銀(英語:Silver),俗稱白銀,是一種化學元素,其化學符號為Ag(源於拉丁語:argentum),原子序數為47,原子量為u。銀是柔軟且帶有白色光澤的 107.8682 金屬,它的導電率、導熱率、反射率在金屬中名列前茅。銀在地殼中以高純度的元素(自然銀)存在,或與其他金屬以合金形式存在,也以礦石的形式存在(如輝銀礦和角銀礦)。大部分的銀是銅、金、鉛和鋅精煉的副產品。
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銀長期以來被視為貴金屬。金融上,銀金屬被用於許多投資型硬幣中,有時與金一起使用,形成金銀複本位制度[2]。雖然銀的豐度高於金,但它作為自然金屬的豐度低於金[3][需要較佳來源]。
銀的純度通常用千分比描述,例如純度94%的銀合金在英文中被稱為「0.940 fine」。銀的用途廣泛,除了貨幣和投資媒介(硬幣和金條)以外,也用於太陽能電池、淨水器、珠寶、裝飾品、高價值餐具和器具(因此有銀器之稱)、電氣接觸、導電材料、特殊用途的鏡面及窗戶塗料、催化劑、彩繪玻璃的着色劑,以及糖果中的食用色素。此外,銀的化合物用於照相底片和X光底片。硝酸銀和其他銀化合物的稀溶液可作為消毒劑,添加到繃帶和傷口敷料、醫用導管和其他醫療器材中。
性質
![Thumb](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/75/Ag_atomic_wire.jpg/640px-Ag_atomic_wire.jpg)
銀原子具有47個電子,電子排布為Kr4d105s1,價電子排布類似於銅(Ar3d104s 1)和金(Xe4f145d106s1),這導致金、銀、銅的物理和化學性質相似,三者都被歸類為元素週期表中的11族元素;11族也是d區元素中少數電子排布完全一致的族[5]。銀的價電子排布比較特別,在全滿的d副殼層上還有一個半滿的s副殼層,這是許多奇異性質(例如導電性、標準電極電位等等,詳見下文)的成因。[6]
純白銀顏色白,有金屬光澤ff質軟,摻有雜質後變硬,顏色呈灰、紅色。純白銀的比重為10.5,熔點961.78 °C。[來源請求]
因為獨特的電子排布,銀原子之間的金屬鍵缺乏共價特徵,而且強度相對較弱。這種特性可以解釋單晶銀的低硬度和高延展性。[8]因此可以碾壓成只有0.3微米厚的透明箔,1克重的銀粒就可以拉成約兩公里長的細絲。[來源請求]
銀具有明亮的白色金屬光澤[9],這一特性也成為「銀色」的名稱來源[6]此外,銀還可以進行高度拋光[9]。銀的反射率甚佳;當入射光的波長大於450 nm時,銀的反射率大於鋁。[10]不過當波長小於450 nm時,銀的反射率低於鋁,並在310 nm附近下降到零。[11]
11族元素普遍具有極高的導電性和導熱性。因為它們有半滿的s副殼層,而且s副殼層不跟全滿的d副殼層產生相互作用;這種相互作用發生在其他過渡金屬中,會降低電子的躍遷。[12]
銀的導電率是所有金屬中最高的,接觸電阻則是所有金屬中最低的[5]。不過由於銀的成本較高,所以沒有廣泛運用在導線,反而是銅線比較常用;但射頻工程是一個例外(尤其是特高頻和更高的頻率),這是因為交流電在射頻下有較為顯著的集膚效應(亦即電流傾向在導體表面流動),所以鍍銀可以改善導線的導電性[13]。另外,美國在二戰期間使用了13540噸的銀製造電磁鐵,用來濃縮鈾,主要是因為戰時銅的短缺。[14][15][16]
純銀的熱導率高於其他所有金屬,不過低於非金屬碳(金剛石)和超流體氦-4[5]。
