Металлургия

Благородные металлы на службе у человека


Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации.



                                    ОмГТУ



         Кафедра оборудования и технологии сварочного производства.



                              Курсовая работа.
                         По курсу «В мире металлов».
            На тему: «Благородные металлы на службе у человека».



                                           Выполнил:
                                           Студент МСФ С-110


                                           Проверил:
                                           Доцент к.т.н.
                                           Шестель Л.А.



                                г. Омск, 2001

Введение

      История благородных металлов - одна из самых интересных  глав  истории
материальной  культуры.  По  мнению  многих  ученых,  золото   было   первым
металлом,  который  человечество  начало   использовать   для   изготовления
украшений,  предметов  домашнего  обихода  и  религиозного  культа.  Золотые
изделия были найдены в культурных слоях эпохи неолита (V-IV  тысячелетия  до
н.э.).



Содержание

Введение    2
Благородные металлы    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,  благородных  металлов.
Прочие  же  металлы,  которые  под   действием   воды   и   воздуха   теряют
металлический блеск, покрываясь налетом, а после  прокаливания  превращаются
в рыхлые, порошкообразные  «земли»  или  «окалины»  (оксиды),  были  названы
несовершенными, неблагородными.
      Такое деление металлов нередко применяется и в  наши  дни,  но  с  тем
отличием, что к двум благородным металлам древнего мира  и  средневековья  -
золоту и серебру - на рубеже XVIII и XIX вв. прибавились  платина  и  четыре
ее  спутника:  родий,  палладий,  осмий,  иридий.  Рутений,  пятый   спутник
платины, был открыт только в 1844 г.
      Благородные металлы очень мало распространены  в  природе.  В  природе
благородные  металлы  встречаются  почти  всегда  в  свободном  (самородном)
состоянии. Некоторое исключение  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 нашей стране установлены пробы: 375, 500, 583, 750, 958  для  золота
и 800, 785, 916 для серебра. В Англии, США,  Швейцарии  и  некоторых  других
странах проба выражается  в  условных  единицах  -  каратах.  Проба  чистого
металла принята за 24 карата (проба 1000). Золото 18 каратов - то же  самое,
что золото 750-й пробы, и т.д. Золотая монета в России и  во  многих  других
странах чеканилась из золота 900-й пробы, серебряная из серебра 900-й и 500-
й пробы. В настоящее время чеканка монеты из  сплавов  благородных  металлов
не  производится.  Однако  благородные  металлы,  их  сплавы  и   химические
соединения получают все возрастающее применение в технике. [2]



