srebro

SREBRO: OD RUDE DO NAKITA. PREČIŠĆAVANJE SREBRA SILVER: FROM ORE TO JEWELRY. SILVER REFINING

Autor: TAMARA TOMIĆ, drugi razred, Gimnazija "Uroš Predić" Pančevo Regionalni centar za talente "Mihajlo Pupin" Pančevo Mentor: Dr ALEKSANDAR S. NIKOLIĆ, viši naučni saradnik Hemijskog fakulteta Univerziteta u Beogradu REZIME U radu je izučavano srebro, istorijat njegovog nalaženja, osobine, dobijanje i primena. U eksperimentalnom delu je dat postupak za prečišćavanje raznog srebrnog otpada (lomljeno srebro). Prečišćavanje je vršeno rastvaranjem materijala u HNO3, taloženjem AgCl i žarenjem sa Na2CO3. Dobijeno srebro je visoke čistoće, 98,75%, koje je određeno pomoću ICP spektrometrije.

Ključne reči: srebro, rude, legure, prečišćavanje, čistoća, primena, nakit, osobine SUMMARY The subject matter of this work is silver, history of its finding, its characteristics, obtaining and use. In the experimental part the procedure has been given for refining various silver materials (impaired, unusable silver). The refining has been done by dissolving the material in nitric acid, precipitating silver-chloride and heating it with sodium-carbonate. Obtained silver is of high purity, 98,75%, which was determined by ICP spectrometry. Keywords: silver, ores, alloys, refining, purity, use, jewelry, characteristics

SREBRO Fizičko-hemijske osobine srebra (Ag) Srebro se nalazi u Ib grupi i petoj periodi Periodnog sistema elemenata, između bakra u četvrtoj i zlata u šestoj periodi, a i po fizičkim i hemijskim osobinama zaista jeste izmedju ta dva metala. Prirodno srebro se sastoji od dva stabilna izotopa:

107

Ag sa 51,839 i

104

Ag sa 48,162%.

Poznato je i više od četrdeset veštačkih radioaktivnih izotopa sa vremenom poluraspada od nekoliko desetina sekundi do nekoliko stotina dana. 105

l10

Ag ima vreme poluraspada 270 dana, a

Ag 40 dana. Srebro je beo, sjajan metal, u sasvim čistom stanju je meko, rastegljivo je, može da se

istanji u vrlo tanke listiće i da se izvuče u finu žicu; topi se na 960,8°, ključa na 2193°C gradeći plavu paru, čiji su molekuli jednoatomni, gustina mu je 10,5g/cm3. Srebro je najbolji provodnik toplote i električne struje, u istopljenom stanju lako rastvara kiseonik ali ga pri očvršćavanju otpušta ("vodonična bolest"). Srebro se u elektrohemijskom redu metala nalazi na desnoj strani od vodonika, jer spada u red metala neznatne reaktivnosti (plemeniti metal). Ono je na vazduhu postojano kako na običnoj temperaturi tako i pri zagrevanju, izuzev prema sumporu i sumporo-vodoniku. Tek se pri jačem zagrevanju i pri višem pritisku kiseonika s njim jedini gradeći Ag2O. Tamna prevlaka koja se stvara na predmetima od srebra potiče od Ag2S, postalog dejstvom H2S iz vazduha na srebro: 4Ag + H2S + O2 → 2Ag2S + 2H2O. Srebro se ne rastvara u razblaženim kiselinama sem azotne; rastvara se u rastvoru cijanida u prisustvu kiseonika ili peroksida. Elementarno srebro ima sve odlike izrazitog metala, te se ono obično uzima kao etalon za mnoga poređenja, a posebno za izgled, boju i sjaj. Srebro je relativno mek metal i plastičan i zato se dobro kuje. Nešto je tvrđe od zlata. Može se kovati i izvlačiti u veoma tanke folije i niti merene mikrometrima, pa i do providnosti. Samo je malo manje istegljivo od zlata. Srebro sa bakrom i zlatom spada u monetarne metale, koji se koriste za izradu kovanog novca. Srebro se teško rastvara u razblaženim kiselinama i bazama na sobnoj temperaturi. Posebno je postojano na dejstvo baza. Lako se rastvara jedino u carskoj vodi. Srebro gradi jedinjenja u kojima se javlja u oksidacionim stanjima +1, +2 i +3. Ova poslednja dva reda jedinjenja postojana su samo u obliku kompleksnih soli; proste soli s Srebro: od rude do nakita. Prečišćavanje srebra – Tamara Tomić Regionalni centar za talente "Mihajlo Pupin", Pančevo

