Окисление серебряных изделий признак химической реакции. Окисление и потемнение серебра

Рождество
08.03.2020

При обработке сплавов серебра от слитка до готового изделия одной из важнейших операций является рекристаллизационный отжиг, который на предприятиях отрасли в большинстве случаев проводят на воздухе и реже в защитной атмосфере или вакууме. Если нагрев осуществляется на воздухе, то поверхность изделия окисляется и после травления наблюдается обесцвечивание ее и ухудшение механических свойств сплава. Причина этих явлений заключается в свойствах самого серебра и в содержании легирующих добавок, которые при отжиге образуют окислы. Обусловленные окислением недостатки, особенно при частом и длительном отжиге, могут сильно затруднить дальнейшую обработку, и для их устранения требуется длительное травление или шлифование, а иногда сплав делается совершенно непригодным для обработки. Поставляемый литейным цехом качественный сплав можно полностью испортить неправильный термообработкой.

Устранение этих недостатков представляет значительный экономический интерес, так как это приведет к уменьшению безвозвратных потерь дорогостоящих сплавов, снижению процента брака и устранению трудностей, встречающихся при обработке сплавов серебра. Однако, прежде чем устранять эти недостатки, необходимо знание процессов окисления, проходящих при отжиге, правильная разработка и соблюдение технологического процесса термообработки.

Известно, что серебро является хорошим проводником кислорода и образует с ним ряд химических соединений, неустойчивых при высоких температурах.

При отжиге серебра в кислородосодержащей атмосфере наблюдается уменьшение веса и появление шероховатости на поверхности изделия. Это объясняется образованием летучего при высоких температурах окисла серебра. При этом серебро как бы испаряется с поверхности. Лейрокс и Рауб при исследовании летучести окислов серебра установили, что с 1 м 2 поверхности серебряного листа при десятичасовом отжиге на воздухе при 750 o С теряется около 3 граммов, при 850 o С в среде кислорода - около 8 граммов.

Недрагоценные добавки имеют значительно большую склонность к окислению, чем серебро, и образуют с кислородом стойкие окислы, которые могут быть летучими, как, например, окись цинка или окись кадмия. Важнейший для серебра присадочный металл - медь образует с кислородом два вида окислов Сu 2 О и СuО.

Сплавы серебро-медь образуют с закисью меди при температуре 776 o тройную эвтектику Аg-Сu-Сu 2 О состава: 66,5% Аg; 32,8% Сu; 0,7% Сu 2 О, близкую к бинарной эвтектике Аg - Сu.

Окисление меди в процессе отжига сплавов серебро-медь является причиной большинства дефектов при обработке давлением.

Наряду с появлением окисного слоя на поверхности, внутри образца может возникнуть внутренняя окисная зона.

Если внешнее окисление вызывает изменение качества по-верхности и увеличивает безвозвратные потери, то процесс внутреннего окисления в серебре и его сплавах изменяет химические, физические и механические свойства материала, в том числе коррозионную стойкость, электропроводность, предел прочности при растяжении, предел текучести и т. д.

В отличие от внешнего слоя окисла, внутренняя окисная зона гетерогенна и состоит из металлической матрицы, в которую вкраплены частицы окисла неблагородного компонента.

Серебро и его сплавы с неблагородными металлами, вследствие существенного различия сродства к кислороду у серебра и неблагородных металлов, имеют склонность к внутреннему окислению. При высоких температурах из-за высокого давления диссоциации окисла серебра образуются nолько окислы неблагородных компонентов сплава. Кроме того, внутреннему окислению способствует большая раство-римость и значительная скорость диффузии кислорода в серебро.

У технически чистого серебра (степень чистоты 99,9 - 99,99%) основной примесью является медь, содержание которой колеблется в пределах 0,1-0,01%.

Окислительный отжиг вызывает быстрое превращение меди, образующей твердый раствор с серебром, в закись меди, кристаллы которой располагаются преимущественно по границам зерен серебра. Это приводит к существенному изменению свойств металла.

Процессы внутреннего окисления технически чистого серебра и серебряных сплавов могут рассматриваться как процессы образования окислов, протекающие в системе сплав - газ, причем роль переносчика кислорода играет серебро. В связи с этим скорость протекания процесса определяется скоростью диффузии кислорода в серебро, которая, в свою очередь, зависит от температуры.

Скорость окисления, или скорость роста окисного слоя при внутреннем окислении серебра и его сплавов может быть выражена как увеличение содержания кислорода в милиграммах на единицу поверхности или на грамм сплава.

Шпенглер , исследуя внутреннее окисление серебра и его сплавов, определил, что процесс внутреннего окисления химически чистого серебра (степень чистоты 99,999%, остальное - медь) подчиняется линейному закону.

Технически чистое серебро, содержащее до 0,1 % меди, образует гомогенный твердый раствор меди с серебром. При отжиге при температурах выше 300 o С процесс внутреннего окисления подчиняется параболическому закону. Растворенный кислород воздуха, соединяясь с медью, образующей твердый раствор с серебром, вызывает образование закиси меди. Частицы закиси меди затем коагулируют, располагаясь преимущественно по границам зерен серебра. Это приводит к увеличению электропроводности и твердости, причем твердость возрастет тем больше, чем ниже температура окисления, т. е. чем дисперснее выделившиеся частицы закиси меди. Электропроводность же, наоборот, увеличивается с повышением температуры отжига, так как при этом растут размеры кристаллов закиси меди.

Внутреннее окисление при отжиге сплавов серебро-медь зависит в большой степени, чем у химически и технически чистого серебра, от таких факторов, как температура, длительность отжига, размер зерна, парциальное давление окислителя в окружающей атмосфере и т. д.

Для описания внутреннего окисления сплавов серебра с медью обычно применяется параболический закон. Однако ряд исследователей пришли к выводу, что при температуре отжига около 500 o С имеет место кубическая зависимость, а при более низких температурах логарифмическая или обратно-логарифмическая зависимость.

