Получение, свойства и отрасли применения благородных металлов - Реферат

В данном реферате мы рассмотрим получение, свойства и отрасли применения благородных металлов, а именно золота, серебра и металлов платиновой группы. благородный метал серебро платиноид К благородным металлам обычно относят золото, серебро и металлы платиновой группы. Эти качества позволили даже при низком уровне развития техники обрабатывать золото и изготавливать из него украшения и бытовые предметы. На мировом рынке цены на благородные металлы постоянно меняются, но практически всегда цена на платину выше цены на золото. В настоящее время платина, а также золото, серебро и спутники платины - палладий, рутений, родий, осмий и иридий - играют исключительно важную роль в технике - электронике, приборостроении, автоматике, телемеханике, авиа-и ракетостроении и др.Благородные металлы имеют много полезных свойств, которые человек научился применять. За последнее десятилетие их применение расширилось.

Оглавление

Введение

Благородные металлы и их общее описание

Золото

Серебро

Металлы платиновой группы

Заключение

Список литературы

С древнейших времен благородные металлы привлекали людей. Уже тогда им нашли применение в ювелирном деле, в экономике многих государств и даже в медицине. Но благородные металлы имеют не только красивый внешний вид, но и обладают рядом полезных свойств. Именно благодаря своим свойствам они используется в различных отраслях: ювелирное дело, медицина, электроника, радиотехника, приборостроении, авиа- и судостроение, химической и нефтеперерабатывающей промышленности, ракетной и атомной технике. Их мировая добыча с каждым годом растет.

Свойства благородных металлов до сих пор до конца не изучены, так что вполне возможно расширение их областей применения и дельнейшее увеличение их добычи. При этом важно максимально рационально использовать все имеющиеся ресурсы.

В данном реферате мы рассмотрим получение, свойства и отрасли применения благородных металлов, а именно золота, серебра и металлов платиновой группы. благородный метал серебро платиноид

Благородные металлы и их общее описание

К благородным металлам обычно относят золото, серебро и металлы платиновой группы. Однако их список этими металлами далеко не исчерпывается. В науке и технике в их число также включают спутники платины - платиновые металлы: палладий, рутений, родий, осмий и иридий. Благородные металлы характеризуются малой химической активностью, коррозионной устойчивостью к атмосферным воздействиям и минеральным кислотам. Изделия из благородных металлов обладают красивым внешним видом (благородством).

Красивый цвет и блеск золота, его высокая устойчивость к атмосферным воздействиям были давно оценены человеком. Важно то, что различные виды самородного золота характеризуются довольно высокой мягкостью, хорошей ковкостью и тягучестью. Эти качества позволили даже при низком уровне развития техники обрабатывать золото и изготавливать из него украшения и бытовые предметы. Однако важнейшие технические качества металлического золота стали известны много позже.

Серебро, так же как и золото, - довольно мягкий и пластичный металл. Оно легко поддается механической обработке, что позволяет изготавливать различные изделия. Серебро издавна использовалось для изготовления посуды, столовых приборов и предметов украшения. В далекое прошлое ушли ямщики и повозки с колокольчиками под дугой. О них мы узнаем лишь из книг. Колокольчики, же могли кое-где сохраниться. Говорят, что наилучшим и несравненным звучанием обладали серебряные колокольчики.

Самородная платина, так же как золото и серебро, была известна человеку с незапамятных времен. Она также характеризуется мягкостью и пластичностью, хорошо поддается механической обработке, но имеет очень высокую температуру плавления (1769°C). Последнее обстоятельство долго было большим препятствием на пути переработки платины в изделия. По внешнему виду платина похожа на серебро, но имеет гораздо большую плотность. Само название «платина» ведет свое качало от испанского слова «плата» - серебро. Платина означало как уменьшительно пренебрежительное от этого слова, т.е. «серебришко», «серебрецо».

Как уже было отмечено, благородные металлы в чистом виде обладают высокой мягкостью, тягучестью и гибкостью. Для придания твердости, механической прочности и удешевления изделий из них изготавливают сплавы. Кроме благородных металлов в такие сплавы вводят медь, никель, цинк, иногда кадмий, железо и др. Металлы, вводимые в качестве добавок, называют лигатурой. В связи с широким ассортиментом сплавов возникла необходимость маркировки (установления пробы) сплавов и изделий. Чем больше неблагородных металлов в сплавах, тем меньше содержание в них основного компонента и тем дешевле сплав и изделие из него.

На мировом рынке цены на благородные металлы постоянно меняются, но практически всегда цена на платину выше цены на золото. Однако наибольшей стоимостью в два последних десятилетия оцениваются родий, рутений, иридий и осмий. С начала 1986 г. и по настоящее время самым дорогим благородным металлом является родий.

