Реферат: Благородные металлы на службе у человека

Министерство общего и профессионального образованияРоссийской Федерации.

ОмГТУ

Кафедра оборудованияи технологии сварочного производства.

Курсовая работа.

По курсу «В мире металлов».

На тему: «Благородные металлы на службе у человека».

Выполнил:

СтудентМСФ С-110

Проверил:

Доцентк.т.н.

ШестельЛ.А.


г. Омск, 2001

Введение

          История благородныхметаллов — одна из самых интересных глав истории материальной культуры. Помнению многих ученых, золото было первым металлом, который человечество началоиспользовать для изготовления украшений, предметов домашнего обихода ирелигиозного культа. Золотые изделия были найдены в культурных слоях эпохинеолита (V-IV тысячелетия до н.э.).

Содержание

Введение. 2

Благородныеметаллы… 4

Золото. 5

Серебро. 8

Родий, палладий, осмий, иридий, рутений. 11

Список литературы… 13

Благородные металлы

          Очень долгое время, почти до конца XVIII в.,считалось, что существует всего 7 металлов: золото, серебро, ртуть, медь,железо, олово, свинец. Золото и серебро, не изменяющиеся при действии воздуха,влаги и высокой температуры, получили название совершенных, благородныхметаллов. Прочие же металлы, которые под действием воды и воздуха теряютметаллический блеск, покрываясь налетом, а после прокаливания превращаются врыхлые, порошкообразные «земли» или «окалины» (оксиды), были названынесовершенными, неблагородными.

          Такоеделение металлов нередко применяется и в наши дни, но с тем отличием, что кдвум благородным металлам древнего мира и средневековья — золоту и серебру — нарубеже XVIII и XIX вв. прибавились платина и четыре ее спутника: родий,палладий, осмий, иридий. Рутений, пятый спутник платины, был открыт только в1844 г.

          Благородныеметаллы очень мало распространены в природе. В природе благородные металлывстречаются почти всегда в свободном (самородном) состоянии. Некотороеисключение составляет серебро, которое находится в природе и в виде самородков,и в виде соединений, имеющих значение как рудные минералы (серебряный блеск,или аргентит Ag2S, роговое серебро, или кераргирит AgCl, и др.) [3]

          В нашейстране установлены пробы: 375, 500, 583, 750, 958 для золота и 800, 785, 916для серебра. В Англии, США, Швейцарии и некоторых других странах пробавыражается в условных единицах — каратах. Проба чистого металла принята за 24карата (проба 1000). Золото 18 каратов — то же самое, что золото 750-й пробы, ит.д. Золотая монета в России и во многих других странах чеканилась из золота900-й пробы, серебряная из серебра 900-й и 500-й пробы. В настоящее времячеканка монеты из сплавов благородных металлов не производится. Однакоблагородные металлы, их сплавы и химические соединения получают всевозрастающее применение в технике. [2]

 

Золото

          Золото встречается в природе почти исключительнов самородном состоянии, главным образом в виде мелких зёрен, вкраплённых вкварц или содержащихся в кварцевом песке. В небольших количествах золотовстречается в сульфидных рудах железа, свинца и меди. Следы его открыты вморской воде. Общее содержание золота в земной коре составляет около 5*10-7вес. %. Крупные месторождения золота находятся в Южной Африке, на Аляске, вКанаде и Австралии. [1]

          Золото отделяется от песка и измельченнойкварцевой породы промыванием водой, которая уносит частицы песка, как болеелёгкие, или обработкой песка жидкостями, растворяющими золото. Чаще всегоприменяется раствор цианида натрия (NaCN), в котором золото растворяется вприсутствии кислорода с образованием компелексных анионов [Au(CN)2]:

4Au + 8NaCN + O2 + 2H20—> 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH

          Из полученного растворазолото выделяют цинком:

2Na[Au(CN)2] + Zn —> Na2[Zn(CN)4]+ 2Au

          Освобождённое золотообрабатывают для отделения от него цинка разбавленной серной кислотой,промывают и высушивают. Дальнейшая очистка золота от примесей (главным образомот серебра) производится обработкой его горячей концентрированной сернойкислотой или путём электролиза.

          Метод извлечения золота из руд с помощьюрастворов цианидов калия или натрия был разработан в 1843 году русскиминженером П.Р. Багратионом. Этот метод, принадлежащий к гидрометаллургическимспособам получения металлов, в настоящее время наиболее распространён вметаллургии золота. [2]

          Ввиду мягкости />золотоупотребляется в сплавах, обычно с серебром или медью. Эти сплавы применяютсядля электрических контактов, для зубопротезирования и в ювелирном деле.

