Художественная обработка металла Драгоценные металлы. Сплавы и добыча
Драгоценными металлами называют металлы, которые относятся к так называемой благородной группе. Это золото, серебро, платина и металлы платиновой группы. Такие, как рутений, палладий, иридий, осмий, родий.
Название "драгоценные" они получили за высокую стоимость по сравнению с другими металлами, а "благородные" благодаря своей высокой химической стойкости во многих средах и красивому внешнему виду в готовых изделиях. Для изготовления многих художественных изделий и в ювелирном деле используются золото, серебро, платина, палладий, а также сплавы на основе этих металлов.
Золото
Золото – химический элемент 1 группы периодической системы элементов Менделеева. Атомный номер 79. Атомная масса 196,9665. Основная валентность 3. Плотность 19320 кг/м3. Температура плавления 1336, а кипения 3243К. Твердость по Бринеллю в отожженном состоянии 180-200 Мн/м2.
Золото представляет собой металл красивого желтого цвета, тяжелый, мягкий, очень пластичный и тягучий. При этом золото еще обладает хорошей отражательной способностью.
Из одного грамма золота можно вытянуть проволоку длиной 3,5 км или проковать в пластину толщиной 0,0001 мм, которая пропускает свет.
Предполагают, что первым металлом, на котором человек остановил свой взгляд было золото, а первыми открывателями месторождений золота считают скотоводов, которые перегоняя по руслам высохших в летнюю жару рек и ручьев стада, обратили внимание на красивые по цвету самородки и крупинки золота коренных месторождений. После того, как были найдены другие металлы и способы их обработки, золото стало предметом роскоши, приобрело власть, а затем выступило в роли денег.
На землях Сибири и Казахстана месторождения золота разрабатывались с конца 3 тысячелетия до нашей эры. Древнейшим и довольно распространенным металлом оно было во многих странах, в том числе и в Древнем Египте, где сохранились золотые рудники со времен Рамсеса-2 (1317 – 1251 годы до нашей эры).
В России о существовании золота в Нерчинском крае знали со второй половины XVI века, открыли его там в 1746 году, спустя шесть лет из нерчинского серебра стали отделять золото.
Затем красивый, тяжелый, драгоценный металл нашли на Алтае, Урале и в Карелии.
В природе золото встречается в виде самородков, песка и мельчайшей пыли.
Крупнейшие самородки весом 60 – 90 кг были найдены в Аргентине и Австралии. Самый большой самородок, найденный в России, весил 48 кг.
Самородное золото представляет собой природные сплавы с серебром, а также со следами меди, железа и некоторых других металлов. Большинство древних художественных изделий выполнены их природных сплавов – электронов.
Из россыпей золото извлекали промывкой песка. Для промывки использовали желоба, ковши, лотки. Из руд золото и другие драгоценные металлы добывали путем нагревания породы до растрескивания, затем глыбы дробили в каменных ступах, растирали между жерновами и промывали через сита.
В наши времена добыча золота механизирована. Добывают его при помощи драг и гидравлическим способом.
При гидравлическом способе добычи вода под большим давлением размывает породу и отделяет от нее золото. На драгах, которые представляют собой плавучие сооружения, имеются оснащенные цепью подвесные ковши, с помощью которых со дна водоемов вынимают породу. Породу затем промывают и в результате промывки осаждается золото.
Добывают золото и из рудных залежей. Основными способами здесь являются цианирование и амальгамация.
Способ цианирования основан на растворении золота в водных растворах цианистых щелочей в присутствии кислорода и окислителей.
Амальгамация – способ более древний. Он основан на способности золота вступать при естественных условиях в соединения с ртутью. Процесс происходит в специальных амальгационных аппаратах. При этом руду, содержащую золото, пропускают с водой по амальгамированной поверхности ртути. Частицы золота, смачиваясь ртутью, образуют полужидкую амальгаму, из которой путем отжима получают твердую часть амальгамы. Затем ртуть испаряют, а оставшееся золото сплавляют в слитки. Ни один из способов не дает возможность получить этот драгоценный металл высокой чистоты. Полученные золотые слитки отправляют на очистительные заводы.
Чистое золото в слитках отличается красивым, желтым цветом. Золотой порошок, который получают путем осаждения золота из растворов, имеет цвет от красного до темно-фиолетового.
Золотые сплавы могут приобретать различные оттенки – это, так называемое, цветное золото. Например, примеси меди сообщают золоту красноватый оттенок, а серебряная лигатура – зеленоватый.
Примеси платины высветляют золото, делают его бледным, а при больших ее дозах сплавы совершенно обесцвечиваются. Такие сплавы называют "белым золотом".
Добавки железа придают золотому сплаву сероватые и синеватые оттенки, а добавки палладия – бурые и коричневатые.
В очень тонких листах применяемых при сусальном золочении, золото просвечивает синевато-зеленым цветом.
