Константинов И.Л. Материаловедение драгоценных металлов и их сплавов

Подождите немного. Документ загружается.

были предложены в качестве лекарства от туберкулеза. В наши дни соли золота

имеют значение для борьбы с туберкулезом лишь постольку, поскольку они

повышают сопротивляемость заболеванию. Более эффективным медицинским

средством оказался тиосульфат золота и натрия AuNaS

, который успешно

применяется для лечения трудноизлечимого кожного заболевания – волчанки. В

медицинской практике стали применять и органические соединения золота,

прежде всего кризолган и трифал. После открытия радиоактивных изотопов

золота его роль в медицине возросла. Коллоидные частицы изотопов

используют для лечения злокачественных опухолей. Эти частицы

физиологически инертны, и поэтому их не обязательно как можно скорее

выводить из организма. Введенные в отдельные области опухоли, они облучают

только пораженные места. При помощи радиоактивного золота удается

излечивать некоторые формы рака. Создан специальный «радиоактивный

пистолет», в обойме которого 15 стерженьков из радиоактивного золота с

периодом полураспада 2,7 суток. Практика показала, что лечение

«радиоактивными иголками» дает возможность ликвидировать поверхностно

расположенную опухоль молочной железы уже на 25-й день.

Радиоактивное золото нашло применение не только в медицине. Имеются

сообщения о замене им платиновых катализаторов в нескольких важных

нефтехимических и химических процессах. Особый интерес заслуживают

перспективы использования каталитических свойств золота в двигателях

сверхзвуковых самолетов. Известно, что выше 80 км в атмосфере содержится

довольно много атомарного кислорода. Объединение отдельных атомов

кислорода в молекулу О

сопровождается выделением большого количества

тепла. Золото каталитически ускоряет этот процесс. Это открывает

теоретическую возможность работы самолета без горючего. Двигатель такого

самолета будет работать за счет энергии димеризации атомарного кислорода.

Поднявшись на высоту 80 км (т.е. значительно выше, чем летают современные

самолеты), пилот включит кислородно-каталитический двигатель, в котором

атмосферный кислород будет контактировать с катализатором. Характеристики

такого двигателя предугадать пока трудно, но сама идея заслуживает внимания.

Золотые подложки для ядерных мишеней используются при синтезе

трансурановых химических элементов. Например, при ядерном синтезе

менделевия мишенью служила золотая фольга, на которую электрохимическим

путем было нанесено ничтожное количество эйнштейния.

В природе золото часто встречается в виде самородков. Но самородки

редко бывают чисто золотыми, обычно в их состав входят медь или серебро.

Кроме того, в самородном золоте иногда содержится теллур. Вес самого

большого найденного самородка золота составляет 112 кг. В нашей стране

самый большой золотой самородок весом 36 кг был найден в 1842 г.на

Миасских приисках (Урал).

При температуре выше 100°С на поверхности золота образуется окисная

пленка, которая не исчезает и при охлаждении. При комнатной температуре

толщина пленки равна 30Å

Золото используют в производстве нитей искусственных и натуральных

волокон, получаемых с помощью специальных устройств – фильер. Материал

фильер должен быть устойчивым к агрессивной среде прядильного раствора и

достаточно прочным. Так, в производстве материала нитрона применяют

фильеры из платины, в которую добавлено золото. Добавка золота снижает

стоимость фильер (платина дороже золота) и повышает их прочность. Оба

металла в чистом виде мягкие, однако, сплав на их основе обладает не только

повышенной прочностью, но и пружинит.

Золото применяют для предотвращения водородной хрупкости стали,

вызываемой тем, что при контакте стали с водородом, этот элемент

«внедряется» в металл и охрупчивает его. Для защиты от водородной хрупкости

детали аппаратов, а иногда и аппараты целиком покрывают тонким слоем

золота. Это оправдывается, если аппарат имеет высокую ценность, а такой

способ защиты эффективнее любого другого покрытия.

В заключение приведем несколько любопытных историй о золоте.

В первой половине ХIХ века купец Шелковников ехал из Иркутска в

Якутск. Из разговоров на стоянке Крестовая он узнал, что тунгусы (эвенки),

промышляющие зверя и птицу, покупают порох в фактории, а свинец добывают

сами. Оказывается, по руслу речки Тонгуда можно набрать много «мягких

желтых камней», которые легко округлить, а по весу они такие же тяжелые, как

и свинец. Купец понял, что речь идет о рассыпном золоте, и вскоре в верховьях

этой речки были организованы золотые прииски.