В настоящее время платина, а также золото, серебро и спутники платины - палладий, рутений, родий, осмий и иридий - играют исключительно важную роль в технике - электронике, приборостроении, автоматике, телемеханике, авиа- и ракетостроении и др. Можно с уверенностью сказать, что современная техника немыслима без благородных металлов. Их доля использования в качестве ювелирных изделий весьма скромная. Однако именно в таком качестве чаще всего сталкиваются люди с благородными металлами. [2]

Золото

Яркое и блестящее самородное Золото, так непохожее на обычные камни, как бы овеществляло солнечные луни. Это получило отражение в самом названии металла у различных народов мира. Люди добывают золото с незапамятных времен. С золотом человечество столкнулось уже в V тыс. до н. э. в эпоху неолита благодаря его распространению в самородном состоянии (рис. 1).

Рисунок 1. Самородок золота

Существует несколько основных методов добычи золота, основными из которых является промывание речного песка и добыча золотоносной породы в шахтах. Технология промывки основывается на высокой плотности золота, благодаря чему при промывке водой золото оседает вниз, а более легкие металлы и минералы смываются. В незначительных количествах мыть золото можно и вручную лотком. Такой способ добычи наиболее распространен в недоразвитых странах. Этот метод добычи золота исторически был первым, и он очень дешев, потому что не требует строительства дорогих заводов, и в случае речных отложений не нужно дробить породу. Технология амальгамации основана на способности ртути образовывать соединения с золотом. Для этого золотоносную руду измельчают и добавляют ртуть, получается амальгама. После чего всю эту смесь обрабатывают особым образом. Этот способ требует дорогостоящего оборудования и реагентов. Технология цианирования основана на способности синильной кислоты и ее солей - цианидов, растворять в себе золото. Кроме синильной кислоты растворять золото, может также и "царская водка" - смесь концентрированных азотной и серной кислот. 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 распространен в металлургии золота.

И в древности, и в средние века основными областями применения золота и серебра были ювелирное дело и изготовление монет. А применение золота для зубопротезирования известно еще древним египтянам. Применение золота в стекольной промышленности известно с конца XVII в. 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.

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 или никелем 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. Контакты из сплавов золота обеспечивают высокую надежность и длительный срок службы. В измерительной технике для контроля температуры и особенно для измерений низких температур используют сплавы золота с кобальтом или хромом.

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]

Золото применяется с древнейших времен в ювелирном искусстве (украшения, культовая и дворцовая утварь и т.д.), а также для золочения. Благодаря своей мягкости, ковкости, способности тянуться золото поддается особо тонкой обработке чеканкой, литьем, гравировкой. Золото используют для создания разнообразных декоративных эффектов (от глади желтой полированной поверхности с плавными переливами световых бликов до сложных фактурных сопоставлений с богатой светотеневой игрой), а также для выполнения тончайшей филиграни. Золото, часто окрашенное примесями др. металлов в различные цвета, применяется в сочетании с драгоценными и поделочными камнями, жемчугом, эмалью, чернью.

Серебро

Серебро является ковким, пластичным благородным металлом серебристо - белого цвета. Чистое серебро - очень мягкий, тягучий металл. Оно лучше всех металлов проводит электрический ток и тепло.(рис.2)

Рисунок 2. Кристалл серебра

Самородное серебро встречается значительно реже самородного золота, и, вероятно, поэтому было открыто позже золота. Возможно также, что самородное серебро было открыто позже потому что оно имело тускло-грязный вид. Добыча самородного серебра составляет 20% от всей добычи серебра. Серебряные руды содержат до 80% серебра (аргентин - соединения серебра и серы), но основную массу серебра получают попутно при выплавке и рафинировании (очистке) свинца и меди.

Из руд серебро получают цианированием и амальгамацией. Для цианирования серебра в отличие от цианирования золота используют более концентрированные цианистые растворы.

Область применения серебра в современном мире крайне велика. Помимо традиционной роли - символа богатства, это один из незаменимых металлов, который участвует во множестве технологических процессов. Основное применение серебра в XXI веке происходит в трех сферах деятельности: промышленность, создание фотографий, изготовление столового серебра и ювелирных украшений. На эти направления приходится почти 95% всего добываемого серебра.

Серебро применяется в промышленности настолько широко, что перечислить все технологические процессы, где может быть задействован этот драгоценный металл просто затруднительно. Основными свойствами, благодаря которым серебро так широко используется промышленностью, являются: высокая электро- и теплопроводность, устойчивость к окислению в обычной среде, большая пластичность и высокий коэффициент отражения света.

