀合金的組成部分。[30]
銀金屬受強氧化劑如高錳酸鉀(KMnO
4)和重鉻酸鉀(K
2Cr
2O
7)的腐蝕,並且在溴化鉀(KBr)存在下。 這些化合物用於照相漂白銀圖像,將其轉換為溴化銀,可以用硫代硫酸鹽固定或重新開發以增強原始圖像。銀形成氰化物配位化合物(氰化銀),其在過量氰化物離子存在下可溶於水。氰化銀溶液用於銀的電鍍。[31]
銀的常見氧化態 (按共性順序):+1(最穩定的狀態;例如,硝酸銀,AgNO3);+2(高度氧化;例如,二氟化銀,AgF2);甚至是很少見的+3(極端氧化;例如,四氟合銀(III)酸鉀,KAgF4)。[32]+1狀態是迄今最常見的狀態,其次是易於還原的+2狀態。+3狀態需要非常強的氧化劑,例如氟或過二硫酸鹽 ,而且有一些銀(III)化合物與大氣水分和反應並腐蝕玻璃。[33]實際上,氟化銀(III)通常經過銀或一氟化銀與最強的已知氧化劑二氟化氪反應而獲得。[34]
特點
- 性質穩定,活躍性低
- 氧氣相對其他氣體能更容易溶解於銀。
- 導熱,導電率 在常溫常壓下是所有金屬(不包含合金)中最高
- 不易受化學藥品腐蝕(但仍然能被硫、硒、硫化物、硝酸、氫碘酸、氯氣等腐蝕)
- 質軟
- 富有延展性
- 反射率高(銀對波長450奈米以上的光波反射率比鋁高,對波長450奈米以下的光波反射率不如鋁,對波長310奈米的光波反射率降為零。)
應用
- 銀600-800美元每千克(工業應用必考慮成本,2013年春,相比較銅的價格在8~12美元每千克)。
- 製造高價值的物件如銀元貨幣、首飾,並用於製造勳章、獎座、盃、牌和種種裝飾。
- 與汞、錫等其他金屬在室溫混合成的混合物,被廣泛用於牙醫上。
- 製造控制棒來控制核連鎖反應。
- 用作催化劑,是一種對工業非常重要的催化劑,化學實驗室中也會使用。
- 用作電線等導電體,常見於音響設備及鍵盤。
- 加入鎳、銅以增加硬度。
- 在電子工業上是重要的導電材料。
- 製造合金、硝酸銀和其它銀的化合物等。
- 用作製造鏡子反光面。
- 飾品、精品、工藝品皆有使用。較好的材質為925銀,即92.5%銀加入7.5%的銅,為 Tiffany & Co. 所開創的標準。
- 銀能對硫等元素反應,也對某些微生物有殺菌功效卻對人體無害,加上有美觀價值,因此常被做為高級餐具或食物容器。古代也曾有利用這種特性而出現「銀針探毒」的驗毒技術,但今日已證實銀僅對部分元素、化合物及微生物有反應,部分食物如雞蛋等因含硫即使無毒亦會有反應,驗毒功效並非百分之百。
經濟用途
已知最早的硬幣是在公元前600年左右在小亞細亞的利底亞(Lydia)王國鑄造的;利底亞的硬幣是琥珀金(Electrum)製成的,這是一種天然存在的金和銀的合金,可在利底亞境內使用。從那時一直到20世紀,白銀皆為貨幣之基準且散佈世界各地,其中以白銀的固定重量作為標準經濟單位。幾個世紀以來著名的銀幣包括古希臘的德拉克馬、古羅馬的第納里烏斯、伊斯蘭的迪拉姆、來自古印度喀爾巴那自莫臥兒帝國時代起的盧比(由銅和金幣組成)以及西班牙的比賽塔等。
用於製造錢幣的銀量相對用於其他目的的銀量隨時間波動很大, 例如:在戰時,人們往往將更多的銀用於製造錢幣來為戰爭提供資金。
如今,銀的ISO代碼為ISO 4217 XAG,是四種貴金屬中的一種(其他為鈀、鉑和金)。銀幣由鑄棒或鑄錠製成,壓製成正確的厚度,進行熱處理,然後切割取出粗坯。 再將這些粗坯在壓模機中研磨和鑄造; 現代壓鑄機每小時可生產8000銀幣。
價值