          В химическом отношении золото — малоактивныйметалл. На воздухе оно не изменяется даже при сильном нагревании. Кислоты вотдельности не действуют на золото, но в смеси соляной и азотной кислот(царской водке) золото легко растворяется:

Au+ HNO3 + 3HCl —> AuCl3 + NO­ + 2H2O

          Так же легкорастворяется золото в хлорной воде и в аэрируемых (продуваемых воздухом)растворах цианидов щелочным металлов. Ртуть тоже растворяет золото, образуяамальгаму, которая при содержании более 15% золота становится твёрдой.

          Известны два ряда соединений золота, отвечающиестепеням окислённости +1 и +3. Так, золото образует два оксида — оксидзолота(I), или закись золота, — Au2O — и оксид золота(III),или окись золота — Au2O3. Более устойчивы соединения,в которых золото имеет степень окисления +3.

          Все соединения золота легко разлагаются принагревании с выделением металлического золота.

          И вдревности, и в средние века основными областями применения золота и серебрабыли ювелирное дело и изготовление монет. При этом недобросовестные люди, какремесленники, так и лица, стоявшие у власти, прибегали к обману, не гнушалисьсплавлением драгоценных металлов с более дешевыми — золота с серебром илимедью, серебра с медью. А применение золота для зубопротезированияизвестно еще древним египтянам. Применение золота в стекольной промышленностиизвестно с конца XVII в. [1]

          Сплавызолота с платиной, очень стойкие против химических воздействий, используют дляизготовления химической аппаратуры. Соединения золота применяют также вмедицине и в фотографии.

          Золотую фольгу, а позднее гальванопокрытиязолотом широко применяли для золочения куполов церковных храмов. Лишь последние40 – 45 лет можно отнести к периоду чисто технического применения золота.Золото обладает уникальным комплексом свойств, которого не имеет ни какойдругой металл. Оно обладает самой высокой стойкостью к воздействию агрессивныхсред, по электро – и теплопроводности уступает лишь серебру и меди, ядро золотаимеет большое сечение захвата нейтронов, способность золота к отражениюинфракрасных лучей близка к 100%, в сплавах оно обладает каталитическимисвойствами. Золото очень технологично, из него легко изготавливают сверхтонкуюфольгу и микронную проволоку. Покрытия золотом легко наносят на металлы икерамику. Золото хорошо паяется и сваривается под давлением. Такая совокупностьполезных свойств послужила причиной широкого использования золота в важнейшихсовременных отраслях техники: электронике, технике связи, космической иавиационной технике, химии. [1]

          Следует отметить, что в электронике на 90%золото используют в виде покрытий. Электроника и связанные с ней отраслимашиностроения являются основными потребителями золота в технике. В этойобласти золото широко используют для соединения интегральных схем сваркойдавлением или ультразвуковой сваркой, контактов штепсельных разъемов, вкачестве тонких проволочных проводников, для пайки элементов транзисторов идругих целей. В последнем случае особенно важно то, что золото образуетлегкоплавкие эвтектики с индием, галлием, кремнием и другими элементами,которые обладают проводимостью определенного типа. Помимо технологическихусовершенствований в электронике, для ряда деталей и узлов вместо золота сталииспользовать палладий, покрытия оловом, сплавами олова со свинцом и сплавом 65%Sn + 35% Ni с золотым подслоем.Сплав олова с никелем обладает высокой износостойкостью, коррозионнойстойкостью, приемлемой величиной контактного сопротивления иэлектропроводностью. Несмотря на то что в настоящее время расход золота вэлектронике непрерывно возрастает, считается, что он мог быть на 30% выше, еслибы не меры, направленные на экономию золота.

          В микроэлектронике широко применяют пасты наоснове на основе золота с различным электросопротивлением. Широкоеиспользование золота и его сплавов для контактов слаботочной аппаратурыобусловлено его высокими электрическими и коррозионными свойствами. Серебро,платина и их сплавы при использовании в качестве контактов, коммутирующихмикротоки при микронапряжениях, дают гораздо худшие результаты. Серебро быстротускнеет в атмосфере, загрязненной сероводородом, а платина полимеризуеторганические соединения. Золото свободно от этих недостатков, и контакты из егосплавов обеспечивают высокую надежность и длительный срок службы. Золотыеприпои с низким давлением пара используют для пайки вакуумноплотных швовдеталей электронных ламп, а также для пайки узлов в аэрокосмическойпромышленности.