2

dvovalentnim srebrom, sem AgF2, su nepoznate. Interesantno je da srebro gradi nerastvorne halogenide, izuzev fluorida koji su veoma rastvorni. Halogeni reaguju burno sa finije usitnjenim srebrom. Ne legira se sa gvoždem i niklom. Jedinjenja srebra su brojna i veoma dobro proučena. Najveći deo jedinjenja ima važnu primenu. Gradi kompleksna jedinjenja i ulazi i u sastav organskih jedinjenja. Srebro-hlorid je teško rastvoran u vodi, što je neobično, i koristi se za identifikaciju srebra.

Nalaženje u prirodi Srebro je u prirodi manje rasprostranjeno od bakra, nalazi se često kao slobodno, legirano sa drugim plemenitim metalima, u komadima koji mogu da imaju znatnu masu što je poznato još od drevnih vremena. Najveći komad samorodnog srebra dosad nađen na Zemlji ima masu 135t. Najviše se dobiva iz njegovih ruda: argentita - Ag2S, stromajerita - Cu2S × Ag2S, pirargirita - Sb2S3 × 3Ag2S i kerargirita - AgCl. Poznatiji minerali srebra su i stefanit - Ag5SbS4, prustit - Ag3AsS3, bromirit - AgBr, diskrazit - Ag3Sb, naumanit - AgAuTe4, argirodit -Ag8GeS6, hesit - Ag2Te, pecit - Ag3AuTe2, jodit - AgI i dr. Rude srebra nalaze se često sa olovnim i bakarnim rudama, naročito sa PbS, odnosno CuFeS2, pa se preradom ovih ruda iz njih najviše i dobiva srebro (oko 4/5). Ono se od bakra odvaja elektrolitičkim putem (kod nas u Boru), a od olova se odvaja pomoću jednog od nekoliko različitih postupaka.

Dobijanje čistog srebra: Iz legura sa bakrom: 3Ag + 4HNO3 → 3AgNO3+NO + 2H2O AgNO3 + 2NH4OH → [Ag(NH3)2]NO3 + 2H2O 2[Ag(NH3)2]NO3 + (NH4)2SO3 + 3H2O → 2Ag + (NH4)2SO4 + 2NH4NO3 + 2NH4OH Iz rafinisanog srebrnog materijala: 3Ag + 4HNO3 → 3AgNO3 + NO + 2H2O 2AgNO3 + HCOONH4 + NH4OH → Ag + 2NH4NO3 + CO2 + H2O Preko halogenida srebra: 3Ag + 4HNO3 → 3AgNO3 + NO + 2H2O AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3 Srebro: od rude do nakita. Prečišćavanje srebra – Tamara Tomić Regionalni centar za talente "Mihajlo Pupin", Pančevo

3

Potom se AgCl prevodi u Ag na jedan od sledećih načina : o 2AgCl + Zn → Ag + ZnCl2 o 2AgCl + HCHO + 3NaOH → 2Ag + 2NaCl + HCOONa + 2H2O ili kako je urađeno u ovom istraživanju: o 2AgCl + Na2CO3 → Ag2CO3 + 2NaCl Ag2CO3 + toplota → Ag2O + CO2 Ag2O + toplota → 2Ag + O2