Золото


       Золото  встречается  в  природе  почти  исключительно  в   самородном
состоянии, главным образом в виде мелких  зёрен,  вкраплённых  в  кварц  или
содержащихся в кварцевом песке. В небольших количествах  золото  встречается
в сульфидных рудах железа, свинца и меди. Следы его открыты в морской  воде.
Общее содержание золота в  земной  коре  составляет  около  5*10-7  вес.  %.
Крупные месторождения золота находятся в Южной Африке, на Аляске,  в  Канаде
и Австралии. [1]
       Золото  отделяется  от  песка   и   измельченной   кварцевой   породы
промыванием водой, которая уносит  частицы  песка,  как  более  лёгкие,  или
обработкой песка жидкостями, растворяющими золото.  Чаще  всего  применяется
раствор цианида натрия (NaCN), в котором золото растворяется  в  присутствии
кислорода с образованием компелексных анионов [Au(CN)2]:
4Au + 8NaCN + O2 + 2H20 —> 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH
      Из полученного раствора золото выделяют цинком:
2Na[Au(CN)2] + Zn —> Na2[Zn(CN)4] + 2Au
       Освобождённое  золото  обрабатывают  для  отделения  от  него   цинка
разбавленной серной кислотой, промывают  и  высушивают.  Дальнейшая  очистка
золота от примесей (главным образом от серебра) производится обработкой  его
горячей концентрированной серной кислотой или путём электролиза.
      Метод извлечения золота из руд с помощью растворов цианидов калия  или
натрия был разработан в 1843 году русским инженером П.Р.  Багратионом.  Этот
метод, принадлежащий к гидрометаллургическим способам получения металлов,  в
настоящее время наиболее распространён в металлургии золота. [2]
      Ввиду мягкости золото употребляется в сплавах, обычно с  серебром  или
медью.   Эти   сплавы   применяются   для   электрических   контактов,   для
зубопротезирования и в ювелирном деле.
      В химическом отношении золото — малоактивный металл.  На  воздухе  оно
не  изменяется  даже  при  сильном  нагревании.  Кислоты  в  отдельности  не
действуют на золото, но в смеси соляной и  азотной  кислот  (царской  водке)
золото легко растворяется:
                   Au + HNO3 + 3HCl —> AuCl3 + NO( + 2H2O
      Так же легко  растворяется  золото  в  хлорной  воде  и  в  аэрируемых
(продуваемых воздухом) растворах  цианидов  щелочным  металлов.  Ртуть  тоже
растворяет золото, образуя  амальгаму,  которая  при  содержании  более  15%
золота становится твёрдой.
      Известны два ряда соединений золота, отвечающие степеням  окислённости
+1 и +3. Так, золото образует два  оксида  —  оксид  золота(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 при  нагревании  с  выделением
металлического золота.
      И в древности, и в средние века основными областями применения  золота
и  серебра  были   ювелирное   дело   и   изготовление   монет.   При   этом
недобросовестные люди, как ремесленники, так  и  лица,  стоявшие  у  власти,
прибегали к обману, не гнушались сплавлением драгоценных  металлов  с  более
дешевыми - золота с серебром  или  медью,  серебра  с  медью.  А  применение
золота для зубопротезирования известно  еще  древним  египтянам.  Применение
золота в стекольной промышленности известно с конца XVII в. [1]
       Сплавы  золота  с   платиной,   очень   стойкие   против   химических
воздействий, используют для изготовления химической  аппаратуры.  Соединения
золота применяют также в медицине и в фотографии.
      Золотую фольгу, а позднее гальванопокрытия  золотом  широко  применяли
для золочения куполов церковных храмов. Лишь последние 40  –  45  лет  можно
отнести к периоду чисто  технического  применения  золота.  Золото  обладает
уникальным комплексом свойств, которого не имеет  ни  какой  другой  металл.
Оно обладает самой высокой стойкостью к  воздействию  агрессивных  сред,  по
электро – и теплопроводности уступает  лишь  серебру  и  меди,  ядро  золота
имеет большое сечение захвата  нейтронов,  способность  золота  к  отражению
инфракрасных лучей близка к 100%, в  сплавах  оно  обладает  каталитическими
свойствами.  Золото  очень  технологично,  из   него   легко   изготавливают
сверхтонкую фольгу и микронную проволоку. Покрытия золотом легко наносят  на
металлы и керамику. Золото  хорошо  паяется  и  сваривается  под  давлением.
Такая   совокупность   полезных   свойств   послужила   причиной    широкого
использования золота в важнейших современных отраслях техники:  электронике,
технике связи, космической и авиационной технике, химии. [1]
      Следует отметить, что в электронике на 90% золото  используют  в  виде
покрытий. Электроника и связанные  с  ней  отрасли  машиностроения  являются
основными потребителями золота в  технике.  В  этой  области  золото  широко
используют  для  соединения  интегральных   схем   сваркой   давлением   или
ультразвуковой сваркой, контактов штепсельных разъемов,  в  качестве  тонких
проволочных проводников, для пайки элементов транзисторов и других целей.  В
последнем  случае  особенно  важно  то,  что  золото  образует  легкоплавкие
эвтектики  с  индием,  галлием,  кремнием  и  другими  элементами,   которые
обладают   проводимостью   определенного   типа.   Помимо    технологических
усовершенствований в электронике, для ряда деталей  и  узлов  вместо  золота
стали использовать палладий, покрытия оловом, сплавами олова  со  свинцом  и
сплавом 65% Sn + 35% Ni с золотым подслоем. Сплав олова с  никелем  обладает
высокой  износостойкостью,  коррозионной  стойкостью,  приемлемой  величиной
контактного сопротивления  и  электропроводностью.  Несмотря  на  то  что  в
настоящее  время  расход  золота  в   электронике   непрерывно   возрастает,
считается, что он мог быть на 30% выше, если бы  не  меры,  направленные  на
экономию золота.
      В микроэлектронике широко применяют пасты на основе на  основе  золота
с  различным  электросопротивлением.  Широкое  использование  золота  и  его
сплавов  для  контактов  слаботочной  аппаратуры  обусловлено  его  высокими
электрическими и коррозионными свойствами. Серебро, платина и их сплавы  при
использовании   в   качестве   контактов,   коммутирующих   микротоки    при
микронапряжениях, дают гораздо худшие результаты. Серебро быстро тускнеет  в
атмосфере, загрязненной сероводородом, а платина  полимеризует  органические
соединения. Золото свободно от этих недостатков, и контакты из  его  сплавов
обеспечивают высокую надежность и длительный срок службы. Золотые  припои  с
низким давлением пара используют  для  пайки  вакуумноплотных  швов  деталей
электронных ламп, а также для пайки узлов в аэрокосмической  промышленности.