Эти сплавы хорошо режутся, шлифуются и полируются. Температура плавления чистого золота 1063°С, температура плавления сплавов – немного ниже. При отливке чистое золото имеет большую литейную усадку, для золотых сплавов усадка меньше.
Золото хорошо проводит электрический ток и тепло, немного уступая в этом серебру. На воздухе оно не окисляется даже при нагревании. Серная, азотная и соляная кислота на золото не действуют.
Золото растворяется только в горячей "царской водке" – смеси одной части азотной кислоты с двумя частями соляной, а также в селеновой кислоте. Растворяется золото в ртути, образуя амальгаму.
Непосредственно оно соединяется только с хлором, бромом, йодом, мышьяком, и фосфором. С большинством металлов золото легко образует сплавы.
Используют золото в ювелирном деле при изготовлении дорогих, уникальных изделий, чеканке наградных медалей, а также при золочении металлических и неметаллических изделий. Кроме того, золото расходуется для приготовления припоя, для пайки золотых и платиновых художественных изделий. Основная масса золота служит для обеспечения денежной системы. В промышленности используется в точном приборостроении, электротехнике, медицине, химической промышленности.
Серебро
Серебро – химический элемент 1 группы периодической системы элементов Менделеева. Атомный номер 47. Атомная масса 107,868. Валентность 1;2. Плотность10500 кг/м3.
Серебро представляет собой белый, пластичный, тягучий и ковкий металл.
Температура плавления 960,5°С, температура кипения 1955°С.
Серебро имеет наивысшую отражательную способность из всех металлов – оно отражает почти 94 процента световых лучей и является самым теплопроводным и электропроводным металлом. Оно легко прокатывается в тончайшие листы до 0,00025 мм и вытягивается в очень тонкую проволоку.
Серебро хорошо режется и полируется. Оно тверже золота, но мягче меди.
Из-за мягкости чистое серебро употребляют в виде сплавов с медью, а в древности употребляли также и в виде природного сплава с золотом – электрума или электрона.
На воздухе серебро не окисляется, а наблюдаемое порой потемнение серебряных изделий объясняется образованием черного сернистого серебра под влиянием действия серы или сероводорода, которые всегда присутствуют в атмосфере города.
Кипящие едкие щелочи на серебро не действуют. Серебро растворяется в азотной и горячей серной кислоте.
С глубокой древности широко используют этот драгоценный металл в художественных изделиях и ювелирном деле.
Алхимики называли серебро Дианой или Луной. Оно довольно распространено в природе и встречается в самородном виде, а также в виде руды.
В России серебро добывается в основном из комплексных полиметаллических и золотосеребряных руд. Такие руды содержат до 80 процентов драгоценного металла. При добыче используются те же методы, что и при получении золота – цианирование и амальгамацию, однако в этом случает цианистые растворы должны быть более концентрированными.
В художественной промышленности серебро используется для производства ювелирных изделий, художественной посуды, столовых приборов, сувениров, подарочных изделий, выполняемых чеканкой, гравировкой, украшением чернью.
Кроме того, чистое серебро в виде тончайшей проволоки служит материалом для филигранных работ и насечки по стали. Чистое серебро является также материалом для художественных эмалевых изделий, а также оно идет на аноды при серебрении и гальванопластическом покрытии.
Серебро служит главным компонентом в серебряных твердых ювелирных припоях, которыми спаивают не только серебряные, но и медные и латунные изделия.
Используют серебро при составлении платиновых и палладиевых сплавов, что делает их более светлыми, а золотым сплавам серебро придает зеленоватый оттенок.
Платина
Платина – серовато-белый блестящий ковкий металл. Встречается в природе в самородном состоянии, но с примесью иридия, палладия, осмия, родия и рутения.
Платина является одним из наиболее редких элементов земной коры.
Температура плавления 1769,5°C, температура кипения 3910°C.
На воздухе платина не изменяется даже при самом высоком нагреве. Отдельные кислоты на платину не действуют. С трудом растворяется она в кипящей "царской водке" – смеси пяти частей соляной кислоты и трех частей азотной.
Обнаружена платина была в россыпных месторождениях золота на Урале в начале 19 века, а через некоторое время на восточном склоне уральских гор был заложен первый в России платиновый прииск.
Добывают платину промывкой песка, где найден был драгоценный металл, а также при электролизе золота. Дальнейшее разделение металлов платиновой группы и очистку производят на очистительных заводах.
Учеными России разработан новый способ очистки платины, который положил начало порошковой металлургии.
В ювелирном деле применяется издавна. Из нее изготовляют оправы для бриллиантов, браслеты, серьги и др.
Используется платина для производства приборов и химической посуды. Для отделки художественных изделий под цвет платины применяется хлористая платина.
Латунные изделия натирают хлористой платиной и они приобретают цвет и блеск, напоминающий сталь. Это покрытие очень прочно. Хлористая платина, растертая на скипидарном масле, применяется для платинирования стекла и фарфора – после обжига изделий образуется металлический платиновый слой, красивый и прочный. Металлические художественные изделия можно покрывать платиной гальваническим способом.
