Міністерство загальної та професійної освіти Російської Федерації.

ОмГТУ

Кафедра обладнання і технології зварювального виробництва.

Курсова робота.

За курсом "У світі металів».

На тему: «Благородні метали на службі в людини».

Виконав:

Студент МСФ С-110

Перевірив:

Доцент к.т.н.

Шестель Л.А.

м. Омськ, 2001 < p> Вступ

Історія благородних металів - одна з найцікавіших глав історіїматеріальної культури. На думку багатьох вчених, золото було першимметалом, що людство почало використовувати для виготовленняприкрас, предметів домашнього побуту і релігійного культу. Золотівироби були знайдені в культурних шарах епохи неоліту (V-IV тисячоліття дон.е.).

Зміст

Введення 2
Благородні метали 4
Золото 5
Срібло 8
Родій, паладій, осмій, іридій, рутеній 11
Список літератури 13

Благородні метали

Дуже довгий час, майже до кінця XVIII ст., Вважалося, щоіснує всього 7 металів: золото, срібло, ртуть, мідь, залізо, олово,свинець. Золото та срібло, не змінюються при дії повітря, вологи івисокої температури, отримали назву досконалих, благородних металів.
А інші метали, які під дією води і повітря втрачаютьметалевий блиск, покриваючись нальотом, а після прожарювання перетворюютьсяв пухкі, порошкоподібні «землі» або «окалини» (оксиди), були названінедосконалими, неблагородно.

Такий розподіл металів нерідко застосовується і в наші дні, але з тимвідмінністю, що до двох шляхетних металів стародавнього світу та середньовіччя --золота та срібла - на межі XVIII і XIX ст. додалися платина і чотириїї супутника: родій, паладій, осмій, іридій. Рутеній, п'ятий супутникплатини, був відкритий тільки в 1844 р.

Благородні метали дуже мало поширені в природі. У природіблагородні метали зустрічаються майже завжди у вільному (самородному)стані. Деякий виняток становить срібло, яке знаходиться вприроді і у вигляді самородків, і у вигляді сполук, що мають значення якрудні мінерали (срібний блиск, або Аргентит Ag2S, рогове срібло, абокераргіріт AgCl, и др.) [3]

У нашій країні встановлені проби: 375, 500, 583, 750, 958 для золотата 800, 785, 916 для срібла. В Англії, США, Швейцарії та деяких іншихкраїнах проба виражається в умовних одиницях - каратах. Проба чистогометалу прийнята за 24 карата (проба 1000). Золото 18 каратів - те ж саме,що золото 750-ї проби, і т.д. Золота монета в Росії і в багатьох іншихкраїнах чеканилася із золота 900-ї проби, срібна зі срібла 900-ї і 500 --ї проби. В даний час карбування монети з сплавів благородних металівне проводиться. Однак благородні метали, їх сплави і хімічніз'єднання отримують все зростаюче застосування в техніці. [2]

Золото

Золото зустрічається в природі майже виключно в самородномустані, головним чином у вигляді дрібних зерен, вкраплених в кварц абощо містяться в кварцовому піску. У невеликих кількостях золото зустрічаєтьсяв сульфідних рудах заліза, свинцю і міді. Сліди його відкриті в морській воді.
Загальний зміст золота в земній корі становить близько 5 * 10-7 вагу. %.
Великі родовища золота знаходяться в Південній Африці, на Алясці, в Канадіта Австралії. [1]

Золото відділяється від піску і подрібненої кварцовою породипромиванням водою, яка відносить частки піску, як більш легкі, абообробкою піску рідинами, що розчиняють золото. Найчастіше застосовуєтьсярозчин ціаніду натрію (NaCN), в якому золото розчиняється у присутностікисню з утворенням компелексних аніонів [Au (CN) 2]:
4Au + 8NaCN + O2 + 2H20 -> 4Na [Au (CN) 2] + 4NaOH

З отриманого розчину золото виділяють цинком:
2Na [Au (CN) 2] + Zn -> Na2 [Zn (CN) 4] + 2Au

Звільнене золото обробляють для відділення від нього цинкурозведеної сірчаною кислотою, промивають і висушують. Подальша очистказолота від домішок (головним чином від срібла) здійснюється обробкою йогогарячої концентрованої сірчаної кислотою або шляхом електролізу.

Метод вилучення золота із руд за допомогою розчинів ціанідів калію абонатрію був розроблений в 1843 році росіянином інженером П.Р. Багратіоном. Цейметод, що належить до гідрометалургійних способам отримання металів, вданий час найбільш поширений в металургії золота. [2]

Зважаючи м'якості золото вживається в сплавах, зазвичай з сріблом абоміддю. Ці сплави застосовуються для електричних контактів, длязубопротезування і в ювелірній справі.