Количество кислорода, поглощенное сплавом, а следова-тельно, и степень окисления, зависит от времени отжига. При кратковременном отжиге максимум поглощаемости кислорода приходится на сплав с 90% серебра.

При длительном отжиге максимум сдвигается к сплаву с содержанием 80% серебра. Минимум поглощаемости кислорода находится в районе сплавов с эвтектической структурой. По Леройксу и Раубу общее количество кислорода, адсорбированное сплавами серебро-медь в зависимости от времени отжига, можно рассчитать по формуле:

x 2 =k . t

где х - количество адсорбированного кислорода,г;

t - время отжига, сек ;

k - постоянная окисления.

На скорость внутреннего окисления большое влияние оказывает размер зерна.

Крупное зерно, независимо от условий образовании, бла-гоприятствует внутреннему окислению, в то время как мелкозернистая структура препятствует проникновению кислорода в сплав. С увеличением содержания меди в сплаве уменьшаются большие хорошо проводящие кислород кристаллы серебра и увеличивается количество эвтектики.

Прохождение кислорода через многочисленные границы зерен и эвтектические пластинки затрудняется, и окисление сплава происходит в основном на поверхности. Тонкодисперсная эвтектическая структура при 72% Аg обуславливает поэтому минимум окисляемости.

По Раубу и Плате при длительном отжиге при температуре 700 o С внутренняя зона окисления в два раза больше, чем при том же времени отжига при 600 o С.

Высокое парциальное давление кислорода в атмосфере отжига благоприятствует диффузии кислорода в серебро и способствует внутреннему окислению.

При низком парциальном давлении окислителя диффузии его в сплав уменьшается, и в этом случае преобладает преимущественно внешнее окисление, т. е. на поверхности сплава образуется окисный слой с лежащей под ним тонкой зоной внутреннего окисления.

Процессы внутреннего окисления серебра и его сплавов можно проследить на фотографиях микрошлифов, приведенных в работе Шлегеля .

На рис. 1 показана структура отполированной поверхности пластины, изготовленной из технически чистого серебра. После 4-х часового отжига в среде кислорода, по границам зерен серебра выделились частицы закиси меди.

У сплава серебра 960 пробы после часового отжига на воздухе при температуре 700 o С под внешним окисным слоем образовалась внутренняя гетерогенная окисная зона, толщиной 96 мк (рис. 2). При 6-ти часовом отжиге эта зона увеличилась до 214 мк (рис. 3). По границам зерен металла в окисной зоне начинают выделяться частицы закиси меди.

Образующиеся при окислении меди хрупкие частицы окиси и закиси меди разрушают структуру металла. Кроме того,закись меди Сu 2 О вредна еще и тем, что при отжиге она имеет склонность к образованию крупных фракций, которые скапливаются в виде пластин или полос под поверхностным слоем. Это сильно ухудшает обрабатываемость сплавов.

В технологии обработки сплавов серебро-медь внешний окисный слой удаляют травлением в горячем растворе серной кислоты. При повторном отжиге на воздухе медь снова диффундирует на поверхность и снова окисляется. После нескольких отжигов и травлений на поверхности появляется зона, обогащенная серебром, через которую легко проникает кислород. Дальнейшее окисление меди происходит уже не на поверхности, а под этим обогащенным слоем серебра. На рис. 4 показан разрез пластины из сплава серебра 800 пробы подвергнутой многократному отжигу при температуре 700 o С и травлению. Под поверхностью пластины образовался окисный слой, состоящий из СuО. Под этим слоем находится гетерогенная зона Сu 2 О, за которой следует неокисленный металл. Образуемые окисные слои, затрудняют дальнейшую обработку. При прокате, штамповке, волочении эти окисные слои могут вызвать расслоение металла, образование на по-верхности трещин, надрывов и т. д. При шлифовке или полировке внешний обогащенный серебром слой снимается, и на поверхность выступает внутренний окисленный слой в виде серо-голубых пятен.

Процесс окисления изделий, покрытых, серебром, или биметаллов, одним из слоев которых является серебро, происходит так же, как окисление сплавов серебра при многократном отжиге и травлении. Кислород проходит через слой серебра и окисляет основной металл. На границе соединения металлов образуется окисная зона, которая ослабляет сцепление металлов, или даже приводит к расслоению. На рис. 5 показана зона сцепления в биметаллической пластине из железа и еребра после 6-часового отжига на воздухе при температуре 700 o С. Частицы железа диффундируют в серебро и там окисяются кислородом. На границе сцепления металлов образуется окисная зона. Прочность соединения металлов при этом уменьшается, а обработка давлением затруднена.

Если в биметалле применяется не чистое серебро, а сплав серебра, например 960 пробы, то диффузия кислорода через этот слой замедляется из-за взаимодействия его с медью cплава и образования внутренней зоны окисления.

При отжиге окисленных сплавов серебра или технически чистого серебра в водородосодержащей атмосфере, водород диффундирует в металл и восстанавливает окислы меди до меди с образованием паров воды.

Уменьшение деформируемости сплавов в этом случае становится особенно заметным. На рис. 6 показан разрез пластины из сплава серебра 960 пробы после окислительного отжига на воздухе при температуре 700 o С в течение 5 часов и далее, после небольшой деформации, подвергнутой отжигу в среде водорода. В структуре металла имеется много пор. Отжиг серебра и его сплавов в среде водорода возможен только в том случае, если плавка металла проводилась е вакууме или в среде инертного газа.

Образовавшиеся в процессе внутреннего окисления окись и закись меди имеют больший удельный объем чем металл а это приводит к образованию внутренних напряжений которые, в свою очередь, ведут к появлению трещин при незначительной обработке давлением и к повышению твердости сплава. Возникающие при прокатке, вальцовке или волочении трещины на поверхности заготовок приводят не только к концентрации напряжений в надрывах, но также и к еще более глубокому окислению при промежуточных отжигах Такие заготовки трудно поддаются обработке давлением. Из них невозможно получить тонкие листы или проволоку.