          В измерительной технике для контроля температурыи особенно для измерений низких температур используют сплавы золота с кобальтомили хромом. В химической промышленности золото главным образом используют дляплакирования стальных труб, предназначенных для транспортировки агрессивныхвеществ.

          Золотые сплавы применяют в производстве часовыхкорпусов и перьев для авторучек. В медицине используют не только зубопротезныезолотые сплавы, но и медицинские препараты, содержащие соли золота, дляразличных целей, например при лечении туберкулеза. Радиоактивное золотоиспользуют при лечении злокачественных опухолей. В научных исследованиях золотоиспользуют для захвата медленных нейтронов. С помощью радиоактивных изотоповзолота изучают диффузионные процессы в металлах и сплавах.

          Золото применяют для металлизации оконных стеколзданий. В жаркие летние месяцы через оконные стекла зданий проходитзначительное количество инфракрасного излучения. В этих обстоятельствах тонкаяпленка (0.13 мкм) отражает инфракрасное излучение и в помещении становитсязначительно прохладнее. Если через такое стекло пропустить ток, то оно обрететпротивотуманные свойства. Покрытые золотом смотровые стекла судов, электровозови т.д. эффективны в любое время года. [1]

Серебро

          Чистое серебро — очень мягкий, тягучий металл.Оно лучше всех металлов проводит электрический ток и тепло.

          В качестве примеси серебро встречается почти вовсех медных и серебряных рудах. Из этих руд и получают около 80% всегодобываемого серебра.

          Серебро распространено в природе значительноменьше, чем медь (около 10-5 вес. %). В некоторых местах (например,в Канаде) серебро находится в самородном состоянии, но большую часть серебраполучают из его соединений. Самой важной серебряной рудой является серебряныйблеск (аpгент) — Ag2S.

          Из серебраможно вытянуть проволоку длиной 100 м, масса которой всего 0,045 г; массазолотой проволоки той же длины — 0,04 г. Серебро можно проковать в тончайшиелистки (до 0,4 мкм), просвечивающие синевато-зеленым или зеленым цветом. Напрактике чистое серебро вследствие мягкости почти не применяется: обычно егосплавляют с большим или меньшим количеством меди. Сплавы серебра служат дляизготовления ювелирных и бытовых изделий, монет, лабораторной посуды. Сереброиспользуется для покрытия им других металлов, а также радиодеталей в целяхповышениях электоpопpоводимости и устойчивости к коррозии. Часть добываемогосеребра расходуется на изготовление сеpебpяноцинковых аккумулятоpов.

          Серебро — малоактивный металл. В атмосферевоздуха оно не окисляется ни пpи комнатных температурах, ни при нагревании. Частонаблюдаемое почеpнение серебряных предметов — результат образования на ихповеpхности чёрного сульфида серебра — AgS2. Это пpоисходит подвлиянием содержащегося в воздухе сеpоводоpода, а также при сопpикосновениисеpебpяных пpедметов с пи-щевыми пpодуктами, содеpжащими соединения сеpы.

4Ag + 2H2S+ O2 —> 2Ag2S +2H2O

          В pяду напpяжения сеpебpо pасположенозначительно дальше водоpода. Поэтому соляная и pазбавленная сеpная кислоты нанего не действуют. Раствоpяют серебpо обычно в азотной кислоте, котоpаявзаимодействует с ним согласно уpавнению:

Ag+ 2HNO3 —> AgNO3 + NO2­+ H2O

          Сеpебpо обpазует одинpяд солей, pаствоpы котоpых содеpжат бесцветные катионы Ag+.

          Пpи действии щелочей на pаствоpы солей сеpебpаможно ожидать получения AgOH, но вместо него выпадает буpый осадок оксидасеpебpа(I):

2AgNO3+ 2NaOH —> Ag2O + 2NaNO3 + H2O

          Кpоме оксида сеpебpа(I)известны оксиды AgO и Ag2O3.

          Hитpат сеpебpа (ляпис) — AgNO3 — обpазует бесцветные пpозpачные кpисталлы, хоpошо pас-твоpимые в воде.Пpименяется в пpоизводстве фотоматеpиалов, пpи изготовлении зеpкал, вгальва-нотехнике, в медицине.

          Подобно меди, сеpебpо обладает склонностью кобpазованию комплексных соединений.

