Галогениды серебра
Химические и физические свойства галогенидов серебра (І), их нахождение в природе. Строение и параметры кристаллических решеток, электропроводность галогенидов. Получение фторида, хлорида, бромида и иодида серебра (I). Области применения данных веществ.
| Рубрика | Химия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.12.2020 |
| Размер файла | 1,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Министерство образования республики Беларусь
Белорусский государственный университет
Химический факультет
Кафедра неорганической химии
Специальность «Химия лекарственных соединений»
Курсовая работа
Тема:
Галогениды серебра (I)
Выполнила Колбас Д.Д.
Студентка 1 курса
Научный руководитель:
Ассистент Садовская Л.Ю.
Минск, 2020
Оглавление
- Введение
- Глава 1. Нахождение галогенидов серебра (І) в природе
- 1.1 Нахождение хлорида серебра (І) в природе
- 1.2 Нахождение бромида серебра (І) в природе
- 1.3 Нахождение йодида серебра (І) в природе
- Вывод по первой главе
- Глава 2. Получение галогенидов серебра (І)
- 2.1 Получение фторида серебра (І)
- 2.2 Получение хлорида серебра (І)
- 2.3 Получение бромида серебра (І)
- 2.4 Получение йодида серебра (І)
- Вывод по второй главе
- Глава 3. Физические свойства галогенидов серебра (І)
- 3.1 Физические свойства фторида серебра (І)1
- 3.2 Физические свойства хлорида серебра (І)
- 3.3 Физические свойства бромида серебра (І)
- 3.4 Физические свойства йодида серебра (І)
- Вывод по третьей главе
- Глава 4. Химические свойства галогенидов серебра (І)
- 4.1 Общие химические свойства хлорида, бромида и йодида серебра (І)
- 4.2 Химические свойства фторида серебра (І)
- 4.3 Химические свойства хлорида серебра (І)
- Вывод по четвертой главе
- Глава 5. Применение галогенидов серебра (І)
- 5.1 Применение хлорида, бромида и йодида серебра (І)
- 5.2 Применение йодида серебра (І)
- Вывод по пятой главе
- Глава 6. Синтез галогенидов серебра (І)
- Вывод по шестой главе
- Заключение
- Список использованных источников
Введение
Серебро - химический элемент 11-ой группы, имеющий атомный номер 47 и относительную атомную массу 107,87. К данной группе элементов также относятся медь и золото. Все элементы встречаются в природе как в самородном виде, так и в виде соединений. Серебро широко распространено в виде сульфидных руд, из которых наибольшее значение имеет серебряный блеск (аргентит) Ag2S. Чаще всего он встречается в виде примеси в сернистых рудах таких металлов, как свинец, цинк и медь.
Серебро ранее служило главным образом для выделки разменной монеты, домашней утвари и украшений. В настоящее время серебро также находит применение в электротехнике, используется для серебрения зеркал и в серебряно-цинковых и серебряно-кадмиевых батареях, имеющих высокую ёмкость. Одной из важнейших отраслей применения соединений серебра является фотография. Более того, серебро находит обширное применение в медицине, так как обладает хорошими бактерицидными свойствами, а также входит в состав амальгам для стоматологии (Hg/-Ag3Sn) [1].
Электронная конфигурация серебра позволяет ему проявлять несколько степеней окисления: 0, +1, +2, +3, +4, +5. Как можно заметить, высшая степень окисления не соответствует числу валентных электронов. Наиболее характерной степенью окисления для серебра является +1 вследствие особой устойчивости [Kr]4d105s2 электронной конфигурации. Именно поэтому соединения с такой степенью окисления представляют наибольший интерес для научного сообщества. Одними из таких соединений и являются галогениды серебра (I).
Объект исследования: галогениды серебра (I)
Цель работы: изучить способы получения, свойства и области применения галогенидов серебра (I)
Задачи:
1) Изучить литературу, связанную с темой исследования;
2) Найти в научной литературе, а также в интернет-источниках данные о строении, свойствах и области применения галогенидов серебра (I);
3) Осуществить синтез хлорида, бромида и иодида серебра (I);
4) Сделать вывод о современном состоянии изученности галогенидов серебра (I).
Методы исследования: изучение научной литературы и интернет-ресурсов, синтез AgCl, AgBr, AgI и анализ свойств полученных веществ.
Глава 1. Нахождение галогенидов серебра (І) в природе
1.1 Нахождение хлорида серебра (І) в природе
Хлорид серебра (I) в природе встречается в виде редкого минерала хлораргирита или кераргирита. Названия происходят от греческого слова “аргирос”, что значит серебро, и греческого слова “керас” - рог, так как часто на изломе AgCl напоминает роговое вещество.
В виде примесей кераргирит иногда содержит Hg и Br. Бромистая разновидность хлораргирита формулой Ag(Cl,Br) называется эмболитом и встречается крайне редко.
В свежих образцах данное соединение бесцветно или слабо окрашено в желтоватые, сине-зеленые или буроватые оттенки. На свету темнеет, впоследствии приобретая черный цвет. Алмазный блеск характерен только для кристаллов, скрытокристаллические плотные массы характеризуются восковым блеском. Минерал очень ковкий и режется ножом.
