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原子序數為47的化學元素 来自维基百科,自由的百科全书

銀
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是一种化学元素化学符号Ag拉丁语argentum),原子序47,原子量107.8682 u。银为金属,质地柔软且带有白色光泽,俗称白银导电率导热率反射率均在金属中名列前茅。银在地壳中以高纯度的元素(自然银)、与其他金属形成合金,或以矿石的形式存在(如辉银矿角银矿)。大部分的银是精炼的副产品。

事实速览 外观, 概况 ...

银作为历史悠久的贵金属,金融上被用于许多投资型硬币中,有时与一起使用,形成金银复本位制度[2]。虽然银的丰度高于,但它作为自然金属英语Native metal的丰度低于金[3][需要较佳来源]

银的纯度英语Fineness通常以千分比描述,例如纯度94%的银合金在英文中被称为“0.940 fine”。银的用途广泛,除了货币和投资媒介(硬币金条)以外,也用于太阳能电池净水器珠宝装饰品、高价值餐具和器具(因此有银器之称)、电气接触英语Electrical contact导电材料、特殊用途的镜面及窗户涂料催化剂彩绘玻璃着色剂英语Colourant,以及糖果中的食用色素。此外,银的化合物用于照相底片和X光底片。硝酸银和其他银化合物的稀溶液可作为消毒剂,添加到绷带和伤口敷料医用导管和其他医疗器材中。

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性质

Thumb
银具有极强的延展性,可以拉成一个原子宽的金属丝[4]

银原子具有47个电子,电子排布Kr4d105s1价电子排布类似于铜(Ar3d104s 1)和金(Xe4f145d106s1),这导致金、银、铜的物理和化学性质相似,三者都被归类为元素周期表中的11族元素;11族也是d区元素中少数电子排布完全一致的族[5]。银的价电子排布比较特别,在全满的d副壳层上还有一个半满的s副壳层,这是许多奇异性质(例如导电性、标准电极电位等等,详见下文)的成因。[6]

银以面心立方晶格结晶,体积配位数为12,这点也类似于铜和金。[7]

物理性质

纯白银颜色白,有金属光泽ff质软,掺有杂质后变硬,颜色呈灰、红色。纯白银的比重为10.5,熔点961.78 °C。[来源请求]

因为独特的电子排布,银原子之间的金属键缺乏共价特征,而且强度相对较弱。这种特性可以解释单晶银的低硬度和高延展性[8]因此可以碾压成只有0.3微米厚的透明箔,1克重的银粒就可以拉成约两公里长的细丝。[来源请求]

银具有明亮的白色金属光泽[9],这一特性也成为“银色”的名称来源[6]此外,银还可以进行高度抛光[9]。银的反射率甚佳;当入射光的波长大于450 nm时,银的反射率大于[10]不过当波长小于450 nm时,银的反射率低于铝,并在310 nm附近下降到零。[11]

11族元素普遍具有极高的导电性导热性。因为它们有半满的s副壳层,而且s副壳层不跟全满的d副壳层产生相互作用;这种相互作用发生在其他过渡金属中,会降低电子的跃迁。[12]

银的导电率是所有金属中最高的,接触电阻英语Contact resistance则是所有金属中最低的[5]。不过由于银的成本较高,所以没有广泛运用在导线,反而是铜线比较常用;但射频工程英语Radio frequency engineering是一个例外(尤其是特高频和更高的频率),这是因为交流电在射频下有较为显著的集肤效应(亦即电流倾向在导体表面流动),所以镀银可以改善导线的导电性[13]。另外,美国在二战期间使用了13540吨的银制造电磁铁,用来浓缩铀,主要是因为战时铜的短缺。[14][15][16]

纯银的热导率高于其他所有金属,不过低于非金属碳(金刚石)和超流体氦-4英语Superfluid helium-4[5]

银容易与铜、金以及锌形成合金。锌浓度较低的锌-银合金可视为“锌溶于银”的面心立方固体溶液,其结构与纯银类似。而随着锌的浓度上升,价电子浓度也上升,晶体结构会逐步转换成体心立方(电子浓度 1.5)、复杂立方(电子浓度 1.615)和六方最密堆积(电子浓度 1.75)。[7]