Предел прочности при растяжении, удлинение, поперечное сужение у высокопробных сплавов серебра сначала резко уменьшаются с увеличением степени окисления однако далее, с увеличением длительности отжига и увеличением внутренней окисной зоны, зависимость механических свойств от степени окисления снижается.

Для устранения дефектов, возникающих из-за окисления меди в сплавах серебро-медь при отжиге и для успешного выполнения операций дальнейшей обработки необходимо соблюдать следующие условия отжига:

1. Для уменьшения окисления меди необходимо свести до минимума количество промежуточных отжигов, т. е. при обработке давлением давать предельно допустимый наклеп. Так, при обработке наиболее употребительных сплавов сеебро-медь с содержанием серебра от 80 до 90% следует давать наклеп до 80%. Например, прокатку слитка с толщины 10 до 2 мм или волочение проволоки с 3 до 1,4 мм производить без промежуточного отжига. Сильно деформированые сплавы рекристаллизуются быстрее и при более низких температурах. При этом получается мелкозернистая стругура. Крупные слитки сплавов с содержанием серебра более 92% перед обработкой давлением следует подвергать закалке в воду;

2. Продолжительность отжига зависит от размеров изделий и от вида теплообмена (нагрев в электрических муфельных печах, соляных ваннах, открытым газовым пламенем и т. д.)/ Это следует учитывать и избегать слишком высокого и длительного нагрева, так как он приводит к образованию крупнозернистой структуры, что ухудшает механические свойства сплава, а кроме того, крупное зерно способствует окислению сплава;

3. Мелкие и тонкие детали из высокопробных сплавов серебра, которые из-за сложной обработки приходится часто отжигать, особенно подвержены окислению. Для предотвращения его необходимо проводить отжиг под слоем прокаленного древесного угля или перед отжигом покрывать бурой или борной кислотой. Хорошие результаты дает отжиг сплавов серебра в соляных ваннах.

В последнее время широкое применение находит отжиг сплавов благородных металлов в печах с защитной атмосферой. В качестве защитной атмосферы при отжиге сплавов серебра с медью наиболее благоприятной является слабо восстановительная атмосфера экзогаза, получаемая путем сжигания природного газа с коэффициентом расхода воздуха α = 97-99.

Из сказанного выше следует, что окисление серебра и его сплавов при отжиге - явление нежелательное и его следует избегать. Однако в некоторых случаях внутреннее окисление может быть использовано для повышения механических свойств серебра и его сплавов. Такие свойства, как усталостная прочность, предел прочности при растяжении, ползучесть, зависят от условий образования слоя внутреннего окисления и, в частности, от размеров и распределения частиц окислов, которые в свою очередь зависят от кон¬центрации легирующего металла и температуры окисления.

Из сказанного выше следует, что окисление серебра и его сплавов при отжиге - явление нежелательное и его следует избегать. Однако в некоторых случаях внутреннее окисление может быть использовано для повышения механических свойств серебра и его сплавов. Такие свойства, как усталостная прочность, предел прочности при растяжении, ползучесть, зависят от условий образования слоя внутреннего окисления и, в частности, от размеров и распределения частиц окислов, которые в свою очередь зависят от концентрации легирующего металла и температуры окисления

Шпенглер обнаружил, что добавление 1 % никела к гомогенным сплавам серебро-медь уменьшает размер выделений окиси меди по границам зерен при внутреннем окислении. При этом, вследствие выделения мелкодисперсных частиц окиси меди механические свойства сплавов после окисления выше, чем у сплавов, не содержащих никель.

Мейжерлинг и Дрюнвестейн (9) изучили упрочнение большого количества бинарных сплавов на основе серебра и меди. Они нашли, что сплавы серебро-медь могут иметь гораздо более высокую твердость в результате внутреннего окисления. Так, после 2-часового нагрева на воздухе до 800 o С твердость по Виккерсу сплава серебра, содержащего 1,2% магния, повышается от 40 до 170 кг/мм 2 . При замене магния на 1,6% алюминия, 2,4% бериллия или марганца твердость cплава соответственно равна 160, 135 и 140 кг/мм 2 .

Добавка 1,3% Zn; 1,4 Sn или 1% Сd либо совсем не повышает твердость, либо повышает ее очень мало (соответствен¬но 60, 40 кг/мм 2 }. Отсюда можно сделать вывод, что для получения определенных механических свойств сплавов серебра с медью в некоторых случаях следует использовать внутреннее окисление, а не разрабатывать новые сплавы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Усов В. В., Муравьева Е. М. Исследование внутреннего окисления сплавов серебра с кадмием и медью. Физика металлов и металловедение. Вып. 2, 1956.

2. Leroux A. und Raub E. «Untersuchungen fiber das Verhalten von Silber-Kupfer-Legierungen beim Cliihcn in Sauerstoff und Luft».Z. Anorg, Allg. Chem. 188, 1930.

3. Raub E. und Plate W. «Einflu8 der inneren Oxydation auf die iechnishen Eigenschaften von Silber-Legierungen». Z, Metall, 10, 1955.

4. Raub E. «Die Edelmetalle und ihre Legierungen». Berlin, 1940.

5. Sch1ege1 H. «Die Oxydation beim Gliihen als Fehlerursache bei der Verarbeitung der Silber-Kupfer-Legierungen». Feinmechanik und Optik, 75, 1958, No 7, 8.

6. Brepohl E. «Theorie und Praxis des Goldschmieds». VEB, Leipzig, 1962.

7. Raub E. und Plate W. «Uber das Verhalten der Edelmetalle und ihrer Legierungen zu Sauerstoff bei hoher Temperatur irn festen Zustand». Z. Metallkunde, 48, 1957.