Встречается данное вещество в зонах окисления месторождений серебросвинцовых руд, образуясь при реакции окисления серебряных минералов с хлорсодержащими просачивающимися поверхностными водами. В более значительных массах наблюдается в местностях с сухим жарким климатом. В России небольшие количества хлораргирита встречаются в зонах окисления ряда месторождения Южного Урала и Алтая. В начале ХХ в. в Украине отмечались залежи эмболита в приповерхностной части серебросодержащей кварц-сульфидной жилы. Однако наибольшие скопления кераргирита и других галоидных соединений серебра наблюдались в Чили, Боливии, Мексике и Австралии [6].
1.2 Нахождение бромида серебра (І) в природе
Бромид серебра (I) находится в природе в виде минерала бромаргирита, который образует твердые растворы с хлораргиритом. Эмболит, имеющий промежуточный состав Ag(Cl,Br), выделяется как бромистая разновидность хлораргирита. Иногда содержит примеси ртути.
Цвет свежего материала изменяется от белого до желто-белого, быстро переходя в зеленый или желтый, на свету медленно темнеет. Блеск у кристаллов алмазный, смоляной, у массивных агрегатов тусклый. Минерал обладает достаточной ковкостью и пластичностью.
Так же, как и AgCl, образуется в зонах окисления месторождений серебросодержащих сульфидных руд. Находится в породах совместно с хлораргиритом и эмболитом и входит в состав некоторых серебряных руд [6].
1.3 Нахождение йодида серебра (І) в природе
Йодид серебра (I) находится в природе в виде соединения под названием йодаргирит, но в чистом виде практически не встречается. В большинстве случаев данное вещество можно обнаружить в виде соединения под названием майерсит. Майерсит - это очень редкий минерал группы хлораргирита, в состав которого входит AgI и CuI. Назван в честь Генри А. Майерса, английского минералога, профессора минералогии Оксфордского университета.
Цвет минерала колеблется от светло-желтого до желто-зеленого. Также данное соединение обладает алмазным блеском. В отличие от кераргирита и бромаргирита, майерсит не пластичен, так как йодид меди (I) придает этому минералу твердость и хрупкость.
Образуя прерывистую серию твердых растворов с маршитом (CuI), встречается в виде тонких корочек в зоне окисления серебряных и полиметаллических месторождений с церусситом (PbCO3), малахитом ((CuOH)2CO3) и лимонитом (Fe2O3 - nH2O) [6] [15].
Вывод по первой главе
Исходя из найденных в литературе данных о нахождении галогенидов серебра (I) в природе, можно сделать выводы о том, что рассматриваемые соединения встречаются достаточно редко, а если и встречаются, то обычно в соединении с другими минералами.
Глава 2. Получение галогенидов серебра (І)
2.1 Получение фторида серебра (І)
Как и все галогениды серебра, общей формулой AgX, где X - один из галогенов, фторид серебра (I) можно получить непосредственно из простых веществ. Однако гораздо удобнее получать данный галогенид серебра (I) растворением оксида серебра (I) в плавиковой кислоте и выпариванием раствора до появления кристаллов. Также вместо оксида серебра (I) можно использовать простое вещество серебро. Методы получения, связанные с растворением в плавиковой кислоте, наиболее эффективны, так как при прямом взаимодействии простых веществ продуктом реакции будет являться преимущественно фторид серебра (II) [2] [8].
Ag + F2 = AgF2 (выше 300?)
2Ag + F2 = 2AgF (в недостатке фтора)
2Ag + 2HF(конц.) + H2O2 = 2AgF + 2H2O (60-80?)
Ag2O + 2HF = 2AgF + H2O
Также фтористое серебро может быть получено взаимодействием карбоната серебра (I) и плавиковой кислоты. А чтобы получить фторид серебра (I) сразу в безводном состоянии, нужно подвергнуть термическому разложению тетрафтороборат серебра (I) [4].
Ag2CO3 + 2HF = 2AgF + H2O + CO2
AgBF4 = BF3 + AgF (200?)
Стоит помнить о том, что, так как данное вещество очень гигроскопично, из водных растворов оно выделяется в виде бесцветных кристаллогидратов AgF 4H2O или AgF 2H2O, а из растворов крепкой плавиковой кислоты - в виде кристаллов AgF HF или AgF 2H2O [1].
2.2 Получение хлорида серебра (І)
Хлорид серебра (I) получают как прямым взаимодействием простых веществ, так и путем добавления хлорид-аниона к раствору нитрата серебра (I) или другого растворимого соединения серебра (I), что приводит к осаждению хлорида серебра (I). Также данное вещество может быть получено взаимодействием нитрата серебра (I) и простого вещества хлора при 0? в жидком тетрахлориде углерода. Взаимодействие серебра с газообразным HCl также приводит к образованию хлорида серебра (I). Так как хлор более сильный окислитель, чем бром или йод, реакция между AgBr/AgI и Cl2 будет приводить к образованию хлорида серебра (I). Желательно получать данное вещество в темноте, так как под воздействием света оно разлагается даже при комнатной температуре [2] [11].
2Ag + Cl2 = 2AgClv (150-200?)
AgNO3 + NaCl = AgClv + NaNO3
AgNO3 + Cl2 = AgClv + N2O5 + O2^ (0?, в жидк. CCl4)
Ag + 2HCl(г) - 2AgClv + H2 (200?)
2AgBr + Cl2 = 2AgClv + Br2
Как промежуточный продукт, образуется при извлечении серебра из сульфидной руды [6].
Ag2S + 2NaCl + 2O2 = 2AgCl + Na2SO4 (600?)