2018年7月,白銀的價值約為每公斤495美元,約合每盎司15.5美元。但截至2020年8月6日台北時間17:20,倫敦LBMA金銀市場的白銀現貨價格為每盎司27.7美元。
白銀價格通常以金衡盎司為單位計算。1金衡盎司等於31.1034克。2015年,中國恢復了公制,目前銀和金的價格是以克為單位。倫敦白銀價格每天在倫敦時間的中午發布一次。該價格由幾家主要的國際銀行共同制定,倫敦金銀市場成員使用當天價格進行交易。價格通常以美元(USD)、英鎊(GBP)和歐元(EUR)顯示。
名稱來源
銀拉丁原名為argentum,是其化學符號的來源。
因為銀的活躍性低,其元素型態易被發現亦易提取,故此在古時的中國和西方分別已被認定為五金和煉金術七金之二,僅於金之後一名。
古代西方的煉金術和占星術也有將金屬中的銀與七曜中的月連結,又為金和日之後一名。
「銀」這個詞出現在盎格魯撒克遜人的各種單字中,例如:seolfor和siolfor。 從德語中可以看到類似的字眼(古高地德語silabar和silbir)。 化學符號Ag來自拉丁語中的銀 argentum(古希臘語ἄργυρος),意為「白色」或「 閃亮的」,這是金屬的原始印歐語詞彙,無法在德語、巴爾托語和 斯拉夫語中找到此詞義。 巴爾托·斯拉夫語對白銀的說法與日耳曼語非常類似(例如俄語 серебро及波蘭語 srebro,立陶宛語 sidabras)而且它們可能有共同的起源,雖然這是尚未確定的,一些學者猜測以阿卡德語中 sarpu:"精煉 銀" 作為這些單字的起源,與sarapu這個詞相關(意指改善或冶煉)。
用碳氧焰燒成熔融的銀。
以白銀作為原料鑄造的貨幣(墨西哥銀圓)
化合物
+1價態化合物
銀在化合物中主要以+1價的形式存在。
銀溶於硝酸(HNO
3),生成硝酸銀(AgNO3)。硝酸銀是一種透明晶體,有感光性,且易溶於水。硝酸銀是合成許多其他銀化合物的原料,也可作為防腐劑,還用於彩色玻璃中的黃色添加劑。銀不易與硫酸反應,因此硫酸在珠寶製造中用於清洗銀焊及退火後留下的氧化銅火痕。銀易與硫以及硫化氫(H
2S)反應生成黑色的硫化銀(Ag
2S),這在失去光澤的銀幣或其他物品上很常見。當銀制電氣觸點在富含硫化氫的環境下工作時,觸點上的硫化銀還會生成銀晶須。
- 4 Ag + O2 + 2 H2S → 2 Ag2S + 2 H2O
向硝酸銀溶液中加入氯離子會沉澱出氯化銀(AgCl),同樣地,加入溴鹽或碘鹽可以沉澱出用於製造感光乳劑的其他鹵化銀。氯化銀用於製造檢測pH值和測量電位的玻璃電極,以及用於玻璃的透明水泥。將碘化銀 (AgI)撒入雲層以人工降雨。鹵化銀在水溶液中高度不溶(除了氟化銀),因而常用於重量分析。
向硝酸銀溶液加入鹼,沉澱得到氧化銀 (Ag
2O)。氧化銀用作紐扣電池的正極。向硝酸銀溶液加入碳酸鈉 (Na
2CO
3),沉澱得碳酸銀(Ag
2CO
3)。[31]
- 2 AgNO3 + 2 OH− → Ag2O + H2O + 2 NO3−
- 2 AgNO3 + Na2CO3 → Ag2CO3 + 2 NaNO3
雷酸銀(AgONC)是一種強烈的、對碰撞敏感的炸藥,是銀與硝酸在乙醇(C
2H
5OH)的存在下反應得到的,用於雷管。其他危險易爆的銀化合物包括疊氮化銀 (AgN
3),由硝酸銀與疊氮化鈉 (NaN
3)反應得到,[35]還有乙炔銀(Ag
2C
2),由硝酸銀或銀氨溶液與乙炔(C
2H
2)反應得到。