8. Speng1er H. «Die innere Oxydation von Silber und Silberlegierungen». Z. Metall, 1970, 24, !No 7.

9. Meijering J. L. et Druyvesteyn M. J. Philips Res Rep.1947, v. 2, p. 81, 260.

10. Ghaston J. C. J Inst Metals, 1945, vol. 71, p. 23.

11. И. Берн р Ж. Окисление металлов. М. Металлург, т. 2, 1969.

12. Фрацевич И. М„ Воткович Р. Ф, Лавренко В. А. Высокотемпературное окисление металлов и сплавов. Киев, 1963.

13. Frohlich K «Das System Kupfer-Silber-Sauerstoff». Mitteilun-aus dem Forschungsinstitut und Probieramt fiir Edelmetalle, Ichwabisch Gmiind, Nr 10, 11, 1932, S. 100.

14. SpenglerH. «Die Zunderung technischer Goldlegierungen und ihre Vermeidung bei Wahrmebehandlung» Z. Metal], 10, 1956, S. 617-620.

Почему серебро темнеет? Почему одни серебряные украшения сохраняют свой мягкий блеск годами, а другими чернеют буквально за часы? Связано ли потемнение серебра с порчей на его обладательницу? Или же серебро потемнело из-за ее болезни? Последнее утверждение отчасти верно, но не всегда.

В отличие от золота, серебро активно вступает в реакцию с серой, образую сульфиды. Именно поэтому чистое серебро действительно может потемнеть - в результате взаимодействия с серой. Но ювелирное серебро, из которого сделаны серьги, цепочки, браслеты и колечки, содержит в своем составе кроме чистого серебра еще и медь. Именно медь, взаимодействуя с потом (содержащим серу), окисляется в ювелирном сплаве, вызывая тем самым потемнение серебра. Поэтому чем выше проба вашего серебряного украшения (чем меньше меди оно содержит), тем медленнее оно поддается окислению.

Меньше всего подвержено окислению серебро пробы 999. Чуть больше - 875 пробы. Правда, входящая в состав пота сера способна вызвать потемнение и у самого серебра. Но чистое серебро в сплаве окисляется в последнюю очередь.

Следовательно, чем больше выделяется пота - тем быстрее чернеет серебро. Например, серебро темнеет быстрее, если вы занимаетесь спортом, не снимая украшения. Или же если переживаете стресс - человек ведь всегда потеет больше, если нервничает.

Также излишнее выделение кожного сала может вызываться гормональными перестройками организма. Самое большое количество сальных желёз находится на груди. Если чернеют только цепочки, это может быть связано с «гормональными бурями», которые наблюдаются, например, у беременных.

Говорят, что серебро темнеет, если у его хозяина проблемы с печенью и почками. Или же если хозяин серебра подвергся порче. Но никаких доказательств таких явлений нет. Есть только лишние переживания и испорченные нервы из-за необоснованных суеверий.

Ювелирное серебро чернеет при взаимодействии с серой. Причем это может быть сера, входящая в состав воздуха, так и входящая в состав воды, косметики, выделяемая вместе с потом. Именно поэтому, чтобы серебро дольше не темнело, необходимо соблюдать определенные правила его носки: снимать при применении косметики, в душе, при купании в море. Снимайте любые украшения перед выполнением домашней работы. Не стоит также надевать серебро в спортзал (это к тому же и выглядит нелепо).

Еще бывает, что серебро начинает темнеть после приема какого-то лекарства. Это связано с тем, что лекарства по-разному влияют на состав выделяемого пота. Скорее всего, серебро чернеет благодаря изменению состава пота и увеличению доли серы в нем.

Чернеть может и не всё серебряное украшение, а только одна его сторона. Например, серебряный крестик почернеет только с внешней стороны. Как правило, внутренняя сторона крестиков гладкая, что обеспечивает максимальную плотность прилегания к одежде и ограничивает доступ воздуха и серы. А более открытая и рельефная сторона окисляться будут сильнее. Почернения также может не быть там, где украшение трётся об одежду.

Бывает, что серебряное украшение чернеет сразу же после чистки. Это связано с тем, что сразу после чистки поверхность серебра легко вступает во всевозможные реакции, и поэтому даст сильный окисл от взаимодействия с потом. Поэтому сразу после чистки лучше не носить серебро пару дней, чтобы на его поверхности успел образоваться тонкий защитный слой окислов. После такой «выдержки» серебро темнеет более медленно.

Но не все так печально. Бывает, что при ношении серебро наоборот светлеет. Одни связывают это со светлой аурой, другие - опять же с нарушениями функций почек. В действительно все опять же просто: серебро осветляют содержащие азот вещества в составе человеческого пота, вступающие в реакцию с ним и возвращающие ему блеск.

Источник: SCIFUN.ORG

Если у вас есть что-либо серебряное или покрытое серебром, то вы знаете, что яркая блестящая поверхность металла постепенно темнеет и теряет блеск. Это объясняется тем, что серебро химически взаимодействует с серосодержащими веществами в воздухе. С помощью химии вы можете обратить потускнение вспять, и снова сделать ваше серебро блестящим.

Для этого вам понадобятся:

  • Потускневшее серебро,
  • Кастрюля, в которую можно будет полностью погрузить ваше серебро,
  • Алюминиевая фольга для покрытия дна кастрюли,
  • Вода для наполнения кастрюли,
  • Кухонные прихватки,
  • 200 г пищевой соды на 4 литра воды.

Покройте дно кастрюли алюминиевой фольгой. Положите на фольгу ваше серебро – оно должно касаться алюминия.

Вскипятите воду, снимите ее с плиты и поставьте в раковину. В кипящую воду добавьте 200 г соды на 4 литра воды. Смесь будет немножко пениться, поэтому мы ставим кастрюлю в раковину.

Залейте смесь в кастрюлю с серебром так, чтобы она полностью покрывала серебро.

Потускнение начнет исчезать почти сразу. Если серебро потускнело только слегка, блеск вернется уже через несколько минут. Если серебро сильно испачкано, то вам возможно надо будет заново разогреть смесь и повторить процедуру несколько раз, чтобы убрать весь налет.


