Благородные метали на службі в человека

Министерство загального користування та професійної освіти Російської Федерации.

ОмГТУ.

Кафедра устаткування та технології зварювального производства.

Курсова работа.

По курсу «У металлов».

На тему: «Шляхетні метали на службі в человека».

Выполнил:

Студент МСФ С-110.

Проверил:

Доцент к.т.н.

Шестель Л.А.

р. Омськ, 2001.

Історія шляхетних металів — один із найбільш цікавих глав історії матеріальної культури. На думку багатьох учених, золото було першим металом, який людство початок використовуватиме виготовлення прикрас, предметів домашнього ужитку та релігійного культу. Золоті вироби знайшли в культурних шарах епохи неоліту (V-IV тисячоліття до н.э.).

Содержание Введение 2 Шляхетні метали 4 Золото 5 Срібло 8 Родій, паладій, осмій, іридій, рутеній 11 Список літератури 13.

Благородные металлы.

Дуже довгий час, майже кінця XVIII в., вважалося, що існує лише 7 металів: золото, срібло, ртуть, мідь, залізо, олово, свинець. Золото і срібло, не изменяющиеся при дії повітря, вологи і високої температури, дістали назву скоєних, шляхетних металів. А інші метали, що під дією води та повітря втрачають металевий блиск, припадаючи нальотом, а після прокаливания перетворюються в пухкі, порошкообразные «землі» чи «окалини» (оксиди), було названо недосконалими, неблагородными.

Такий поділ металів нерідко застосовується й в наші дні, але про те відзнакою, що двом шляхетним металам древнього світу і середньовіччя — золоту і сріблу — межі XVIII і ХІХ ст. додалися платина і чотири її супутника: родій, паладій, осмій, іридій. Рутеній, п’ятий супутник платини, був лише в 1844 г.

Шляхетні метали обмаль поширені у природі. У природі шляхетні метали зустрічаються майже завжди у вільному (самородном) стані. Певний виняток становить срібло, яке у природі й як самородків, і у вигляді сполук, які мають значення як рудні мінерали (срібний блиск, чи аргентит Ag2S, рогове срібло, чи кераргирит AgCl, та інших.) [3].

У нашій країні встановлено проби: 375, 500, 583, 750, 958 для золота і 800, 785, 916 для срібла. У Великобританії, США, Швейцарії та деяких інших країнах проба виявляється у умовних одиницях — каратах. Проба чистого металу прийнята за 24 карата (проба 1000). Золото 18 каратів — той самий, що золото 750-й проби, тощо. Золота монета у Росії у багатьох інших країнах чеканилась з золота 900-ї проби, срібна з срібла 900-ї і 500- і проби. Нині карбування монети з сплавів шляхетних металів немає. Проте шляхетні метали, їх сплави і хімічні сполуки отримують всі дедалі більшу використання у техніці. [2].

Золото.

Золото є у природі майже у самородном стані, головним чином вигляді дрібних зерен, вкраплённых в кварц чи які у кварцовому піску. У невеличких кількостях золото зустрічається в сульфідних рудах заліза, свинцю і міді. Сліди його відкриті морській воді. Загальне зміст золота в земної корі становить близько 5*10−7 вагу. %. Великі родовища золота перебувають у Африці, на Алясці, у Канаді і навіть Австралії. [1].

Золото відокремлюється від піску і подрібненої кварцової породи промиванням водою, яка забирає частки піску, як більше легені, чи обробкою піску рідинами, растворяющими золото. Найчастіше застосовується розчин ціаніду натрію (NaCN), у якому золото розчиняється у присутності кисню із заснуванням компелексных аніонів [Au (CN)2]: 4Au + 8NaCN + O2 + 2H20 —> 4Na[Au (CN)2] + 4NaOH.

З отриманого розчину золото виділяють цинком: 2Na[Au (CN)2] + Zn —> Na2[Zn (CN)4] + 2Au.

Освобождённое золото обробляють відділення від цього цинку розведеною сірчаної кислотою, промивають і висушують. Подальша очищення золота від домішок (головним чином срібла) виробляється обробкою його гарячої концентрованої сірчаної кислотою чи шляхом электролиза.

Метод вилучення золота з руд з допомогою розчинів ціанідів калію чи натрію було розроблено на 1843 року російським інженером П.Р. Багратіоном. Цей метод, що належить до гидрометаллургическим способам отримання металів, в час найбільш распространён в металургії золота. [2].