Slika 1. Pirargirit Picture 1. Pyrargyrite

Slika 2. Proizvodi od srebra Picture 2. Silver products

Primena srebra Srebro se za praktične svrhe ne upotrebljava čisto, jer je dosta meko, već obično legirano s manjom ili većom količinom bakra. Njegove legure se primenjuju za izradu raznih predmeta, ukrasa, srebrnog novca itd. Legure koje se upotrebljavaju za izradu predmeta obično sadrže 80% Ag i 20% Cu, a legure od kojih se pravi srebrni novac 90% Ag i 10% Cu. Sadržaj srebra u nekoj njegovoj leguri izražava se hiljaditim masenim delovima (promilima) i označava se kao ''finoća''. Na primer, srebro ''finoće'' 900 sadrži 900‰ Ag i 100‰ Cu. Srebro je poznato ljudima od davnih vremena. Već tokom ranog bakarnog doba, od oko 3000 godina pre n.e. ljudi su koristili srebro za alate, ukrase, nakit, posuđe, kao sredstvo razmene... Najranija primena srebra je vezana za izradu nakita i novca. Tako se i očuvalo u najvećoj meri. U VI veku pre n. e. lidijski kralj Krez je naredio da se iskuju srebrni novčići za razmenu robe. Posle toga srebrni novac raširio se u Grčkoj, Rimskoj imperiji, Vizantiji i dalje. Srebro je bilo poznato i cenjeno i među alhemičarima. Oni su bili mišljenja da je svaki element ista supstanca, samo različitog stepena čistoće; zlato su smatrali za najčistiji element, a srebro za odmah sledeće najčistije posle njega. Simboli korišćeni za prikazivanje srebra: Srebro: od rude do nakita. Prečišćavanje srebra – Tamara Tomić Regionalni centar za talente "Mihajlo Pupin", Pančevo

4

Zbog lake obrade i visokog sjaja otkrivena su veoma stara srebrna ogledala, koja su bila postojana i veoma verno odražavala lik. Prva staklena ogledala, bez upotrebe srebra, pojavila su se tek u I veku nove ere, ali sa olovnom ili kalajnom podlogom. Brzo su ih potisnula metalna ogledala u srednjem veku. Tada su francuski hemičar Ptižan (fr. Petitjean) i nemački istraživač Libih (nem. Liebig) razradili recepture srebrnih rastvora za izradu ogledala, koje su se, nešto usavršenije, održale i do današnjih dana. Posrebravanje, uopšte, još je jedna važna oblast gde se troše znatne količine srebra. Posrebrene površine imaju veliku prednost u odnosu na drugu vrstu zaštite površina. Posrebravanje se posebno primenjuje gde je jako dejstvo baza, a naročito u akumulatorskoj tehnici kod akumulatora sa baznim rastvorima. Izrada ukrasa, kao i novca i medalja za jubilarna obeležja zahteva velike količine srebra. Srebro se koristi i za izradu opreme ili delova opreme u elektronici i hemijskoj industriji. Dosta se koristi i u obliku legura, koje mogu biti binarne, ternerne i kvaternerne. Zbog izvanredne toplotne i elektroprovodljivosti, nezamenjivo je za specijalne namene. Može se koristiti za zavarivanje i lemljenje, bilo čisto ili u obliku legura. Rano je zapaženo da su jedinjenja srebra fotoosetljiva. Posebnu primenu u fotografiji i filmskoj umetnosti ranije, sve do kraja XX veka, i razvoja novih emulzija, i potom digitalnog zapisa, imao je srebro-bromid - AgBr i srebro-nitrat - AgNO3. Pod dejstvom svetlosti dolazi do razgradnje jedinjenja srebra i izdvajanja srebra u prahu, pri čemu se produkuje lik na bazi osvetljenih i neosvetljenih mesta. Ovi mehanizmi veoma su dobro proučeni i iskorišćeni u praksi. Francuz Luj Dager (fr. Louis-Jacques-Mandé Daguerre) je 1839. godine pronašao metod za izradu fotografije, po čemu je postupak i dobio naziv - dagerotipija. Dager se smatra ocem fotografije. Osetljivost jedinjenja srebra iskorišćena je i u regulisanju osvetljavanja stanova premazivanjem prozorskih stakala. Propuštanjem svetlosti reguliše se intenzitet osvetljavanja. Što je propuštanje svetlosti veće, osvetljenost je manja i obrnuto. Srebro je cenjeno i u nuklearnoj tehnici, mada se zbog njegove visoke cene nastoji da se nađe zamena. Srebro usporava toplotne neutrone i ima dobru postojanost. Međutim, srebro može da bude i nepoželjno u drugim materijalima, koji se koriste u nuklearnoj tehnici, ali imaju drugu ulogu i namenu, te se mora uklanjati. Srebro je cenjeno i u medicini. Od davnina su bila poznata njegova baktericidna svojstva. Voda čuvana u srebrnim posudama mogla je da se održi dugo vremena ispravna za piće. To su u Srebro: od rude do nakita. Prečišćavanje srebra – Tamara Tomić Regionalni centar za talente "Mihajlo Pupin", Pančevo