Когда серебро тускнеет, оно соединяется с серой и формирует сульфид серебра. Сульфид серебра - черный. Когда тонкий слой сульфида серебра формируется на поверхности серебра, оно темнеет. Серебру можно возвратить былой блеск, удалив сульфид серебра с его поверхности.

Есть два способа удаления сульфида серебра. Один из них заключается в его удалении с поверхности. Второй обращает вспять химическую реакцию и превращает сульфид серебра обратно в серебро. При использовании первого метода часть серебра удаляется в процессе полировки. Второй метод позволяет сохранить все ваше серебро. Полироли с содержанием абразива в процессе полирования стирают сульфид серебра и часть самого серебра вместе с ним. Другой растворитель налета растворяет сульфид серебра в жидкости. Эти полироли используют погружение серебра в жидкости, или втирание жидкости в серебро с помощью ткани с последующим промыванием серебра. Они также удаляют часть металла.

Метод удаления налета, описанный здесь, использует химическую реакцию для преобразования сульфида серебра обратно в серебро. Многие другие металлы помимо серебра образуют соединения с серой. Некоторые из них притягивают серу сильнее, чем серебро. Алюминий – один из таких металлов. В этом эксперименте сульфид серебра вступает в реакцию с алюминием. В ходе нее атомы серы передаются от серебра к алюминию, освобождая серебро и формируя сульфид алюминия.

Реакция между сульфидом серебра и алюминием происходит, когда два эти металла погружены в раствор соды и соприкасаются. Реакция происходит быстрее, когда раствор теплый. Раствор переносит серу из серебра в алюминий. Сульфид алюминия может присоединиться к алюминиевой фольге, или образовать крошечные, бледно-желтые хлопья на дне кастрюли. Серебро и алюминий должны быть в контакте друг с другом, потому что в процессе реакции между ними образуется не сильный электрический ток. Реакции этого типа используются в аккумуляторных батареях для получения электроэнергии.

Первые серебряные изделия появились задолго до нашей эры, а вместе с ними обозначилась и проблема — как почистить серебро в домашних условиях . Всем известно, что со временем украшения из серебра и серебряная домашняя утварь темнеют. Считается, что этот метал имеет свойство защищать своего владельца от негативного воздействия и поэтому чернеет. На самом деле скорость окисления серебра в домашних условиях зависит от многих факторов. Изменение цвета или потеря изделием блеска особенно быстро происходит при его контакте с сернистыми соединениями содержащимися в некоторых косметических средствах и моющих средствах. Также ускоряет негативный процесс воздействие бытового газа, лука, поваренной соли, яичных желтков. Поэтому рано или поздно встает вопрос: как вернуть серебряным изделиям их первоначальный вид?

Способов почистить серебро в домашних условиях существует множество. Их можно разделить на две группы по степени воздействия на изделие. Вы можете полностью удалить образовавшуюся на поверхности пленку сульфида серебра или заставить её вступить в химическую реакцию с более активным металлом, с тем чтобы серебро высвободилось из сульфида. В последнем случае не происходит потерь драгоценного металла, но он более сложен для выполнения в домашних условиях.

Очистка серебра с помощью алюминиевой фольги

Чтобы почистить серебро от покрывшего его налета и снова сделать изделие блестящим можно использовать более активный метал — алюминий. При этом способе очистки серебро полностью восстановится, благодаря способности алюминия вступать в реакцию с сульфидом серебра. Для очистки необходимо подобрать кастрюлю в которую можно будет полностью погрузить ваше изделие. На дно сосуда укладывают алюминиевую фольгу, а на ней расположите серебряные вещи так, чтобы они касались фольги. Вскипятите в другой кастрюле воду и поставьте емкость в кухонную раковину. Добавьте в горячую воду пищевую соду из расчета 200 г пищевой соды на 4 литра воды. Подождите пока смесь побурлит и прекратит бурную реакцию с пенообразованием. Залейте раствором соды подготовленное серебро с алюминиевой фольгой так, чтобы смесь полностью закрывала драгоценный метал. Через несколько минут вы увидите, что потускнение исчезло и серебро снова сияет и радует глаз. Осторожно извлеките серебряные предметы, промойте проточной водой и положите сушится.

Если такой способ очистки серебра в домашних условиях показался Вам чересчур сложным или рискованным, то можно воспользоваться проверенными «народными» методами:

Способ очистки серебра нашатырным спиртом

Одним из самых доступных и распространенных очистителей серебра является нашатырный спирт. Его можно легко приобрести в любой аптеке, он безопасен и не агрессивен по отношению к металлам и человеческой коже, но отлично вступает в реакцию с сульфидом серебра. Для того чтобы почистить серебро в домашних условиях необходимо приготовить раствор – 2 ложки нашатырного спирта на литр воды. Для большего эффекта можно добавить в раствор немного мыла или перекиси водорода. Опустив в эту смесь потускневшее серебро, Вы через 15 минут получите изделия без малейшего намека на налет. Если серебро сильноокисленное, то реакция с аммиаком займет около часа. Учтите также, что окислившаяся часть серебра растворится в воде, так что изделие станет на несколько миллиграмм легче.

Способ очистки серебра лимонной кислотой

Другим не менее безопасным реагентом для сульфида серебра является обыкновенная пищевая добавка — лимонная кислота. Так как кислоты не вступают в реакцию с потускневшим драгоценным металлом при комнатной температуре, то придется использовать процесс нагревания. Для того, чтобы почистить серебро в домашних условиях лимонной кислотой, необходимо приготовить её раствор из расчета 200 грамм лимонки на литр воды. Смесь необходимо поставить на водяную баню, чтобы изделие лежащее на дне кастрюли нагревалось равномерно. Опустите в раствор серебряное изделие вместе с кусочком медной проволоки. Доведите воду до кипения и оставьте кипеть в течении 15-30 минут. На период кипячения включите вытяжку, так как с парами могут выделяться вредные вещества. Очищенные изделия аккуратно извлеките из остывшего раствора, промойте проточной водой и насухо протрите.