2.3 Получение бромида серебра (І)
Бромид серебра (I) можно получить, как и все вышеперечисленные галогениды серебра (I), путем прямого синтеза из простых веществ. Но также данное вещество может быть получено путем добавления бромид-аниона к раствору нитрата серебра (I) или же к другому растворимому соединению серебра (I). Также AgBr получают вытеснением йода из иодида серебра (I) бромом, так как вышестоящий в группе галоген вытесняет нижестоящий. Данные синтезы следует проводить в темноте, так как бромид серебра (I) наиболее чувствителен к свету из всех галогенидов серебра (I) [4] [11].
2Ag + Br2 = 2AgBrv (150-200?)
AgNO3 + NaBr = AgBrv + NaNO3
2AgI + Br2 = 2AgBrv + I2v
2.4 Получение йодида серебра (I)
Йодид серебра (I), как и все ранее описанные галогениды серебра (I), получают прямым взаимодействием простых веществ серебра и йода. Но наиболее распространенным методом получения является добавление йодид-аниона к раствору нитрата серебра или любого другого растворимого соединения серебра (I), причем продукт реакции существует в виде гидрозоля [7].
2Ag + I2 = 2AgIv (150-200?)
AgNO3 + NaI = AgIv + NaNO3
При действии NaI на раствор AgNO3 осаждается смесь двух модификаций твердого иодистого серебра: кубической и гексагональной. Причем избыток Ag+ способствует образованию кубической формы, а избыток I- - гексагональной. Перевести гексагональную форму в кубическую можно путем перетирания осадка [4].
Вывод по второй главе
Благодаря изучению научной литературы и интернет-источников по теме галогениды серебра (I), в данной работе были описаны известные на сегодняшний день способы получения галогенидов серебра (I).
Глава 3. Физические свойства галогенидов серебра (I)
3.1 Физические свойства фторида серебра (I)
Фторид серебра (I) - твердое кристаллическое или порошкообразное вещество желтого цвета. В этом отношении AgF проявляет аномальные свойства, так как ковалентность при переходе от хлорида к иодиду растет, что проявляется в изменении интенсивности окраски от белой к желтой, то есть теоретически AgF должен иметь белую окраску, как наименее ковалентное соединение, но этого не происходит. Данное вещество, как и все галогениды серебра, за исключением AgI, имеет структуру каменной соли (Рис.1) [1].
Рис 1. Кристаллическая решетка NaCl
Рассматриваемое соединение очень хорошо растворяется в воде, при этом образуя кристаллогидраты: AgF?2H2O и AgF?4H2O. То, что фторид серебра (I) растворяется в воде, обусловлено ионным характером данного галогенида, а также высокой энергией сольватации небольшого фторид-иона. Однако степень растворимости данной соли вызывает удивление: 1800г на литр воды при 25?. Также данное вещество умеренно растворяется в метиловом спирте: 15 г/л [1].
При нагревании плавится без разложения. Температура плавления 435?.Температура кипения 663?.
Плотность данного соединения составляет 5,85 г/см3.
Молярная теплоемкость 48,1 Дж/(моль?K).
Фторид серебра (I) является токсичным и опасным веществом, вызывая химические ожоги кожи и поражение слизистых [14].
3.2 Физические свойства хлорида серебра (I)
Хлорид серебра (I) - твердое порошкообразное или кристаллическое вещество белого цвета. Имеет кристаллическую решетку типа NaCl (Рис.1).
Центральный атом серебра, который находится в состоянии sp3d2-гибридизации, образует с соседями октаэдр и имеет координационное число 6. В газовой фазе хлорид серебра (I) существует как в форме мономера, так и в виде димеров и тримеров [4] [10].
AgCl практически не растворим в воде: произведение растворимости (далее ПР) при 25? равно 1,77 10-10, однако с повышением температуры растворимость увеличивается и при 100? ПР достигает 2,81 10-8. Данное соединение также не растворимо в минеральных кислотах, этиловом и метиловом спирте, ацетоне, но растворяется в водных растворах аммиака, цианидов, роданидов и тиосульфатов щелочных металлов, а также в пиридине и жидком аммиаке.
Плавится и кипит без разложения. В расплавленном состоянии имеет желто-коричневую окраску, а при застывании образует полупрозрачную массу, называемую в обиходе “роговое серебро”. Температура плавления 455?. Температура кипения 1554?.
Плотность данного вещества равна 5,56 г/см3.
Молярная теплоемкость 50,79 Дж/(моль К).
Интенсивное или продолжительное, но не хроническое воздействие может привести к временной потере трудоспособности или возможным остаточным повреждениям. Оказывает раздражающий эффект при контакте с кожей и слизистыми оболочками [9] [14].
3.3 Физические свойства бромида серебра (I)
Бромид серебра (I) - твердое кристаллическое вещество светло-желтой окраски. Строение данного соединения аналогично строению NaCl (Рис.1).
Как и в хлориде серебра (I), центральный атом серебра находится в sp3d2-гибридизации, образуя с соседями октаэдр, и имеет координационное число 6.
AgBr еще хуже растворим в воде, чем AgCl, его ПР равно 5,3?10-13. Аналогично хлориду, также не растворим в метиловом и этиловом спиртах, минеральных кислотах и ацетоне, но растворяется в водных растворах аммиака, цианидов, роданидов и тиосульфатов щелочных металлов, а также в пиридине и жидком аммиаке, образуя растворимые комплексные соединения.
Температура плавления 430?. Температура кипения 1505?. Кипит и плавится не разлагаясь.
Плотность бромида серебра (I) составляет 6,47 г/см3.