銀容易與銅、金以及鋅形成合金。鋅濃度較低的鋅-銀合金可視為「鋅溶於銀」的面心立方固體溶液,其結構與純銀類似。而隨着鋅的濃度上升,價電子濃度也上升,晶體結構會逐步轉換成體心立方(電子濃度 1.5)、複雜立方(電子濃度 1.615)和六方最密堆積(電子濃度 1.75)。[7]
自然界存在的銀有兩種穩定同位素:107Ag和109Ag,其中前者的豐度略高(51.839%)。銀的兩種同位素豐度幾乎相同,這在元素週期表中十分罕見(溴是另一個例子)。銀的原子量是107.8682(2) 克/摩爾[17][18]。由於銀化合物(尤其是鹵化銀)在重量分析法中很重要,所以銀的原子量也是分析化學中一項非常重要的參數。[17]就核合成而言,銀的兩種穩定同位素都是透過中子捕獲產生的(一種是在恆星中透過S-過程產生的,另一種是在超新星中透過R-過程產生的)[19]。
銀有二十八個放射性同位素的特性已被測定,其中最穩定的依次是105Ag(半衰期41.29天)、111Ag(半衰期7.45天)、112Ag(半衰期3.13小時)。銀也有很多亞穩態核素,其中最穩定的依次是108mAg(半衰期418年)、110mAg(半衰期249.79天)、106mAg(半衰期8.28天)。其餘的放射性同位素的半衰期均短於一小時,大部分短於三分鐘[20]。
銀的同位素原子量從92.950(94Ag)到129.950(130Ag)不等。[21][22]豐度最高的穩定同位素(107Ag)之前的同位素的衰變類型主要是電子捕獲,生成鈀(46號元素)的同位素,而107Ag之後的同位素的衰變類型則主要是β衰變,生成鎘(48號元素)的同位素[23]。
107Pd β衰變成107Ag的半衰期為650萬年。鐵隕石是僅有的「鈀-銀比」高到可以測量107Ag富度變化的物體。由放射性產生的107Ag首次發現於1978年美國聖塔克拉拉的隕石[24]。發現者提出,一些小型鐵核的行星與其異體,可能是在一千多萬年前的核合成事件中產生的。從這熔化過的星球本體中,觀察到的107Pd–107Ag比值,反映出早期太陽系的吸積中應存在着不穩定的核種[25]。
化學
氧化態 | 配位數 | 立體化學 | 代表的化合物 |
---|---|---|---|
0(d10s1) | 3 | 平面 | Ag(CO)3 |
1(d10) | 2 | 線性 | [Ag(CN)2]- |
3 | 三角形平面 | AgI(PEt2Ar)2 | |
4 | 四面體 | [Ag(diars)2]+ | |
6 | 八面體 | AgF,AgCl,AgBr | |
2(d9) | 4 | 方形平面 | [Ag(py)4]2+ |
3(d8) | 4 | 方形平面 | [AgF4]- |
6 | 八面體 | [AgF6]3- |
就氧化性來說,銀是一種相當不活潑的金屬。銀的標準電極電位很高(E0(Ag+/Ag)= +0.799 V)[6]。這是因為它的4d副殼層全滿,不能有效屏蔽最外層5s軌域的靜電力。
在11族元素中,銀的第一游離能最低(730.8 kJ/mol,表現出5s軌域的不穩定性),不過第二和第三游離能高於銅和金(表現出4d軌域的穩定性),因此銀最常見的化合價是+1。在同一週期的過渡元素中,化合價的範圍由左至右越來越小,這是因為隨着d副殼層逐漸被填滿,能量也趨於穩定[27]。
在形成離子方面,銀和銅有些許差異;雖然銅(II)離子(Cu2+)缺乏穩定填滿的d副殼層,但是它的水合焓大於銅(I)離子(Cu+,舊稱亞銅離子),這造成Cu2+在水溶液和固體中更穩定;銀本來也應該出現這種效應,但是由於銀的第二游離能太大,所以Ag2+的穩定性較差,反而讓Ag+成為水溶液和固體中較穩定的離子[27]。