Через м’якості золото вживається в сплавах, звичайно з сріблом чи міддю. Ці сплави застосовуються для електричних контактів, для зубопротезування й у ювелірному деле.

У хімічному відношенні золото — малоактивний метал. На повітрі воно не змінюється навіть за сильному нагріванні. Кислоти окремо не діють на золото, але у суміші соляної і азотної кислот (царської горілці) золото легко растворяется:

Au + HNO3 + 3HCl —> AuCl3 + NO (+ 2H2O.

Також легко розчиняється золото в хлорним воді й у аэрируемых (продуваемых повітрям) розчинах ціанідів лужним металів. Ртуть теж розчиняє золото, створюючи амальгаму, яка за змісті понад п’ятнадцять% золота стає твёрдой.

Відомі два низки сполук золота, відповідальні ступенів окислённости +1 і +3. Так, золото утворює два оксиду — оксид золота (I), чи закис золота, — Au2O — і оксид золота (III), чи окис золота — Au2O3. Більше стійкі сполуки, у яких золото має ступінь окислення +3.

Усі сполуки золота легко розкладаються при нагріванні із металевого золота.

І на давнини, й у середньовіччі основними областями застосування золота і срібла були ювелірне справу і виготовлення монет. У цьому несумлінні люди, як ремісники, і особи, які стояли поблизу влади, вдавалися до обману, не гребували сплавлением дорогоцінних металів з більш дешевими — золота з сріблом чи міддю, срібла з міддю. А застосування золота для зубопротезування ще древнім єгиптянам. Застосування золота в скляної промисловості відомо з кінця XVII в. [1].

Сплави золота з платиною, дуже стійкі проти хімічних впливів, використовують із виготовлення хімічної апаратури. Сполуки золота застосовують й у медицині та в фотографии.

Золоту фольгу, а пізніше гальванопокрытия золотом широко застосовували для золочення куполів церковних храмів. Лише останні 40 — 45 років можуть зарахувати до періоду суто технічного застосування золота. Золото має унікальним комплексом властивостей, не має жодної інший метал. Воно має найвищої стійкістю до впливу агресивних середовищ, по електро — і теплопровідності поступається лише сріблу і міді, ядро золота має велику перетин захоплення нейтронів, здатність золота до відсічі інфрачервоних променів близька до 100%, в сплавах воно має каталитическими властивостями. Золото дуже технологічно, потім із нього легко виготовляють надтонку фольгу і микронную дріт. Покриття золотом легко завдають на метали і кераміку. Золото добре паяется і зварюється під тиском. Така сукупність корисних властивостей є причиною широкого використання золота найважливіших сучасних галузях техніки: електроніці, техніці зв’язку, космічної та авіаційної техніці, хімії. [1].

Слід зазначити, що у електроніці на 90% золото використав вигляді покриттів. Електроніка і з ній галузі машинобудування є основними споживачами золота у техніці. У цій сфері золото широко використовують із сполуки інтегральних схем зварюванням тиском чи ультразвукової зварюванням, контактів штепсельних рознімань, як тонких дротяних провідників, для пайки елементів транзисторів та інших цілей. У цьому разі особливо важливо, що золото утворює легкоплавкие эвтектики з индием, галієм, кремнієм та інші елементами, які мають провідністю певного типу. Крім технологічних удосконалень в електроніці, для низки деталей та вузлів замість золота використовують паладій, покриття оловом, сплавами олова зі свинцем і сплавом 65% Sn + 35% Ni з золотим подслоем. Сплав олова з нікелем має високої зносостійкості, коррозионной стійкістю, прийнятною величиною контактного опору і електропровідністю. Попри те що що у час витрата золота в електроніці безупинно зростає, вважається, що міг бути на 30% вище, але заходи, створені задля економію золота.

У мікроелектроніці широко застосовують пасти з урахуванням з урахуванням золота з різними электросопротивлением. Широке використання золота та її сплавів для контактів слаботочной апаратури зумовлено його високими електричними і коррозионными властивостями. Срібло, платина та його сплави при використанні як контактів, комутувальних микротоки при микронапряжениях, дають багато гірші результати. Срібло швидко тьмяніє в атмосфері, забрудненій сірководнем, а платина полимеризует органічні сполуки. Золото уникло цих недоліків, і контакти з його сплавів забезпечують високій надійності і термін служби. Золоті припои з низьким тиском пара використовують із пайки вакуумноплотных швів деталей електронних ламп, і навіть для пайки вузлів в аерокосмічній промышленности.

У вимірювальної техніці контролю температури і особливо вимірів низьких температур використовують сплави золота з кобальтом чи хромом. У хімічної промисловості золото переважно використовують із плакирования сталевих труб, виділені на транспортування агресивних веществ.

Золоті сплави застосовують у виробництві вартових корпусів і пір'їн для авторучок. У медицині використовують як зубопротезні золоті сплави, але і медичні препарати, містять солі золота, щодо різноманітних цілей, наприклад під час лікування туберкульозу. Радіоактивне золото використовують при лікуванні злоякісних пухлин. У наукові дослідження золото використовують для захоплення повільних нейтронів. З допомогою радіоактивних ізотопів золота вивчають диффузионные процеси в металах і сплавах.

Золото застосовують для металізації вікон будинків. У спекотні літні місяці через шибки будинків проходить значну кількість інфрачервоних променів. У цій ситуації тонка плівка (0.13 мкм) відбиває інфрачервоне випромінювання й у приміщенні стає значно прохолодніше. Якщо за таке скло пропустити струм, воно матиме противотуманные властивості. Покриті золотом оглядові скла судів, електровозів тощо. ефективні у час року. [1].

Серебро.

Чисте срібло — дуже м’який, тягучий метал. Воно найкраще металів проводить електричний струм і тепло.

Як домішки срібло зустрічається майже переважають у всіх мідних і срібних рудах. З положень цих руд й отримують близько 80% всього видобутого серебра.

Срібло поширений у природі значно менше, ніж мідь (близько 10−5 вагу. %). У певних місцях (наприклад, у Канаді) срібло перебуває у самородном стані, але більшу частину срібла отримують з його сполук. Найважливішою срібної рудою є срібний блиск (аpгент) — Ag2S.

З срібла можна витягнути дріт довжиною 100 м, маса якої всього 0,045 р; маса золотий дроту тієї самої довжини — 0,04 р. Срібло можна прокувати в найтонші аркуші (до 0,4 мкм), просвітчасті синевато-зеленым чи зеленим кольором. Насправді чисте срібло внаслідок м’якості майже застосовується: зазвичай його сплавляють з перемінним кількістю міді. Сплави срібла служать виготовлення ювелірних і побутових виробів, монет, лабораторного посуду. Срібло використовується покриття їм інших металів, і навіть радіодеталей з метою підвищеннях электоpопpоводимости і стійкості до корозії. Частина видобутого срібла витрачається виготовлення сеpебpяноцинковых аккумулятоpов.

Срібло — малоактивний метал. У атмосфері повітря він окислюється ні пpи кімнатних температурах, ні за нагріванні. Часто бачимо почеpнение срібних предметів — результат освіти з їхньої повеpхности чорного сульфіду срібла — AgS2. Це пpоисходит під впливом що міститься повітря сеpоводоpода, і навіть при сопpикосновении сеpебpяных пpедметов з пи-щевыми пpодуктами, содеpжащими сполуки сеpы.

4Ag + 2H2S + O2 —> 2Ag2S +2H2O.

У pяду напpяжения сеpебpо pасположено значно далі водоpода. Тому соляна і pазбавленная сеpная кислоти нею не діють. Раствоpяют серебpо зазвичай, у азотної кислоті, котоpая взаємодіє зі ним відповідно до уpавнению:

Ag + 2HNO3 —> AgNO3 + NO2(+ H2O.

Сеpебpо обpазует один pяд солей, pаствоpы котоpых содеpжат безколірні катиони Ag+.

Пpи дії лугів на pаствоpы солей сеpебpа очікується отримання AgOH, але замість нього випадає буpый осад оксиду сеpебpа (I):

2AgNO3 + 2NaOH —> Ag2O + 2NaNO3 + H2O.

Кpоме оксиду сеpебpа (I) відомі оксиди AgO і Ag2O3.

Hитpат сеpебpа (ляпіс) — AgNO3 — обpазует безколірні пpозpачные кpисталлы, хоpошо pас-твоpимые у питній воді. Пpименяется в пpоизводстве фотоматеpиалов, пpи виготовленні зеpкал, в гальва-нотехнике, в медицине.

Подібно міді, сеpебpо має схильністю до обpазованию комплексних соединений.

Багато неpаствоpимые у питній воді сполуки сеpебpа (напpимеp: оксид сеpебpа (I) — Ag2O і хлоpид сеpебpа — AgCl), легко pаствоpяются у водному pаствоpе аммиака.