          Многие неpаствоpимые в воде соединения сеpебpа(напpимеp: оксид сеpебpа(I) — Ag2O и хлоpид сеpебpа —AgCl), легко pаствоpяются в водном pаствоpе аммиака.

          Комплексные цианистые соединения сеpебpапpименяются для гальванического сеpебpения, так как пpи электpолизе pаствоpовэтих солей на повеpхности изделий осаждается плотный слой мелкокpисталлическогосеpебpа. [2]

          Все соединения сеpебpа легко восстанавливаются свыделением металлического сеpебpа. Если к аммиачному pаствоpу оксидасеpебpа(I), находящемуся в стеклянной посуде, пpибавить в качествевосстановителя немного глюкозы или фоpмалина, то металлическое сеpебpовыделяется в виде плотного блестящего зеpкального слоя на повеpхности стекла.Этим способом готовят зеpкала, а также сеpебpят внутpеннюю повеpхность стекла всосудах для уменьшения потеpи тепла лучеиспусканием.

          Соли сеpебpа, особенно хлоpид и бpомид, ввиду ихспособности pазлагаться под влиянием света с выделением металлического сеpебpа,шиpоко используются для изготовления фотоматеpиалов плёнки, бумаги, пластинок.Фотоматеpиалы обычно пpедставляют собою светочувствительную суспензию AgBr вжелатине, слой котоpой нанесён на целлулоид, бумагу или стекло.

          Пpи экспозиции в тех местах светочувствительногослоя, где на него попал свет, обpазуются мельчайшие заpодыши кpисталловметаллического сеpебpа. Это — скpытое изобpажение фотогpафиpуемого пpедмета.Пpи пpоявлении бpомид сеpебpа pазлагается, пpичём скоpость pазложения тембольше, чем выше концентpация заpодышей в данном месте слоя. Получается видимоеизобpажение, котоpое является обpащённым или негативным изобpаажением,поскольку степень почеpнения в каж-дом месте светочувствительного слоя тембольше, чем выше была его освещённость пpи экспозиции. В ходе закpепления(фиксиpования) из светочувствительного слоя удаляется неpазложившийся бpомисеpебpа. Это пpоисходит в pезультате взаимодействия между AgBr и веществомзакpепителя — тиосульфатом натpия. Пpи этой pеакции получается неpаствоpимаякомплексная соль:

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

          Далее негатив накладывают на фотобумагу иподвергают действию света — «печатают». Пpи этом наиболееосвещёнными оказываются те места фотобумаги, котоpые находятся пpотив светлыхмест негатива, Поэтому в ходе печатания соотношения между светом и теньюменяется на обpатное и ста-новится отвечающим сфотогpафиpованному объекту. Это— позитивное изобpажение. [2]

          Ионы сеpебpа подавляют pазвитие бактеpий и уже вочень низкой концентpации (около 10-10 г-ион/л) стерилизуют питьевуюводу. В медицине для дезинфекции слизистых оболочек пpименяютсястабилизиpованные специальными добавками коллоидные pаствоpы сеpебpа(пpотаpгол, коллаpгол и дp.).

          В течениенескольких столетий при изготовлении зеркал поверхность стекла покрывалиамальгамой олова — сплавом ртути с оловом. Эта работа вследствие ядовитостиртутных паров была крайне вредной для здоровья. В 1856 г. знаменитый немецкийхимик Ю. Либих нашел способ покрытия стекла тончайшим слоем серебра. Сущностьспособа состоит в восстановлении серебра из аммиачного раствора его солейглюкозой. На поверхности стекла оседает тонкий прочный налет серебра,заменяющий амальгаму. Этот быстрый, безвредный и недорогой способ окончательновытеснил прежний только в начале XX в.

          Сереброявляется наилучшим проводником электричества. Его удельное сопротивление при 20° равно 0,016 Ом*мм/м (оно равно 0,017 для меди,0,024 для золота и 0,028 для алюминия). Интересно, что во время второй мировойвойны Государственное казначейство США выдало «Манхэттенскому проекту» 14 тсеребра для использования как проводника в работах по созданию атомной бомбы.Вследствие хорошей электрической проводимости и стойкости против действиякислорода при высоких температурах серебро применяется как важный вэлектротехнике материал.