由於銀的原子半徑較小,第一游離能較高,大多數銀化合物都有顯著的共價性[6]。此外,銀的電負度為1.93,高於鉛(1.87);電子親和力方面,為125.6 kJ/mol,遠遠高於氫(72.8 kJ/mol),並且略低於氧(141.0 kJ/mol)[28]。由於d副殼層全滿,銀在化合價為+1的時候不太像4族到10族的過渡金屬;它通常可以形成相當不穩定的有機金屬化合物、線性錯合物(配位數非常低,只有2)、兩性氧化物[29]以及後過渡金屬之類的秦特相[30]。另外,即使沒有π受體配基,銀的+1氧化態也是穩定的,這點也與其他過渡金屬不同[27]。
銀不易與稀硫酸反應,因此硫酸在珠寶製造中用來清洗銀焊及退火後留下的氧化銅火痕。
不過銀可以溶解於溶於熱濃硫酸:
- 2Ag + 2H
2SO
4 (濃) → Ag
2SO
4 + SO
2↑ + 2H
2O
銀溶於硝酸,生成硝酸銀,其副產物取決於溫度與硝酸濃度。與濃硝酸反應時,連帶生成二氧化氮;與稀硝酸反應時,則是生成一氧化氮[註 1]。
- Ag + 2HNO
3(濃) → AgNO
3 + NO
2↑ + H
2O - 3Ag + 4HNO
3(稀) → 3AgNO
3 + NO↑ + 2H
2O
- 2Ag + F
2 → 2AgF(暗棕色) - 2Ag + Cl
2 → 2AgCl(白色) - 2Ag + Br
2 → 2AgBr(淡黃色) - 2Ag + I
2 → 2AgI(黃色)
銀也可能與氟形成+2價的二氟化銀:
- Ag + F
2 → AgF
2
即使在炙熱下,銀也不會和氧氣發生反應,其反應性小於銅[註 2]、大於金。
銀會與硫及硫化物發生反應[註 3]。例如銀與硫加熱化合成硫化銀(Ag
2S):
- 2Ag + S → Ag
2S
又如:銀在空氣中與硫化氫(H
2S)反應,形成黑色的硫化銀(Ag
2S)。
- 4 Ag + O
2 + 2 H
2S → 2 Ag
2S + 2 H
2O
這是銀幣或銀製物品失去光澤的原因之一。當銀製電器觸點在富含硫化氫的環境下工作時,觸點上的硫化銀會還原生成銀晶鬚[31]。
- 2 Ag + Se → Ag2Se
- 2 Ag + Te → Ag2Te
化合物
銀的常見氧化態為+1價(最穩定的狀態),較少見也較不穩定的為+2價(例如二氟化銀)、甚至是+3價(例如三氟化銀)[32]。
硝酸銀是一種透明或白色晶體,易溶於水,成為無色透明溶液。實驗室中,硝酸銀是銀(I)離子的主要來源;在工業上,硝酸銀是合成許多其他銀化合物的原料,也可作為防腐劑,還用於彩色玻璃中的黃色添加劑。
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銀的鹵化物稱為鹵化銀。銀(I)離子的鹵化物包含氟化銀(AgF)、氯化銀(AgCl)、溴化銀(AgBr)、碘化銀(AgI),其中除了氟化銀溶於水以外,其餘三者皆難溶於水,所以它們透過向銀(I)離子中加入鹵素離子而沉澱出來:
- Ag+
+ Cl−
→ AgCl↓(白色) - Ag+
+ Br−
→ AgBr↓(淡黃色) - Ag+
+ I−
→ AgI↓(黃色)
銀(I)離子因而常用於檢驗氟以外的鹵素離子,也用於重量分析法。
氯化銀可用於製造檢測pH值和測量電位的玻璃電極,以及用於玻璃的透明水泥。將碘化銀撒入雲層中,可以製造人工降雨。
氟化銀的二水合物[33][34]、氯化銀、溴化銀和碘化銀都是感光性物質,後三者可製造黑白照相術中的感光乳劑,目前較常用的是後兩者。在照相術等領域中,銀鹽(英語:silver salt)常代指鹵化銀。
