| Головна » Статті » Хімія | [ Додати статтю ] |
“Сплавы”“Прошлое и будущее серебра ”
|
РЕФЕРАТ на тему: "Сплавы” "Прошлое и будущее серебра ” СПЛАВЫ Сплав — это соединение двух или более ве-ществ, образовавшееся в результате кристалли-зации (затвердевания) расплавов. В состав сплавов входят металлы и неметаллы: углерод кремний, мышьяк, фосфор и некоторые другие элементы. Подавляющее большинство металли-ческих изделий изготовлено из сплавов. Имение они позволили получить многие тысячи мате риалов с самыми разнообразными свойствами, в том числе и такими, каких нет ни у одного из составляющих сплав элементов. Например сплав может быть в 10—20 раз прочнее входя-щего в него металла, его температура плавления может быть намного выше или ниже, он может практически не менять, своих размеров при нагревании и охлаждении и т. д. Чистое железо — очень мягкий металл, из которого не сделаешь даже топора или ножа Однако стоит добавить в расплавленное железо углерод, как оно делается твердым. Именно по количеству углерода, а следовательно, и по твердости различают железо, сталь, чугун. Но не только углерод изменяет свойства ста ли. Добавленный в сталь вольфрам делает ее более твердой, хром — нержавеющей, мар ганец — износостойкой, ванадий —«неутомимой» (см. Легирование). Особенность метал лов менять свои свойства при соединении с другими материалами знали еще древние. 5 тыс лет назад научились делать твердую бронзу — расплавляя в одном тигле мягкие олово и медь Не все металлы могут сплавляться между собой. Например, железо и свинец или железо висмут в расплавленном состоянии не смешиваются друг с другом, подобно воде с маслом слишком различны их плотности. И все же ученые сумели получить соединения этих метал лов — спеканием их порошков при высокой температуре (см. Порошковая металлургия). Многие особенно важные для промышлен-ности сплавы получили свои собственные назва-ния: бронза — сплав меди с оловом; латунь — сплав меди с цинком; «крылатый металл» дуралюмин — сплав алюминия, меди, марганца и магния. Большая прочность и легкость этого сплава обеспечили ему широкое применение в авиации. Замечательны сплавы никеля с хромом и же-лезом. Они обладают высоким электрическим сопротивлением, и из них делают нагреватель-ные элементы для бытовых приборов и про-мышленных агрегатов; они не поддаются кисло-там и широко применяются в химической про-мышленности; наконец, они жаропрочны, поэ-тому служат для изготовления деталей двига-телей реактивных самолетов. Еще более удивителен сплав никеля с тита-ном. Его называют — нитинол. Этот редкий сплав обладает «памятью». Если изделие из нитинола расплющить или согнуть, а потом на-греть, то оно «вспомнит», каким было до дефор-мации, и восстановит первоначальную форму. И это свойство «запоминающих» сплавов уже используется в промышленности, например в космической технике. Буквы, которые вы сейчас читаете, отпеча-таны с помощью гарта — сплава свинца, сурь-мы и олова, из которого отлит типографский шрифт. Сейчас в промышленности применяется свыше 10000 сплавов, но это далеко не предел. Ученые упорно ищут и находят все новые и новые соединения металлов, обладающие не неизвестными доселе свойствами. ПРОШЛОЕ И БУДУЩЕЕ СЕРЕБРА В ТЕНИ ЗОЛОТА Если верить археологам, то серебро — третий металл, который начал исполь-зовать человек, а произошло это примерно за 25 столетий до нашей эры в Малой Азии. Некоторые авторы считают, что серебро было известно еще древним египтянам за четыре тысячелетия до нашей эры; однако собствен-ных месторождений серебряных руд в Египте не было и в более поздние времена они получали серебро от финикийцев, возможно из испанских месторождений. Самородное же серебро встречается не очень часто и в небольших количествах. Возможно египтяне были знакомы не с серебром, а со сплавом золота и серебра, называемым "азем" (о нем уже говорилось в начале книги), который египтяне считали самостоятельным металлом. Этот сплав содержал 20—25 % серебра, а происхождение его было, вероят-но, естественным; в природном золоте иногда содержится даже 50 % серебра и более. Известно, что в Егип-те еще во время господства гиксосов (1780-1580 гг. до н.э.) серебро стоило вдвое дороже зо-лота. А во времена XVIII динас-тии (1580-1350 гг. до н.