Платина легко поддается прокатке, штамповке, волочению.
В расплавленном виде платина и некоторые другие металлы платиновой группы – родий и рутений – обладают способностью поглощать в большом количестве водород, в результате чего на их поверхности образуются трещины, они становятся хрупкими.
Палладий
Палладий – один из легких металлов платиновой группы, серовато-белого цвета, мягкий и ковкий. Он темнее серебра и светлее платины. Температура плавления 1554°С. Открыт в начале 19 века.
По физическим и химическим свойствам палладий очень близок к платине, растворим в азотной кислоте и "царской водке".
Сероводород воздуха на него не действует, он не темнеет, как серебро, и поэтому применяется для шкал астрономических приборов.
От платины палладий легко отличить действием спиртового раствора йода. На платину йод не действует, а на палладии оставляет черный налет.
Палладий является пластичным и мягким металлом.
Он легко прокатывается в тонкие листы и протягивается в тонкую проволоку.
В природе встречается в большинстве платиновых руд и очень небольшом проценте в виде сплавов с другими металлами платиновой группы, очень редко встречается в почти чистом состоянии.
Применяется в ювелирном деле для изготовления ювелирных украшений. Его сплав с серебром и добавками никеля идет на изготовление колец, браслетов и т.п.
Кроме того, палладий используют в сплаве с золотом. В этом случае его добавка так же, как и добавка платины, обесцвечивает золотой сплав и образуется так называемое "белое золото".
Иногда палладий добавляют в сплавы платины для придания большей прочности и твердости.
Палладий в чистом виде идет на изготовление реторт для перегонки плавиковой кислоты, сосудов для изготовления изотопов.
Рутений
Рутений – металл платиновой группы. По внешнему виду очень похож на платину, но отличается от нее хрупкостью и твердостью.
Открыт в середине 19 века при исследовании уральской платиновой руды.
Его название происходит от рутения что значит Россия. Встречается обычно как примесь к иридию и осмию.
Температура плавления 2450°С.
Применяется в химической промышленности, в точном приборостроении.
Родий
Родий – легкий металл платиновой группы. По цвету и блеску напоминает алюминий. Свое название получил от красного цвета своих солей. Температура плавления 1966°С.
Твердый и хрупкий металл. Некоторую пластичность приобретает при накаливании. Кислоты и их смеси на родий не действуют. Также на него не действуют сера, кислород, фтор, фосфор.
В природе родий встречается вместе с платиной и другими платиновыми металлами.
Применяется для гальванических покрытий серебряных и золотых изделий, а также для производства химической посуды. В некоторых случаях применяют в ювелирном деле для гальванопокрытия ювелирных изделий. Достаточным считают слой в 0,1 мм.
Иридий
Иридий – металл по внешнему виду и цвету напоминающий олово, но отличающийся от него высокой твердостью и хрупкостью. Относится к металлам платиновой группы.
Открыт в начале 19 века. Свое название получил за различные окраски своих соединений.
Температура плавления 2454°С.
Не взаимодействует ни с кислотами, ни со щелочами, не действует на него и "царская водка".
Из-за своей твердости с трудом поддается резанию. Некоторую ковкость приобретает только при белом калении.
Хорошо полируется и в этом состоянии напоминает сталь.
Из сплава платины (90 процентов) и иридия (10 процентов) изготовлены эталоны метра и килограмма.
Сплавы иридия с платиной применяют для изготовления химической посуды. В чашках из этого сплава можно растворять золото в "царской водке".
Применяется для изготовления хирургического инструмента и иногда в ювелирном деле.
Осмий
Осмий – один из самых твердых и тяжелых металлов. Принадлежит к платиновой группе.
Блестящий синевато-серый металл, не растворим ни в кислотах, ни в "царской водке". Свое название получил от греческого "запах", за сильно пахнущие соединения.
Температура плавления 2700°С.
Применяется как в чистом виде, так и в сплавах, которые используются в точном приборостроении.
Сплавы золота
Для изготовления ювелирных и других изделий далеко не всегда используют чистые металлы. Происходит это из-за высокой стоимости драгоценных металлов, недостаточной твердостью их и износоустойчивости, поэтому на практике чаще всего употребляют сплавы, которые образуются путем соединения металлов с металлами или металлов с металлоидами и приобретают свойства, отличающие их от свойств чистых металлов.
Меняя компоненты – металлы, входящие в сплав, можно изменять различные свойства металла – твердость, коррозийную стойкость, пластичность, цвет, прочность и т.д.
Наиболее число сплавов и легирующих компонентов имеет золото, затем серебро, платина и палладий.
В качестве составных легирующих компонентов в состав золотых сплавов входят серебро, палладий, медь, цинк, кадмий, платина.