Комплексні ціанисті сполуки сеpебpа пpименяются для гальванічного сеpебpения, оскільки пpи электpолизе pаствоpов цих солей на повеpхности виробів осаджується щільний шар мелкокpисталлического сеpебpа. [2].

Усі сполуки сеpебpа легко відновлюються із металевого сеpебpа. Якщо до аммиачному pаствоpу оксиду сеpебpа (I), що у скляній посуді, пpибавить як відновлювача трохи глюкози чи фоpмалина, то металеве сеpебpо виділяється як щільного блискучого зеpкального шару на повеpхности скла. В такий спосіб готують зеpкала, і навіть сеpебpят внутpеннюю повеpхность скла у судинах зменшення потеpи тепла лучеиспусканием.

Солі сеpебpа, особливо хлоpид і бpомид, через їх спроможність pазлагаться під впливом світла із металевого сеpебpа, шиpоко йдуть на виготовлення фотоматеpиалов плівки, папери, платівок. Фотоматеpиалы зазвичай пpедставляют собою світлочутливу суспензію AgBr в желатині, шар котоpой нанесён на целулоїд, папір чи стекло.

Пpи експозицій місцях світлочутливого шару, де на кількох нього потрапив світло, обpазуются дрібні заpодыши кpисталлов металевого сеpебpа. Це — скpытое изобpажение фотогpафиpуемого пpедмета. Пpи пpоявлении бpомид сеpебpа pазлагается, пpичём скоpость pазложения тим більше, що стоїть концентpация заpодышей у цьому місці шару. Виходить видиме изобpажение, котоpое є обpащённым чи негативним изобpаажением, оскільки ступінь почеpнения в каж-дом місці світлочутливого шару то більше вписувалося, що стоїть була його освещённость пpи експозиції. У результаті закpепления (фиксиpования) з світлочутливого шару видаляється неpазложившийся бpоми сеpебpа. Це пpоисходит в pезультате взаємодії між AgBr і речовиною закpепителя — тиосульфатом натpия. Пpи цієї pеакции виходить неpаствоpимая комплексна соль:

AgBr + 2Na2S2O3 —> Na3[Ag (S2O3)2] + NaBr.

Далі негатив накладають на фотопапір і піддають дії світла — «друкують ». Пpи цьому найбільш освещёнными є ті місця фотопаперу, котоpые перебувають пpотив світлих місць негативу, Тому під час друкування співвідношень між світлом і тінню змінюється на обpатное і ста-новится які відповідають сфотогpафиpованному об'єкту. Це — позитивне изобpажение. [2].

Іони сеpебpа придушують pазвитие бактеpий і у дуже низької концентpации (близько 10−10 г-ион/л) стерилізують питну воду. У медицині для дезінфекції слизових оболонок пpименяются стабилизиpованные спеціальними добавками колоїдні pаствоpы сеpебpа (пpотаpгол, коллаpгол і дp.).

Кілька століть під час виготовлення дзеркал поверхню скла покривали амальгамою олова — сплавом ртуті з оловом. Ця робота внаслідок отруйності ртутних парів була дуже шкідливою здоров’ю. У 1856 р. знаменитий німецький хімік Ю. Лібіх знайшов спосіб покриття скла найтоншим шаром срібла. Сутність способу полягає у відновленні срібла з аміачного розчину його солей глюкозою. На поверхні скла осідає тонкий міцний наліт срібла, який заміняє амальгаму. Цей швидкий, нешкідливий і недорогий спосіб остаточно витіснив колишній лише на початку XX в.

Срібло найкраще провідником електрики. Його удільне опір при 20(одно 0,016 Ом*мм/м (воно одно 0,017 для міді, 0,024 для золота і 0,028 для алюмінію). Цікаво, що під час Другої світової війни Державна скарбниця США видало «Манхэттенскому проекту» 14 т срібла від використання як провідника на роботах зі створення атомної бомби. У результаті хорошою електричної провідності та стійкості проти дії кисню при високих температур срібло застосовується як важливий в електротехніці материал.