э.) за три части золота давали пять частей серебра. Иногда попадаются сообще-ния о находках самородков се-ребра массой в несколько кило-граммов, а в одном случае (он относится к XV веку) даже 20 т. Но основное количество серебра в природе находится в виде серебряных руд. Важнейшие из них - агрентит Аs2S3, светлый и темный пираргириты Аs2S3*3Аg2S и Sb-2S3*3Ag2S, а также хлораргирит ("роговое сереб-ро") АgС1. Немало серебра полу-чают из свинцовых руд, кото-рые содержат обычно 0,01—0,3 % серебра, но иногда до 1 %. Сереб-ро — частый гость и в медных рудах, например в мансфельдских медных сланцах, о которых мы уже говорили, содержится 0,01-0,02 % серебра. Серебряные руды проплавляют с добавкой свинца или свинцовой руды. Этот способ (купеляция) был известен еще в древности. Во всяком случае его использовали еще за шесть столетий до нашей эры в серебряных рудниках Лаурейона в Древней Гре-ции, а географ и историк Страбон в самом начале нашей эры описал этот процесс, хотя и неточно. Получающийся серебряносвинцовый сплав окис-ляется кислородом воздуха на поду открытой печи, причем окисляется свинец, окись которого РЬО стекает в виде шлака. Серебро же остается на поду и в конце концов начинает сверкать через слой шлака (это назы-вают свинцовым глетом). Момент появления серебра, вознаграждающий металлургов за их усилия, древние сереброплавилыцики называли сереб-ряным бликом. Труднее извлекать серебро из свинцовых руд. Если использовать опи-санный метод, то придется окислить весь свинец, чтобы получить немножко серебра. Но в 1829 г. англичанин Паттинсон открыл, что при медленном затвердевании серебряносвинцовых расплавов сначала выделяется практи-чески не содержащий серебра свинец. Если его постоянно удалять из рас-плава, то остающийся расплав будет постепенно обогащаться серебром до его содержания 2,25 %. Дальше обогащение прекращается, так как этот сплав (он называется эвтектическим) имеет наименьшую температуру плавления и будет затвердевать с этим составом. Но серебра уже в нем достаточно, чтобы отправить его на обычную выплавку. В 1850—1852 гг. был разработан еще более удобный технологический процесс выплавки серебра, основанный на том, что расплавленный цинк не смешивается с расплавленным свинцом, но вытягивает из жидкого свинцовосеребряного сплава серебро. При охлаждении расплава первым затвердевает сплав цинка с серебром; не содержащий серебра свинец удаляют, а сплав дистиллируют, причем чистый цинк улетучивается, а остав-шийся серебряносвинцовый сплав перерабатывают на серебро обычным спо-собом. Этот процесс, внедренный в практику Парксом в 1859 г., тогда не нашел широкого применения, но в наше время завоевал признание метал-лургов. Богатые серебряные руды перерабатывают, как правило, гидрометал-лургическими способами, например выщелачиванием цианидами. Медные руды согласно разработанному в 1845 г. способу обжигают, чтобы окис-лить сульфид до сульфата. А сульфат меди разлагается на СuО и SO3 уже при 830°С, поэтому сульфат серебра из медных руд можно выщелачи-вать водой. Полученное гидрометаллургическим способом серебро со-держит небольшие количества золота, а если оно поступило из Южной Америки, то и платину. Серебро, полученное способом купеляции, со-держит около 5 % свинца. Его очищают электролитическим способом. СЕРЕБРО В МИРЕ Хотя серебро в сознании людей занимало второе место после золота, до начала XIX века оно влияло на политику и экономику больше, чем любой другой металл. Уже упомянутые серебряные рудники Лаурейона сыграли важную роль в возвышении Афин над другими греческими городами-государства-ми. В Древнем Риме серебряные рудники в отличие от государственных золотых шахт находились в частной собственности. Плиний Старший сооб-щает о серебряном столовом сервизе массой 12 тысяч фунтов, но он же го-ворит и об иронических высказываниях карфагенских послов: где бы им ни приходилось обедать в Риме, еду всегда подавали на одних и тех же серебряных тарелках. Главным источником серебра для Рима была Испания, поэтому полу-чение государственной должности в этой провинции было очень привлека-тельным, а зачастую становилось трамплином в политической карьере. Даже великий Цезарь пробыл два года пропретором в Испании, а после этого сумел заплатить все свои долги (по мнению современников, они достигали астрономических сумм). Испанские серебряные рудники, принадлежавшие ранее Карфагену, были, по-видимому, одной из причин Пунических войн. Доминирующее положение Германии в средние века в Европе во многом объясняется и тем, что до открытия Америки на территории Германии добывалось три четверти европейского серебра. В Эльзасе серебро добывали еще в VII веке, на притоках Рейна Лане и Зиге — с 863 г. В 968 г. были открыты легко доступные месторождения серебра в Раммельсберге близ Гослара; расцвет этих рудников пришелся на XI—XII столетия. Фрейбергские серебряные рудники начали рабо-тать в 1163 г., пережили свой расцвет в XV— XVI веках и были закрыты только в 1913 г. В Саксонии серебро добывали с 920 г. Многие города средневековой Германии