У хімічному відношенні золото - малоактивний метал. На повітрі вононе змінюється навіть при сильному нагріванні. Кислоти окремо недіють на золото, але в суміші соляної та азотної кислот (царській горілці)золото легко розчиняється:

Au + HNO3 + 3HCl -> AuCl3 + NO (+ 2H2O

Так само легко розчиняється золото в хлорного воді і в аеріруемих
(продуваються повітрям) розчинах ціанідів лужним металів. Ртуть тежрозчиняє золото, утворюючи амальгаму, яка при вмісті більш 15%золота стає твердою.

Відомі два ряди сполук золота, що відповідають ступенями окислення
1 і 3. Так, золото утворює два оксиду - оксид золота (I), або закисзолота, - Au2O - і оксид золота (III), або окис золота - Au2O3. Більшестійкі сполуки, в яких золото має ступінь окислення +3.

Всі з'єднання золота легко розкладаються при нагріванні з виділеннямметалевого золота.

І в давнину, і в середні віки основними галузями застосування золотаі срібла були ювелірна справа і виготовлення монет. При цьомунесумлінні люди, як ремісники, так і особи, що стояли при владі,вдавалися до обману, не гребували сплавом дорогоцінних металів з більшдешевими - золота з сріблом або міддю, срібла з міддю. А застосуваннязолота для зубопротезування відомо ще стародавнім єгиптянам. Застосуваннязолота в скляної промисловості відомо з кінця XVII ст. [1]

Сплави золота з платиною, дуже стійкі проти хімічнихвпливів, використовують для виготовлення хімічної апаратури. З'єднаннязолота застосовують також в медицині та у фотографії.

Золоту фольгу, а пізніше гальванопокриття золотом широко застосовувалидля золочення церковних куполів храмів. Лише останні 40 - 45 років можнавіднести до періоду чисто технічного застосування золота. Золото маєунікальним комплексом властивостей, якого не має ні який інший метал.
Воно має саму високу стійкість до впливу агресивних середовищ, поелектро - і теплопровідності поступається лише срібла і міді, ядро золотамає велике перетин захоплення нейтронів, здатність золота до відбиттяінфрачервоних променів близька до 100%, у сплавах воно володіє каталітичнимивластивостями. Золото дуже технологічно, з нього легко виготовляютьнадтонку фольгу і мікронну дріт. Покриття золотом легко наносять наметали та кераміку. Золото добре паяется і зварюється під тиском.
Така сукупність корисних властивостей послужила причиною широкоговикористання золота в найважливіших сучасних галузях техніки: електроніці,техніці зв'язку, космічної та авіаційної техніки, хімії. [1]

Слід зазначити, що в електроніці на 90% золото використовують у виглядіпокриттів. Електроніка та пов'язані з нею галузі машинобудування єосновними споживачами золота в техніці. У цій області золото широковикористовують для з'єднання інтегральних схем зварюванням тиском абоультразвукової зварюванням, контактів штепсельних роз'ємів, як тонкихдротяних провідників, для пайки елементів транзисторів і інших цілей. Уостанньому випадку особливо важливо те, що золото утворює легкоплавкіевтектики з індіем, галієм, кремнієм та іншими елементами, яківолодіють провідністю певного типу. Крім технологічнихудосконалень в електроніці, для ряду деталей і вузлів замість золотастали використовувати паладій, покриття оловом, сплавами олова зі свинцем ісплавом 65% Sn + 35% Ni із золотим підшару. Сплав олова з нікелем володієвисоку зносостійкість, корозійну стійкість, прийнятною величиноюконтактного опору і електропровідність. Незважаючи на те що вНині витрата золота в електроніці безперервно зростає,вважається, що він міг бути на 30% вище, якщо б не заходи, спрямовані наекономію золота.

У мікроелектроніці широко застосовують пасти на основі на основі золотаз різним електроопору. Широке використання золота і йогосплавів для контактів слабкострумової апаратури обумовлено його високимиелектричними і корозійними властивостями. Срібло, платина і їхні сплави привикористанні в якості контактів, комутуючих мікроструми примікронапряженіях, дають набагато гірші результати. Срібло швидко тьмяніє ватмосфері, забрудненій сірководнем, а платина полімеризують органічніз'єднання. Золото вільно від цих недоліків, і контакти з його сплавівзабезпечують високу надійність і тривалий термін служби. Золоті припої знизьким тиском пари використовують для пайки вакуумноплотних швів деталейелектронних ламп, а також для пайки вузлів в аерокосмічній промисловості.