Изза отличной электропроводности серебро широко применяется в электронике, например для создания печатных плат переключателей, таких как кнопки телевизора, клавиатура компьютера или сотового телефона, для покрытия компакт дисков (CD или DVD), а так же в плазменных панелях мониторов телевизоров. Изза этого же свойства серебро широко применяется и в электротехнике, например в качестве припоя или для создания высокочувствительных контактов.

Для создания катодов используемых в батарейках и аккумуляторах все чаще используют серебро. Причем сейчас наметилась заметная тенденция замены литиоионных аккумуляторов на их аналоги с применением серебра. И это не смотря на то, что этот драгоценный металл дороже своих конкурентов. Но в отличие от них, он дольше служит и является экологически безопасным.

В химической промышленности серебро незаменимо в качестве катализатора (катализатор - вещество, которое позволяет или способствует протеканию химического процесса) в процессе создания двух соединений: оксида этилена и формальдегида. Эти соединения имеют большое значение при производстве пластмасс. В год химическая промышленность потребляет больше 150 млн. унций серебра, это составляет третью часть от промышленного применения этого драгоценного металла.

Еще одной областью, в которой без серебра не обойтись, является производство фото- и кинопленки. Изза значительных объемов используемого серебра в этой области ее принято выделять в отдельную категорию. Хотя за последние десять лет потребление серебра в это отрасли неуклонно уменьшается, с 2001 по 2010 год применение серебра в производстве фотопленки сократилось почти в 3 раза - с 213 до 72,7 млн. унций. Связано это с тем, что в последние годы произошла революция в цифровой технике, сделавшая ее доступной для большинства людей. Следствием этого стало сокращение применения серебра для создания фотографий.

Благодаря своим бактерицидным свойствам серебро активно применяется в медицине. Еще древние Египтяне заметили лечебные свойства этого благородного металла. Они прикладывали серебряные пластинки к открытым ранам, чтобы те быстрее заживали. Что же касается нашего времени, то после открытия швейцарским ученым Карл Нигели того факта, что ионы серебра при взаимодействии с клетками микроорганизмов вызывает их гибель, этот драгоценный металл стал неотъемлемой частью медицины. В частности на его основе выпускается ряд лекарств, изготавливаются специальные пластыри с серебром для обеззараживания ран, производятся очистители для воздуха и воды, а так же изготавливают одежду и обувь с вшитыми в нее серебряными нитями, устраняющими запах пота и препятствующими развитию грибковых заболеваний. [5]

Металлы платиновой группы

Платина является благородным металлом, серебристо-белого цвета, который обладает уникальными свойствами. Именно благодаря своим свойствам он используется во многих отраслях. Добыча платины является трудозатратным делом, так как она обычно находится в сплаве с другими благородными металлами. Но, изза множества сфер использования, ее добыча возрастает с каждым годом. Мировая добыча платиноидов в основных странах-производителях только за последние 10 лет возросла более чем в 1,5 раза. После открытия ценных физических и химических свойств платины, цены на нее сразу начали расти.

Металлы платиновой группы (Платиноиды) - коллективное обозначение шести переходных металлических элементов (рутений, родий, палладий, осмий,иридий, платина), имеющих схожие физические и химические свойства, и, как правило, встречающихся в одних и тех же месторождениях. В связи с этим, имеют схожую историю открытия и изучения, добычу, производство и применение. Металлы платиновой группы являются благородными и драгоценными металлами. В природе, чаще всего встречаются, в полиметаллических (медно-никелевых) рудах, а также в месторождениях золота и платины.

Скопления платиновых металлов встречаются очень редко и содержат их почти исключительно в самородном состоянии, как незначительную примесь к другим продуктам выветривания горных пород. Количество самой платины в подобных россыпях (аналогичных золотым) обычно бывает гораздо больше, чем остальных металлов платиновой группы. Отделение последних от платины и друг от друга представляет значительные трудности, чем отчасти и обусловлена высокая стоимость рассматриваемых элементов. На практике из металлов платиновой группы широко применяются лишь два - сама платина и палладий.

Платина - элемент редкий и в природе находится в рассеянном состоянии. Самородная платина обычно представляет собой естественный сплав с другими металлами. Содержание элементарной платины в этом природном сплаве колеблется от 65 до 90%. Самые богатые уральские россыпи содержали по нескольку десятков граммов сырой платины на тонну породы. Такие россыпи очень редки, как, кстати, и крупные самородки. Сырую платину, подобно золоту, добывают из россыпей промыванием размельченной породы на драгах. Классический метод выделения платины заключается в длительном нагревании сырой платины в фарфоровых котлах с царской водкой. При этом почти вся платина и палладий, частично родий, иридий, рутений и основная масса неблагородных металлов (железо, медь, свинец и другие) переходят в раствор.