Серебро в составе сплава сохраняет пластичность, мягкость, ковкость, понижает температуру плавления. При содержании его до 65 процентов цвет золота становится зеленоватым, желто-зеленым, желто-белым. При содержании серебра свыше 65 процентов желтый цвет сплава исчезает.
Твердость золотого сплава повышает примесь меди. Медь сохраняет ковкость, тягучесть, меняет цвет в сторону красного, При содержании 14,6 процентов меди сплав имеет ярко-красный цвет. Недостаток сплава – низкая устойчивость против коррозии на воздухе.
Присутствие никеля сохраняет ковкость, придает твердость, повышает литейные качества, меняет цвет сплава в бледно-желтый. Большое содержание никеля делает сплав магнитным.
Значительно повышает температуру плавления присутствие платины. Она увеличивает упругость сплава, изменяет цвет до белого уже при содержании 8,4 процентов платины.
Повышает температуру плавления золотого сплава, сохраняет пластичность и ковкость, резко изменяется цвет присутствие в сплаве палладия.
Цинк понижает температуру плавления, делает сплав твердым, хрупким, повышает текучесть, изменяет цвет в сторону белого.
Также понижает температуру плавления присутствие в сплаве кадмия. Он сохраняет ковкость, пластичность, мягкость, меняет цвет сплава в зеленоватый.
Сплавы серебра, используемые для изготовления ювелирных украшений и бытовых ювелирных изделий, имеют один легирующий компонент – медь. Она повышает твердость сплава, сохраняет пластичность, ковкость и тягучесть. Цвет сплава – ярко-красный.
Сплавы платины составляются в двух случаях: легирующими компонентами становятся медь или иридий. Пять процентов меди в платиново-медном сплаве понижают температуру плавления, сохраняя мягкость, тягучесть и пластичность. При пяти процентах иридия повышается температура плавления, твердость, антикоррозийность, износоустойчивость. Цвет сплавов характерен для платины.
Сплавы платины применяют для изготовления ювелирных украшений, лабораторной посуды, для изготовления некоторых деталей машин, термометров сопротивления и т.д.
Пробы
Клеймение ювелирных изделий из драгоценных металлов
Платина, золото, серебро отличаются очень высокой пластичностью и вязкостью в то же время относительно малой прочностью. Поэтому в чистом виде они для производства художественных изделий применяются редко. Обычно драгоценные металлы используются в виде сплавов между собой или с добавками меди.
Недрагоценные или драгоценные металлы, которые добавляют в сплав, называются лигатурами.
В качестве лигатур применяют в серебряных сплавах – медь; в золотых – медь, серебро, платину, палладий.
В платиновых сплавах применяют медь, серебро, золото, палладий; в палладиевых – золото, серебро. Кроме того, в припои для драгоценных металлов в качестве лигатур добавляют цинк и кадмий. Такие сплавы носят название лигатурных, или пробных.
Если относительное содержание драгоценного металла в сплаве велико, то его считают высокопробным сплавом, если мало – низкопробным.
Проба (клеймо) указывает, сколько чистого драгоценного металла содержится в сплаве, из которого изготовлено изделие.
В России первый указ о клеймении серебряных изделий был издан в начале 16 века.
В 1700 году появился указ, установивший клейма для золотых и серебряных изделий и вводивший надзор за мастерами и торговцами.
Было принято четыре пробы для золота: первая – выше червонного, вторая – против червонного, третья и четвертая – ниже червонного.
Затем была введена русская золотниковая (цифровая) система пробы, обозначавшая количество чистого драгоценного металла в сплаве в золотниковом измерении (1 золотник равен 4,25 граммов; 1 фунт равен 96 золотникам): для золота – 36, 48, 56, 72, 82, 92 и 94-я; для серебра – 72, 76, 84, 88 – я. Например, 86-я золотая проба означала, что на один фунт (т.е. 96 золотников) сплава приходится 82 золотника чистого золота – остальное лигатура.
Пробы сплавов драгоценных металлов гарантируются государством, и устанавливается в каждой стране законодательным путем. В некоторых странах Европы (Англия, Швейцария и др.) для определения проб золотых изделий пользуются каратной системой, где исчисление ведется от 24 единиц сплава.
Металл высшей чистоты отвечает 24-й пробе. Пробы каратной системы: 6к, 8к, 10к, 12к, 14к, 18к, 22к. Золотая проба 18к означает в 24 единицах сплава содержится 18 единиц чистого золота.
Изделия из драгоценных сплавов обязательно проходят пробирный контроль, и на них накладываются оттиски пробирных клейм. Занимается этим специальное контрольное учреждение – пробирная палата.
Проба ставится также на слитках и полуфабрикатах (листах, лентах) из драгоценных металлов. Не подлежат клеймению наградные медали, ордена, монеты, но проба их сплавов строго регламентирована и контролируется. Форма и рисунок пробирных клейм в разных странах различные. Это может быть эмблема страны, города, сочетающаяся с цифрами пробы или с условными цифрами, где каждая соответствует определенной пробе.