У вимірювальної техніки для контролю температури і особливо длявимірювань низьких температур використовують сплави золота з кобальтом абохромом. У хімічній промисловості золото головним чином використовують дляплакірованія сталевих труб, призначених для транспортування агресивнихречовин.

Золоті сплави застосовують у виробництві годинних корпусів і пір'я дляавторучок. У медицині використовують не тільки зубопротезні золоті сплави, алеі медичні препарати, що містять солі золота, для різних цілей,наприклад при лікуванні туберкульозу. Радіоактивне золото використовують прилікуванні злоякісних пухлин. У наукових дослідженнях золото використовуютьдля захоплення повільних нейтронів. За допомогою радіоактивних ізотопів золотавивчають дифузійні процеси в металах і сплавах.

Золото застосовують для металізації шибок будівель. У жаркілітні місяці через шибки будинків проходить значна кількістьінфрачервоного випромінювання. За цих обставин тонка плівка (0.13 мкм)відбиває інфрачервоне випромінювання і в приміщенні стає значнопрохолодніше. Якщо через таке скло пропустити струм, то воно набудепротитуманні властивості. Покриті золотом оглядові скла судів,електровозів і т.д. ефективні в будь-який час року. [1]

Срібло

Чисте срібло - дуже м'який, тягучий метал. Воно краще за всіхметалів проводить електричний струм і тепло.

Як домішки срібло зустрічається майже у всіх мідних ісрібних рудах. З цих руд і отримують близько 80% всього що добуваєтьсясрібла.

Срібло поширене в природі значно менше, ніж мідь (близько
10-5 вагу. %). У деяких місцях (наприклад, у Канаді) срібло знаходиться всамородному стані, але більшу частину срібла отримують з його сполук.
Найважливішою срібною рудою є срібний блиск (аpгент) - Ag2S.

З срібла можна витягнути дріт довжиною 100 м, маса якої всього
0,045 г; маса золотого дроту тієї ж довжини - 0,04 р. Срібло можнапроковують в найтонші листки (до 0,4 мкм), що просвічують синювато-зеленимабо зеленим кольором. На практиці чисте срібло внаслідок м'якості майже незастосовується: звичайно його сплавляють з більшою або меншою кількістю міді.
Сплави срібла служать для виготовлення ювелірних та побутових виробів, монет,лабораторного посуду. Срібло використовується для покриття ним інших металів,а також радіодеталей з метою підвищеннях електоpопpоводімості і стійкостідо корозії. Частина видобувається срібла витрачається на виготовленнясеpебpяноцінкових аккумулятоpов.

Срібло - малоактивний метал. В атмосфері повітря воно не окислюєтьсяні пpи кімнатних температурах, ні при нагріванні. Часто спостерігаєтьсяпочеpненіе срібних предметів - результат освіти на їх повеpхностічорного сульфіду срібла - AgS2. Це походить під впливом міститьсяв повітрі сеpоводоpода, а також при сопpікосновеніі сеpебpяних предмет зпі-щевимі пpодуктамі, що містять з'єднання сеpи.

4Ag + 2H2S + O2 -> 2Ag2S +2 H2O

У pяду напрузі сеpебpо pасположено значно далі водоpода.
Тому соляна і pазбавленная сеpная кислоти на нього не діють.
Раствоpяют серебpо звичайно в азотної кислоти, якому взаємодіє з нимзгідно уpавненію:

Ag + 2HNO3 -> AgNO3 + NO2 (+ H2O

Сеpебpо обpаз один pяд солей, pаствоpи котоpих содеpжат безбарвнікатіони Ag +.

Пpи дії лугів на pаствоpи солей сеpебpа можна чекатиотримання AgOH, але замість нього випадає буpий осад оксиду сеpебpа (I):

2AgNO3 + 2NaOH -> Ag2O + 2NaNO3 + H2O

Кpоме оксиду сеpебpа (I) відомі оксиди AgO і Ag2O3 .

Hітpат сеpебpа (ляпіс) - AgNO3 - утворюються безбарвні пpозpачниекpісталли, добре pас-твоpімие у воді. Застосовуються в пpоізводствефотоматеpіалов, пpи виготовленні зеpкал, в Гальве-нотехніке, в медицині.

Подібно до міді, сеpебpо володіє схильністю до обpазованію комплекснихз'єднань.

Багато неpаствоpімие у воді з'єднання сеpебpа (напpимеp: оксидсеpебpа (I) - Ag2O і хлоpід сеpебpа - AgCl), легко pаствоpяются у водномуpаствоpе аміаку.

Комплексні ціанисті з'єднання сеpебpа застосовуються длягальванічного сеpебpенія, тому що пpи електpолізе pаствоpов цих солей наповеpхності виробів осідає щільний шар мелкокpісталліческого сеpебpа.
[2]

Всі з'єднання сеpебpа легко відновлюються з виділеннямметалевого сеpебpа. Якщо до аміачному pаствоpу оксиду сеpебpа (I),що знаходиться в скляному посуді, пpібавіть як відновлювачатрохи глюкози або фоpмаліна, то металеве сеpебpо виділяється у виглядіщільного блискучого зеpкального шару на повеpхності скла. Цим способомготують зеpкала, а також сеpебpят Внутрішня повеpхность скла в судинахдля зменшення потеpі тепла випромінювання.

Солі сеpебpа, особливо хлоpід і бpомід, зважаючи на їх здатностіpазлагаться під впливом світла з виділенням металевого сеpебpа, шіpоковикористовуються для виготовлення фотоматеpіалов плівки, паперу, платівок.
Фотоматеpіали зазвичай пpедставляют собою світлочутливу суспензію AgBrв желатині, шар котоpой нанесений на целулоїд, папір або скло.

Пpи експозиції в тих місцях світлочутливого шару, де на ньогопотрапив світло, утворюються найдрібніші заpодиші кpісталлов металевогосеpебpа. Це - скритої ізобpаженіе фотогpафіpуемого предмет. Пpипpоявленіі бpомід сеpебpа pазлагается, пpічем швидкість швидкість pазложенія тимбільше, чим вище концентpація заpодишей в даному місці шару. Виходитьвидиме ізобpаженіе, якому є обpащенним чи негативнимізобpааженіем, оскільки ступінь почеpненія в каж-дом місцісвітлочутливого шару тим більше, чим вище була його освітленість пpиекспозиції. У ході закpепленія (фіксіpованія) з світлочутливого шарувидаляється неpазложівшійся бpомі сеpебpа. Це відбувається у результатувзаємодії між AgBr і речовиною закpепітеля - тіосульфатів натpія.
Пpи цієї pеакціі виходить неpаствоpімая комплексна сіль:

AgBr + 2Na2S2O3 -> Na3 [Ag (S2O3) 2] + NaBr

Далі негатив накладають на фотопапір і піддають дії світла -
"друкують". Пpи цьому найбільш освітленими опиняються ті місця фотопаперу,котоpие знаходяться пpотів світлих місць негативу, тому в ході друкуванняспіввідношення між світлом і тінню змінюється на зворотному і ста-новітсявідповідає сфотогpафіpованному об'єкту. Це - позитивне ізобpаженіе. [2]

Іони сеpебpа пригнічують pазвітіе бактеpій і вже в дуже низькоюконцентpаціі (близько 10-10 г-іон/л) стерилізують питну воду. У медицинідля дезінфекції слизових оболонок застосовуються стабілізіpованниеспеціальними добавками колоїдні pаствоpи сеpебpа (пpотаpгол, коллаpгол ідp .).

Протягом декількох сторіч при виготовленні дзеркал поверхнюскла покривали амальгамою олова - сплавом ртуті з оловом. Ця роботавнаслідок отруйності ртутних парів була вкрай шкідливою для здоров'я. У
1856 знаменитий німецький хімік Ю. Лібіх знайшов спосіб покриття склатонким шаром срібла. Сутність способу полягає у відновленні сріблаз аміачного розчину його солей глюкозою. На поверхні скла осідаєтонкий міцний наліт срібла, що заміняє амальгаму. Цей швидкий,нешкідливий і недорогий спосіб остаточно витіснив колишній тільки на початку
XX в.

Срібло є найкращим провідником електрики. Його питомийопір при 20 (одно 0,016 Ом * мм/м (воно дорівнює 0,017 для міді, 0,024для золота і 0,028 для алюмінію). Цікаво, що під час другої світовоївійни Державне казначейство США видало «Манхеттенського проекту» 14 тсрібла для використання як провідника у роботах зі створення атомноїбомби. Внаслідок гарною електричної провідності і стійкості протидії кисню при високих температурах срібло застосовуєтьсяяк важливийв електротехніку матеріал.

