银元素是一种化学元素,其化学符号为Ag,原子序数为47。
它是一种贵金属,因为它的产量较少,同时它在电气、光学和医学等领域中具有广泛的应用。
纯白银颜色白,金属光泽,质软,掺有杂质后变硬,颜色呈灰、红色。
纯白银比重为10.5,熔点961.78℃,导电性能佳,溶于硝酸、浓硫酸中。
银的物理和化学性质与周期表第11族中的两个同族元素铜、金相似。
其47个电子排列在配置[Kr]4d105s1中,类似于铜([Ar]3d104s 1)和金([Xe]4f145d106s1);第11族是d区块中为数不多,但具有完全一致电子组态的族。
这种独特的电子结构在填满的d副壳层上具有最高占据s副壳银是一种极其柔软、富强韧性和延展性的过渡金属,虽然它比金的稍差。
银以面心立方晶格结晶,体积配位数为12,其中只有单个5s电子轨域,类似于铜和金。
与具有未填满d壳层的金属不同,银中的金属键缺乏共价特征并且相对较弱。
该观察结果解释了单晶银的低硬度和高延展性。
5s层的单个电子,是造成金属银的许多奇异性质的原因。
银具有明亮的白色金属光泽,可以进行高度抛光,其特点是金属本身的名称成为颜色名。
与铜和金不同,从填满的d轨域带激发电子到银的s和p导带所需的能量足够大(约385 kJ / mol),它不再对应于可见区域的吸收,而是在紫外线区;因此银是白色的金属。
在长于450 nm的所有波长下,受保护的银具有比铝更大的光学反射率。
在波长短于450 nm时,银的反射率低于铝的反射率,并在310 nm附近下降到零。
第11族中的元素普遍的具有极高的导电性和导热性,因为它们的单个电子是自由且不与填满的d副壳层相互作用,因为这种相互作用(在先前的过渡金属中发生)降低了电子迁移。
[11]银的导电性是所有金属中最大的,甚至比铜还要大,但由于成本较高,因此不能广泛用于该性能。
射频工程是一个例外,特别是在VHF和更高的频率,其中镀银改善了导电性,因为这些电流倾向在导体表面而不是通过内部流动。
在美国的第二次世界大战期间,13540吨银用于电磁铁富集铀,主要是因为铜的战时短缺。
纯银具有最高的任何金属导热系数,尽管碳(金刚石同素异形体)和超流体氦-4的导电率更高。
银较任何金属具有最低的接触电阻。
银容易与铜、金以及锌形成合金。
具有低锌浓度的锌-银合金可以被认为是银中锌的面心立方固体溶液,因为银的结构不变,而随着添加更多的锌,电子浓度升高。
增加电子浓度进一步形成体心立方(电子浓度1.5),复杂立方(1.615)和六方密堆积相(1.75)。
物理性质:银是11族元素,延展性好(仅次于金),有明亮的银白色金属光泽,抛光度高。
在受保护的环境中,银对波长450纳米以上的光波反射率比铝高,对波长450纳米以下的光波反射率不如铝,对波长310纳米的光波反射率降为零。
[10]银的导电性在所有金属中最高,比铜还高,但在电气中由于价格高昂,应用并不广。
但射频工程(英语:radio-frequency engineering)是个例外,特别是在甚高频以上的频段,镀银能够显著增加元件和导线整体的导电性,因为高频电流会集中在导体的表面而非内部。
二战中美国生产浓缩铀的电磁铁用了13,450吨银,这是因为战时缺铜。
纯银在金属中导热性最高,但低于非金属中的碳(金刚石)和超流体氦-4(英语:superfluid helium-4)。
化学性质:银是古代发现的金属之一。
银在自然界中虽然也有单质存在,但绝大部分是以化合态的形式存在。
银具有很高的延展性,因此可以碾压成只有0.00003厘米厚的透明箔,1克重的银粒就可以拉成约两公里长的细丝。
银的导热性和导电性在金属中名列前茅。
银的特征氧化数为+1,其化学性质比铜差,常温下,甚至加热时也不与水和空气中的氧作用,但久置空气中能变黑,失去银白色的光泽,这是因为银和空气中的硫化氢(H2S)化合成黑色硫化银(Ag2S)的缘故。
其化学反应方程式为:4Ag + 2H2S + O2 = 2Ag2S + 2H2O银不能与稀盐酸或稀硫酸反应放出氢气,但银能溶解在硝酸或热的浓硫酸中:2Ag + 2H2SO4(浓) —Δ→ Ag2SO4 + SO2↑ + 2H2O银在常温下与卤素反应很慢,在加热的条件下即可生成卤化物:2Ag + F2 —473 K→ 2AgF暗棕色2Ag + Cl2 —Δ→ 2AgCl白色2Ag + Br2 —Δ→ 2AgBr黄色2Ag + I2 —Δ→ 2AgI橙色银对硫有很强的亲合势,加热时可以与硫直接化合成Ag2S:2Ag + S =Δ= Ag2S类似地,银和硒、碲的反应为:2 Ag + Se → Ag2Se2 Ag + Te → Ag2Te同位素:自然界存在的银有两种稳定同位素:107Ag和109Ag,其中前者的丰度略高(51.839%)。
银的两种同位素的丰度几乎相同,这在元素周期表中十分罕见(溴是另一个例子)。
银的原子量是107.8682 (2) 克/摩尔。
已确定银的二十八个放射性同位素的特性,其中最稳定的依次是105Ag(半衰期41.29天),111Ag(半衰期7.45天),112Ag(半衰期3.13小时)。
银有很多亚稳态核素,其中最稳定的依次是108mAg(半衰期418年),110mAg(半衰期为249.79天),106mAg(半衰期8.28天)。
其余的放射性同位素的半衰期皆短于一小时,大部分短于三分钟。
银的同位素原子量从92.950(94Ag)到129.950(130Ag)不等。
[19][20]丰度最高的稳定同位素(107Ag)之前的同位素的衰变类型主要是电子捕获,生成钯(46号元素)的同位素,而107Ag之后的同位素的衰变类型则主要是β衰变,生成镉(48号元素)的同位素。
107Pd β衰变成107Ag的半衰期为650万年。
铁陨石是仅有的“钯-银比”高到可以测量107Ag富度变化的物体。
由放射性产生的107Ag首次发现于1978年美国圣塔克拉拉的陨石。
发现者提出,一些小型铁核的行星与其异体,可能是在一千多万年前的核合成事件中产生的。
从这熔化过的星球本体中,观察到的107Pd–107Ag比值,反映出早期太阳系的吸积中应存在着不稳定的核种。
银是一种相当不活泼的金属。
因为它填满的4d外壳不能很好地屏蔽从核到最外面的5s电子的静电引力,因此银靠近电位序的底部(E0(Ag+/Ag)= +0.799 V)。
在第11族中,银具有最低的第一游离能(显示5s轨道的不稳定性),但具有比铜和金更高的第二和第三电离能(显示4d轨域的稳定性),因此化学银的主要是+1氧化态,反映了随着d轨域填满和稳定,沿过渡系列的氧化态范围越来越有限。
与铜相比,Cu2+与Cu+相比具有更大的水合能 ,这是前者在水溶液和固体中更稳定的原因,尽管后者缺乏稳定的填充d副壳层,银这种效应被其较大的第二游离能量所掩盖。
因此,Ag+是水溶液和固体中的稳定物质,Ag2+在氧化水时稳定性较差。
由于银的尺寸小以及较高的第一游离能(730.8 kJ/mol),大多数银化合物具有显著的共价性。
此外,银的鲍林电负性为1.93,高于铅(1.87),其电子亲和力为125.6 kJ/mol远远高于氢(72.8 kJ/mol),并且比氧的 电子亲和力低一些。
(141.0 kJ/mol)。
由于其完整的d副壳层,其主要+1氧化态的银表现出相对较少的过渡金属的性质,从4到10族,形成相当不稳定的有机金属化合物,形成线性复合物,显示非常低的配位数,如2,形成两性氧化物以及秦特相,如后过渡金属。
与前述过渡金属不同,即使在不存在π-受体配基的情况下,银的+1氧化态也是稳定的。
即使在炙热下,银也不会和空气发生反应,因此和金被炼金术士视为贵金属。
其反应性介于铜(在空气中加热到红热时形成氧化铜(I))和金之间。
与铜一样,银与硫及银的化合物发生反应,在它们存在的情况下,银在空气中失去光泽而形成黑色硫化银(铜形成绿色硫酸盐 ,而金则不反应)。
与铜不同,银金属不会与卤元素反应,除了与氟气形成二氟化物。
虽然银不受非氧化性酸的侵蚀,但金属很容易溶于热的浓硫酸,以及稀硝酸或浓硝酸。
在空气存在下,特别是在过氧化氢存在下,银容易溶解在氰化物的水溶液中。
历史上银器的三种主要变质方式是失去光泽、长期浸入盐水中而形成氯化银 ,以及与硝酸根离子或氧气反应。
一般情况下,氯化银为淡黄色,暴露在光线下则变成紫色,它从工件或硬币的表面稍微突出。
古银中铜的沉淀可用于制造人工制品,因为铜常是银合金的组成部分。
[银金属受强氧化剂如高锰酸钾(KMnO4)和重铬酸钾(K2Cr2O7)的腐蚀,并且在溴化钾(KBr)存在下。
这些化合物用于照相漂白银图像,将其转换为溴化银,可以用硫代硫酸盐固定或重新开发以增强原始图像。
银形成氰化物配位化合物(氰化银),其在过量氰化物离子存在下可溶于水。
氰化银溶液用于银的电镀。
银的常见氧化态 (按共性顺序):+1(最稳定的状态;例如,硝酸银,AgNO3);+2(高度氧化;例如,二氟化银,AgF2);甚至是很少见的+3(极端氧化;例如,四氟合银(III)酸钾,KAgF4)。
+1状态是迄今最常见的状态,其次是易于还原的+2状态。
+3状态需要非常强的氧化剂,例如氟或过二硫酸盐 ,而且有一些银(III)化合物与大气水分和反应并腐蚀玻璃。
实际上,氟化银(III)通常经过银或一氟化银与最强的已知氧化剂二氟化氪反应而获得。
特点:性质稳定,活跃性低氧气相对其他气体能更容易溶解于银。
导热,导电率 在常温常压下是所有金属(不包含合金)中最高不易受化学药品腐蚀(但仍然能被硫、硒、硫化物、硝酸、氢碘酸[