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原子序數為47的化學元素 来自维基百科,自由的百科全书
银(英语:Silver),俗称白银,是一种化学元素,其化学符号为Ag(源于拉丁语:argentum),原子序数为47,原子量为u。银是柔软且带有白色光泽的 107.8682 金属,它的导电率、导热率、反射率在金属中名列前茅。银在地壳中以高纯度的元素(自然银)存在,或与其他金属以合金形式存在,也以矿石的形式存在(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。
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银长期以来被视为贵金属。金融上,银金属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[2]。虽然银的丰度高于金,但它作为自然金属的丰度低于金[3][需要较佳来源]。
银的纯度通常用千分比描述,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(硬币和金条)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)、电气接触、导电材料、特殊用途的镜面及窗户涂料、催化剂、彩绘玻璃的著色剂,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。
银原子具有47个电子,电子组态为Kr4d105s1,价电子组态类似于铜(Ar3d104s 1)和金(Xe4f145d106s1),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[5]。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。[6]
纯白银颜色白,有金属光泽ff质软,掺有杂质后变硬,颜色呈灰、红色。纯白银的比重为10.5,熔点961.78 °C。[来源请求]
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。[8]因此可以碾压成只有0.3微米厚的透明箔,1克重的银粒就可以拉成约两公里长的细丝。[来源请求]
银具有明亮的白色金属光泽[9],这一特性也成为“银色”的名称来源[6]此外,银还可以进行高度抛光[9]。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。[10]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。[11]
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。[12]
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[5]。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;但射频工程是一个例外(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[13]。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。[14][15][16]
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)和超流体氦-4[5]。
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。而随著锌的浓度上升,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)和六方最密堆积(电子浓度 1.75)。[7]
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[17][18]。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。[17]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)[19]。
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)。其馀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[20]。
银的同位素原子量从92.950(94Ag)到129.950(130Ag)不等。[21][22]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[23]。
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[24]。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著不稳定的核种[25]。
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)[6]。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,这是因为随著d副壳层逐渐被填满,能量也趋于稳定[27]。
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[27]。
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[6]。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)[28]。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[29]以及后过渡金属之类的秦特相[30]。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[27]。
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火痕。
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[注 1]。
银也可能与氟形成+2价的二氟化银:
即使在炙热下,银也不会和氧气发生反应,其反应性小于铜[注 2]、大于金。
银会与硫及硫化物发生反应[注 3]。例如银与硫加热化合成硫化银(Ag
2S):
又如:银在空气中与硫化氢(H
2S)反应,形成黑色的硫化银(Ag
2S)。
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[31]。
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)[32]。
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。
银的卤化物称为卤化银。银(I)离子的卤化物包含氟化银(AgF)、氯化银(AgCl)、溴化银(AgBr)、碘化银(AgI),其中除了氟化银溶于水以外,其馀三者皆难溶于水,所以它们透过向银(I)离子中加入卤素离子而沉淀出来:
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[33][34]、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感光乳剂,目前较常用的是后两者。在照相术等领域中,银盐(英语:silver salt)常代指卤化银。
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(Ag
2O),所以化学反应一般写成:
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([Ag(NH
3)
2]+
),因而使氧化银溶于氨水:
[Ag(NH
3)
2]+
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[35],工业上可以在玻璃上镀银、制造镜子。
银(I)离子遇碳酸根可沉淀得黄色的碳酸银(Ag
2CO
3)[36]:
碳酸银可溶于酸,变回银(I)离子,并分解出二氧化碳:
但是溶液如果有过量的CN−
,就可形成错离子[Ag(CN)
2]−
和[Ag(CN)
3]−
,于是可进一步溶于水。氰化银钾(KAg(CN)
2)为Ag(CN)−
2与钾离子形成之错盐,可以用于电镀银[36]。
在乙醇(C
2H
5OH)的存在下,银与硝酸反应可形成雷酸银(AgONC),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(AgN
3),由硝酸银与叠氮化钠 (NaN
3)反应得到;[37]还有乙炔银(Ag
2C
2),由硝酸银或银氨溶液与乙炔(C
2H
2)反应得到。
银还能形成其它价态的化合物,如+½价的氟化亚银(Ag
2F)、+2价的二氟化银(AgF
2)、一氧化银(AgO)、+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[38]。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。[39]
银的拉丁文为argentum(比较古希腊语 ἄργυρος, árgyros),源于原始印欧语字根 h₂erǵ-,意为“白色”或“闪亮的”[40]。argentum也是其化学符号Ag的来源。
银的英文silver在古英语中有许多拼法,例如seolfor和siolfor。同源词有古高地德语的silabar、哥德语的silubr、古诺斯语的silfr,这些全都源自原始日耳曼语的*silubra。
汉语族的“银”[注 4]与藏语དངུལ(dngul)、缅甸语ငွေ(ngwe)同源。日语汉音ぎん、韩语은、越南语儒字ngân均源自中古汉语。
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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七金之一。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。
已知最早的硬币是在公元前600年左右在小亚细亚的利底亚王国铸造的;利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,可在利底亚境内使用。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、古印度的卡夏帕那(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argent),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,成为胚板,然后用压铸机压模机研磨、压制这些胚板;现代压铸机每小时可生产8000个银币[41]。
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[41]。
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XAG[42]。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伦敦金银市场进行清算的,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伦敦金银市场协会(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[43],交易额超过5亿美元[44]。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[45][46]。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[47]。
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。