5

religiji koristili da je proglase "svetom vodom". Doziranje vode jonima srebra mora da bude kontrolisano, pošto njihov višak može da bude štetan po zdravlje ljudi. Inače, u medicini su mnogi lekovi na bazi srebra, i to uglavnom metal-organska jedinjenja. Srebro se dosta koristi u zubarstvu, u obliku amalgama za zubne plombe, ali danas sve manje. Srebro gradi veliki broj legura sa drugim elementima. Posebno se dobro i često legira sa zlatom i bakrom. Nastoji se da se u legurama nađe zamena za srebro. Srebro se često koristi kao katalizator pri sintezama, posebno organskim. Danas se srebro toliko mnogo upotrebljava za proizvodnju "srebro-cink" baterija da je dalja proizvodnja kovanog srebrnog novca došla u pitanje. Soli srebra koriste se u galvanotehnici za posrebravanje predmeta radi zaštite i ukrašavanja. Neke soli srebra su eksplozivne, pa se zbog toga mogu koristiti u pirotehnici. Posebno jak eksploziv na bazi srebra je fulminat - AgCNO. Jedinjenja srebra se, takođe, koriste za bojenje tkanina i kože. Pigmentima na bazi srebra može se bojiti i staklo. Srebro-nitrat je veoma značajan laboratorijski reaktiv. Koristi se dosta za dobijanje drugih jedinjenja. Čvrsti srebro-nitrat - AgNO3 poznat je kao lapis. Takođe je poznat i u medicini od ranijih vremena, otuda i naziv "lapis internalis" – "adski kamen". Lapis ima i baktericidna svojstva. Međutim, treba oprezno rukovati njime, pošto može biti i opasan po zdravlje. Lapis u dodiru sa kožom ostavlja tamne fleke, posle čega koža otpada ne ostavljajući ožiljke, ako se to češće ne ponavlja.

Upotreba srebra za izradu nakita Još jedna oblast obimne upotrebe srebra je svakako nakit. Od davnina se koristilo za izradu skupocenog nakita, i još uvek je veoma cenjeno u tom domenu, zajedno sa zlatom i platinom. Takođe, izuzetno cenjeno belo zlato može da sadrži primese srebra. (Belo zlato se uglavnom dobija kao legura zlata sa nekim od tzv. belih metala, tačnije niklom ili paladijumom). Srebro se dodaje kao važna primesa i leguri zlata i bakra (čija boja zavisi od odnosa ta dva metala: što ima više bakra, to je boja intenzivnije crvena) da bi se dobila malo svetlija nijansa – tzv. "ružičasto zlato". Pored korišćenja u legurama za nakit u estetske svrhe, srebro se mnogim legurama takođe dodaje i iz razloga što im menja čvrstinu. Srebro se za izradu srebrnog nakita ne koristi čisto, naravno, zato što je kao takvo meko, već se koriste legure, uglavnom sa bakrom, ili eventualno nekim drugim metalima. Postoje propisi za minimalni sadržaj srebra u nakitu. U većini država to je 92,5%, dok je u nekima 80%. Srebro: od rude do nakita. Prečišćavanje srebra – Tamara Tomić Regionalni centar za talente "Mihajlo Pupin", Pančevo