Изобретатель Эрнст Вернер Сименс в молодости дрался на дуэли, за что

попал в тюрьму на несколько лет. Он сумел добиться разрешения организовать

в своей камере лабораторию и продолжал в тюрьме опыты по гальванотехнике,

в частности, разрабатывал способ золочения недрагоценных металлов. Когда

задача была близка к решению, пришло помилование. Но, вместо того чтобы

радоваться полученной свободе, узник подал просьбу оставить его еще на

некоторое время в тюрьме для окончания опытов. Власти отказали Сименсу и

освободили его. Пришлось оборудовать лабораторию заново и уже на воле

заканчивать свои исследования. Ученый все-таки получил патент на способ

золочения, но произошло это позднее, чем могло быть.

И, наконец, третья история. Известно, что золото можно прокатать в

тончайшую фольгу, почти прозрачную и голубоватую на просвет. При этом в

металле образуются мельчайшие поры, которые могли бы служить

молекулярным ситом. Американцы пытались сделать установку для разделения

изотопов урана на золотых молекулярных ситах, превратив для этого несколько

тонн драгоценного металла в фольгу, однако дальше дело не пошло. Или сита

оказались недостаточно эффективными, или была разработана более дешевая

технология, или просто пожалели золото, но фольгу опять переплавили в

слитки.

Контрольные вопросы и задания

1. Назовите основные характеристики золота, как химического

элемента.

2. Какова пластичность золота, приведите примеры.

3. Опишите химические свойства золота.

4. Как используют золото в качестве конструкционного материала?

5. В каком виде золото встречается в природе?

6. Как используют золото в медицине?

7. Опишите применение золота в качестве катализатора.

Лекция 3

СЕРЕБРО

План лекции

1. Характеристика чистого элемента

2. Свойства серебра

3. Основные области применения серебра

Химический элемент, символ Ag, имеет порядковый номер 47, атомный

вес 107,88, валентность І, ІІ, плотность 10,5 г/ cм

, температуру плавления

960,5°С, температуру кипения 2127°С, твердость по Бринеллю в отожженном

состоянии 250 МПа. Латинское название серебра: «аргентум» происходит от

санскритского «арганта» - светлый, белый.

Первооткрыватель серебра, как и золота, неизвестен, так как эти металлы

знакомы человечеству с глубокой древности. Объяснить этот факт просто. Оба

металла не выплавляли из руды, потому, что издавна встречались в самородном

виде. С развитием товарных отношений серебро, как и золото, стало

выразителем стоимости. В этой роли серебро способствовало развитию

торговли больше, чем золото, так как дешевле последнего. Крупную торговлю

удобнее было вести через золото, а мелкая торговля, более массовая, требовала

серебро.

Техническое применение серебра начинается с пайки, которую

использовали еще в древности. И в настоящее время серебряные припои

занимают в технике особое место, так как получаемый с их помощью шов не

только прочен и плотен, но и устойчив против коррозии. Несмотря на высокую

стоимость, такие швы целесообразно использовать для судовых трубопроводов,

котлов высокого давления, трансформаторов и других изделий ответственного

назначения. Причем, чем выше требования к прочности и коррозионной

устойчивости паяного шва, тем больше должно быть содержание серебра в

припое. В отдельных случаях используют припои с 70% серебра, а для пайки

титана пригодно только чистое серебро. Мягкий свинцово-серебряный припой

нередко применяют в качестве заменителя олова, что объясняется следующим.

Самый распространенный оловянный припой ПОС-40 включает в себя 40%

олова и около 60% свинца. Заменяющий его серебряный припой содержит лишь

2,5% драгоценного металла, а все остальное – свинец.

Другое древнейшее техническое использование серебра – производство

зеркал. До изобретения листового стекла и стеклянных зеркал, люди

пользовались отполированными до блеска металлическими пластинами.

Золотые зеркала были слишком дороги, а, кроме того, придавали изображению

желтоватый оттенок. Дешевле были бронзовые зеркала, но и они страдали тем

же недостатком, а вдобавок еще и быстро тускнели. Отполированные же

серебряные пластины давали отличное отражение без какого-либо оттенка и

при этом хорошо сохранялись. Первые стеклянные зеркала, появившиеся в I

веке н.э., не использовали серебро. В них стеклянная пластина соединялась со

свинцовой или оловянной. В средние века такие зеркала сменили опять

металлические и только в ХVII в. была разработана новая технология

изготовления зеркал, по которой их отражающую поверхность выполняли из

амальгамы олова. И только после этого были получены рецепты серебрильных

растворов, которые почти без изменений сохранились до наших дней. Способ

серебрения зеркал заключается в восстановлении металлического серебра из

аммиачного раствора его солей с помощью глюкозы или формалина.