          Благодарястойкости серебра против едких щелочей, уксусной кислоты и других веществ изнего изготовляют аппаратуру для химических заводов, а также лабораторнуюпосуду. Оно служит катализатором в некоторых производствах (например, окисленияспиртов в альдегиды). Сплавы на основе серебра применяют также для изготовленияювелирных изделий, зубных протезов, подшипников и др. Соли серебра используют вмедицине и фотографии. Не так давно иодид серебра AgI ввиде аэрозоля получил применение для искусственного вызывания дождя. Мельчайшиекристаллики иодида серебра, введенные в облако, служат центрами, на которыхпроисходит конденсация водяного пара и слияние мельчайших капелек воды вкрупные дождевые капли. [1]

Родий,палладий, осмий, иридий, рутений

          В 1824 г. на Урале было добыто 33 кгсамородной платины, а в 1825 г. уже 181 кг. Незадолго перед этим (в 1823 г.)был уволен в отставку министр финансов Д.А. Гурьев,приведший Россию на грань денежной катастрофы. Его преемник Е.Ф.Канкрин, чтобыспасти положение, наметил в числе прочих мер чеканку платиновой монеты. В 1826г. горные инженеры П.Г. Соболевский и В.В. Любарский разработали технологиюполучения ковкой платины.

          Способ этотсостоял в следующем: губчатую платину, полученную прокаливанием «нашатырнойплатины», т.е. гексахлорплатината аммония, набитую в цилиндрические железныеформы, сильно сдавливали винтовым прессом и полученные цилиндры выдерживали притемпературе белого каления около 36 ч, после чего из них отковывали полосы илипрутки. К концу 1826 г. этим способом было получено 1590 кг ковкой платины.Ранее по способу парижского ювелира Жаннетти платину сплавляли с мышьяком.Сильным прокаливанием на воздухе мышьяк выжигали из полученных слитков, послечего их подвергали горячей ковке. Этот способ был крайне опасен для здоровья исопряжен с большими потерями платины. За рубежом его заменил способ У.Уолластона, который хранился в тайне и был опубликован только в 1829 г. Восновных чертах он схож со способом П.Г. Соболевского. Получение изделийпосредством прессования и последующего спекания порошков металлов, карбидов идругих соединений широко применяется под названием металлокерамики или порошковойметаллургии. [2]

          Практическиеприменения платиновых металлов обширны и разнообразны. Они используются впромышленности, приборостроении, зубоврачевании и ювелирном деле. Платиновыеметаллы, а также их сплавы катализируют многие химические реакции, напримерокисление SO2 в SO3. Однако в настоящее время эти катализаторызаменяют другими веществами, более дешевыми.

          Стойкостьпротив воздействия кислорода даже при высоких температурах, кислото- ижароупорность делают платину, родий, иридий ценными материалами длялабораторной и заводской химической аппаратуры. Тигли из радия, иридияприменяют для работ со фтором и его соединениями или для работ при оченьвысокой температуре. Общая масса платиновых лодочек на одном из заводов,изготовляющих стеклянное волокно, составляет несколько сот килограммов. Изсплава 90% Pt + 10% Ir изготовлены международные эталоны метра икилограмма. В частях приборов, где требуется большая твердость и стойкостьпротив износа, используют природный осмистый иридий. Очень светлый и нетемнеющий со временем сплав 80% Pd + 20% Ag применяют для изготовления шкаластрономических и навигационных приборов.

          Поспособности отражать свет родий лишь немного уступает серебру. Он не тускнеетсо временем, поэтому зеркальные поверхности астрономических приборовпредпочитают покрывать родием. Для измерения температур до 1600°С служаттермопары из тонких проволок — из платины и из сплава 90% Pt+10% Rh. Болеевысокие температуры (до 2000°С) можно измерять термопарой из иридия и сплава60% Rh + 40% Ir. [1]

          Один изсильнейших ядов не имеющий запаха, — оксид углерода (II) СО- легко обнаружить, если внести в газовую смесь полоску фильтровальной бумаги,смоченную раствором хлорида палладия:

PdCl2 + CO + H2O = CO2+ 2HCl + Pd

Вследствие выделениямелкораздробленного палладия бумага чернеет. [2]

          Сплавыплатины и палладия, которые не темнеют со временем и не имеют привкуса,применяют в стоматологии. На научные и промышленные цели идет около 90% всехплатиновых металлов, остальное — на ювелирное производство.

          Орден«Победа» и орден Суворова 1-й степени изготовляют из платины.

Списоклитературы

1. — Венецкий С.И.,Рассказы о металлах. М.: Металлургия, 1986.

2. — Энциклопедический словарь юного химика. М.: 1990.

3. — Погодин А.,Благородные металлы. М.: Знание, 1979

еще рефераты
Еще работы по металлургии