6

Kod nas srebrni nakit mora da sadrži najmanje 92,5% srebra, tj. da bude čistoće 925. Ono srebro koje ispunjava standarde se naziva i sterling srebro, i ono sadrži najmanje 92,5% srebra i do 7,5% bakra i/ili drugih metala, kao što su nikl, cink i sl.

Slika 3. Razni oblici srebrnog nakita Picture 3. Various forms of silver jewelry

Srebro: od rude do nakita. Prečišćavanje srebra – Tamara Tomić Regionalni centar za talente "Mihajlo Pupin", Pančevo

7

PRAKTIČAN DEO ISTRAŽIVAČKOG RADA Za ovo istraživanje korišćen je razni srebrni materijal (nakit, zaprljano srebro zaostalo od livenja). Stanje materijala: pohaban, zaprljan, nejednoličnog sadržaja srebra. Početna masa srebrnog nakita (i dr. materijala) koji je korišćen za izdvajanje srebra iznosila je 3,43g. Masa uzorka zaprljanog srebra od livenja bila je 9,50g.

Slika 4. Srebrni materijal Picture 4. Silver material

Proces dobijanja srebra Materijal je rastvoren u potrebnoj količini razblažene HNO3 uz zagrevanje (kako bi se ubrzao proces). Rastvaranje se vršilo u digestoru zbog izdvajanja para azot(II)-oksida. Jednačina reakcije: 4HNO3 + 3Ag → 3AgNO3 + NO + 2H2O Napomena: Pošto je u uzorcima bilo i nekih drugih metala (u nakitu najviše bakra), desile su se još neke reakcije u kojima su se dobili nitrati određenih metala, ali one nemaju uticaja na proces, zato što se pri daljoj obradi, pri dodatku NaCl taloži samo srebro-hlorid (svi hloridi su rastvorni osim AgCl, Hg2Cl2 i PbCl2). Kada je rastvaranje završeno, čaše su sklonjene sa grejnog tela i rastvori su ostavljeni da se malo ohlade, a zatim su procedjeni u Büchner-ovom levku. Tim postupkom su odvojeni nerastvoreni materijali – parčići čelika (od kopči nakita) i tragovi silikatnih ostataka, a u rastvoru su ostali nitrati srebra i metala primesa. U dobijeni rastvor dodavan je zasićen rastvor natrijumhlorida sve dok se stvarao beli talog srebro-hlorida. Čaša je ostavljena da se AgCl istaloži, potom je rastvor odliven, pa je dodata voda i smeša je promešana i ostavljena da se srebro-hlorid ponovo Srebro: od rude do nakita. Prečišćavanje srebra – Tamara Tomić Regionalni centar za talente "Mihajlo Pupin", Pančevo

8

istaloži. Ovaj proces dekantovanja ponovljen je još nekoliko puta, da se potpuno odstrane rastvor nitrata. Dobijeni talog AgCl je procedjen na Büchner-ovom levku, i više puta ispran dejonizovanom vodom (do negativne reakcije na bakar). Potom je talog prenet na sahatno staklo i osušen u sušnici na 105oC. Zatim je ohlađen, izmeren i pomešan sa istom (masenom) količinom Na2CO3, prenet u tigl od alumine i žaren do 900oC.