Завдяки стійкості срібла проти ядучих лугів, оцтової кислоти і інших речовин потім із нього виготовляють апаратуру для хімічних заводів, а також лабораторну посуд. Воно є каталізатором у деяких виробництвах (наприклад, окислення спиртів в альдегіди). Сплави з урахуванням срібла застосовують також і виготовлення ювелірні вироби, зубних протезів, підшипників та інших. Солі срібла використав медицині та фотографії. Не недавно йодид срібла AgI як аерозолю отримав застосування штучного викликання дощу. Крихітні кристалики иодида срібла, запроваджене хмару, служать центрами, у яких відбувається конденсація водяної пари та злиття дрібних крапельок води в великі дощові краплі. [1].

Родий, паладій, осмій, іридій, рутений.

У 1824 р. на Уралі видобули 33 кг самородної платини, а 1825 р. вже 181 кг. Незадовго які були (в 1823 р.) звільнили у відставку міністр фінансів Д.А. Гур'єв, довів Росію грань грошової катастрофи. Його наступник Е. Ф. Канкрин, аби врятувати становище, намітив разом з іншими заходів карбування платинової монети. У 1826 р. гірські інженери П. Г. Соболевський і В. В. Любарский розробили технологію отримання куванням платины.

Спосіб цей перебував у наступному: губчату платину, отриману прокаливанием «нашатирної платини», тобто. гексахлорплатината амонію, набиту в циліндричні залізні форми, сильно пригнічували гвинтовим пресом й оприлюднювати отримані циліндри витримували за нормальної температури сказу близько 36 год, після чого їх отковывали смуги чи дротики. Наприкінці 1826 р. цим способом отримали 1590 кг куванням платини. Раніше за способом паризького ювеліра Жаннетти платину сплавляли з миш’яком. Сильним прокаливанием на повітрі миш’як випалювали з отриманих зливків, після що їхні піддавали гарячої куванню. Такий спосіб був дуже дуже небезпечна здоров’я та перемоги пов’язане з великими втратами платини. У світі його замінив спосіб У. Уолластона, який зберігався таємно і був опублікований лише у 1829 р. У основних рисах він схожий зі способом П. Г. Соболевського. Одержання виробів у вигляді пресування і наступного спечення порошків металів, карбідів та інших сполук широко застосовується під назвою металокераміки чи порошкової металургії. [2].

Практичні застосування платинових металів великі й досить різноманітні. Їх використовують у промисловості, приладобудуванні, зубоврачевании і ювелірному справі. Платинові метали, і навіть їх сплави катализируют багато хімічні реакції, наприклад окислювання SO2 в SO3. Однак на цей час ці каталізатори заміняють іншими речовинами, більш дешевыми.

Стійкість проти впливу кисню навіть за високих температур, кислотоі жароупорность роблять платину, родій, іридій цінними матеріалами для лабораторної і заводський хімічної апаратури. Тиглі з радію, іридію застосовують для робіт зі фтором та її сполуками або заради робіт, за дуже високої температурі. Загальна маса платинових човнів одному з заводів, изготовляющих скляне волокно, становить кілька сотень кілограмів. З сплаву 90% Pt + 10% Ir виготовлені міжнародні еталони метри й кілограма. У частинах приладів, де потрібна велика твердість і стійкість проти зносу, використовують природний осмистый іридій. Дуже світлий і чорніючий згодом сплав 80% Pd + 20% Ag застосовують виготовлення шкал астрономічних і навігаційних приборов.

За здатністю відбивати світло родій лише трохи поступається сріблу. Він не тьмяніє згодом, тому дзеркальні поверхні астрономічних приладів воліють покривати родием. Для виміру температур до 1600 °C служать термопари з тонких дротів — з платини і з сплаву 90% Pt+10% Rh. Вищі температури (до 2000°С) можна вимірювати термопарою з іридію і сплаву 60% Rh + 40% Ir. [1].

Одне з найсильніших отрут яка має запаху, — оксид вуглецю (II) ЗІ - легко знайти, якщо доповнити газову суміш смужку фільтрувальної папери, змочену розчином хлориду палладия:

PdCl2 + CO + H2O = CO2 + 2HCl + Pd У результаті виділення мелкораздробленного паладію папір чорніє. [2].

Сплави платини й паладію, які темніють згодом не мають присмаку, застосовують у стоматології. На наукові і промислові мети йде близько 90 відсотків% всіх платинових металів, інше — на ювелірне производство.

Орден «Перемога «і орден Суворова 1-го ступеня виготовляють з платины.

1. — Венецкий С.І., Розповіді про металах. М.: Металургія, 1986. 2. — Енциклопедичний словник юного хіміка. М.: 1990. 3. — Погодін А., Шляхетні метали. М.: Знання, 1979.