Высокохудожественные изделия, на которые невозможно наложить клеймо (сканные, с эмалью)), снабжаются специальной привешенной к ним пломбой, на которой ставятся круглые клейма.
Анализы изделий и сплавов из драгоценных металлов производят разными способами. Наиболее распространенными является анализ на пробирном камне (менее точный) и муфельный (более точный).
Проба была известна еще в античное время. Наиболее распространенным способом пробы у древнем мире было испытание на пробирном камне, который греки применяли еще в 4 веке до нашей эры. Пробирный камень применяется и сейчас. Это черный очень плотный и твердый, не поддающийся действию кислот кремнистый сланец. По нему проводят черту золотым или серебряным изделием. По различному цвету черты опытный мастер может приблизительно определить пробу драгоценного сплава без анализа.
Для более точного определения рядом с этой чертой проводят другую пробирной иглой, сделанной из драгоценного сплава определенной пробы, близкой по цвету к исследуемому.
Величина черт делается примерно 10 – 15 мм длиной и 2 – 3 мм шириной. Затем обе черты смачивают специальными кислотным раствором, под действием которого их цвет изменяется. Если цвет обеих черточек после обработки их раствором – одинаков, то и содержание драгоценного металла в них одно и то же. Если при сличении обнаруживается расхождение цвета, то анализ повторяют, предварительно проведя новую черту другой пробирной иглой соответственно с большим или меньшим содержанием драгоценного металла.
На каждой игле указана соответствующая ей проба. При достаточном навыке этим способом можно довольно точно определить пробу испытуемого сплава. Так как цвет сплава зависит не только от количества содержимого в нем драгоценного металла, а также и от состава лигатур, т.е. других металлов, добавленных в сплав, то пробирных игл, для той или иной пробы бывает несколько. Производство пробирных игл и реактивов для анализа осуществляется только органами пробирного надзора.
Существуют и более точные методы анализа, например, муфельный, который применяется при производстве драгоценных сплавов определенной пробы. Заключается он в сплавлении испытуемого изделия с металлическим свинцом. Полученный сплав (веркблей) подвергается дальнейшей обработке, купелированию и окислительному процессу, в результате которого происходит отделение драгоценных металлов от недрагоценных. Данный процесс протекает при высокой температуре в пористом огнеупорном сосуде – купели. Купель изготавливают из чистой костяной муки или магнезита с цементом.
Оксиды свинца и легирующих элементов всасываются купелью, а драгоценные металлы остаются на поверхности в виде блестящего металлического королька.
Процесс купелирования происходит таким образом: купели помещают в муфельную печь, разогретую до 1123 К, а затем на раскаленных купелях размещают веркблей. Свинец начинает плавиться, покрываясь тонкой пленкой. Окончание купелирования характеризуется цветением королька (на несколько секунд появляются радужные круги и ликованием королька (яркий блеск вследствие испускания скрытой теплоты плавления). Затем королек затвердевает и процесс купелирования заканчивается. Затвердевший королек, содержащий золото и серебро, помещают в азотную кислоту, которая растворяет серебро и другие легирующие металлы, не воздействуя на золото. Оставшийся остаток просушивают, прокаливают и взвешивают на пробирных весах. Пробу сплава определяют по массе сплавленного осадка.
Если при анализе содержание драгоценного металла оказывается меньше заявленной пробы и ошибка выходит за пределы допустимого отклонения, изделия или не допускают к выпуску, или клеймят специальным клеймом с буквами НП, что означает "не соответствует пробе".
Химические материалы для художественной обработки металлов
Общие сведения о кислотах. В художественной обработке металлов химические вещества (кислоты, основания, соли, реактивы и др.) являются вспомогательными материалами, без которых невозможны основные производственные операции.
Кислоты – вещества, содержащие соединения водорода с кислотными остатками (HCI, HNO3, H2SO4, H3PO4, H2CrO4, HMnO4). Атомы водорода в них способны замещаться атомами металла с образованием соли. По числу атомов водорода, способных замещаться атомами металла, кислоты делятся на одноосновные, двухосновные, трехосновные и четырехосновные.
В водных растворах кислоты диссоциируют на ионы водорода и ионы кислотных остатков. Кислоты с многовалентными остатками диссоциируют ступенчато.
Ионы водорода при диссоциации могут отщепляться от молекулы постепенно. Группы атомов (вместе с водородом), облающие зарядом, составляют так называемые кислотные остатки. Например, фосфорная кислота образует три кислотных остатка и относится к трехосновным кислотам.
Серная кислота и угольная H2CO3– к двухосновным; азотная HNO3, соляная HCI и уксусная СH3COOH – к одноосновным.