За последние 20-25 лет спрос на платину увеличился в несколько раз и продолжает расти. До второй мировой войны более 50% платины использовалось в ювелирном деле. Из сплавов платины с золотом, палладием, серебром, медью делали оправы для бриллиантов, жемчуга, топазов. Мягкий белый цвет оправы из платины усиливает игру камня, он кажется крупнее и изящнее, чем в оправе из золота или серебра. Однако ценнейшие технические свойства платины сделали ее применение в ювелирном деле нерациональным.Сейчас около 90% потребляемой платины используется в промышленности и науке, доля ювелиров намного меньше.

Кислотостойкость, термостойкость и постоянство свойств при прокаливании давно сделали платину совершенно незаменимой в производстве лабораторного оборудования. Из платины делают тигли, чашки, стаканы, ложечки, лопатки, шпатели, наконечники, фильтры, электроды. В платиновых тиглях разлагают горные породы - чаще всего, сплавляя их с содой или обрабатывая плавиковой кислотой. Платиновой посудой пользуются при особо точных и ответственных аналитических операциях.

При всем многообразии образуемых элементами платиновой группы соединений основное для химии их практическое использование связано с каталитическими свойствами самих металлов.

Платина - лучший катализатор реакции окисления аммиака до окиси азота NO в одном из главных процессов производства азотной кислоты. Платиновые катализаторы ускоряют многие другие практически важные реакции: гидрирование жиров, циклических и ароматических углеводородов, олефинов, альдегидов, ацетилена, кетонов, окисление SO2 в SO3 в сернокислотном производстве. Их используют также при синтезе витаминов и некоторых фармацевтических препаратов.

Не менее важны платиновые катализаторы в нефтеперерабатывающей промышленности. С их помощью на установках каталитического риформинга получают высокооктановый бензин, ароматические углеводороды и технический водород из бензиновых и лигроиновых фракций нефти. Здесь платину обычно используют в виде мелкодисперсного порошка, нанесенного па окись алюминия, керамику, глину, уголь. В этой отрасли работают и другие катализаторы (алюминий, молибден), но у платиновых - неоспоримые преимущества: большая активность и долговечность, высокая эффективность.

Еще одним крупным потребителем платины стала автомобильная промышленность, которая, как это ни странно, тоже использует именно каталитические свойства этого металла - для дожигания и обезвреживания выхлопных газов.

Стабильность электрических, термоэлектрических и механических свойств платины плюс высочайшая коррозионная и термическая стойкость сделали этот металл незаменимым для современной электротехники, автоматики и телемеханики, радиотехники, точного приборостроения. Из платины делают электроды топливных элементов. Такие элементы применены, например, на космических кораблях серии «Аполлон».

Из сплава платины с 5-10% родия делают фильеры для производства стеклянного волокна. В платиновых тиглях плавят оптическое стекло, когда особенно важно ничуть не нарушить рецептуру.

В химическом машиностроении платина и ее сплавы служат превосходным коррозионностойким материалом. Аппаратура для получения многих особо чистых веществ и различных фторсодержащих соединений изнутри покрыта платиной, а иногда и целиком сделана из нее.

Очень незначительная часть платины идет в медицинскую промышленность. Из платины и ее сплавов изготавливают хирургические инструменты, которые, не окисляясь, стерилизуются в пламени спиртовой горелки; это преимущество особенно ценно при работе в полевых условиях. Сплавы платины с палладием, серебром, медью, цинком, никелем служат также отличным материалом для зубных протезов.

Спрос науки и техники на платину непрерывно растет и далеко не всегда бывает удовлетворенным. [3]

Платина играет важную роль в валютных запасах государств. На аффинажном заводе металл доводится до чистоты 99,96%, отливается в слитки и направляется в закрома Родины.(рис.3)

Рисунок 3. Слитки платины

Благородные металлы имеют много полезных свойств, которые человек научился применять. За последнее десятилетие их применение расширилось.

Благородные металлы являются исчерпаемыми невозобновляемыми минеральными ресурсами. Поэтому важно следить за их рациональным использованием. Важно совершенствовать технологии их производства, для того чтобы повышать эффективность использования.

Также не стоит забывать об экологическом состоянии окружающей среды. В наше время это является очень актуальной проблемой, так как при добыче полезных ископаемых нарушается экологический баланс. В итоге это негативно сказывается на человеке.

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

2. Кукушкин Ю.Н., Химия вокруг нас. - М.: Высшая школа, 1992

3. Популярная библиотека химических элементов. Платина http://n-t.ru/

4. Савицкий Е.М., Благородные металлы. М.: Металлургия, 1984

5. Статья «Применение серебра» http://yacenitel.ru

Размещено на .ru