Молярная теплоемкость соединения равна 52,3 Дж/(моль?K).
Данное соединение не токсично для человека, но представляет большую опасность для обитателей акваторий. При систематическом употреблении возможно накопление в организме и отложение в наиболее освещенных участках тела металлического серебра, что сопровождается приобретением кожей серого оттенка (аргироз). При этом никаких болезненных ощущений больные не испытывают, зато отмечается повышение устойчивости организма к болезням, что подтверждает бактерицидные свойства серебра [12].
3.4 Физические свойства йодида серебра (I)
Иодид серебра (I) - твердое кристаллическое соединение желтого цвета. Данное вещество существует в виде трех модификаций: б-AgI, в-AgI и г-AgI. При комнатной температуре устойчив г-AgI, имеющий кубическую структуру цинковой обманки (Рис.2). Между 136 и 146? устойчив в-AgI, который имеет гексагональную структуру ZnO (вюрцит) (Рис.3). Такое строение йодида серебра обусловлено возрастанием по ряду Cl- - Br- - I- - деформируемости анионов, которая и вызывает сближение ионов в кристаллической решетке (Таблица 1). При 146? данная модификация переходит в кубический б-AgI, в котором иодидная подрешетка жесткая, а серебряная подрешетка “расплавлена”.
Данное явление оказывает сильное влияние на ионную электропроводность вещества, которая возрастает от 3,4 10-4 до 1,31 10 Ом-1 см2, то есть почти в 4000 раз.
Интересно также, что электропроводность твердого AgI при температуре плавления даже несколько больше, чем расплавленного, тогда как почти у всех остальных солей плавление сопровождается резким ее повышением (например, для NaCl в 3000 раз). Перенос тока ионами Ag+ характерен также и для твердых AgBr и AgCl , которые, однако, подчиняются общему правилу, как это видно из приводимых ниже данных для относительных электропроводностей при точках плавления (твердый AgCl = 1) (Таблица 2) [1] [4].
Таблица 1
Параметры кристаллических решеток галогенидов
|
d решетки как сумма радиусов ионов, ? |
2,94 |
3,09 |
3,33 |
|
|
Сближение ионов в результате деформации, ? |
0,17 |
0,21 |
0,34 |
Таблица 2. Относительные электропроводности галогенидов
|
AgCl |
AgBr |
AgI |
||
|
В твердом состоянии |
1 |
4,4 |
22,0 |
|
|
В расплаве |
31,2 |
23,0 |
19,7 |
химический физический галогенид серебро
Рис. 2 Кристаллическая решетка ZnS
Рис.3 Кристаллическая решетка ZnO
Данное соединение очень плохо растворимо в воде, его ПР равно 8,3 10-17. Аналогично остальным галогенидам не растворяется в метиловом и этиловом спирте, минеральных кислотах и ацетоне, зато растворимо в аммиаке и пиридине.
Температура плавления составляет 556?, а кипит вещество при 1506?. Данные процессы разложением не сопровождаются.
Плотность AgI равна 5,675 г/см3.
Молярная теплоемкость вещества 36,9 Дж/(моль?К).
Иодид серебра (I) токсичен, при контакте или вдыхании концентрированных паров возможно отравление. Интенсивное или продолжительное, но не хроническое воздействие может привести к временной потере трудоспособности или возможным остаточным повреждениям. Также вызывает раздражение и поражение слизистых [15].
Вывод по третьей главе
Изучение научной литературы и интернет-ресурсов по теме галогениды серебра (I) позволило описать физические свойства всех исследуемых веществ. Также было уделено внимание особенностям строения галогенидов серебра (I).
Глава 4. Химические свойства галогенидов серебра (I)
4.1 Общие химические свойства хлорида, бромида и йодида серебра (I)
1) Гидролиз идет по катиону, среда раствора слабокислая [2]:
Ag+X- + H+OH- - Ag+X- + H+X- (pH<7)
2) Водный аммиак растворяет галогениды серебра (I) с образованием бесцветных комплексных соединений, содержащих преимущественно ионы [Ag(NH3)2]+. Интересно, что по ряду AgCl - AgBr - AgI растворимость галидов в водном аммиаке очень быстро возрастает (100г насыщенного при 0? раствора содержат 0,28г AgCl, 2,35г AgBr или 84,1г AgI) [4]:
AgX + 2NH3 H2O = [Ag(NH3)2]X + 2H2O
3) Такая же картина наблюдается в случае цианида и сульфида. Из этих реакций большое применение находит взаимодействие галогенидов с тиосульфат-ионом [1]:
AgX(тв.) + 2Na2S2O3(р.) = Na3[Ag(S2O3)2](р.) + NaX(р.)
AgX + KCN(конц.) = K[Ag(CN)2] + KX
4) Нерастворимые в воде галогениды серебра (I) неплохо растворяются в концентрированных растворах HHal или галогенидах щелочных металлов [3]:
AgX(тв.) + KX(р.) = K[AgX2]
5) Разлагаются концентрированными растворами кислот и щелочей [2]:
4AgCl + 4KOH(конц.) = 4KCl + 4Ag + O2 + 2H2O (выше 450?)
2AgBr + H2SO4(конц.) = Ag2SO4v + 2HBr^ (при кипении)
2AgI +KOH(конц.) = Ag2O + KI + HI (выше 150?)
6) Малорастворимые галогениды серебра (I) растворяются в крепких горячих растворах AgNO3 (а также AgClO4 и AgF). Из подобных растворов могут быть выделены двойные соли нитрата серебра (I) и соответствующего галогенида серебра (I), характеризующиеся определенными температурами плавления (Таблица 3) [4].