Характеристики важнейших кислот. Азотная кислота HNO3 образуется при окислении аммиака кислородом воздуха в присутствии катализаторов (сплавы на основе платины). Чистая азотная кислота – бесцветная жидкость. Плотность 1522 кг/м3, температура кипения 84°C. При температуре минус 42°C застывает в прозрачную кристаллическую массу.
На воздухе, подобно концентрированной соляной кислоте, "дымит", так как пары ее образуют с влагой воздуха мелкие капельки тумана.
Азотная кислота принадлежит к числу наиболее сильных кислот. Взаимодействует почти со всеми металлами, за исключением золота, платины, тантала, родия, иридия.
Характерным свойством азотной кислоты является ее сильная окислительная способность. Многие неметаллы ею легко окисляются, превращаясь в соответствующие кислоты.
Сера при кипячении с азотной кислотой постепенно окисляется в серную кислоту, фосфор – в фосфорную. Нагретые древесные опилки воспламеняются от капли дымящей азотной кислоты.
Органические вещества разрушаются с окрашиванием в желтый цвет. При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с железом и цинком, а также другими активными металлами, образуется диоксид азота NO2, которая улетучивается в виде красно-коричневого ядовитого газа.
Концентрированная азотная кислота пассивирует некоторые металлы. Так, железо, легко растворяющееся в разбавленной азотной кислоте, не растворяется в холодной концентрированной. Аналогичное действие эта кислота оказывает на хром и алюминий, которые под действием азотной кислоты переходят в пассивное состояние.
Азотная кислота в основном применяется для приготовления пробирных реактивов и "царской водки" (смесь одного объема азотной кислоты и трех-четырех объемов концентрированной соляной кислоты). Травление примесей драгоценных металлов (за исключением серебра). Для получения азотных удобрений, взрывчатых веществ, органических красителей, кинопленки, целлюлозных лаков и т.д.
Соляная кислота HCI образуется при растворении хлористого водорода в воде. Бесцветная жидкость с резким запахом, на воздухе "дымит".
Максимальная концентрация соляной кислоты около 36 процентов, плотность 1190 кг/м3. Для технических целей чаще всего применяется разбавленная соляная кислота (20 – 27,5 процента).
Хорошо растворяется в воде и подобно другим сильным кислотам энергично взаимодействует с металлами и оксидами металлов, является одним из важнейших продуктов химической промышленности.
Соляная кислота применяется в различных отраслях производств, медицине, сельском хозяйстве, в гальванопластике, при паянии, лужении. При паянии и лужении она очищает поверхность металлов перед их обработкой.
Серная кислота H2SO4является сильной двухосновной кислотой. Безводная серная кислота представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с высокой плотностью 1840 кг/м3, температура кипения 338°С. При температуре 10,45°С застывает в кристаллическую массу.
С водой и серным ангидридом SO3 смешивается в любых соотношениях. Однако смешивать концентрированную серную кислоту с водой нужно очень осторожно, вливая ее в воду небольшими порциями или тонкой струйкой. Растворяют серную кислоту в воде только в термостойкой посуде.
Серная кислота очень гигроскопична и поэтому применяется для осушения газов. Способность поглощать воду объясняется и обугливание многих органических веществ под действием кислоты.
Концентрированная серная кислота в подогретом состоянии растворяет все металлы, кроме золота, платины и некоторых металлов платиновой группы.
В ювелирном деле применяют серную кислоту для травления, определения пробы серебра, как компонент кислых ванн при меднении.
Серная кислота служит для получения многих других кислот, применяется в большом количестве в органическом синтезе, при производстве взрывчатых веществ, для очистки керосина, нефтяных масел и продуктов коксохимической промышленности, при изготовлении красок и т.д.
Ортофосфорная кислота H3PO4 – слабая неорганическая кислота; бесцветные прозрачные кристаллы, плавящие при 315,35 К.
Плотность 1800 кг/м3. Хорошо растворяется в воде.
Получают ее в лабораториях методом окисления фосфора 30-процентной азотной кислотой; в промышленности – экстракционными и термическими методами.
В основе экстракционного метода лежит обработка природных фосфатов серной кислотой. Образующуюся при этом фосфорную кислоту отфильтровывают от сульфата кальция и концентрируют выпариванием.
Термический метод состоит в восстановлении природных фосфатов до свободного фосфора с последующим его сжиганием и растворением образующегося фосфорного ангидрида в воде.
Полученная фосфорная кислота отличается более высокой чистотой и концентрацией.
Ортофосфорная кислота применяется при изготовлении реактивов, электролитов для создания защитных покрытий на металлах, удобрений для сельского хозяйства. Фосфаты кальция и аммония используются при производстве эмалей и в фармацевтической промышленности.
Борная кислота H3BO3 является слабой неорганической кислотой. В свободном виде – бесцветные кристаллы с плотностью 1480 кг/м3. Умеренно растворима в воде. При нагревании до 100°С кислота теряет воду, переходя сначала в метаборную кислоту, при дальнейшем нагревании – в борный ангидрид. Получается действием серной кислоты на горячий раствор тетрабората натрия Na2B4O7. Применяется для приготовления флюса при пайке драгоценных металлов, в изготовлении эмалей, глазурей, в производстве специальных сортов стекла, в кожевенном и бумажном производстве, в медицине в качестве дезинфицирующего средства.