Slika 5. Rastvaranje srebrnog materijala u HNO3 Picture 5. Dissolving the silver material in HNO3

Slika 6. Filtriranje rastvora Picture 6. Filtration of the solution

Slika 7. Rastvor materijala Picture 7. Solution of the material

Slika 8. Dodavanje NaCl u rastvor nitrata Picture 8. Adding NaCl into the nitrate solution

Slika 9. Taloženje AgCl Picture 9. Precipitation of AgCl

Slika 10. Prečišćen rastvor AgCl Picture 10. Purified solution of AgCl


Slika 11. Ceđenje taloga AgCl Picture 11. Wringing the AgCl

9

Dobijeno je prečišćeno srebro, čija je čistoća određena ICP spektrometrijom. Rezultati pokazuju da je u dobijenom uzorku procenat srebra 98,75%.

Slika 12. Prečišćeno srebro Picture 12. Refined silver

Slika 13. Prečišćeno srebro Picture 13. Refined silver

Slika 14. ICP spektrometar Picture 14. ICP spectrometer

ZAKLJUČAK Plemeniti metali su privlačni, retki i veoma cenjeni. Koriste se za izradu nakita i trofeja, ali se takođe široko koriste i u različitim granama industrije. Ljudi veoma cene plemenite metale zato što su retki i skupi. Najpoznatiji primeri su zlato, srebro i platina. Jedna od njihovih najvažnijih osobina je da oni skoro nikad ne reaguju sa drugim hemikalijama, što ih čini veoma svrsishodnim. Srebro se hiljadama godina koristi za novčiće, nakit i ukrašavanje. Ono je privlačno, lako se oblikuje i otporno je na tamnjenje pod uticajem vazduha i vode. Od svih metala srebro je najbolji provodnik toplote i elektriciteta. Korsiti se u mnogim elektronskim kolima. Skoro 40% svetskog srebra se koristi u fotografiji. Srebro se, takođe, koristi za presvlačenje ogledala i za izradu hirurških instrumenata. Srebro: od rude do nakita. Prečišćavanje srebra – Tamara Tomić Regionalni centar za talente "Mihajlo Pupin", Pančevo

10

Srebrni novac i nakit doneo je ljudima mnogo toga lepog, ali i ružnog (ratovi, pljačke...), ali najlepše je setiti se kako se u narodu 25. godišnjica braka zove "Srebrna svadba".

ZAHVALNOST •

dekanu Hemijskog fakulteta Univerziteta u Beogradu i profesorima koji su mi ustupili laboratoriju i aparaturu za rad,

•

nastavnici Milici Čavoškoj iz OŠ "J. J. Zmaj" u Pančevu, zbog koje sam zavolela hemiju,

•

profesorima moje gimnazije,

•

rukovodiocima i saradnicima na seminarima hemije u IS Petnica,

•

Sanji Pavić, apsolventu Hemijskog fakulteta Univerziteta u Beogradu, smera Profesor hemije i biologije,

•

Mentoru, dr Aleksandru Nikoliću, za odvojeno vreme i spremnost da deo svoga znanja podeli sa mnom. LITERATURA

[1.]

V. Janković, Hemijski elementi: globalni parametri, Zavod za udžbenike i nastavna sredstva, Beograd, 2002

[2.]

S. R. Arsenijević, Hemija opšta i neorganska, Partenon, Beograd, 2001.

[3.]

I. Filipović, S. Lipanović, Opća i anorganska kemija, Školska knjiga, Zagreb, 1991

[4.]

Velika enciklopedija nauke, Zmaj, Novi Sad, 2003.

[5.]

http://www.britannica.com/EBchecked/topic/544756/silver

[6.]

http://www.webelements.com/silver/

[7.]

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/pertab/ag.html

[8.]

http://periodic.lanl.gov/elements/47.html

[9.]

http://www.mii.org/Minerals/photosilver.html

[10.] http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Ag.html [11.] http://www.lenntech.com/periodic/elements/ag.htm [12.] http://webmineral.com/data/Silver.shtml


11

srebro

Recommend Documents