Таблица 3
Температуры плавления двойных солей серебра (I)
|
AgNO3 AgCl |
AgNO3 AgBr |
AgNO3 AgI |
2AgNO3 AgCI |
|
|
160? |
182? |
94? |
105? |
7) Весьма практически важным свойством труднорастворимых галогенидов Ag является постоянно идущий под действием света распад их на металлическое серебро и свободный галоид по схеме:
2AgX = 2Ag + X2
Распад этот вызывается главным образом лучами сине-фиолетовой части спектра, тогда как красные лучи оказываются практически неактивными. Светочувствительность галидов серебра изменяется по ряду AgBr>AgCl>AgI. При охлаждении она сильно уменьшается. Так, при температуре жидкого воздуха чистый AgCl заметно не разлагается даже в результате длительного освещения [1].
4.2 Химические свойства фторида серебра (I)
Фторид серебра (I) - единственный из галогенидов серебра (I), который растворяется в воде, а также не разлагается на свету. Из-за содержания F- является сильным фторирующим агентом. Гидролиз идет по аниону, среда раствора щелочная.
AgF(разб.) = Ag+ + F-, F- + H2O - HF + OH-
2AgF + H2SO4(конц.) = Ag2SO4v +2HF^ (при кипении)
2AgF + 2KOH(разб.) = 2KF + Ag2Ov + H2O
Как и все галогениды серебра (I), AgF растворяется в растворе аммиака, образуя комплексное соединение, однако оно выпадает в осадок, в то время как комплексы остальных галогенидов являются растворимыми в воде соединениями.
AgF + NH3 H2O = [Ag(NH3)F]v + H2O
Также фторид серебра (I) образует комплексы при взаимодействии с F2 и фторидами щелочных металлов (обычно KF) [2].
AgF + F2 + KF = K[AgF4] (100-150?)
2AgF + F2 + 4KF = 2K2[AgF4] (выше 200?)
4.3 Химические свойства хлорида серебра (I)
Ниже будут описаны некоторые свойства AgCl, характерные только для этого соединения [2] [13]:
2AgCl + (NH4)2CO3(конц., гор.) + H2O = 2[Ag(H2O)(NH3)]Cl + CO2^
2AgCl + 5KCNS(конц.) = K[Ag(-SCN)2] + K3[Ag(-SCN)4] + KCl
2AgCl + 2F2 = 2AgF2 +Cl2 ( при комнатной t ?)
2AgCl + Na2S(конц.) = Ag2Sv + 2NaCl
4AgCl + 2Na2CO3 = 4Ag + 4NaCl + 2CO2 + O2 (850-900?)
4AgCl + 2BaO = 2BaCl2 + 4Ag + O2 (выше 324?)
2AgCl + H2O2 + 2KOH(разб.) = 2KCl + 2Agv + O2^ + 2H2O
Вывод по четвертой главе
Благодаря изучению найденной научной литературы и периодических изданий по теме галогениды серебра (I), были описаны как общие химические свойства данных соединений, так и специфические, характерные только для одного из галогенидов. Более того, в данной главе были даны объяснения взаимодействию определенных веществ, а также приведены условия протекания реакций.
Глава 5. Применение галогенидов серебра (I)
5.1 Применение хлорида, бромида и йодида серебра (I)
1) Фотохимическая чувствительность галогенидов серебра (I) позволяет использовать данные соединения для создания светочувствительного стекла. Заключенные в стеклянной массе мельчайшие частицы AgX под действием света разлагаются с образованием металлического серебра и свободного галогена, отчего стекло темнеет. Так как серебро и галоген пространственно не отделены друг от друга, при ослаблении освещения происходит обратная реакция, и стекло вновь становится прозрачным. Подобные светочувствительные стекла находят обширное применение в электронно-вычислительной технике [4].
2) На светочувствительности описываемых солей основано их использование для фотографии. Фотографический снимок - это неисчезающая регистрация изображения, полученного на светочувствительной поверхности. Основные этапы процесса ее создания таковы:
а) получение светочувствительной поверхности;
б) экспозиция для получения “скрытого изображения”;
в) проявление изображения для получения “негатива”;
г) сохранение изображения, то есть его “фиксация”;
д) изготовление “позитивных” отпечатков с негатива.
Далее каждый этап процесса создания фотографии будет описан более подробно для наилучшего понимания механизма реакций, сопровождающих данный процесс.
а) В современной индустрии светочувствительной поверхностью является эмульсия галогенида серебра в желатине, нанесенная на подходящую прозрачную пленку или подложку. Галогенид осаждается таким образом, чтобы получались мелкие однородные кристаллы (“зерна”), содержащие ? 1012 атомов серебра и имеющие менее 1 мкм в диаметре. Выбор же галогенида зависит от требуемой светочувствительности, однако обычно в пленках используется AgBr, а в особо чувствительных пленках - AgI. В эмульсии добавляются также AgCl и некоторые органические красители.
б) При экспозиции на свету фотон с энергией hv попадает в зерно AgX, после чего галогенид-ион возбуждается и отдает электрон в зону проводимости, через которую он быстро переходит на поверхность зерна, где может восстановить атом серебра:
X- + hv = X + e- ; Ag+ + e- = Ag
Эти стадии можно считать обратимыми, однако на практике ситуация складывается иначе, так как серебро высвобождается в дислокации (дефекте) кристалла или в позиции, занятой примесью, например сульфидом серебра. Это позволяет электрону понизить энергию, поэтому он оказывается в так называемой “ловушке”. Функция сенсибилизаторов заключается в повышении чувствительности эмульсии во всей видимой части спектра путем поглощения света с характеристической частотой и обеспечения механизма переноса энергии к Х- для возбуждения электрона. Чем большее количество фотонов попадает в зерно, тем большее количество электронов перемещается, восстанавливая атомы серебра в одной точке. Сосредоточивание хотя бы нескольких атомов серебра в одном зерне создает “центр”, слишком маленький, чтобы быть видимым, но концентрация зерен, содержащих такие центры, меняется по пленке в соответствии с изменением интенсивности попадающего света, что и создает “ скрытое изображение”. Параллельное образование атомов галогена приводит к образованию молекул данных галогенов, поглощаемых желатином.
в) “Проявление” или усиление интенсивности скрытого изображения осуществляется действием мягкого восстановителя, который выборочно восстанавливает те зерна, в которых присутствуют центры серебра, и не затрагивает неэкспонированные зерна. В этом процессе очень важно контролировать температуру и концентрацию восстановителя и остановить процесс до того, как начнется взаимодействие с неэкспонированными зернами. Чаще всего в качестве восстановителя используется гидрохинон-1,4 - C6H4(OH)2. Восстановление металла в зерне (то есть 1012 атомов серебра) начинается с отдельного центра (то есть 10-100 атомов серебра) и дает отличное усиление скрытого изображения примерно в 1011 или 1010 раз, что делает возможным уменьшение времени экспозиции. Именно поэтому галогениды серебра (I) занимают первое место среди всех фоточувствительных материалов, хотя поиск альтернативных систем все еще продолжается.
г) После проявления негатив надо “закрепить” путем растворения всей оставшейся соли серебра для предотвращения ее дальнейшего восстановления. Для этого необходим подходящий комплексообразующий реагент. В большинстве случаев используется тиосульфат натрия, так как реакция идет практически до конца, и оба продукта хорошо растворимы в воде.
AgX(тв.) + 2Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + NaX
д) Позитивный отпечаток является обратным по отношению к негативу и получается путем пропускания света через негатив и повторением перечисленных выше стадий с использованием фотобумаги вместо прозрачной пленки [1].
3) Также данные соединения используются как катализаторы, люминофоры, твердые электролиты в химической промышленности [15].
4) Галогениды серебра (I), как и многие другие соединения серебра, входят в состав антимикробных и заживляющих средств, используемых в медицине [15].
5) Рассматриваемые соединения также входят в состав электропроводящих стекол [4].
5.2 Применение йодида серебра (I)
Йодид серебра имеет схожие области применения со всеми остальными галогенидами серебра (I), однако из-за его уникальных свойств он находит более обширное применение в человеческой жизни.
Так как в-AgI имеет гексагональную структуру (Рис.4), схожую со структурой гексагонального льда (Рис.5), было обнаружено, что данное вещество исключительно эффективно для образования центров кристаллизации льда в переохлажденных облаках, что вызывает выпадение дождя. По некоторым оценкам, для этой цели используют около 50 тонн данного вещества в год, при том, что однократно расходуется всего около 10-50 грамм [5].
Рисунок 4. Структура в-AgI
Рисунок 5. Структура льда
Вывод по пятой главе
Галогениды серебра (I) находят обширное применение во всех сферах человеческой жизни. Благодаря изучению научной литературы и периодических изданий по данной теме, в этой главе были подробно описаны способы и причины применения данных веществ.
Глава 6. Синтез галогенидов серебра (I)
1) Описание вещества:
AgCl - белые кристаллы. Тпл.=455?, Ткип.=1554?; в воде не растворяется.
AgBr - светло-желтые кристаллы. Тпл.=424?, Ткип.=1505?; в воде не растворяется.
AgI - желтые кристаллы. Тпл.=558?, Ткип.=1506?; в воде не растворяется.
2) Замечания по технике безопасности:
а) Работать с NH3(aq.) в вытяжном шкафу; б) Работать в защитных очках и перчатках; в) Избегать попадания получаемых веществ и исходных реактивов на кожу и слизистые, а также внутрь организма.
3) Используемые реактивы, посуда:
Химический стакан, пипетка, пробирка; AgNO3, NaCl, NaBr, NaI, H2O.
4) Перечень операций в данном синтезе:
а) Приготовление насыщенных растворов нитрата серебра, хлорида, бромида и йодида натрия; б) Смешивание насыщенных растворов AgNO3 и NaCl, AgNO3 и NaBr, AgNO3 и NaI в затемненной посуде; в) Промывание водой и отстаивание полученных осадков, удаление избытка воды путем декантации; г) Сушка полученных веществ в сушильном шкафу.
5) Структура получаемых веществ:
[Ag+][Cl-] - ионное вещество, кристаллическая решетка типа NaCl (Рис. 1).
[Ag+][Br-] - ионное вещество, кристаллическая решетка типа NaCl (Рис.1).
[Ag+][I-] - ионное вещество, кристаллическая решетка г-модификации типа ZnS (Рис. 2).