Способ очистки серебра уксусной кислотой

Неплохо отчищает налет и плесень на столовом серебре обычная уксусная кислота. Для очистки используйте 6% или 9% раствор уксуса. Нагрейте раствор, обмакните в него мягкую тряпочку и протрите металл. Уксусная кислота более агрессивная, чем лимонная, да и при кипячении будет выделяться на порядок больше вредных паров, поэтому в домашних условиях достаточно нанести на серебрянное изделие небольшой слой теплого раствора и подождать несколько часов.

Способ очистки серебра другими продуктами

В качестве других веществ для очистки серебра в домашних условиях можно использовать простоквашу, сырой картофель и пепел. Молочная кислота содержащаяся в свернувшемся молоке, как и любые другие слабые кислоты способна вступать в реакцию и очистить темную пленку покрывающую серебро. Достаточно погрузить серебряное изделие в подогретую простоквашу на несколько минут и потускневшее изделие вновь заблестит. Пепел от сигарет применяют для усиления действия кислот. Можно смешать лимонный сок с пеплом и получившимся составом протереть серебряную вещь, чтобы вернуть ей первоначальное состояние. Сырой картофель очищают, нарезают ломтиками и помещают в емкость с водой. Когда выделится крахмал и вода помутнеет, в емкость опускают предмет из серебра.

Механические способы очистки серебра

Кроме химических методов в домашних условиях можно использовать и механические способы очистки серебра от темного налета. Прежде, чем приступить к какой-либо полировке серебряного изделия необходимо понять, что серебро — мягкий металл. Любое неакуратное механическое воздействие может испортить изделие. Для полировки и очистки серебра хорошо подойдут мелкоабразивные средства: косметическая пудра, губная помада, зубная паста, зубной порошок и.т.п. Принцип действий прост: наносим вещество на мягкую безворсовую ткань (замша, твид) и тщательно полируем изделие до исчезновения налета. После появления на поверхности блеска, промываем ценную вещицу проточной водой и вытираем насухо. Очень хорошо отчищает серебро от налета обычный канцелярский ластик.

Способы очистки серебряных изделий с камнями

Если на вашем серебряном украшении присутствуют драгоценные камни, то в домашних условиях чистку этих изделий лучше не производить. В любом случае все химические методы с полным погружением и кипячением отпадают сразу. Благородные камни по разному реагируют на химическое воздействие. Янтарь, жемчуг, коралл и многие другие камушки очень чувствительны к агрессивным химическим препаратам. Малейшая неосторожность испортит изделие и будет стоить Вам намного дороже, чем визит к профессионалу по очистке.

После того, как Вы почистите серебро в домашних условиях учтите, что Вы нарушили естественную защитную оболочку на драгоценном изделии. Для образования нового защитного слоя и долгой сохранности в дальнейшем, изделие после чистки серебра не рекомендуется использовать несколько дней или покрыть его специальным лаком у ювелира.

Мочалова Полина

В исследовательской работе выделины причины окисления серебряных изделий, подобраны способы очистки.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное общеобразовательное казенное учреждение

Малиновская средняя общеобразовательная школа

Бурейского района Амурской области

Окисление серебряных изделий и способы их очистки

Исследовательская работа по химии

Выполнила: Мочалова Полина,

Ученица 10 класса

МОКУ Малиновской СОШ

Руководитель: Мельникова Аксана Евгеньевна,

Учитель химии

2014

Введение……………………………………………………………………..3

Литературный обзор…………………………………………………………5

Методика исследования……………………………………………………..8

Результаты исследования…………………………………………………….9

Выводы………………………………………………………………………..11

Заключение……………………………………………………………………12

Список литературы……………………………………………………………13

Приложения……………………………………………………………………14

Введение

В настоящее время в каждом доме имеются серебряные изделия: посуда, украшения или монеты. Изделия из серебра имеют привлекательный вид, полезны для человеческого организма. Серебро уничтожает более 650 видов патогенных микробов, защищает раны от инфицирования, укрепляет сердце, предотвращает легочные заболевания, обладает охлаждающим действием. Изделия из серебра обладают лечебными свойствами, а в сочетании с драгоценными камнями служат в качестве прекрасного украшения, которое идеально подходит к любой одежде и внешности.

Со временем серебряные изделия теряют свой блеск, становятся тусклые, покрываются налетом черного цвета. С такой проблемой сталкивался практически каждый человек, который носит серебро или просто владеет им. Вот и моя любимая серебряная цепочка потеряла свой первоначальный вид и я поставила перед собой цель : исследовать причины, приводящие к потемнению изделий из серебра и подобрать доступные способы очистки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи :

  1. Изучить литературу по данной теме.
  2. Выделить причины окисления изделий из серебра.
  3. Подобрать способы очистки изделий из серебра.
  4. Провести эксперименты по очистке серебряных изделий.

Объект исследования: изделия из серебра.

Предмет исследования: окисленные серебряные изделия.

Методы исследования:

1) Изучение литературы.

2) Метод лабораторного эксперимента.

3) Метод опроса и наблюдения.

4) Аналитическая деятельность.

Практическая значимость: результаты работы могут быть полезны всем, кто имеет серебряные изделия.

Рабочая гипотеза: в результате воздействия различных факторов внешней среды происходит потемнение серебряных изделий - окисление, образовавшийся налет, возможно, удалить самостоятельно, не прибегая к услугам ювелирных мастерских.

Литературный обзор

Изделия из серебра известны человечеству с давних времен. В Ассирии и Вавилоне серебро считалось священным металлом и являлось символом Луны. В средние века серебро и его соединения были очень популярны среди алхимиков. С середины 18 века серебро становится традиционным материалом для изготовления посуды.