向銀(I)離子加入氫氧化鈉,可短暫形成白色的氫氧化銀沉澱,但不穩定,會立即分解為棕黑色的氧化銀(Ag
2O),所以化學反應一般寫成:
- 2 Ag−
+ 2 OH−
→ Ag
2O↓ + H
2O
雖然銀(I)離子與氨水也可形成氧化銀沉澱:
- 2 Ag−
+ 2 NH
4OH → Ag
2O ↓ + H
2O + 2 NH+
4
但是當銨離子過量時,可形成二氨合銀(I)錯離子([Ag(NH
3)
2]+
),因而使氧化銀溶於氨水:
- Ag
2O + 4HN
3 + H
2O → [Ag(NH
3)
2]+
+ 2OH−
[Ag(NH
3)
2]+
溶液也稱為銀氨溶液或者多侖試劑,具有弱氧化性,可使醛基的有機化合物(例如醛類、甲酸、葡萄糖等)氧化,同時使銀(I)還原為金屬銀,這稱為銀鏡反應,實驗室中可用來檢驗醛基的存在[35],工業上可以在玻璃上鍍銀、製造鏡子。
銀(I)離子遇碳酸根可沉澱得黃色的碳酸銀(Ag
2CO
3)[36]:
- 2 Ag−
+ CO2−
3 → Ag
2CO
3 ↓
碳酸銀可溶於酸,變回銀(I)離子,並分解出二氧化碳:
- Ag
2CO
3 + 2H+
→ 2Ag−
+ H
2O + CO
2 ↑
- Ag−
+ CN−
→ AgCN ↓
但是溶液如果有過量的CN−
,就可形成錯離子[Ag(CN)
2]−
和[Ag(CN)
3]−
,於是可進一步溶於水。氰化銀鉀(KAg(CN)
2)為Ag(CN)−
2與鉀離子形成之錯鹽,可以用於電鍍銀[36]。
- AgNO
3 + KSCN → AgSCN ↓ + KNO
3
在乙醇(C
2H
5OH)的存在下,銀與硝酸反應可形成雷酸銀(AgONC),這是一種對碰撞很敏感的強烈炸藥,可用於雷管。其他危險易爆的銀化合物包括疊氮化銀(AgN
3),由硝酸銀與疊氮化鈉 (NaN
3)反應得到;[37]還有乙炔銀(Ag
2C
2),由硝酸銀或銀氨溶液與乙炔(C
2H
2)反應得到。
銀還能形成其它價態的化合物,如+½價的氟化亞銀(Ag
2F)、+2價的二氟化銀(AgF
2)、一氧化銀(AgO)、+3價的三氟化銀等。銀的+3價化合物需要非常強的氧化劑(例如氟或過二硫酸鹽)才能得到。而且有些+3價化合物會與大氣中的水分反應,並腐蝕玻璃[38]。實際上,三氟化銀通常是由銀或氟化銀(I)與已知最強的氧化劑二氟化氪反應而獲得。[39]
語源
銀的拉丁文為argentum(比較古希臘語 ἄργυρος, árgyros),源於原始印歐語字根 h₂erǵ-,意為「白色」或「閃亮的」[40]。argentum也是其化學符號Ag的來源。
銀的英文silver在古英語中有許多拼法,例如seolfor和siolfor。同源詞有古高地德語的silabar、哥德語的silubr、古諾斯語的silfr,這些全都源自原始日耳曼語的*silubra。
漢語族的「銀」[註 4]與藏語དངུལ(dngul)、緬甸語ငွေ(ngwe)同源。日語漢音ぎん、韓語은、越南語儒字ngân均源自中古漢語。
歷史
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因為銀的活躍性低,其元素型態容易被發現,也容易被萃取,故此在古時的中國和西方分別已認定為五金和煉金術七金之一。古代西方的煉金術和占星術也將七金中的銀與七曜中的月連結,排序在金和日之後。
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銀製花瓶,約2400 BC
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以白銀作為原料鑄造的貨幣(墨西哥銀圓)