6) Обоснование методики синтеза:
Данный синтез основан на необратимых реакциях замещения, протекающих мгновенно. Получаемые вещества выделяются из растворов в виде осадков. Данный синтез рекомендуется проводить в затемненной посуде при пониженной температуре, так как галогениды серебра (I) обладают высокой светочувствительностью и разлагаются при воздействии света. Отделение воды от получаемых галогенидов осуществляется путем декантации, так как мелкодисперсный осадок получаемых соединений не может быть отфильтрован с помощью колбы Бунзена и воронки Бюхнера. Полученные соединения сушатся в сушильном шкафу, а не между листами фильтровальной бумаги, так как галогениды серебра (I) при воздействии температуры не разлагаются, а плавятся и кипят только при очень высоких температурах, которые не достижимы в сушильном шкафу.
7) Исследование свойств полученных веществ:
2AgCl = 2Ag + Cl2 ^
2AgBr = 2Ag + Br2
2AgI = 2Ag + I2v
AgCl (Br, I) + 2NH3 H2O = [Ag(NH3)2]Cl (Br, I) + 2H2O
AgCl (Br, I) + 2Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + NaCl (Br, I)
При проведении данных реакций наблюдались такие свойства галогенидов серебра (I), как разложение при воздействии света и растворение в концентрированных растворах аммиака и тиосульфата натрия с образованием растворимых комплексных соединений.
8) Применение:
а) Фотография (AgBr наиболее чувствителен к свету); б) Изготовление оптических детекторов; в) Катализаторы, люминофоры, твердые электролиты в химической индустрии; г) Входят в состав антимикробных средств с содержанием серебра; д) AgI применяется для образования очагов конденсации в облаках, то есть для искусственного вызова осадков.
Вывод по шестой главе
Благодаря данному синтезу, были получены галогениды серебра (I), свойства и характеристики которых были впоследствии изучены не только в теории, но и на практике.
Заключение
Целью данной работы было исследование и синтез галогенидов серебра (I). Изучив множество научной литературы, периодических изданий, а также воспользовавшись интернет-ресурсами, можно сделать вывод о том, что информации о рассматриваемых соединениях не так уж и много. Изучены основные свойства галогенидов, также описаны и механизмы протекания тех или иных реакций, однако же, множеству свойств как химических, так и физических, еще стоит найти объяснение.
Несмотря на неполноту изученности галидов серебра, люди издавна находят им широкое применение. Начиная с XIX века, галогениды серебра (I) используются для изготовления светочувствительных поверхностей, которые впоследствии нашли применение в фотографии. До сих пор данные соединения являются лучшими веществами, используемыми для этих целей.
Множество уникальных физических и химических свойств, особое строение данных веществ, переход одной модификации в другую делают эти соединения неотъемлемой частью человеческой жизни, затрагивая все сферы индустрии и промышленности.
Список использованных источников
1. Гринвуд, Н. Химия элементов: в 2 т. Т.2. 3-е изд./ Н. Гринвуд, А. Эрншо.- М.: БИНОМ, 2015. - 670 с.
2. Лидин, Р.А. Химические свойства неорганических веществ/ Р.А. Лидин, В.А. Молочко, Л.Л. Андреева. - М.: Химия, 2000. - 480 с.
3. Химия элементов: учебник для вузов/ Э.Т. Оганесян, В.А. Попков, Л.И. Щербакова, А.К. Брель. - М.: Издательство Юрайт, 2018. - 251 с.
4. Некрасов, Б.В. Основы общей химии Т.2/ Б.В. Некрасов. - М.: Химия, 1973. - 688 с.
5. Деннис, А. Изменение погоды засевом облаков/ А. Деннис / Пер. с англ. А.В. Лысака и Е.Д. Стукина. - М.: Мир, 1983. - 272 с.
6. Белецкий, В.С. Малая горная энциклопедия в 3 т. Т.2./ Под редакцией В.С Белецкого. - Донецк: Донбасс, 2004. - 652 с.
7. Пятницкий, И.В. Аналитическая химия серебра/ И.В. Пятницкий, В.В. Сухан. - М.: Наука, 1975. - 264 с.
8. Карапетьянц, М.Х. Общая и неорганическая химия. Учебное пособие для вузов/ Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. - М.: Химия, 1981. - 636 с.
9. Третьяков, Ю.Д. Неорганическая химия. В 3-х т. Т.2. / Под редакций Третьякова Ю.Д. - М.: Академия, 2004.- 368 с.
10. Ахметов, Н.С. Общая и неорганическая химия/ Н.С. Ахметов. - М.: Высш. шк., 1998. - 744 с.
11. Брауэр, Г. Руководство по неорганическому синтезу в 6 т. Т.4./ Под редакцией Г. Брауэра. - М.: Мир, 1985. - 187 с.
12. Рипар, Р. Неорганическая химия / Р. Рипар, И. Четяну. - М.: Мир, 1971. - 561 с.
13. Коттон, Ф. Основы неорганической химии, / Ф. Коттон, Дж. Уилкинсон.- М.: Мир, 1969. - 680 с.
14. Шрайвер, Д. Неорганическая химия. В 2 т. Т.2. / Д. Шрайвер, П. Эткинс / Пер. с англ. А.И. Жирова, Д.О. Чаркина, М.Г. Розовой, С.Я. Истомина, М. Е. Тамм.- М.: Мир, 2004. - 486 с.
15. Кнунянц, И.Л. Химическая энциклопедия / И.Л. Кнунянц. - М.: Советская энциклопедия, 1988. - 623 с.
Размещено на allbest.ru
...Подобные документы
Понятие серебра как химического элемента, его физические и химические свойства. Методы добычи и получение данного металла. Использование серебра в искусстве. Серебро - постоянная составная часть растений и животных. Экономическое значение серебра.