О свойствах серебра человечество знало уже давно. Всем известно, что ионы серебра способствуют гибели бактерий, именно поэтому столовые приборы из серебра очень ценятся, а в религиозных обрядах используются серебряные вещи. С давних времен серебро, преподнесенное в дар, означает уважение, а украшения – признание в настоящих чувствах.

Серебро, использующееся в ювелирном деле, представляет собой не чистый металл, а сплав с медью. Примесь меди часто придаёт серебряным изделиям желтоватый оттенок. Чтобы избежать этого, ювелиры отбеливают такие сплавы: изделие прокаливают на воздухе при температуре около 600 °С. Серебро не вступает в реакцию с кислородом, а атомы меди, находящиеся на поверхности, окисляются с образованием оксида меди CuО (II). Затем изделие, охлаждённое до комнатной температуры, погружают в 5-10 % раствор серной кислоты. Оксид меди превращается в растворимый сульфат меди (CuSO 4 ), поверхность обогащается серебром. Однако многократное повторение такой операции может привести к деформациям серебряного изделия. При очистке ювелирных изделий следует помнить, что подкисленные растворы могут ухудшить их качество

На вопрос, почему чернеет серебро, народная мудрость нашла вполне объяснимый ответ - порча . Потемнело у тебя колечко, значит на тебе венец безбрачия, серёжки - сильный сглаз, а если потемнел нательный крестик, о таком даже думать не хочется.

Конечно, можно верить и такой трактовке, но я нашла научное объяснение этой проблемы.

Под действием влажного воздуха, пота и других внешних факторов серебро окисляется, на поверхности серебряного изделия образуется налёт сульфида серебра (Ag 2 S) , постепенно он уплотняется, и серебряное украшение темнеет.

Потемнение серебряных украшений, цепочек и нательных крестиков, связано с повышенным потоотделением, так как на груди человека много сальных желёз. Пот человека состоит на 98-99% из воды, а так же содержит азотистые вещества: мочевина, креатинин и аммиак (результат распада белков). Присутствует аминокислоты: серин и гистидин, летучие жирные кислоты и их соединения, холестерин. Ионы: натрия, калия, хлора, кальция, магния, фосфора, йода, меди, марганца и железа. Кроме того глюкоза, витамины, стероидные гормоны, гистамин и еще ряд органических составляющих.

Потемнения украшений на груди указывает на гормональные изменения в организме. Например, при беременности. В таком случае цепочка может потемнеть очень быстро, всего за несколько дней. Причиной потемнения может быть сильный стресс, эмоциональные нагрузки или переживания. Это отражается на работе сальных желёз, а соответственно повышает потоотделение.

Потемнение возможно вследствие приёма лекарственного препарата , в состав которого входят соединения серы.

Существует версия, что потемнение серебра указывает на неправильную работу почек или печени.

Изменение цвета серебра может свидетельствовать о проблемах с нервной системой. А потемнение серебряных изделий на определённых частях тела может рассказать о локальных сбоях в работе эндокринной системы.

Серебро, будучи благородным металлом, отличается относительно низкой реакционной способностью. В окислительной среде (в азотной , горячей концентрированной серной кислоте и в соляной кислоте в присутствии свободного кислорода) серебро растворяется:

Ag+ 2HNO 3(конц) → AgNO 3 +NO 2 +H 2 O

Растворяется оно и в хлорном железе , что применяется для травления :

Ag+FeCl 3 →AgCl + FeCl 2

Серебро легко растворяется в , образуя амальгаму (жидкий сплав ртути и серебра).

Серебро не окисляется кислородом даже при высоких температурах, но в виде тонких плёнок может быть окислено кислородной плазмой или озоном при облучении ультрафиолетом. Во влажном воздухе в присутствии малейших следов двухвалентной серы (сероводород , тиосульфаты , резина ) образуется налёт малорастворимого сульфида серебра , обуславливающего потемнение серебряных изделий:

4Ag+2H 2 S+O 2 →2Ag 2 S+2H 2 O

При нагревании с серой серебро образует сульфид: 2Ag+S → Ag 2 S

Серебро, в отличие от золота, не растворяется в царской водке (соляной и серной кислотах, в соотношении 1:3) из-за образования пленки хлорида на его поверхности.

Методика проводимого исследования

Над темой исследовательской работы я начала работать в 2013 – 2014 учебном году, летом 2014 года приступила к оформлению полученных данных.

Приступив к работе, провела опрос учащихся школы, касающийся серебряных изделий (Приложение 1). Опрошено 47 человек. Получены следующие результаты: серебряные изделия имеют порядка 78,7% (37 человек) из числа опрошенных, 94,6% (35 человек) из них сталкивались с проблемой почернения серебряных изделий, самостоятельно умеют чистить изделия из серебра – 5,4% (2 человека), чистят в ювелирной мастерской- 13,5% (5 человек), 81% (30 человек) носят потемневшее серебро.
Изучив литературу, выделила причины окисления серебряных изделий и отобрала доступные семь способов очистки серебряных изделий.

Используя метод лабораторного эксперимента, провела опыты. (Приложение 2.1-2.7) Эксперимент проводился в кабинете химии МОКУ Малиновской СОШ. Исходные реактивы: водный раствор аммиака, алюминиевая фольга, пищевая сода, лимонная кислота, серная кислота, поваренная соль, зубная паста, кока-кола, а в качестве серебряных изделий были использованы серебряные украшения мои и моих друзей.

Всего было проведено 7 опытов:

  1. Очистка серебряных изделий раствором аммиака.
  2. Очистка серебряных изделий алюминиевой (пищевой) фольгой в содовом растворе.
  3. Очистка серебряных изделий лимонной кислотой.
  4. Очистка серебряных изделий серной кислотой.
  5. Очистка серебряных изделий кока-колой.
  6. Очистка серебряных изделий солью.
  7. Очистка серебряных изделий зубной пастой.