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同位素

自然界存在的银有两种稳定同位素107Ag和109Ag,其中前者的丰度略高(51.839%)。银的两种同位素丰度几乎相同,这在元素周期表中十分罕见(是另一个例子)。银的原子量是107.8682(2) 克/摩尔[17][18]。由于银化合物(尤其是卤化银)在重量分析法中很重要,所以银的原子量也是分析化学中一项非常重要的参数。[17]核合成而言,银的两种稳定同位素都是透过中子捕获产生的(一种是在恒星中透过S-过程产生的,另一种是在超新星中透过R-过程产生的)[19]

银有二十八个放射性同位素的特性已被测定,其中最稳定的依次是105Ag(半衰期41.29天)、111Ag(半衰期7.45天)、112Ag(半衰期3.13小时)。银也有很多亚稳态核素,其中最稳定的依次是108mAg(半衰期418年)、110mAg(半衰期249.79天)、106mAg(半衰期8.28天)。其余的放射性同位素的半衰期均短于一小时,大部分短于三分钟[20]

银的同位素原子量从92.950(94Ag)到129.950(130Ag)不等。[21][22]丰度最高的稳定同位素(107Ag)之前的同位素的衰变类型主要是电子捕获,生成(46号元素)的同位素,而107Ag之后的同位素的衰变类型则主要是β衰变,生成(48号元素)的同位素[23]

107Pd β衰变成107Ag的半衰期为650万年。铁陨石是仅有的“钯-银比”高到可以测量107Ag富度变化的物体。由放射性产生的107Ag首次发现于1978年美国圣塔克拉拉的陨石[24]。发现者提出,一些小型铁核的行星与其异体,可能是在一千多万年前的核合成事件中产生的。从这熔化过的星球本体中,观察到的107Pd–107Ag比值,反映出早期太阳系吸积中应存在着不稳定的核种[25]

化学

更多信息 氧化态, 配位数 ...

氧化性来说,银是一种相当不活泼的金属。银的标准电极电位很高(E0(Ag+/Ag)= +0.799 V)[6]。这是因为它的4d副壳层全满,不能有效屏蔽最外层5s轨域的静电力

11族元素中,银的第一游离能最低(730.8 kJ/mol,表现出5s轨域的不稳定性),不过第二和第三游离能高于铜和金(表现出4d轨域的稳定性),因此银最常见的化合价是+1。在同一周期过渡元素中,化合价的范围由左至右越来越小,这是因为随着d副壳层逐渐被填满,能量也趋于稳定[27]

在形成离子方面,银和铜有些许差异;虽然铜(II)离子(Cu2+)缺乏稳定填满的d副壳层,但是它的水合焓大于铜(I)离子(Cu+,旧称亚铜离子),这造成Cu2+在水溶液和固体中更稳定;银本来也应该出现这种效应,但是由于银的第二游离能太大,所以Ag2+的稳定性较差,反而让Ag+成为水溶液和固体中较稳定的离子[27]

由于银的原子半径较小,第一游离能较高,大多数银化合物都有显著的共价性[6]。此外,银的电负度为1.93,高于铅(1.87);电子亲和力方面,为125.6 kJ/mol,远远高于(72.8 kJ/mol),并且略低于(141.0 kJ/mol)[28]。由于d副壳层全满,银在化合价为+1的时候不太像4族10族过渡金属;它通常可以形成相当不稳定的有机金属化合物、线性错合物(配位数非常低,只有2)、两性氧化物[29]以及后过渡金属之类的秦特相[30]。另外,即使没有π受体配基,银的+1氧化态也是稳定的,这点也与其他过渡金属不同[27]

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化学反应

与酸的反应

银不易与稀硫酸反应,因此硫酸在珠宝制造中用来清洗银焊退火后留下的氧化铜火痕英语firescale

不过银可以溶解于溶于热浓硫酸:

2Ag + 2H
2
SO
4
(浓) → Ag
2
SO
4
+ SO
2
↑ + 2H
2
O

银溶于硝酸,生成硝酸银,其副产物取决于温度与硝酸浓度。与浓硝酸反应时,连带生成二氧化氮;与稀硝酸反应时,则是生成一氧化氮[注 1]

Ag + 2HNO
3
(浓) → AgNO
3
+ NO
2
↑ + H
2
O
3Ag + 4HNO
3
(稀) → 3AgNO
3
+ NO↑ + 2H
2
O

与碱的反应

在空气存在下,特别是在过氧化氢存在下,银容易溶解在氰化物的水溶液中[26]

与卤素的反应

银在常温下与卤素反应很慢,只有在高温下可生成卤化银

2Ag + F
2
→ 2AgF(暗棕色)
2Ag + Cl
2
→ 2AgCl(白色)
2Ag + Br
2
→ 2AgBr(淡黄色)
2Ag + I
2
→ 2AgI(黄色)

银也可能与氟形成+2价的二氟化银

Ag + F
2
→ AgF
2

与氧族元素的反应

即使在炙热下,银也不会和氧气发生反应,其反应性小于铜[注 2]、大于金。

银会与硫化物发生反应[注 3]。例如银与硫加热化合成硫化银Ag
2
S
):

2Ag + S → Ag
2
S

又如:银在空气中与硫化氢H
2
S
)反应,形成黑色的硫化银Ag
2
S
)。

4 Ag + O
2
+ 2 H
2
S → 2 Ag
2
S + 2 H
2
O

这是银币或银制物品失去光泽的原因之一。当银制电器触点英语Electrical contacts在富含硫化氢的环境下工作时,触点上的硫化银会还原生成银晶须[31]

银和的反应为:

2 Ag + Se → Ag2Se
2 Ag + Te → Ag2Te

化合物

银的常见氧化态为+1价(最稳定的状态),较少见也较不稳定的为+2价(例如二氟化银)、甚至是+3价(例如三氟化银[32]

+1价化合物

硝酸盐

硝酸银是一种透明或白色晶体,易溶于水,成为无色透明溶液。实验室中,硝酸银是银(I)离子的主要来源;在工业上,硝酸银是合成许多其他银化合物的原料,也可作为防腐剂,还用于彩色玻璃中的黄色添加剂。

卤化物

Thumb
轻型飞机Cessna 210英语Cessna 210人工降雨装备了碘化银产生器。

银的卤化物称为卤化银。银(I)离子的卤化物包含氟化银AgF)、氯化银AgCl)、溴化银AgBr)、碘化银AgI),其中除了氟化银溶于水以外,其余三者皆难溶于水,所以它们透过向银(I)离子中加入卤素离子而沉淀出来:

Ag+
+ Cl
→ AgCl↓(白色)
Ag+
+ Br
→ AgBr↓(淡黄色)
Ag+
+ I
→ AgI↓(黄色)

银(I)离子因而常用于检验氟以外的卤素离子,也用于重量分析法

氯化银可用于制造检测pH值和测量电位玻璃电极,以及用于玻璃的透明水泥。将碘化银撒入云层中,可以制造人工降雨

氟化银的二水合物[33][34]、氯化银、溴化银和碘化银都是感光性物质,后三者可制造黑白照相术中的感光乳剂英语photographic emulsion,目前较常用的是后两者。在照相术等领域中,银盐(silver salt)常代指卤化银。

氧化物与氢氧化物

向银(I)离子加入氢氧化钠,可短暂形成白色的氢氧化银沉淀,但不稳定,会立即分解为棕黑色的氧化银Ag
2
O
),所以化学反应一般写成:

2 Ag
+ 2 OH
→ Ag
2
O↓ + H
2
O

氧化银可作为氧化银电池正极阴极)。

氨错合物

虽然银(I)离子与氨水也可形成氧化银沉淀:

2 Ag
+ 2 NH
4
OH → Ag
2
O ↓ + H
2
O + 2 NH+
4

但是当离子过量时,可形成二氨合银(I)错离子([Ag(NH
3
)
2
]+
),因而使氧化银溶于氨水:

Ag
2
O + 4HN
3
+ H
2
O → [Ag(NH
3
)
2
]+
+ 2OH

[Ag(NH
3
)
2
]+
溶液也称为银氨溶液或者多仑试剂,具有弱氧化性,可使醛基的有机化合物(例如醛类、甲酸葡萄糖等)氧化,同时使银(I)还原为金属银,这称为银镜反应,实验室中可用来检验醛基的存在[35],工业上可以在玻璃上镀银、制造镜子。

碳酸盐

银(I)离子遇碳酸根可沉淀得黄色的碳酸银Ag
2
CO
3
[36]

2 Ag
+ CO2−
3
→ Ag
2
CO
3

碳酸银可溶于酸,变回银(I)离子,并分解出二氧化碳

Ag
2
CO
3
+ 2H+
→ 2Ag
+ H
2
O + CO
2

氰化物与氰错合物

银离子与氰根离子CN
)形成白色的氰化银AgCN)沉淀

Ag
+ CN
→ AgCN ↓

但是溶液如果有过量的CN
,就可形成错离子[Ag(CN)
2
]
和[Ag(CN)
3
]
,于是可进一步溶于水。氰化银钾KAg(CN)
2
)为Ag(CN)
2
离子形成之错盐,可以用于电镀[36]

硫氰酸盐

硝酸银硫氰酸钾反应生成硫氰酸银

AgNO
3
+ KSCN → AgSCN ↓ + KNO
3

具有爆炸性的盐

乙醇C
2
H
5
OH
)的存在下,银与硝酸反应可形成雷酸银AgONC),这是一种对碰撞很敏感的强烈炸药,可用于雷管。其他危险易爆的银化合物包括叠氮化银AgN
3
),由硝酸银与叠氮化钠NaN
3
)反应得到;[37]还有乙炔银Ag
2
C
2
),由硝酸银或银氨溶液乙炔C
2
H
2
)反应得到。

其它价态的化合物

银还能形成其它价态的化合物,如+½价的氟化亚银Ag
2
F
)、+2价的二氟化银AgF
2
)、一氧化银(AgO)、+3价的三氟化银等。银的+3价化合物需要非常强的氧化剂(例如氟或过二硫酸盐)才能得到。而且有些+3价化合物会与大气中的水分反应,并腐蚀玻璃[38]。实际上,三氟化银通常是由银或氟化银(I)与已知最强的氧化剂二氟化氪反应而获得。[39]

语源

银的拉丁文argentum(比较古希腊语 ἄργυρος, árgyros),源于原始印欧语字根 h₂erǵ-,意为“白色”或“闪亮的”[40]argentum也是其化学符号Ag的来源。

银的英文silver古英语中有许多拼法,例如seolforsiolfor同源词古高地德语silabar哥德语silubr古诺斯语silfr,这些全都源自原始日耳曼语**silubra

银,古称白金[41][42]汉语族的“银”[注 4]藏语དངུལdngul)、缅甸语ငွေngwe)同源。日语汉音ぎん韩语越南语儒字ngân均源自中古汉语

历史

因为银的活跃性低,其元素型态容易被发现,也容易被萃取,故此在古时的中国和西方分别已认定为五金炼金术七金英语Metals of antiquity之一。古代西方的炼金术占星术也将七金中的银与七曜中的连结,排序在之后。

应用

  • 制造银器,如烛台、餐具,还有勋章、奖座、奖杯、奖牌(银牌)等等。
  • 制成银饰,如首饰、戒指。较好的材质为925银,即92.5%银加入7.5%的,为Tiffany & Co.所开创的标准。
  • 与汞、锡等其他金属在室温混合成的混合物,得广泛用于牙医上。
  • 制造控制棒来控制核连锁反应
  • 工业上或实验室中用作催化剂
  • 电子工业上是重要的导电材料
  • 制造合金硝酸银和其它银的化合物等。
  • 用作制造镜子反光面。