應用
金融用途
已知最早的硬幣是在公元前600年左右在小亞細亞的利底亞王國鑄造的;利底亞的硬幣是琥珀金製成的,這是一種天然存在的金和銀的合金,可在利底亞境內使用。自從那時,人類金融史發展出銀本位制(以固定重量的白銀作為標準會計計量單位),散佈至世界各地,直到20世紀為止都是主流的貨幣制度。歷史上著名的銀幣包括古希臘的德拉克馬、古羅馬的第納里烏斯、伊斯蘭的迪拉姆、古印度的卡夏帕那(自莫臥兒帝國時代起成為盧比,混合了金、銀、銅)、古中國的銀兩以及西班牙銀圓等。由於銀幣這個用途,在許多語言中,「銀」這個詞也有金錢的意涵(例如法語argent),或者被當作金錢的量詞(例如客家話「個銀」)。此外,漢語族、日語、韓語等語言均以「銀行」指稱金融機構。
銀幣的製造過程如下:將棒狀或錠狀鑄銀壓製成正確的厚度、進行熱處理、再切割,成為胚板,然後用壓鑄機壓模機研磨、壓製這些胚板;現代壓鑄機每小時可生產8000個銀幣[41]。
用於造幣的銀相對其他用途的佔比隨時間波動很大,例如在戰時,人們往往用更多的銀來鑄造錢幣,為戰爭提供資金[41]。
如今,白銀是四種貴金屬商品中的一種(其他為鈀、鉑和金),它的ISO 4217代碼為XAG[42]。除了現貨以外,白銀也是期貨、選擇權、權證、ETF等衍生性金融商品的標的物。
白銀價格通常以金衡盎司為單位計算。1金衡盎司等於31.1034公克。不過2015年中國恢復了公制,目前銀和金的價格是以公克為單位。
和黃金一樣,儘管白銀的實體市場分佈在全球,但大多數批發櫃枱買賣交易都是透過倫敦金銀市場進行清算的,所交易的商品在中文圈又被稱為「倫敦銀」。價格每天在倫敦時間的中午發佈一次,交易週期為24小時,世界各國的銀行會以倫敦金銀市場協會(LBMA)成員的身份參與交易;據統計,倫敦金銀市場每天清算的白銀重量可達2億金衡盎司[43],交易額超過5億美元[44]。在倫敦金銀市場,白銀通常是用美元(USD)、英鎊(GBP)和歐元(EUR)報價。
1980年3月27日星期四銀價曾大幅下跌,史稱白銀星期四。2024年1月,白銀的價值為落在每金衡盎司23.06美元左右,約合每公斤745.58美元[45][46]。近50年來黃金和白銀的價格比大約是55:1,兩者的價格沒有恆久不變的關係[47]。
在生物中作用
銀的離子以及化合物對某些細菌、病毒、藻類以及真菌顯現出毒性,但對人體卻幾乎是完全無害的。銀的這種殺菌效應使得它在活體外就能夠將生物殺死。然而,銀製品的測試以及標準化卻存在很大難度。
希波克拉底曾經有描述銀在治療和防止疾病方面的功用。腓尼基人曾經用銀瓶子來盛放水、酒和醋,以此防止這些液體變壞。20世紀初期,人們也曾把銀幣放在牛奶,以此來延長牛奶的保鮮期。銀的殺菌機制長期以來一直為人們所爭論探討,但至此還沒有確鑿的定論。其中一個很好的例子是微動力效應,成功的解釋了銀離子對微生物的作用,但卻不能解釋其對病毒的作用。
凝膠以及繃帶大量使用銀。銀的抗菌性來源於銀離子。由於銀離子可以和一些微生物用於呼吸的物質(比如一些含有氧、硫、氮元素的分子)形成強烈的結合鍵,以此使得這些物質不能為微生物所利用,從而使得微生物窒息而亡。
在抗生素發明之前,銀的相關化合物曾在第一次世界大戰時用於防止感染。
銀作為效用廣泛的抗菌劑正在進行新的應用。其中一方面就是將硝酸銀溶於海藻酸鹽中,用於防止傷口的感染,尤其是燒傷傷口的感染。2007年,一個公司設計出一種表面鍍上銀的玻璃杯,這種杯子號稱具有良好的抗菌性。除此之外,美國食品和藥品管理協會(FDA)最近也審批通過了一種內層鍍銀的導氣管的應用,因為研究表明這種導氣管能夠有效的降低導氣管型肺炎。