реферат [24,3 K], добавлен 07.10.2010Выделение серебра из отработанных фотографических растворов путем электролиза. Метод, сорбирующий ионы серебра из растворов. Химические методы регенерации серебра. Осаждение труднорастворимой соли сульфида серебра. Восстановление серебра металлами.
контрольная работа [102,5 K], добавлен 11.10.2010Исторические сведения о серебре и его соединениях, физические и химические свойства, нахождение и добыча в природе, основные лабораторные и промышленные методы их получения. Качественные и количественные методы определения серебра и его соединений.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 15.01.2014История и происхождение названия меди, ее нахождение в природе. Физические и химические свойства элемента, его основные соединения. Применение в промышленности, биологические свойства. Нахождение серебра в природе и его свойства. Сведения о золоте.
курсовая работа [45,1 K], добавлен 08.06.2011Экспериментальное исследование медленного разложения, инициированного действием слабого постоянного магнитного поля, в кристаллах азида серебра, выращенных в однородном и неоднородном магнитных полях. Свойства азида серебра, их кристаллическая структура.
отчет по практике [1,6 M], добавлен 26.05.2015Физические свойства, происхождение и нахождение серы в природе. Использование в аналитической химии сульфатов бария и кальция. Получение и применение сульфида серебра, сульфата хрома, медного купороса и сероуглерода в сельском хозяйстве и промышленности.
презентация [601,7 K], добавлен 17.11.2012Номенклатура, изомерия, классификация и физические свойства диеновых углеводородов и органических галогенидов. Способы получения и химические свойства. Сущность диенового синтеза. Натуральные и синтетические каучуки, их применение в строительстве.
контрольная работа [85,0 K], добавлен 27.02.2009История открытия меди и серебра. Применение меди в промышленности: электротехнике, машиностроении, строительстве, химическом аппаратуростроении, денежном обращении и ювелирном деле. Основные химические свойства и физическая характеристика металлов.
презентация [1,1 M], добавлен 25.03.2013История открытия стронция. Нахождение в природе. Получение стронция алюминотермическим методом и его хранение. Физические свойства. Механические свойства. Атомные характеристики. Химические свойства. Технологические свойства. Области применения.
реферат [19,2 K], добавлен 30.09.2008Методы отбора проб, область действия стандарта. Общие требования к подготовке реактивов и посуды к колориметрическим методам определения цинка, свинца и серебра. Суть плюмбонового метода определения свинца, дитизоновый метод определения цинка и серебра.
методичка [29,9 K], добавлен 12.10.2009Сенсибилизация черно-белых фотопленок. Изображения на несенсибилизированной пленке. Химическая и оптическая сенсибилизация. Спектральная чувствительность различных фотоматериалов. Фотографические эмульсии, изготовленные на основе серебра галогенидов.
курсовая работа [730,3 K], добавлен 28.01.2014Использование флуоресцеина как органического реагента при спектрофотометрическом определении галогенид-ионов в сочетании с электрохимическим окислением. Определение бромида и иодида в модельных растворах, зависимость их выхода от потенциала и времени.
дипломная работа [198,0 K], добавлен 25.06.2011Устойчивые дисперсии металлических наночастиц. Получение наноразмерных частиц серебра в изопропаноле с использованием в качестве стабилизатора разветвлённого полиэфира Лапрол-5003. Фотостимулированная агрегация, коагуляция золя под действием электролитов.
дипломная работа [659,0 K], добавлен 24.09.2012Положение металлов в периодической системе Д.И. Менделеева. Строение атомов металлов, кристаллических решеток. Металлы в природе, общие способы их получения. Физические свойства металлов. Общие химические свойства. Электрохимический ряд напряжения.
презентация [2,3 M], добавлен 09.02.2012Характеристика альдегидов и кетонов, физические и химические свойства, получение в лабораторных условиях. Изомерия альдегидов. Реакция окисления аммиачным раствором оксида серебра - "серебряное зеркало" - качественная реакция на альдегиды, ее проведение.
презентация [1,6 M], добавлен 14.06.2011Химические свойства альдегидов. Систематические названия кетонов несложного строения. Окисление альдегидов оксидом серебра в аммиачном растворе. Применение альдегидов в медицине. Химические свойства и получение синтетической пищевой уксусной кислоты.
реферат [179,9 K], добавлен 20.12.2012Особенности получения наночастиц серебра методом химического восстановления в растворах. Принцип радиационно-химического восстановления ионов металлов в водных растворах. Образование золей металла. Изучение влияния рН на величину плазмонного пика.
курсовая работа [270,7 K], добавлен 11.12.2008Распространенность золота в природе: минерал (твердый раствор серебра в золоте), природный амальгам и химические соединения – солениды и теллуриды. Классификация месторождений золота: коренные и рассыпные. Химические и физико-механические свойства золота.
реферат [30,7 K], добавлен 21.04.2009Изучение свойств благородных металлов и их сплавов: электропроводности, температуры плавления, стойкости к коррозии, сопротивляемости агрессивной среде. Характеристика области применения золота, серебра, платины, палладия, родия, иридия, рутения и осмия.
реферат [29,5 K], добавлен 10.11.2011Положение металлов в периодической системе Д.И. Менделеева. Строение атомов металлов и их кристаллических решеток. Физические свойства металлов и общие химические свойства. Электрохимический ряд напряжения и коррозия металлов. Реакции с другими веществами
презентация [1,8 M], добавлен 29.04.2011