Серебро широко используется в технике. Так, в миллионах

автомобильных и прочих фар свет электролампочки усиливается вогнутым

зеркалом. Зеркала входят в устройство многих оптических приборов, ими

снабжены маяки. Зеркала прожекторов в годы войны помогали обнаруживать

противника на воздухе, на море и на суше; иногда с помощью прожекторов

решались тактические и стратегические задачи. Например, при штурме Берлина

войсками 1-го Белорусского фронта 143 прожектора огромной светосилы

ослепили фашистов в их оборонительной полосе, и это способствовало

быстрому исходу операции.

Характеризуя металлы, М.В.Ломоносов определял их как «светлое тело,

которое ковать можно». Типичный металл должен обладать высокой

пластичностью, металлическим блеском, высокими тепло- и

электропроводностью и звенеть при ударе. Серебро в высшей степени отвечает

всем этим требованиям. Например, отличную пластичность этого металла

доказывает возможность получения фольги толщиной 0,25 мкм. Об

отражательной способности упоминалось выше. Можно добавить, что в

последнее время получили распространение родиевые зеркала, более стойкие к

воздействию влаги и различных газов. Но по отражательной способности они

уступают серебряным. Поэтому решение покрытие зеркала выполнять

серебром, а поверх него наносить тончайшую пленку родия, предотвращающую

серебро от потускнения, посчитали рациональным. В технике распространено

серебрение. Тончайшую серебряную пленку наносят не только ради высокой

отражательной способности покрытия, а, прежде всего, ради химической

стойкости и повышенной электропроводности. Кроме того, этому покрытию

свойственны эластичность и прекрасное сцепление с основным металлом.

Серебро лучше многих других металлов противостоит действию щелочей.

Именно поэтому стенки трубопроводов, автоклавов, реакторов и других

аппаратов химической промышленности нередко покрывают серебром как

защитным металлом. В электрических аккумуляторах со щелочным

электролитом многие детали подвергаются опасности воздействия на них

едкого калия или натрия высокой концентрации. В то же время эти детали

должны обладать высокой электропроводностью. Лучшего материала для них,

чем серебро, сочетающее высокую стойкость к щелочам с

электропроводностью, подобрать трудно. Серебро – самый электропроводный

металл, но его высокая стоимость часто требует замены серебряных деталей на

посеребренные. Серебряные покрытия отличает также прочность и плотность

(беспористость). Следует отметить, что хотя серебро – лучший проводник при

нормальных условиях, но, в отличие от многих металлов и сплавов, оно не

становится сверхпроводником в условиях предельно низких температур. Так

же, кстати, ведет себя и медь. Поэтому эти два отличных проводника при

сверхнизких температурах используют в качестве электроизоляторов.

Машиностроители шутят, что земной шар крутится на подшипниках.

Если бы это было так, то использовались бы многослойные подшипники, в

которых один или несколько слоев изготавливали из серебра. Первыми

потребителями драгоценных подшипников были танки и самолеты. Так, в годы

войны в США на производство таких подшипников было выделено около 800 т

серебра.

Уже упоминалась высокая способность серебра звенеть при ударе.

Недаром во многих сказках фигурируют серебряные колокольчики, а

колокольных дел мастера добавляли серебро в бронзу «для малинового звона».

В настоящее время струны некоторых музыкальных инструментов делают из

сплава, содержащего 90% серебра.

Особое качество серебра, во многом определившее одно из основных его

применений в технике, это светочувствительность солей этого элемента. Фото-

и кинопромышленность стали крупнейшими потребителями серебра. Но

светочувствительность серебряных солей используют не только в фотографии и

кино. В последнее время их используют для изготовления стекол защитных

очков, которые представляют собой прозрачные эфиры целлюлозы, с

растворенными в них галогенидами серебра. При нормальном освещении такие

очки пропускают около половины падающих на них световых лучей. С

усилением света пропускная способность стекол падает на 5 – 10%, поскольку

происходит восстановление части серебра и стекло, естественно, становится

менее прозрачным. А когда свет снова слабеет, происходит обратная реакция, и

стекла приобретают первоначальную прозрачность.

О бактерицидных свойствах серебра и целительности «серебряной» воды

известно давно. В особо крупных масштабах воду обрабатывают серебром на

океанских кораблях. В специальной установке, ионаторе, пропускают

переменный ток через воду. Электродами служат серебряные пластинки. Через

час в раствор переходит до 10 г серебра. Этого количества достаточно для

дезинфицирования 50 кубометров питьевой воды. Многочисленные препараты,

содержащие серебро, используют в клинической медицине. Это органические

соединения, преимущественно белковые, в которые введено до 25% серебра. А

известное лекарство колларгол содержит его даже 78%. На микроорганизмы

серебро действует как ферментный яд. Поэтому в лекарствах важно подобрать

такие концентрации этого элемента, которых бы хватало для уничтожения

микробов, но при этом они не должны вредить человеку.

Широкое использование серебра привело к возникновению его дефицита.

Стали проводить конкурсы по его замене, например, в качестве столового

серебра. Так были открыты сплавы на основе меди и никеля с разными

добавками (цинк, железо, марганец и др.): нейзильбер, мельхиор, аргентан,

«немецкое серебро», «китайское серебро» и т.д.

Серебро и стекло встречаются не только в производстве зеркал. Серебро

необходимо, для изготовления сигнальных стекол и светофильтров, особенно

когда важна чистота тонов. Например, в желтый цвет стекло можно окрасить

несколькими способами, но лучший результат дает использование

азотнокислого серебра. Добавка этого соединения в количестве 0,15 – 0,20%

придает стеклу интенсивную золотисто-желтую окраску. Кроме того, с

помощью серебряных солей можно наносить золотисто-желтую окраску на

отдельные участки стеклянных изделий. А оранжевое стекло получают, вводя в

стекломассу золото и серебро одновременно.

Самая известная соль серебра – азотнокислое серебро: ляпис. Во времена

алхимиков эту соль называли «адский камень». Ляпис обладает прижигающим

и вяжущим действием. Взаимодействуя с белками тканей, он способствует

образованию белковых солей – альбуминатов. Свойственно ему и

бактерицидное действие. Поэтому ляпис широко применяют не только в

химических лабораториях, но и в медицинской практике.

Серебро – самый белый по цвету металл, применяемый в ювелирном

деле, практически не изменяющийся под действием кислорода воздуха при

комнатной температуре, однако из-за наличия в воздухе сероводорода металл со

временем покрывается темным налетом сульфида серебра Ag

S. Серебро

устойчиво в воде, но растворяется в азотной и горячей концентрированной

серной кислоте. С царской водкой оно образует нерастворимый хлорид серебра

AgCl. Как и золото, серебро взаимодействует со щелочными растворами

цианидов.

Иодид серебра AgI в виде аэрозоля получил применение для

искусственного вызывания дождя. Мельчайшие кристаллики этого соединения,

введенные в облако, служат центрами, на которых происходит конденсация

водяного пара, и слияние мельчайших капелек воды в крупные дождевые капли.

Серебро хорошо полируется, имеет высокую отражательную

способность. Для повышения твердости и прочности серебро легируют

другими металлами. При изготовлении ювелирных украшений серебро в

чистом виде применяют сравнительно редко. На изготовление ювелирных и

художественных изделий идут сплавы серебра.

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте описание основных характеристик серебра, как химического

элемента.

2. Какова пластичность серебра?

3. Опишите химические свойства серебра.

4. Как используют серебро в качестве конструкционного материала?

5. В каком виде серебро встречается в природе?

6. Какие сплавы применяются в качестве заменителей серебра?

7. Как используют серебро в медицине, что такое ляпис?

8. Для каких целей применяют иодид серебра?

Лекции 4, 5

ПЛАТИНА И МЕТАЛЛЫ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ

План лекций

1. Характеристика чистой платины

2. Свойства платины

3. Основные области применения платины

4. Иридий

5. Палладий

6. Родий

7. Рутений

8. Осмий

Платина. Химический элемент, символ Pt, имеет порядковый номер 78,

атомный вес 195,23, валентность ІІ, ІV, плотность 21,45 г/ см

, температуру

плавления 1769°С, температуру кипения 3827°С, твердость по Бринеллю в

отожженном состоянии около 500 МПа. Платина (от испанского «плата»-

серебрецо, серебряный, названная так за внешнее сходство с серебром) была

открыта в XVI веке в Южной Америке испанцами и впервые описана в 1735 г.

Этот элемент считают не только драгоценным металлом, но и одним из

важных материалов технической революции. Один из организаторов

российской платиновой промышленности, профессор О.Е.Звягинцев, сравнивал

значение платины с солью при приготовлении пищи – нужно немного, но без

нее не приготовить обеда. Платина фигурирует в литературе ХVIII века под

названиями «белое золото», «гнилое золото», «лягушачье золото», его белые

тяжелые зерна находили при добыче золота, но не могли обработать и вместе с

пустой породой выбрасывали в отвал. А на Урале и в Сибири зерна самородной

платины использовали как дробь при стрельбе. Встречаются и крупные