      В измерительной  технике  для  контроля  температуры  и  особенно  для
измерений  низких  температур  используют  сплавы  золота  с  кобальтом  или
хромом. В химической промышленности золото главным  образом  используют  для
плакирования стальных труб, предназначенных для транспортировки  агрессивных
веществ.
      Золотые сплавы применяют в производстве часовых корпусов и перьев  для
авторучек. В медицине используют не только зубопротезные золотые сплавы,  но
и медицинские  препараты,  содержащие  соли  золота,  для  различных  целей,
например  при  лечении  туберкулеза.  Радиоактивное  золото  используют  при
лечении злокачественных опухолей. В научных исследованиях золото  используют
для захвата медленных нейтронов. С  помощью  радиоактивных  изотопов  золота
изучают диффузионные процессы в металлах и сплавах.
      Золото применяют для металлизации  оконных  стекол  зданий.  В  жаркие
летние месяцы через оконные стекла зданий проходит  значительное  количество
инфракрасного излучения. В этих обстоятельствах  тонкая  пленка  (0.13  мкм)
отражает  инфракрасное  излучение  и  в  помещении  становится   значительно
прохладнее.  Если  через  такое  стекло  пропустить  ток,  то  оно   обретет
противотуманные  свойства.  Покрытые   золотом   смотровые   стекла   судов,
электровозов и 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  во  всех  медных  и
серебряных рудах. Из  этих  руд  и  получают  около  80%  всего  добываемого
серебра.
      Серебро распространено в природе значительно меньше, чем  медь  (около
10-5 вес. %). В некоторых местах (например, в Канаде)  серебро  находится  в
самородном состоянии, но большую часть серебра получают из  его  соединений.
Самой важной серебряной рудой является серебряный блеск (аpгент) - Ag2S.
      Из серебра можно вытянуть проволоку длиной 100 м, масса которой  всего
0,045 г; масса золотой проволоки той  же  длины  -  0,04  г.  Серебро  можно
проковать в тончайшие листки (до 0,4 мкм),  просвечивающие  синевато-зеленым
или зеленым цветом. На практике чистое серебро вследствие мягкости почти  не
применяется: обычно его сплавляют с большим или  меньшим  количеством  меди.
Сплавы серебра служат для изготовления ювелирных и бытовых  изделий,  монет,
лабораторной посуды. Серебро используется для покрытия им  других  металлов,
а также радиодеталей в целях повышениях электоpопpоводимости и  устойчивости
к  коррозии.  Часть  добываемого   серебра   расходуется   на   изготовление
сеpебpяноцинковых аккумулятоpов.
      Серебро — малоактивный металл. В атмосфере воздуха оно  не  окисляется
ни  пpи  комнатных  температурах,  ни  при  нагревании.  Часто   наблюдаемое
почеpнение серебряных предметов — результат образования  на  их  повеpхности
чёрного сульфида серебра - AgS2. Это пpоисходит под  влиянием  содержащегося
в воздухе сеpоводоpода, а также при сопpикосновении сеpебpяных  пpедметов  с
пи-щевыми пpодуктами, содеpжащими соединения сеpы.
                       4Ag + 2H2S + O2 —> 2Ag2S +2H2O
      В pяду напpяжения сеpебpо  pасположено  значительно  дальше  водоpода.
Поэтому  соляная  и  pазбавленная  сеpная  кислоты  на  него  не  действуют.
Раствоpяют серебpо обычно в азотной кислоте, котоpая взаимодействует  с  ним
согласно уpавнению:
                       Ag + 2HNO3 —> AgNO3 + NO2(+ H2O
      Сеpебpо обpазует один pяд солей, pаствоpы котоpых содеpжат  бесцветные
катионы Ag+.
       Пpи  действии  щелочей  на  pаствоpы  солей  сеpебpа  можно   ожидать
получения AgOH, но вместо него выпадает буpый осадок оксида сеpебpа(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, в гальва-нотехнике, в медицине.
      Подобно меди, сеpебpо обладает склонностью к  обpазованию  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   сеpебpа    пpименяются    для
гальванического сеpебpения, так как пpи электpолизе pаствоpов этих солей  на
повеpхности изделий осаждается плотный слой  мелкокpисталлического  сеpебpа.
[2]
       Все  соединения  сеpебpа   легко   восстанавливаются   с   выделением
металлического  сеpебpа.  Если  к  аммиачному  pаствоpу  оксида  сеpебpа(I),
находящемуся  в  стеклянной  посуде,  пpибавить  в  качестве  восстановителя