Основания – это вещества, содержащие гидроксильную группу ОН и диссоциирующие в водном растворе с образованием иона ОН.
Большинство оснований нерастворимо в воде.
Растворимые основания называются щелочами.
Для распознавания кислоты или основания (щелочи) применяют индикаторы. Основания являются жирными на ощупь и окрашивают красную лакмусовую бумажку в голубой цвет. Важнейшими основаниями являются едкий натр, едки кали, гидроксид аммония; важнейшие щелочи – натриевая щелочь, раствор едкого кали, нашатырный спирт.
Едкий натр представляет собой белые прозрачные, сальные на ощупь, хрупкие сильно гигроскопичные пластинки. Хорошо растворяется в воде, образуя натриевую щелочь, которая применяется как очищающее и обезжиривающее средство.
Едкий кали по действию и внешнему виду соответствует едкому натру. Водный раствор образует щелочь едкого кали.
Гидроксид аммония получают при растворении газообразного аммиака в воде. Образовавшееся химическое соединение сразу диссоциирует в растворе, то есть распадается на ионы.
Существует гидрокисид аммония только в диссоциированной форме, расщепленной на положительный ион аммония и отрицательный ион гидроксида. При нагревании происходит обратная реакция (основание распадается на аммиак и воду). Относится к слабым основаниям, действует так же, как едкий натр.
Соли – класс химических соединений, кристаллические вещества, имеющие ионную структуру.
В растворах соли диссоциируют на катионы (металлы лили группы атомов, ведущие себя подобно металлам) и анионы (кислотные остатки). Различают соли средние (или нейтральные) – продукты полного замещения водорода кислоты металлами, например сульфат натрия Na2SO4. Кислые – продукты неполного замещения атомов водорода, например гидросульфат натрия; простые, основные, двойные, смешанные и комплексные. Простыми солями называют соли, дающие простые ионы, двойными – содержащие катионы разных металлов.
Двойные соли при растворении в воде распадаются на те ионы, которые содержались в растворах простых солей, послуживших для их образования.
Комплексными солями называются вещества, получаемые путем сочетания двух или более простых молекул химических соединений. Комплексные ионы образуются сочетанием простых ионов или простого иона с полярными молекулами. Существенной разницы, границы между простыми, двойными и комплексными солями нет.
Важнейшими солями являются: цианид калия, которую в быту называют цианистый калий, цианид натрия (цианистый натрий), цианид меди (цианистая медь), цианид серебра (цианистое серебро), цианид золота (цианистое золото); тетраборат натрия (бура); карбонат кальция (мел); карбонат калия (поташ); карбонат натрия (сода); карбонат меди (патина); нитрат натрия (чилийская селитра); нитрат серебра (адский камень); хлорид натрия (поваренная соль); хлорид аммония (нашатырь); сульфат кальция (гипс); сульфат меди (медный купорос); ацетат меди (ярь-медянка).
Названия солей зависят от входящих в них кислотных остатков и образовавших их металлов.
Безопасность труда при работе с химическими веществами. Многие химические вещества, применяемые для художественной обработки металлов, при неосторожном обращении с ними могут привести к несчастным случаям: ожогам, поражению слизистой оболочки глаз и органов дыхания, общему отравлению организма.
К особо опасным относятся: пары синильной, азотной, соляной кислот; газообразные фтор, бром, мышьяковистый и сурьмянистый водород, сероводород, многие органические вещества. Весьма опасными являются соли – цианиды калия, натрия, меди, серебра, золота; кислоты – азотная, серная, соляная и их водные растворы с концентрацией выше 15 процентов; щелочи – раствор едкого кали, натриевая щелочь с концентрацией выше 5 процентов; нашатырный спирт с концентрацией аммония выше 10 процентов и соединения меди.
Перечисленные вещества должны храниться в стеклянных сосудах с хорошо притертыми пробками и надписью "Осторожно – яд!". Посуда для хранения вредных химических веществ должна по своей форме и виду отличаться от всех бутылок и сосудов, применяемых в быту для хранения пищевых продуктов.
Основные меры безопасности, которые необходимо соблюдать при работе с химическими веществами:
1. в чистоте содержать рабочее место и не загромождать его ненужной посудой и приборами; не пить воду из химической посуды, бывшей в употреблении;
2. не работать с большим количеством реактивов; вливать кислоту в воду, а не наоборот; не курить на рабочем месте; не допускать попадания ядовитых веществ на тело или одежду;
3. производить работы с ядовитыми химикатами, выделяющими вредные газы, только в вытяжном шкафу в резиновых перчатках и защитных очках;
4. после завершения работы немедленно убрать ядовитые химикаты в шкаф и закрыть на ключ; тщательно вымыть руки с мылом, прополоскать рот водой.