были основаны или процветали благодаря близости серебряных месторождений. Большие месторождения серебра были и в Чехии. В Пршибраме серебро добывали с 753 г., а на Кутной горе — с 1240 г. В 1510г. начались работы на серебряных рудниках в районе Иоахимсталя; из добытого там серебра были в 1519 г. отчеканены первые иоахимсталеры, которые позже называли просто талерами и которые в течение столетий играли роль миро-вых денег (в частности, слово "доллар" тоже происходит от талера)*. Со времен древности до первого десятилетия XIX века серебро было основным металлом для чеканки монет на эти цели шла тогда примерно треть добываемого серебра. Отношение цен золота и серебра составляло 15:1 и оставалось постоян-ным в течение столетий. Поскольку содержание серебра в монетах сильно колебалось, а часто его уменьшали и умышленно, в Гамбурге с 1770 г. для расчетов начали использовать чистое серебро в слитках. Богатство Нового Света тоже состояло преимущественно из серебра, хотя испанские завоеватели Южной Америки охотились в основном за зо-лотом. Испанские корабли, возвращающиеся из Америки на родину, в то время называли "серебряным флотом". Множество исторических анекдо-тов рассказывают о сказочном богатстве Перу, Колумбии и прежде всего Мексики серебром. США тоже очень богаты этим металлом. Сегодня на долю американского континента приходится почти 80 % добываемого в мире серебра. ВО ВЛАСТИ ТЕХНИКИ В списке элементов по распространен-ности серебро занимает 69-е место, т.е. встречается довольно редко. Тем не менее в прошедшие столетия про-изводство серебра в 30 раз превышало производство золота. Поэтому се-ребро всегда было в большой мере бытовым металлом. Поскольку хими чески оно очень устойчиво (на него действуют только азотная кислота, го-рячая концентрированная серная кислота и цианиды), этот металл часто использовали для изготовления столовых приборов, в основном в виде сплава с 20 % меди (серебро 800-й пробы). До изобретения нержавеющей стали серебряные столовые приборы были идеальными: они почти не реа-гировали с компонентами пищи. Да и сегодня они высоко ценятся за блеск и возможность легкой чистки, хотя со временем на серебряных предметах появляется налет черного сульфида серебра (в воздухе всегда имеются небольшие количества сероводорода и серебряные предметы постепенно тускнеют). В то же время поверхность серебра можно намеренно обраба-тывать серой или какими-нибудь металлами; это придает металлу очень красивый вид (темную окраску или орнамент). Техника чернения серебра была известна еще древним египтянам и имеет давние традиции в России. Серебро — ходовой металл для изготовления украшений, особенно фили-гранных, т.е. выполненных из серебряной проволоки (это слово проис-ходит от латинского "филум" - нить). Ведь серебро легко поддается волочению: из полуграмма серебра можно сделать тонкую проволоку длиной в километр! Часто по соображениям экономии вместо серебря-ных предметов пользуются посеребренными. Наконец, серебро исполь-зуют при изготовлении зеркал. Но в этих областях остаются неиспользованными важнейшие и ценней-шие качества серебра. Ведь именно серебро обладает наибольшей электро-и теплопроводностью. В сочетании с пластичностью и химической стойкос-тью это свойство делает серебро идеальным материалом для электротех-нической промышленности. Серебро применяют для изготовления кон-денсаторов и защитных устройств, подводящих и отводящих контактов малых электрических блоков, для специальных припоев. В химической, фармацевтической и пищевой промышленности часто используют сереб-ряные или плакированные серебром устройства — автоклавы, холодиль-ники, клапаны и т.д. Серебро входит в состав катализаторов и лекарств; используют его и для обеззараживания питьевой воды. При столь широком применении спрос на серебро должен быть очень большим. Но до второй мировой войны серебро было сравнительно деше-вым и доступным металлом, ибо техника еще не достигла тогда того уров-ня, при котором она могла бы успешно использовать серебро. Например, в США, где скупалось много серебра с целью поддержания высокой цены на него, в 30-х годах выпускали даже посеребренные консервные банки с целью экономии олова! Но эти времена безвозвратно прошли. Если в 1937 г. в Германии серебро стоило 33,2 рейхсмарки за килограмм, то в 1967 г. в ГДР оно стоило уже 171 марку за килограмм, и цена его про-должает расти. В 1964 г. мировая (без СССР) добыча серебра составила 6095 т, а его потребление только в капиталистических промышленных странах было равно 7341 т, из которых на долю США приходилось 3487 т. Только фотохимическая промышленность расходует 25—30 % всего исполь-зуемого серебра (в ФРГ в 1965 г. даже 37 %), причем это серебро практи-чески безвозвратно теряется. КАК ОСТАНОВИТЬ МГНОВЕНЬЕ То что хлорид серебра (или, как назы-вали его в те годы, "роговое серебро") при определенных условиях темнеет, первым заметил Анджело Сала в 1614 г. Р.