немного глюкозы или фоpмалина, то металлическое сеpебpо  выделяется  в  виде
плотного блестящего зеpкального слоя на повеpхности  стекла.  Этим  способом
готовят зеpкала, а также сеpебpят внутpеннюю повеpхность  стекла  в  сосудах
для уменьшения потеpи тепла лучеиспусканием.
       Соли  сеpебpа,  особенно  хлоpид  и  бpомид,  ввиду  их   способности
pазлагаться под влиянием света с выделением металлического  сеpебpа,  шиpоко
используются для  изготовления  фотоматеpиалов  плёнки,  бумаги,  пластинок.
Фотоматеpиалы обычно пpедставляют собою светочувствительную  суспензию  AgBr
в желатине, слой котоpой нанесён на целлулоид, бумагу или стекло.
      Пpи экспозиции в тех местах светочувствительного  слоя,  где  на  него
попал  свет,  обpазуются  мельчайшие  заpодыши   кpисталлов   металлического
сеpебpа.  Это  —  скpытое   изобpажение   фотогpафиpуемого   пpедмета.   Пpи
пpоявлении  бpомид  сеpебpа  pазлагается,  пpичём  скоpость  pазложения  тем
больше, чем выше концентpация заpодышей  в  данном  месте  слоя.  Получается
видимое   изобpажение,   котоpое   является   обpащённым   или    негативным
изобpаажением,   поскольку    степень    почеpнения    в    каж-дом    месте
светочувствительного слоя тем больше, чем выше  была  его  освещённость  пpи
экспозиции. В ходе закpепления (фиксиpования) из  светочувствительного  слоя
удаляется  неpазложившийся  бpоми  сеpебpа.  Это  пpоисходит  в   pезультате
взаимодействия между AgBr и веществом  закpепителя  -  тиосульфатом  натpия.
Пpи этой pеакции получается неpаствоpимая комплексная соль:
                  AgBr + 2Na2S2O3 —> Na3[Ag(S2O3)2] + NaBr
      Далее негатив накладывают на фотобумагу и подвергают действию света  —
"печатают". Пpи этом наиболее освещёнными оказываются те  места  фотобумаги,
котоpые находятся пpотив светлых мест негатива,  Поэтому  в  ходе  печатания
соотношения  между  светом  и  тенью  меняется  на  обpатное  и  ста-новится
отвечающим сфотогpафиpованному объекту. Это — позитивное изобpажение. [2]
      Ионы  сеpебpа  подавляют  pазвитие  бактеpий  и  уже  в  очень  низкой
концентpации (около 10-10 г-ион/л) стерилизуют  питьевую  воду.  В  медицине
для   дезинфекции   слизистых   оболочек    пpименяются    стабилизиpованные
специальными добавками коллоидные pаствоpы сеpебpа (пpотаpгол,  коллаpгол  и
дp.).
      В течение нескольких  столетий  при  изготовлении  зеркал  поверхность
стекла покрывали амальгамой олова -  сплавом  ртути  с  оловом.  Эта  работа
вследствие ядовитости ртутных паров была  крайне  вредной  для  здоровья.  В
1856 г. знаменитый немецкий химик Ю.  Либих  нашел  способ  покрытия  стекла
тончайшим слоем серебра. Сущность способа состоит в  восстановлении  серебра
из аммиачного раствора его солей глюкозой.  На  поверхности  стекла  оседает
тонкий  прочный  налет  серебра,   заменяющий   амальгаму.   Этот   быстрый,
безвредный и недорогой способ окончательно вытеснил прежний только в  начале
XX в.
      Серебро является 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  мировой
войны Государственное казначейство США выдало «Манхэттенскому проекту» 14  т
серебра для использования как  проводника  в  работах  по  созданию  атомной
бомбы. Вследствие хорошей  электрической  проводимости  и  стойкости  против
действия кислорода при высоких температурах серебро применяется  как  важный
в электротехнике материал.
      Благодаря стойкости серебра против едких щелочей, уксусной  кислоты  и
других веществ из него изготовляют  аппаратуру  для  химических  заводов,  а
также  лабораторную   посуду.   Оно   служит   катализатором   в   некоторых
производствах (например, окисления спиртов в альдегиды).  Сплавы  на  основе
серебра  применяют  также  для  изготовления   ювелирных   изделий,   зубных
протезов,  подшипников  и  др.  Соли  серебра  используют   в   медицине   и
фотографии.  Не  так  давно  иодид  серебра  AgI  в  виде  аэрозоля  получил
применение  для  искусственного  вызывания  дождя.  Мельчайшие   кристаллики
иодида серебра, введенные в облако, служат центрами, на  которых  происходит
конденсация водяного пара  и  слияние  мельчайших  капелек  воды  в  крупные
дождевые капли. [1]