鹵化銀晶體曝光後形成的潛像經還原劑,如氫醌、米吐爾(4-(甲氨基)苯酚硫酸氫鹽)或抗壞血酸的鹼性溶液顯影處理後,曝光的鹵化銀被還原成金屬銀。硝酸銀的鹼性溶液(銀氨溶液)可被還原糖,如葡萄糖等還原為金屬銀,這個反應用於製造銀鏡,以及玻璃聖誕飾品的內表面。鹵化銀可溶於硫代硫酸鈉(Na
2S
2O
3)溶液,因此硫代硫酸鈉可作為定影劑,去除顯影后感光乳劑上多餘的鹵化銀。[31]
在溴化鉀(KBr)的存在下,金屬銀可被強氧化劑如高錳酸鉀(KMnO
4)或重鉻酸鉀(K
2Cr
2O
7)侵蝕;這些化合物在攝影中用於漂白可見影像,將其轉化為鹵化銀,既可以被硫代硫酸鈉去除,又可以重新顯影以加強原始的影像。在過量的氰根離子(CN-)存在下,氰化銀(AgCN)可以形成可溶於水的氰配合物(Ag(CN)
2-)。銀的氰配合物溶液用於電鍍銀。[31]
其它價態化合物
銀還能形成其它價態的化合物,如氟化亞銀(Ag2F)、二氟化銀(AgF2)、一氧化銀(AgO)等。
在生物中作用
銀的離子以及化合物對某些細菌、病毒、藻類以及真菌顯現出毒性,但對人體卻幾乎是完全無害的。銀的這種殺菌效應使得它在活體外就能夠將生物殺死。然而,銀製品的測試以及標準化卻存在很大難度。
希波克拉底曾經有描述銀在治療和防止疾病方面的功用。腓尼基人曾經用銀瓶子來盛放水、酒和醋,以此防止這些液體變壞。20世紀初期,人們也曾把銀幣放在牛奶,以此來延長牛奶的保鮮期。銀的殺菌機制長期以來一直為人們所爭論探討,但至此還沒有確鑿的定論。其中一個很好的例子是微動力效應,成功的解釋了銀離子對微生物的作用,但卻不能解釋其對病毒的作用。
凝膠以及繃帶大量使用銀。銀的抗菌性來源於銀離子。由於銀離子可以和一些微生物用於呼吸的物質(比如一些含有氧、硫、氮元素的分子)形成強烈的結合鍵,以此使得這些物質不能為微生物所利用,從而使得微生物窒息而亡。
在抗生素發明之前,銀的相關化合物曾在第一次世界大戰時用於防止感染。
銀作為效用廣泛的抗菌劑正在進行新的應用。其中一方面就是將硝酸銀溶於海藻酸鹽中,用於防止傷口的感染,尤其是燒傷傷口的感染。2007年,一個公司設計出一種表面鍍上銀的玻璃杯,這種杯子號稱具有良好的抗菌性。除此之外,美國食品和藥品管理協會(FDA)最近也審批通過了一種內層鍍銀的導氣管的應用,因為研究表明這種導氣管能夠有效的降低導氣管型肺炎。
銀並不會對人的身體產生毒性,但長期接觸銀金屬和無毒銀化合物也會引致銀質沉著症(Argyria)。因為身體色素產生變化,皮膚表面會顯出灰藍色,雖無毒性,但會影響外觀。
參見
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- ^ Greenwood and Earnshaw, p. 1188
- ^ Greenwood and Earnshaw, p. 903
- ^ Meyer, Rudolf; Köhler, Josef and Homburg, Axel publisher = Wiley–VCH. Explosives. 2007: 284. ISBN 3-527-31656-6.
延伸閱讀
外部連結
- 元素銀在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的介紹(英文)
- EnvironmentalChemistry.com —— 銀(英文)
- 元素銀在The Periodic Table of Videos(諾丁漢大學)的介紹(英文)
- 元素銀在Peter van der Krogt elements site的介紹(英文)
- WebElements.com – 銀(英文)