金融用途

货币

已知最早的硬币是在公元前600年左右在小亚细亚吕底亚王国铸造的;吕底亚的硬币是琥珀金制成的,这是一种天然存在的金和银的合金,可在吕底亚境内使用。自从那时,人类金融史发展出银本位制(以固定重量的白银作为标准会计计量单位),散布至世界各地,直到20世纪为止都是主流的货币制度。历史上著名的银币包括古希腊德拉克马古罗马第纳里乌斯伊斯兰迪拉姆古印度卡夏帕那英语Karshapana(自莫卧儿帝国时代起成为卢比,混合了金、银、铜)、古中国银两以及西班牙银圆等。由于银币这个用途,在许多语言中,“银”这个词也有金钱的意涵(例如法语argent),或者被当作金钱的量词(例如客家话“个银”)。此外,汉语族、日语、韩语等语言均以“银行”指称金融机构。

银币的制造过程如下:将棒状或锭状铸银压制成正确的厚度、进行热处理、再切割,成为胚板英语Planchet,然后用压铸机英语Coining press压模机研磨、压制这些胚板;现代压铸机每小时可生产8000个银币[43]

用于造币的银相对其他用途的占比随时间波动很大,例如在战时,人们往往用更多的银来铸造钱币,为战争提供资金[43]

金融商品

如今,白银是四种贵金属商品中的一种(其他为和金),它的ISO 4217代码为XAG[44]。除了现货以外,白银也是期货选择权权证ETF衍生性金融商品的标的物。

白银价格通常以金衡盎司为单位计算。1金衡盎司等于31.1034公克。不过2015年中国恢复了公制,目前银和金的价格是以公克为单位。

和黄金一样,尽管白银的实体市场分布在全球,但大多数批发柜台买卖交易都是透过伦敦金银市场英语London bullion market进行清算的,所交易的商品在中文圈又被称为“伦敦银”。价格每天在伦敦时间的中午发布一次,交易周期为24小时,世界各国的银行会以伦敦金银市场协会英语London Bullion Market Association(LBMA)成员的身份参与交易;据统计,伦敦金银市场每天清算的白银重量可达2亿金衡盎司[45],交易额超过5亿美元[46]。在伦敦金银市场,白银通常是用美元(USD)、英镑(GBP)和欧元(EUR)报价。

1980年3月27日星期四银价曾大幅下跌,史称白银星期四。2024年1月,白银的价值为落在每金衡盎司23.06美元左右,约合每公斤745.58美元[47][48]。近50年来黄金和白银的价格比大约是55:1,两者的价格没有恒久不变的关系[49]

在生物中作用

银的离子以及化合物对某些细菌病毒藻类以及真菌显现出毒性,但对人体却几乎是完全无害的。银的这种杀菌效应使得它在活体外就能够将生物杀死。然而,银制品的测试以及标准化却存在很大难度。

希波克拉底曾经有描述银在治疗和防止疾病方面的功用。腓尼基人曾经用银瓶子来盛放,以此防止这些液体变坏。20世纪初期,人们也曾把银币放在牛奶,以此来延长牛奶的保鲜期。银的杀菌机制长期以来一直为人们所争论探讨,但至此还没有确凿的定论。其中一个很好的例子是微动力效应,成功的解释了银离子对微生物的作用,但却不能解释其对病毒的作用。

凝胶以及绷带大量使用银。银的抗菌性来源于银离子。由于银离子可以和一些微生物用于呼吸的物质(比如一些含有元素分子)形成强烈的结合键,以此使得这些物质不能为微生物所利用,从而使得微生物窒息而亡。

抗生素发明之前,银的相关化合物曾在第一次世界大战时用于防止感染。

银作为效用广泛的抗菌剂正在进行新的应用。其中一方面就是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。2007年,一个公司设计出一种表面镀上银的玻璃杯,这种杯子号称具有良好的抗菌性。除此之外,美国食品和药品管理协会(FDA)最近也审批通过了一种内层镀银的导气管的应用,因为研究表明这种导气管能够有效的降低导气管型肺炎

银并不会对人的身体产生毒性,但长期接触银金属和无毒银化合物也会引致银质沉着症,在皮肤表面会显现灰蓝色[50][51]

参见

备注

参考资料

引用文献

延伸阅读

外部链接

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