银
Template:About Template:Multiple issues Template:Elementbox 银是一种化学元素,符号Template:化学式(Template:Langx),原子序47,原子量为Template:Val。银为质地柔软且带有白色光泽的金属,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(如辉银矿和角银矿)。大部分的银是铜、金、铅和锌精炼的副产品。
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,有时与金一起使用,形成金银复本位制度[1]。虽然银的丰度高于金,但它作为Template:Link-en的丰度低于金[2]Template:Better source。
银的Template:Link-en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(硬币和银条)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)、Template:Link-en、导电材料、特殊用途的镜面及窗户涂料、催化剂、彩绘玻璃的Template:Link-en,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。
性质[编辑]
银原子具有47个电子,电子组态为[Kr] 4d105s1,价电子组态类似于铜([Ar] 3d104s1)和金([Xe] 4f145d106s1),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区元素中少数电子组态完全一致的族[4]。银的价电子组态比较特别,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。[5]
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。[6]
物理性质[编辑]
因为独特的电子组态,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。[7]Template:Citation needed
银具有明亮的白色金属光泽[8],这一特性也成为“银色”的名称来源[5]此外,银还可以进行高度抛光[8]。银的反射率甚佳;当入射光的波长大于450 nm时,银的反射率大于铝。[9]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。[10]
11族元素普遍具有极高的导电性和导热性。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。[11]
银的导电率是所有金属中最高的,接触电阻则是所有金属中最低的[4]。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Template:Link-en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[12]。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。[13][14][15]
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Template:Link-en[4]。
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Template:Link-en(电子浓度 1.75)。[6]
同位素[编辑]
脚本错误:没有“main”这个模块。 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(溴是另一个例子)。银的原子量是107.8682(2) 克/摩尔[16][17]。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。[16]就核合成而言,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)[18]。
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[19]。
银的同位素原子量从92.950(94Ag)到129.950(130Ag)不等。[20][21]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,生成钯(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,生成镉(48号元素)的同位素[22]。
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[23]。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,反映出早期太阳系的吸积中应存在着不稳定的核种[24]。
化学[编辑]
| 氧化态 | 配位数 | 立体化学 | 代表的化合物 |
|---|---|---|---|
| 0(d10s1) | 3 | 平面 | Ag(CO)3 |
| 1(d10) | 2 | 线性 | [Ag(CN)2]- |
| 3 | 三角形平面 | AgI(PEt2Ar)2 | |
| 4 | 四面体 | [Ag(diars)2]+ | |
| 6 | 八面体 | AgF,AgCl,AgBr | |
| 2(d9) | 4 | 方形平面 | [Ag(py)4]2+ |
| 3(d8) | 4 | 方形平面 | [AgF4]- |
| 6 | 八面体 | [AgF6]3- |
就氧化性来说,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)[5]。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。
在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。在同一周期的过渡元素中,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[26]。
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[26]。
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[5]。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,远远高于氢(72.8 kJ/mol),并且略低于氧(141.0 kJ/mol)[27]。由于d副壳层全满,银在化合价为+1的时候不太像4族到10族的过渡金属;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[28]以及后过渡金属之类的秦特相[29]。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[26]。
化学反应[编辑]
与酸的反应[编辑]
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及退火后留下的氧化铜Template:Tsl。
不过银可以溶解于溶于热浓硫酸:
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Template:NoteTag。
与碱的反应[编辑]
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[25]。
与卤素的反应[编辑]
- Template:Chem2(暗棕色)
- Template:Chem2(白色)
- Template:Chem2(淡黄色)
- Template:Chem2(黄色)
银也可能与氟形成+2价的二氟化银:
与氧族元素的反应[编辑]
即使在炙热下,银也不会和氧气发生反应,其反应性小于铜Template:NoteTag、大于金。
银会与硫及硫化物发生反应Template:NoteTag。例如银与硫加热化合成硫化银(Template:Chem):
又如:银在空气中与硫化氢(Template:Chem)反应,形成黑色的硫化银(Template:Chem)。
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[30]。
- 2 Ag + Se → Ag2Se
- 2 Ag + Te → Ag2Te
化合物[编辑]
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)[31]。
+1价化合物[编辑]
硝酸盐[编辑]
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[编辑]
银的卤化物称为卤化银。银(I)离子的卤化物包含氟化银(Template:Chem)、氯化银(Template:Chem)、溴化银(Template:Chem)、碘化银(Template:Chem),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:
- Template:Chem2(白色)
- Template:Chem2(淡黄色)
- Template:Chem2(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值和测量电位的玻璃电极,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[32][33]、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Template:Tsl,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[编辑]
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(Template:Chem),所以化学反应一般写成:
氨错合物[编辑]
虽然银(I)离子与氨水也可形成氧化银沉淀:
但是当铵离子过量时,可形成二氨合银(I)错离子(Template:Chem),因而使氧化银溶于氨水:
Template:Chem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[34],工业上可以在玻璃上镀银、制造镜子。
碳酸盐[编辑]
银(I)离子遇碳酸根可沉淀得黄色的碳酸银(Template:Chem)[35]:
碳酸银可溶于酸,变回银(I)离子,并分解出二氧化碳:
氰化物与氰错合物[编辑]
银离子与氰根离子(Template:Chem)形成白色的氰化银(Template:Chem)沉淀
但是溶液如果有过量的Template:Chem,就可形成错离子Template:Chem2和Template:Chem2,于是可进一步溶于水。氰化银钾(Template:Chem)为Template:Chem与钾离子形成之错盐,可以用于电镀银[35]。
硫氰酸盐[编辑]
具有爆炸性的盐[编辑]
在乙醇(Template:Chem)的存在下,银与硝酸反应可形成雷酸银(Template:Chem),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(Template:Chem),由硝酸银与叠氮化钠 (Template:Chem)反应得到;[36]还有乙炔银(Template:Chem),由硝酸银或银氨溶液与乙炔(Template:Chem)反应得到。
其它价态的化合物[编辑]
银还能形成其它价态的化合物,如+½价的氟化亚银(Template:Chem)、+2价的二氟化银(Template:Chem)、一氧化银(Template:Chemical formula)、+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[37]。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。[38]
语源[编辑]
银的拉丁文为脚本错误:没有“Lang”这个模块。(比较古希腊语 脚本错误:没有“Lang”这个模块。, árgyros),源于原始印欧语字根 h₂erǵ-,意为“白色”或“闪亮的”[39]。脚本错误:没有“Lang”这个模块。也是其化学符号Ag的来源。
银的英文脚本错误:没有“Lang”这个模块。在古英语中有许多拼法,例如脚本错误:没有“Lang”这个模块。和脚本错误:没有“Lang”这个模块。。同源词有古高地德语的脚本错误:没有“Lang”这个模块。、哥德语的脚本错误:没有“Lang”这个模块。、古诺斯语的脚本错误:没有“Lang”这个模块。,这些全都源自原始日耳曼语的脚本错误:没有“Lang”这个模块。。
银,古称白金[40][41]。汉语族的“银”Template:Notetag与藏语脚本错误:没有“Lang”这个模块。(dngul)、缅甸语脚本错误:没有“Lang”这个模块。(ngwe)同源。日语汉音脚本错误:没有“Lang”这个模块。、韩语脚本错误:没有“Lang”这个模块。、越南语儒字脚本错误:没有“Lang”这个模块。均源自中古汉语。
历史[编辑]
脚本错误:没有“Unsubst”这个模块。 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和炼金术Template:Link-en之一。古代西方的炼金术和占星术也将七金中的银与七曜中的月连结,排序在金和日之后。
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银制花瓶,Template:Circa
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以白银作为原料铸造的货币(墨西哥银圆)
供应[编辑]
全球白银矿产储存量相当集中于少数国家,主要集中在秘鲁(22.6%)[42],波兰和澳洲也拥有丰富的白银矿储存量,中国排第四,墨西哥排第五,这五大白银矿资源国的储量合计占比超过 70%。 白银的生产比储存量高度集中,墨西哥为全球最大的白银生产国,占全球总产量的24%;其次是秘鲁和中国各占12-15%左右,三国合计占约53%的全球白银矿的供应[43][44][45]。而且大多数(70%以上)白银是铜、铅、锌等金属的伴生矿,只有约27%–30%的白银来自独立银矿,这使得白银产量对其他金属价格与开采活动具有高度依赖性,因为白银供应受制于主金属的开采节奏,所以白银的生产无法快速扩张[46][47]。 跟白银矿储存量和白银矿生产量比较,精炼白银市场更加高度集中,全球主要精炼中心分布于中国(占60-70%),其他有精炼白银的国家包括印度、日本、韩国、比利时、德国、英国、美国、加拿大和瑞士等[48]。
应用[编辑]
- 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%的铜,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。
- 在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[编辑]
货币[编辑]
脚本错误:没有“main”这个模块。 已知最早的硬币是在公元前600年左右在小亚细亚的吕底亚王国铸造的;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的德拉克马、古罗马的第纳里乌斯、伊斯兰的迪拉姆、古印度的Template:Link-en(自莫卧儿帝国时代起成为卢比,混合了金、银、铜)、古中国的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(例如法语脚本错误:没有“Lang”这个模块。),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Template:Link-en,然后用Template:Link-en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[49]。
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[49]。
金融商品[编辑]
如今,白银是四种贵金属商品中的一种(其他为钯、铂和金),它的ISO 4217代码为脚本错误:没有“Lang”这个模块。[50]。除了现货以外,白银也是期货、选择权、权证、ETF等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Template:Link-en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Template:Link-en(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[51],交易额超过5亿美元[52]。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[53][54]。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[55]。
在生物中作用[编辑]
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水、酒和醋,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(比如一些含有氧、硫、氮元素的分子)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。
在抗生素发明之前,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[56][57]。
参见[编辑]
备注[编辑]
参考资料[编辑]
引用文献[编辑]
延伸阅读[编辑]
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外部链接[编辑]
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