Завдяки стійкості срібла проти їдких лугів, оцтової кислоти іінших речовин з нього виготовляють апаратуру для хімічних заводів, атакож лабораторний посуд. Воно служить каталізатором в деякихвиробництвах (наприклад, окислення спиртів у альдегіди). Сплави на основісрібла застосовують також для виготовлення ювелірних виробів, зубнихпротезів, підшипників та ін Солі срібла використовують в медицині іфотографії. Не так давно іодіда срібла AgI у вигляді аерозолю отримавзастосування для штучного викликання дощу. Дрібні кристалиіодіда срібла, введені в хмару, служать центрами, на яких відбуваєтьсяконденсація водяної пари й злиття дрібних краплин води у великідощові краплі. [1]

Родій, паладій, осмій, іридій, рутеній

У 1824 р. на Уралі було видобуто 33 кг самородної платини, а в 1825 р.вже 181 кг. Незадовго перед цим (у 1823 р.) був звільнений у відставку міністрфінансів Д.А. Гур'єв, що призвів Росію на грань грошової катастрофи. Йогонаступник Е. Ф. Канкрін, щоб врятувати становище, намітив в числі інших заходівкарбування платинової монети. У 1826 р. гірські інженери П.Г. Соболевський і
В.В. Любарський розробили технологію отримання куванням платини.

Спосіб цей полягав у наступному: губчату платину, отриманупрожарювання «нашатирний платини», тобто гексахлорплатіната амонію,набиту в циліндричні залізні форми, сильно здавлювали гвинтовим пресомі отримані циліндри витримували при температурі живого близько 36ч, після чого з них отковивалі смуги або прутки. До кінця 1826 цимспособом було отримано 1590 кг куванням платини. Раніше за способом паризькогоювеліра Жаннетта платину сплавляли з миш'яком. Сильним прожарювання наповітрі миш'як випалювали з отриманих злитків, після чого їх піддавалигарячої куванні. Цей спосіб був вкрай небезпечний для здоров'я і пов'язаний звеликими втратами платини. За кордоном його замінив спосіб У. Уолластона,який зберігався в таємниці і був опублікований тільки в 1829 р. В основнихрисах він схожий зі способом П.Г. Соболевського. Отримання виробів за допомогоюпресування і подальшого спікання порошків металів, карбідів та іншихз'єднань широко застосовується під назвою металокераміки або порошковогометалургії. [2]

Практичні застосування платинових металів великі й різноманітні.
Вони використовуються в промисловості, приладобудуванні, зубоврачеваніі іювелірній справі. Платинові метали, а також їх сплави каталізують багатохімічні реакції, наприклад окиснення SO2 в SO3. Проте в даний часці каталізатори замінюють іншими речовинами, більш дешевими.

Стійкість проти дії кисню навіть при високих температурах,кислотно-і жаротривкого роблять платину, родій, іридій цінними матеріаламидля лабораторної і заводської хімічної апаратури. Тиглі з радію, іридіюзастосовують для робіт із фтором та його сполуками або для робіт при дужевисокій температурі. Загальна маса платинових човників на одному з заводів,виготовляють скляне волокно, становить кілька сотень кілограмів. Зсплаву 90% Pt + 10% Ir виготовлені міжнародні еталони метра ікілограма. У частинах приладів, де потрібна велика твердість і стійкістьпроти зносу, використовують природний осмістий іридій. Дуже світлий і нетемніють з часом сплав 80% Pd + 20% Ag застосовують для виготовлення шкаластрономічних і навігаційних приладів.

За здатності відбивати світло родій лише трохи поступається сріблу. Вінне тьмяніє з часом, тому дзеркальні поверхні астрономічнихприладів воліють покривати родием. Для вимірювання температур до 1600 ° Сслужать термопари з тонких дротів - з платини і зі сплаву 90% Pt 10% Rh.
Більш високі температури (до 2000 ° С) можна вимірювати термопарою з іридію тасплаву 60% Rh + 40% Ir. [1]

Один з найсильніших отрут що не має запаху, - оксид вуглецю (II) СО --легко виявити, якщо внести в газову суміш смужку фільтрувальноїпапери, змочену розчином хлориду паладію:

PdCl2 + CO + H2O = CO2 + 2HCl + Pd
Внаслідок виділення мелкораздробленного паладію папір чорніє. [+2]

Сплави платини і паладію, які не темніють з часом і не маютьприсмаку, застосовують в стоматології. На наукові та промислові цілі йдеблизько 90% всіх платинових металів, решта - на ювелірне виробництво.

Орден "Перемога" і орден Суворова 1-го ступеня виготовляють із платини.

Список літератури

1. - Венецкій С.І., Розповіді про метали. М.: Металургія, 1986.
2. - Енциклопедичний словник юного хіміка. М.: 1990.
3. - Погодін А., Благородні метали. М.: Знание, 1979