Бойль предположил, что это происходит под действием воздуха. В 1727 г. врач из Галле И.Х. Шульце установил, что потемнение объясня-ется действием света. Шульце хотел изготовить светящийся препарат, для чего он обработал мел раствором, содержащим серебро. О своем наблю-дении Шульце написал по-латыни статью с пространным названием: "Мраконос вместо светоноса или удивительный опыт действия солнечных лу-чей", причем статья была написана так, что возможности применения ново-го открытия были совершенно непонятны. В 1777 г. К.В.Шееле нашел, что потемнение вызвано образованием металлического серебра, а несколь-ко позже (в 1782 г.) И.Сенебир установил, что свет разной окраски вызы-вает потемнение в различной степени. Этими опытами заинтересовался даже Гете. Примерно с 1816 г. систематическими опытами по фотографии занял-ся француз Ж.Н.Ньепс (1765—1833 гг.).. Сначала он использовал хлорид серебра, но вынужден был прекратить опыты, ибо изготовленные им фото-графии постепенно темнели; ведь привычных в наше время закрепителей тогда еще не знали, К такой же неудаче пришел еще в 1802 г. рано скончав-шийся английский химик Т..Уэджвуд. Ньепс же для своих дальнейших опы-тов, стимулом к которым, по-видимому, были работы Сенебира, выбрал асфальт. Он надеялся изготовлять та-ким путем типографские клише. Мож-но отметить, что этот способ был впос-ледствии разработан его племянником Ньепсом де Сен-Виктором. В 1829 г. Ж.Н. Ньепс заключил до-говор с художником Л.М.Ж. Дагером (1789-1851 гг.), который продолжил его опыты на металлических пластин-ках. Вскоре он открыл, что посеребрен-ные медные пластинки, подвергнутые действию паров йода, после относитель-но короткой выдержки на свету фикси-руют картину, если их потом обрабо-тать в парах ртути. Этот процесс нам известен под названием дагеротипии. Почти в то же время англичанин У.Г.Ф. Толбот (1800-1877 гг.) устано-вил, что покрытая хлоридом серебра бумага фиксирует внешний вид объек-тов, причем темные и светлые места на ней "перепутаны" местами. Он об-работал эту бумагу галловой кисло-той, закрепившей изображение, а затем скопировал этот "негатив" на другую такую же бумагу и получил позитивное изображение. Несколько позже француз Байяр предложил для закрепления применяющийся и в наши дни тиосуль-фат натрия. Кроме галогенидов серебра, существует еще множество светочувстви-тельных веществ (хлорид золота, "тинктура железа", многочисленные кра-сители, диазосоединения, азиды, некоторые пластмассы); некоторые из них не намного меньше, а то и настолько же чувствительны к свету, как га-логениды серебра. Разработан и специальный способ фотографии, позволяю-щий применять эти вещества. И все же галогениды серебра остаются универ-сальным фотоматериалом, превосходя остальные вещества тем, что на них в результате действия света появляется скрытая ("латентная") картина, которая становится видимой в результате проявления. Фотография завоева-ла прочное место не только в повседневной жизни, но и во всех областях науки и техники (упомянем только о рентгеновских снимках в медицине и при испытаниях материалов). Кинематограф, бывший в течение несколь-ких десятилетий излюбленным развлечением людей, сейчас несколько по-теснен телевидением, но и оно не может обойтись без пленки, покрытой галогенидом серебра. В ГДР в 1966 г. продукция фотопромышленности (здесь имеются в ви-ду аппаратура и фотоматериалы) была очень большой; общая стоимость этой продукции 13 млрд. марок. Эта отрасль расходует большое количест-во серебра, хотя на 1 м2 площади фотоматериалов затрачивается всего 2—10 г серебра. В случае цветной пленки теоретически все затраченное серебро можно вернуть обратно (регенерировать), но практически мы дале-ки от этой цели. Черно-белая же пленка и бумага содержат тонкоизмельчен-ное серебро, не поддающееся регенерации. Поэтому дефицит серебра пос-тоянно увеличивается. Сейчас потребность в серебре покрывается тем, что из обращения изымаются серебряные монеты, которые передаются в промышленность. Многие крупные ученые считают, что запасов серебра на Земле хватит еще лишь на 15-20 лет. Если эти прогнозы подтвердятся, то серебро станет первым промышленным материалом, земные запасы которого человечество исчерпало. Во всяком случае, можно рассчитать, что серебро, как и в начале своей истории, будет стоить дороже золота. | |
| Переглядів: 660 | |
| Всього коментарів: 0 | |