Родий, палладий, осмий, иридий, рутений


      В 1824 г. на Урале было добыто 33 кг самородной 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, чтобы спасти положение, наметил  в  числе  прочих  мер
чеканку платиновой монеты. В 1826 г.  горные  инженеры  П.Г.  Соболевский  и
В.В. Любарский разработали технологию получения ковкой платины.
       Способ  этот  состоял  в  следующем:  губчатую  платину,   полученную
прокаливанием  «нашатырной  платины»,   т.е.   гексахлорплатината   аммония,
набитую в цилиндрические железные формы, сильно сдавливали винтовым  прессом
и полученные цилиндры выдерживали при температуре белого  каления  около  36
ч, после чего из них отковывали полосы или прутки.  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,  после  чего  их  подвергали
горячей ковке. Этот способ был крайне  опасен  для  здоровья  и  сопряжен  с
большими потерями платины. За рубежом  его  заменил  способ  У.  Уолластона,
который хранился в тайне и был опубликован  только  в  1829  г.  В  основных
чертах он схож со способом П.Г. Соболевского. Получение изделий  посредством
прессования и последующего спекания порошков  металлов,  карбидов  и  других
соединений широко применяется под названием металлокерамики  или  порошковой
металлургии. [2]
      Практические применения платиновых металлов  обширны  и  разнообразны.
Они  используются  в  промышленности,  приборостроении,   зубоврачевании   и
ювелирном деле. Платиновые металлы, а также их  сплавы  катализируют  многие
химические реакции, например окисление SO2 в SO3. Однако в  настоящее  время
эти катализаторы заменяют другими веществами, более дешевыми.
      Стойкость против воздействия кислорода даже при высоких  температурах,
кислото- и жароупорность делают платину, родий, иридий  ценными  материалами
для лабораторной и заводской химической аппаратуры. Тигли из  радия,  иридия
применяют для работ со фтором и его соединениями или  для  работ  при  очень
высокой температуре. Общая масса платиновых лодочек  на  одном  из  заводов,
изготовляющих стеклянное волокно, составляет несколько сот  килограммов.  Из
сплава  90%  Pt  +  10%  Ir  изготовлены  международные  эталоны   метра   и
килограмма. В частях приборов, где требуется большая твердость  и  стойкость
против износа, используют природный осмистый  иридий.  Очень  светлый  и  не
темнеющий со временем сплав 80% Pd + 20% Ag применяют для изготовления  шкал
астрономических и навигационных приборов.
      По способности отражать свет родий лишь немного уступает  серебру.  Он
не тускнеет со  временем,  поэтому  зеркальные  поверхности  астрономических
приборов предпочитают покрывать родием. Для измерения температур  до  1600°С
служат термопары из тонких проволок - из платины и из сплава 90% Pt+10%  Rh.
Более высокие температуры (до 2000°С) можно измерять термопарой из иридия  и
сплава 60% Rh + 40% Ir. [1]
      Один из сильнейших 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 выделения мелкораздробленного палладия бумага чернеет. [2]
      Сплавы платины и палладия, которые не темнеют со временем и  не  имеют
привкуса, применяют в стоматологии. На  научные  и  промышленные  цели  идет
около 90% всех платиновых металлов, остальное - на ювелирное производство.
      Орден "Победа" и орден Суворова 1-й степени изготовляют из платины.



Список литературы


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


смотреть на рефераты похожие на "Благородные металлы на службе у человека "