Научно-исследовательский проект. "Этот мир очарований, этот мир из серебра..."

ЧУОО Школа «Выбор»

 

 

 

 

Исследовательская работа

 

 

 

Тема: «Этот мир очарований, этот мир из серебра…» 

 

 

 

 

 

 

Авторы  работы:

Киреев Вадим, 10 класс

Яхимович Павел, 10 класс

 

 Руководитель:

 Куксова И.В.,

учитель химии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Москва

2016 г.

Актуальность: в наше время, в век развития технологий, активно используются драгоценные металлы. Такие как золото, серебро и другие. Компьютеры, телевидение, мобильные телефоны, автомобили, холодильники — почти все электрические приборы содержат в большей или меньшей степени серебро. Серебро также применяется в медицине, химии, в производстве ювелирных изделий и так далее. Много серебра используется в военной промышленности: в ракетах, торпедах, на подводных лодках.

Интерес данной работы заключается в том, что тема проекта носит познавательное, воспитательное и образовательное значение в области химии и повседневной жизни.

Гипотеза: серебро можно получить в школьной лаборатории.

Объектом исследования является серебро.

Предметом настоящего исследования явились изучение некоторых свойств серебра и его получение в школьной лаборатории.

Цель исследования: выявить роль серебра в жизни человека и окружающего мира, изучить свойства серебра, получить серебро в школьной лаборатории и вырастить дендриты серебра.

 

В соответствии с поставленной целью исследования в работе реализуются следующие задачи:

1.     Изучить физические свойства серебра.

2.     Провести литературный обзор по теоретическим вопросам темы исследования.

3.     Адаптировать методы получение серебра к школьной лаборатории.

4.     Провести эксперимент и сделать выводы.

5.     Научиться отличать серебро от других металлов (проверять подлинность серебряных изделий) в домашних условиях.

В соответствии с целью, задачами и спецификой материала исследования в работе использовались следующие методы:

·        общенаучные (классификация, описание, исследование);

·        аналитический (работа с литературой и информационными источниками);

·        эмпирические (наблюдение, фотографирование).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………...4

Глава I: Теоретическая часть

1.1             Краткая характеристика серебра…………………...…………..................5

1.2             Физические свойства серебра и его применение...………………………6

1.3             История серебра и его уникальность………………………...…………...7

1.4             Серебро в живых организмах…………………………..............................8

1.5             Дендриты…………………………………………………...…...................10

1.6             Выводы по первой главе………………………………………………….11

Глава II: Практическая часть

2.1  Получение серебряных дендритов…………………………...…………….12

2.2  Получение серебра из виноградного сока……...………………………….13

2.3 Способы очистки серебра в домашних условиях………………………….14

2.4 Проверка подлинности серебряных изделий в домашних условиях……..15

Итоговые выводы………………………………………………………………16

Приложение……………………………………………………………………..17

§  Фото эксперимента

§  Результаты эксперимента

Список использованной литературы…………………………………………...20

 

 

 

 

Введение

Серебро - один из самых удивительных металлов. Он имеет массу вариантов использования в повседневной жизни - от ювелирных изделий, до оздоравливающих приборов. Свойства серебра изучены достаточно серьезно, и поэтому оно сегодня так популярно в различных сферах нашей жизни. Серебро имеет большой потенциал для применения в будущих технологиях: производство солнечных батарей, нано-технологии, а также в новых батареях из цинка и серебра, которые должны заменить литий-ионовые батареи. Новые батареи на серебре будут работать в два раза дольше, не будет опасности взрыва, нет токсичности. В будущем на основе этих батарей появятся ноутбуки.

Новой сферой применения серебра является текстильная промышленность. 1200 тонн серебра ежегодно используются в производстве одежды из полистирола с микроскопическими вставками из серебра. Особенно пристального внимания заслуживает выявленная группа серебряно-зависимых людей, которые формируют контингент хронических больных из-за недополучения ионов серебра, а поскольку их количество достигает 40% населения, актуальность этой проблемы становиться особенно важной и приобретает социальное значение. Поэтому в нашей работе, нам хотелось бы рассмотреть возможность получения серебра менее затратными способами.

 

 

 

 

 

Глава I

1.1.        Краткая характеристика серебра

Серебро – химический элемент с атомным номером 47 в периодической системе Д.И. Менделеева. Химическая формула серебра Ag.

Ломоносов писал о серебре, что этот металл, если он свободен от примесей, кажется белым, как мел. И это действительно так.

Серебро было известно ещё в IV тысячелетии до нашей эры. Этот драгоценный металл, как и золото, в природе встречается в виде самородков. Поэтому человечество познакомилось с ним без помощи учёных. В древнем Египте серебро называли «белым золотом». Добывать его было труднее, чем золото. Поэтому в те времена оно и стоило дороже золота.

Считается, что свое латинское название «argentum» серебро получило от греческого «argos» – белый, сверкающий, блистающий.

В природе серебро встречается как в виде самородков, так и в виде редких минералов, которые входят в полиметаллические руды – сульфиды меди, свинца, цинка. Серебряные самородки имеют достаточно большой вес. Известно, что самый крупный самородок весил 13,5 т. В серебряных самородках часто содержатся примеси золота и ртути, реже – платины, меди, висмута, сурьмы.

Рисунок 1. Самый крупный самородок серебра

Рисунок 2. Самородное серебро

Астрологи называют серебро металлом Луны, а также связывают его со стихией воды. В первую очередь этот металл подходит людям, родившимся под знаком рака и рыб. 

1.2.        Физические свойства серебра и его применение

Чистое серебро — довольно тяжёлый (легче свинца, но тяжелее меди, плотность — 10,5 г/см³), необычайно пластичный серебристо-белый металл (коэффициент отражения света близок к 100 %). Из него можно сделать лист толщиной всего в 0,00025 мм. А из крупицы весом в 1 г получается тончайшая проволока длиной в 2 км.

Тонкая серебряная фольга в проходящем свете имеет фиолетовый цвет. C течением времени металл тускнеет, реагируя с содержащимися в воздухе следами сероводорода и образуя налёт сульфида, чья тонкая плёнка придаёт тогда металлу характерную розоватую окраску. Обладает самой высокой теплопроводностью среди металлов. При комнатной температуре имеет самую высокую электропроводность среди всех известных металлов. Относительно тугоплавкий металл, температура плавления 962 °C. Кроме того, оно способно выдержать колоссальную нагрузку. Из него изготавливают различные контакты в устройствах, используемых на космических ракетах, ядерных установках, подводных лодках, вычислительной технике и др.

Прекрасная отражательная способность серебра позволяет использовать его в производстве зеркал, телескопов, микроскопов, различных оптических приборов.

Широко применяется серебро в ювелирном деле. Кольца, броши, столовые сервизы до сих пор украшают быт человека. Из серебра чеканят монеты.

1.3.        История серебра и его уникальность

Серебро — это драгоценный металл с замечательными свойствами. Оно было известно человеку с древности и использовалось им уже тысячелетия назад. В истории нет достоверных фактов, свидетельствовавших о том, кто первым открыл серебро?

 Латинское название серебра «аргентум» как древнегреческое «аргитос» означает «белое». История серебра тесно связана с алхимией.

На русском «серебро», на немецком «зильбер», английском «сильвер» - эти слова восходят к древнеиндийскому слову «сарпа», которым обозначали Луну и серп – древнейшее орудие земледельца. На Руси к серебру всегда было особое отношение.

За 2500 лет до нашей эры в Древнем Египте носили украшения и чеканили монеты из серебра, считая, что оно дороже золота. История серебра тесно связана с алхимией, поскольку уже в те времена был разработан метод купелирования серебра. В X в. было показано, что между серебром и медью существует аналогия, и медь рассматривалась как серебро, окрашенное в красный цвет. В 1250 г. Винсент Бове высказал предположение, что серебро образуется из ртути при действии серы. В XVI в. Парацельс получил хлорид серебра из элементов, а Бойль определил его состав. Шееле изучал действие света на хлорид серебра, а открытие фотографии привлекло внимание к другим галогенидам серебра. В 1663 г. Глазер предложил нитрат серебра в качестве прижигающего средства.
О происхождении русского слова "серебро" ученые и доныне не пришли к единому мнению. Большинство из них считают, что это видоизмененное "сарпу", которое в языке древних ассирийцев означало как серп, так и полумесяц (в Ассирии серебро считалось "металлом Луны").

За способность не смешиваться с другими металлами, серебро было названо благородным металлом. Но серебро обладает и другими свойствами, которые не имеет больше ни один металл. В чём же уникальность серебра?

Бактерицидные характеристики серебра были замечены и использовались людьми с глубочайшей древности. В 327 году до н.э. греческая армия под предводительством Александра Македонского вторглась в Индию. Казалось, ничто не могло остановить полководца, впереди не было никаких преград. Но вдруг началась эпидемия желудочно-кишечных заболеваний. Солдаты взбунтовались. Греки вынуждены были вернуться домой. Но заболевшие были в основном среди обычных солдат. Только через две тысячи лет учёные поняли, почему почти не болели военачальники. Солдаты пили из обычных оловянных кружек, а военачальники – из серебряной посуды. То есть серебро убивало болезнетворные бактерии. Позже было установлено, что всего лишь несколько миллиардных долей грамма серебра способны уничтожить бактерии в 1 л воды. Серебро очень действенный яд для микробов, существенно превосходя тут такие средства, как сулему, карболовую кислоту и хлор. При этом отсутствует такое понятие как передозировка, серебро полностью безобидно для внутренних органов человека, не оказывая никакого влияния ни на почки, ни на печень.

1.4.        Серебро в живых организмах

Серебро - постоянная составная часть растений и животных. Его содержание составляет в среднем в морских растениях 0,025 мг на 100 г сухого вещества, в наземных - 0,006 мг, в морских животных - 0,3-1,1 мг, в наземных - следовые количества (10-2-10-4 мг). Содержание серебра повышено в клетках мозга (0,008% в золе). С пищевым рационом человек получает в среднем около 0,1 мг Ag в сутки. Относительно много его содержит яичный желток (0,2 мг в 100 г), клюква, мясо. Выводится серебро из организма главным образом через кишечник.

Чтобы пополнить свой организм необходимым количеством серебра, достаточно держать воду в серебряной посуде или класть в нее серебряные предметы, например, серебряную ложку или монету.

Из поступающего в организм вместе с пищей серебра усваивается только около 5%, но последствия дефицита серебра в организме изучены плохо. Предположительно, концентрация серебра зависит от состояния иммунной системы. Поэтому возможными симптомами нехватки серебра могут быть слабость, частые инфекционные болезни, плохое самочувствие.

Какова бы ни была польза серебра, но он является тяжелым металлом, поэтому в больших концентрациях токсичен. ПДК содержания серебра в питьевой воде составляет 0,05 мг/л. Согласно действующим в России санитарным нормам серебро является высокоопасным веществом II класса опасности. Летальной дозой считается 10 г нитрата серебра (6,35 г чистого серебра).

Накопление серебра в организме человека в избыточных количествах может вызывать специфическое заболевание, называемое «аргироз». Проявляется оно в изменении цвета радужной оболочки глаз и глазного дна, а также в пигментации слизистых и кожи, которая может приобретать от серовато-голубоватого до аспидно-серого оттенка, при этом какого-либо улучшения самочувствия человек не ощущает. Проявлению признаков заболевания способствует недостаток в организме витамина Е и селена, а также воздействие солнечных лучей. В последнем случае кожа, насыщенная ионами серебра "засвечивается" как фотография. Пигментация кожи и слизистых развивается, как правило, очень медленно и значительно проявляется через 10 и более лет после начала постоянного воздействия серебра. 

Рисунок 3. Проявление признаков аргироза

1.5.        Дендриты

В природе существуют процессы, при которых возникают упорядоченные структуры. К ним относятся, например, образование кристаллов. Некоторые кристаллы в природе растут в виде дендритов. Дендриты – это сложные кристаллические вещества, напоминающие по своему виду ветки дерева. Дендриты (от греческого Δένδρον - дерево) - сложные кристаллические образования, древовидной ветвящейся структуры. Термин этот давнего происхождения, Вернер упоминал «дендритные формы» минералов ещё в 1774 г. Дендрит представляет собой ветвящееся и расходящееся в стороны образование, возникающее при ускоренной или стеснённой кристаллизации в неравновесных условиях, когда кристалл расщепляется по определённым законам. В результате он утрачивает свою первоначальную целостность, появляются кристаллографические блоки. Они ветвятся и разрастаются в разные стороны подобно дереву, тянущемуся к солнечному свету, кристаллографическая закономерность изначального кристалла в процессе его дендритного развития утрачивается по мере его роста. Дендриты могут быть трёхмерными объёмными (в открытых пустотах) или плоскими двумерными (если растут в тонких трещинах горных пород). Процесс образования дендрита принято называть дендритным ростом.

Рисунок 4. Дендрит самородного серебра

1.6.        Выводы по первой главе

Перед началом своего исследования мы поставили перед собой цель выяснить роль серебра в жизни человека и окружающего мира.

За время проведения данного исследования мы узнали:

·        множество интересных фактов об истории открытии серебра, о его применении на разных этапах человеческой истории;

·        мы расширили свои знания о физических свойствах серебра,

·        узнали о значении серебра в жизни человека, о его бактерицидных свойствах, о содержании серебра в живых организмах;

·        также мы познакомились с отрицательным влиянием больших количеств серебра на организм человека;

·        изучили теоретический материал о сложных кристаллических образованиях древовидной ветвящейся структуры – дендритах.

 

 

Глава II

2.1.        Получение серебряных дендритов

На рисунке 4 (см. выше) представлен образец дендрит самородного серебра. Этот образец поразил нас красотой, и мы решили вырастить такие же кристаллы серебра.

Было выбрано вещество для получения серебра: раствор нитрата серебра, металл (медь) и вода. Исследовали условия для получения дендритов. Для того чтобы, получить серебро в виде кристаллов, необходимы центры кристаллизации, поэтому мы взяли медь как тонкую проволоку. В процессе реакции нитрата серебра и меди происходит реакция замещения металлов. Необходимо было обеспечить агрегацию - процесс слипания частиц серебра друг к другу. Для этого мы решили уменьшить процесс диффузии частиц, взяв раствор нитрата серебра низкой концентрации.

Техника безопасности: так как нитрат серебра оставляет на коже тёмные пятна, с ним необходимо работать в перчатках.

Выполнение эксперимента. Приготовили в чистом лабораторном стакане 1% раствор нитрата серебра (на 100 г воды, которую отмерили мензуркой- 100 мл, взяли 1 г чистого нитрата серебра, взвешенного на весах). Налили часть раствора в пробирку и опустили медную проволоку. Наблюдали и фотографировали получаемый процесс. Сначала проволока потемнела, затем на ней стали осаждаться частицы чистого серебра, частицы как иголочки прилипали друг к другу, они были очень хрупкие, осаждались в виде дендрита. Опыт продолжался более часа. Результат: дендрит получился.

 AgNO₃ + Cu = Cu(NO₃)₂ + Ag

Результаты эксперимента. В результате нашего эксперимента мы получили кристаллы металлов: серебра и меди. Очень хорошо заметны кристаллы серебра, хотя их мало на медной проволоке, т.е. серебро, отделилось из раствора и выделилось в виде кристаллов.

2.2.        Получение серебра из виноградного сока

Выполнение эксперимента. Мы взяли примерно грамм нитрата серебра и разбавили в небольшом количестве горячей воды. Далее к полученному раствору добавили гидроксид натрия. В ходе этой реакции образуется оксид серебра, который выпадает в осадок.

2AgNO₃ + 2NH₄ OH (NH₃ + H₂O) = Ag₂O  + 2NH₄NO₃ + H₂O

Далее к осадку оксида серебра прилили 10%-ый аммиачный раствор. Приливали аммиачный раствор до тех пор, пока осадок не растворится. В ходе этой реакции образовался аммиакат серебра.

Ag₂O + 4NH₄ OH = 2[Ag(NH₃)₂]OH

Далее мы добавили к полученному раствору виноградный сок. Т.к. виноградный сок содержит глюкозу, мы предположили, что должна пойти реакция «серебряного зеркала». Нагрели полученную смесь. Во время этой реакции выделяется очень большое количество аммиака, поэтому эту реакцию мы проводили под вытяжным шкафом. Спустя некоторое время на стенках стаканчика постепенно начинал оседать тонкий слой серебра. Реакция завершилась спустя примерно 15 минут после начала нагревания.

2[Ag(NH₃)₂]OH + 3H₂O + C₆H₁₂O₆ = 2Ag   + 4NH₄ OH (NH₃ + H₂O) + C₆H₁₂O₇ (глюконовая кислота)

Результаты экспериментов. В результате нашего эксперимента мы получили на стенках химического стакана серебро из виноградного сока, но извлечь серебро оттуда нельзя, т.к. образовался очень тонкий слой серебра.

 

 

2.3.        Способы очистки серебра в домашних условиях

Мы ставили перед собой еще одну задачу: выяснить причину потемнения серебряных изделий и познакомиться с различными способами очистки серебра в домашних условиях.

Часто возникает вопрос, почему у некоторых людей серебро темнеет очень быстр, а у других годами остается в отличном состоянии. Ответ достаточно прост, у людей с повешенным содержанием серы в поту- серебро темнеет быстрее, а у людей с повышенным содержанием азота в поту может не темнеть вовсе. 

Откуда берется этот черный налет? Это оксид серебра (I) (Ag₂O). Серебро имеет довольно уязвимую структуру. Этим объясняется его высокая теплопроводность. Серебро вступает в реакцию с многими веществами, отдавая им свои атомы. “Защищаясь”, этот металл покрывается тонкой пленкой оксидов, то есть окисляется. 

Потемневшим предметам можно вернуть блеск.

Выполнение эксперимента.

Способ №1. Для этого потемневшие серебряные украшения мы поместили в эмалированную посуду, вскипятили с раствором соды и алюминиевой фольгой. Алюминий восстанавливает серебро до металла, а раствор соды удерживает ионы серы.

В щелочной среде, образующейся при гидролизе соды, алюминий восстанавливает серебро до металла:
3Ag₂S + 2Al + 5NaOH + 3H₂O = 6Ag↓+2Na[Al(OH)₄] + 3NaHS

Вывод: такой способ очистки серебра в домашних условиях показался нам сложным и рискованным, поэтому мы решили найти еще один способ.

Способ №2. Можно очистить серебряные изделия нашатырным спиртом. Для этого мы взяли 10%-й раствор нашатырного спирта. В нем замочили серебряное украшение на 15 минут, погрузив его полностью в раствор. Потом промыли серебро под проточной водой и высушили, протерев его мягкой тканью.

В присутствии аммиака (10% - нашатырный спирт) и оксид серебра (I) дают легко растворимый в воде комплекс [Ag(NH₃)₂]⁺, а само серебро не вступит в реакцию (останется невредимым).

Ag₂O + 4NH₃ + H₂O = 2[Ag(NH₃)₂]OH
Ag + NH₃+H₂O --> реакция не идет

2.4.        Проверка подлинности серебряных изделий в домашних условиях

Мы поставили перед собой задачу научиться отличать серебро от других металлов (проверять подлинность серебряных изделий) в домашних условиях.

Существует огромное количество способов, как отличить серебро от других металлов. Сделать это можно в домашних условиях, найдя под рукой необходимые вещества и нехитрые приспособления.

·        Можно использовать ляписный карандаш. Если изделие начнет темнеть, то это явная подделка.

·        Использовать обычный школьный мел. Если у нас в руках настоящее серебряное изделие, то при трении мел должен обязательно поменять свой цвет и почернеть.

·        Проверить качество изделия можно с помощью обычной серной мази. Если после натирания мазью серебряная вещь через пару часов потемнеет, то это настоящий подлинный металл.

Мы попробовали все эти три способа. В результате эксперимента мы выяснили, что все эти методы отличия серебра от других металлов интересны и с помощью них действительно можно распознать серебро. Но на наш взгляд, самым интересным и быстрым методом является использование обычного школьного мела.

Выводы и результаты

В процессе работы над исследованием мы познакомились со свойствами серебра; научились поиску литературы, постановке экспериментов в различных условиях, изучили понятие дендриты. Провели наблюдения за процессом образования кристаллического серебра из виноградного сока. Поставили эксперимент в школьной лаборатории и наблюдали опыт по выращиванию кристаллов серебра в разбавленном растворе нитрата серебра.

Практическая часть нашего исследования также была связана с выяснением причины потемнения серебряных изделий и с выяснением способов очистки серебра в домашних условиях с небольшими материальными затратами.

Мы узнали несколько простых и доступных способов очистки серебряных изделий и провели чистку потемневших серебряных украшений в домашних условиях, а так же проверили их на подлинность с помощью школьного мела.      

Мы считаем, что достигли поставленной цели и выполнили все задачи, которые ставили в ходе проведения данного исследования.

 

 

 

 

 

Приложения

Фото и результаты эксперимента

1.    Получение серебряных дендритов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Через 10 мин

 

 

 

 

 

 

 

Через 1 час

2.    Получение серебра из виноградного сока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из темного виноградного сока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из светлого

виноградного сока

 

 

 

 

  

3.    Способы очистки серебра в домашних условиях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Стрельникова Л. «Из чего всё сделано». Рассказы о веществе – М.: Яуза- пресс, 2011- 208с.

2. Книга для чтения по неорганической химии, Часть 2, Пособие для учащихся – М.: Просвещение, 1975-458с.

3. Популярная библиотека химических элементов. Книга первая, М.: Наука, 1977-483с.

4. Нанотехнологии. Азбука для всех под ред.Третьяков Ю.Д. –М.: Физматлит,2008-279с.

5. Википедия: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B1%D1%80%D0%BE