Содержание медицинской аптечки по оказанию первой помощи: бинт, гигроскопическая вата, салфетки для компрессов, пинцет, кровоостанавливающие жгуты, булавки, валериановые капли, йодная настойка (5-ный раствор), анальгин, нашатырный спирт, перекись водорода (3%-ный раствор), подсолнечное или вазелиновое масло, перманганат (1-процентный раствор и кристаллический), уксусная кислота (2-процентный раствор, питьевая сода (кристаллическая сода), крахмал (2-процентный раствор), гипосульфит (2-процентный раствор), активированный уголь, оксид магния (сухая), известковая вода (насыщенный раствор), глауберова соль (кристаллическая), медный купорос (кристаллический), вазелин, мензурка на 100 мл, столовая ложка.
Ожоги. Подразделяются на термические и химические.
Термические возникают при неаккуратном обращении с нагретыми до высокой температуры предметами или с нагревательными приборами.
Обожженное место следует охладить водой, снегом или льдом до практически полного прекращения боли.
Затем на обожженные участки наложить сухие изолирующие повязки из чистого материала (бинт, марля, хлопчатобумажная ткань). Нельзя обрабатывать ожоги мазями, маслами, спиртовыми растворами.
Химические ожоги происходят при попадании на кожу концентрированных кислот, растворов едких щелочей и др. Особенно опасно действие концентрированной серной кислоты и твердых едких щелочей, вызывающих труднозаживающие ожоги тканей тела.
При попадании на кожу рук или других частей тела кислот или щелочей их следует немедленно обмыть большим количеством холодной воды на протяжении 20 – 30 минут. Затем обмыть дополнительно в случае ожога кислотами 5 – 6 процентным раствором углекислого натрия или аммония; в случае ожога щелочами – 2 – 3 процентным раствором уксусной кислоты.
При сильном ожоге пострадавшим необходимо дать теплый чай, минеральную или чуть подсоленную щелочную воду (на стакан воды по одной чайной ложке поваренной соли и питьевой соды) и доставить в больницу.
При попадании кислоты в глаза их следует промыть водой и 3-процентным раствором углекислого натрия; при ожогах полости рта щелочью необходимо прополоскать 3-процентным раствором уксусной кислоты или 2-процентным раствором борной кислоты.
При ожогах кислотой необходимо прополоскать 5-проценым раствором углекислого натрия.
Отравления. При отравлении аммиаком необходимо вдыхать пары уксусной кислоты; пить молоко, лимонный сок, 2 – процентный раствор уксуса.
При отравлении оксидами азота дать кислород и обратиться к врачу.
При отравлении бромом – вдыхать пары аммиака или слабого раствора сероводородной воды; в случае ожога рук или лица смазать обожженные места ланолином или любым жиром; обратиться к врачу.
При отравлении мышьяковистыми соединениями немедленно вызвать рвоту; пить жженую магнезию, разведенную в воде, жир или масло; обратиться к врачу.
При отравлении оксидом углерода – перевезти пострадавшего в хорошо проветриваемое помещение и дать кислород; при затрудненном дыхании применить искусственно дыхание; срочно вызвать врача.
При отравлении диоксидом серы необходимо вывести пострадавшего на свежий воздух; при тяжелом отравлении применить искусственное дыхание.
При отравлении сероводородом – вывести пострадавшего на свежий воздух; при тяжелом отравлении применить искусственное дыхание, вызвать врача.
При отравлении свинцовыми соединениями необходимо растворить в теплой воде сульфат натрия или сульфат магния (1:10) и дать выпить пострадавшему, затем напоить молоком, дать яичный белок, большое количество адсорбирующего угля.
При отравлении ртутными соединениями необходимо у пострадавшего немедленно вызвать рвоту.
До прибытия врача давать пить молоко, яичный белок в молоке, раствор адсорбирующего угля или гидроксида магния.
При отравлении серной кислотой – немедленно вызвать врача; дать пострадавшему выпить раствор жженой магнезии (15,0 : 1000 мл воды), раствор яичного белка (5 белков на 1000 мл воды); вызывать рвоту противопоказано.
При отравлении синильной кислотой или цианистым калием дать выпить рвотное и немедленно вызвать врача; сделать искусственное дыхание, холодное обливание затылка с высоты 0,5 м и растирание; напоить концентрированным раствором глюкозы или сахара.
При отравлении соляной или уксусной кислотой необходимо дать выпить раствор жженой магнезии, молоко, маслянистые эмульсии; давать нюхать смесь слабого раствора аммиака с винным спиртом.
При отравлении бензином, бензолом – немедленно дать кислород; срочно вызвать врача.
Комментарии к книге «Драгоценные металлы. Сплавы и добыча», Илья Валерьевич Мельников
Всего 0 комментариев