Результаты исследования

Проведя все 7 опытов, получили следующие результаты:

  1. Чистка серебра нашатырным спиртом: наливаем в емкость 10%-й нашатырный спирт и замачиваем в нем серебряное изделие на 10-15 минут. Этот способ не отнимает много времени и сил. Обязательно после чистки промыть изделие водой и просушить. Недостаток - сильный запах нашатырного спирта. Данный способ нельзя применять людям с заболеванием верхних дыхательных путей и аллергикам.
  2. Чистка серебра алюминиевой (пищевой) фольгой в содовом растворе : наливаем в емкость 0.5 литра воды, добавляем 1-2 столовых ложки пищевой соды, перемешиваем и ставим на огонь. После закипания содового раствора, опускаем в раствор алюминиевую фольгу и серебряное изделие. Через 10-15 минут изделие можно доставать, промыть водой. Эффективный способ, быстрый, отсутствуют резкие запахи, серебро блестит.

Алюминий восстанавливает серебро до металла в чистом виде в

Щелочной среде, образовавшейся в результате растворения соды

В воде:
3Ag 2 S+2Al+5NaOH+3H 2 O →6Ag↓+2Na+3NaHS

  1. Чистка серебра лимонной кислотой: в емкость наливаем воды 0.5-0.7л., добавляем 100 гр. лимонной кислоты и ставим банку на водяную баню. Медную проволоку загибаем на горлышко банки, а другим концом цепляем серебряное изделие. Кипятим 15-30 минут, промываем водой. Дополнительно промыть в растворе соды. Доступный способ чистки серебра, во время кипячения легко контролировать процесс «готовности». Недостаток: кислая среда.
  2. Чистка серебра серной кислотой: в 10%-м растворе серной кислоты необходимо прокипятить изделие, потом промыть водой. Считаю этот способ использовать в быту не целесообразно, так как необходим раствор заданной концентрации, серная кислота сильная кислота и можно получить ожог, кислая среда негативно сказывается на серебряных изделиях.
  3. Чистка серебра кока-колой: кипячение серебра в кока-коле в течении 3-5 минут. Эффективно удаляет темную пленку с серебра.

Недостаток: кислая среда.

  1. Чистка серебра солью: в емкость наливаем 200 мл. воды и одну чайную ложку соли, перемешиваем и кладем в раствор серебро на несколько часов. Для ускорения процесса можно прокипятить в этом растворе серебро 10-15 минут. Промыть водой.

Серебряное изделие очистилось не полностью.

  1. Чистка серебряных изделий зубной пастой: на изделие нанести зубную пасту и тщательно потереть. Промыть хорошо водой.

Недостаток: абразивные вещества царапают изделия.

Выводы

Рабочая гипотеза в ходе проведения исследования была проверена и доказана. Потемнение серебряных изделий – окисление, химический процесс вызванный содержанием серосодержащих соединений в воздухе, почве и организме человека.

Выводы по работе:

1. Изучила свойства серебра и причины, приводящие к окислению (потемнению) изделий из серебра, отобрала способы устранения окислительного процесса.

2. Провела семь лабораторных опытов по очистке серебряных изделий от продуктов окисления.

3. Составила памятку по чистке серебряных изделий. (Приложение 3)

4. Определила методы очистки: наиболее эффективный способ взаимодействие с алюминиевой (пищевой) фольгой в содовом растворе. Данный способ, по моим наблюдениям, является эффективными, так как используются доступные реактивы, имеющиеся в каждом доме, безопасно для здоровья человека, непродолжительный по времени, серебряные изделия приобретают белую окраску с характерным блеском.

Так же можно отметить способом очистки лимонной кислотой в присутствие меди в чистом виде: серебряные изделия очищаются быстро, качественно, используются доступные и безопасные реактивы, но кислоты разрушают серебро.

Заключение

Окисление серебряных изделий может быть связана как с внешними причинами , к которым можно отнести смену климата, содержание в воздухе или почве серосодержащих соединений, повышенную влажность воздуха, частые контакты с водой, так и с внутренними процессами, происходящими в организме: повышенное потоотделение, гормональные изменения, заболевания почек или печени.

Процессы, приводящие к окислению серебряных изделий: взаимодействие с серой и сероводородом, что приводит к образованию сульфида серебра, осадка черного цвета.

2Ag + S-> Ag 2 S (черный осадок)

4Ag + O 2 +2H 2 S-> 2Ag 2 S+2H 2 O

Для сохранения серебряных изделий необходимо соблюдать следующие правила:

  • Снимать серебряные украшения перед баней и ванной.
  • Не заниматься спортом в серебряных украшениях.
  • Снимать украшения на ночь.
  • Не допускать контактов с бытовой химией.

В написании исследовательской работы мне помогала Мельникова Аксана Евгеньевна, учитель химии Малиновской СОШ.

Литература

  1. Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии. – М.: Просвещение - АО «Учебная литература», 1995.
  2. Боровских Т.А., Маркачев А.Е., Чернобельская Г.М. Методика ученического эксперимента в учебных проектах. – М.: Чистые пруды, 2009.
  3. Большая энциклопедия эрудита./ Под редакцией Джулиан Холланд.- М. «Махаон», 2004
  4. Горковенко М.Ю. Поурочные разработки по химии. – М.: «Вако», 2006.
  5. Назарова Т.С. Химический эксперимент в школе.-М.: Просвещение,1997
  6. Некрасов Б.В. Основы общей химии. Изд-во «Химия»,1985
  7. Справочник школьника. Том 2.// Под редакцией д-ра пед. наук проф. Алексашиной И.Ю-СПб: ИГ «Весь», 2006
  8. Энциклопедический словарь юного химика/составитель В.А. Крицман, В.В. Станцо.-М.: Педагогика,1982
  9. Чертков И.Н, Жуков П.Н. Химический эксперимент с малым количеством реактивов.: - М Просвещение, 1989
  10. Интернет ресурсы: