Хлорид серебра

Хлорид серебра — неорганическое химическое соединение с химической формулой AgCl . Это белое кристаллическое вещество хорошо известно своей низкой растворимостью в воде и чувствительностью к свету . При освещении или нагревании хлорид серебра превращается в серебро (и хлор), что проявляется в виде серо-черной или пурпурной окраски в некоторых образцах. AgCl встречается в природе в виде минерала хлораргирита .

Его получают путем реакции метатезиса для использования в фотографии и в качестве электродов в pH-метрах .

Подготовка

Хлорид серебра необычен тем, что, в отличие от большинства хлоридных солей, он имеет очень низкую растворимость. Его легко синтезировать путем метатезиса : смешивая водный раствор нитрата серебра (который растворим) с растворимой хлоридной солью, такой как хлорид натрия (который используется в промышленности как метод получения AgCl), или хлорид кобальта(II) . Образующийся хлорид серебра немедленно выпадает в осадок. ^[3]^[4]^{: 46}

{\ce {AgNO3 + NaCl -> AgCl(v) + NaNO3}}

{\ce {2 AgNO3 + CoCl2 -> 2 AgCl(v) + Co(NO3)2}}

Его также можно получить реакцией металлического серебра и царской водки ; однако нерастворимость хлорида серебра замедляет реакцию. Хлорид серебра также является побочным продуктом процесса Миллера , где металлическое серебро реагирует с газообразным хлором при повышенных температурах. ^[4]^{: 21}^[5]

История

Хлорид серебра известен с древних времен. Древние египтяне производили его как метод очистки серебра, который осуществлялся путем обжига серебряных руд с солью для получения хлорида серебра, который впоследствии разлагался на серебро и хлор. ^[4]^{: 19} Однако позже, в 1565 году, он был идентифицирован как отдельное соединение серебра Георгом Фабрициусом . ^[6]^[7] Хлорид серебра, исторически известный как luna cornea (что можно перевести как «роговое серебро», поскольку луна была алхимическим кодовым названием серебра), ^[7] также был промежуточным звеном в других исторических процессах очистки серебра. Одним из таких примеров является процесс Августина, разработанный в 1843 году, в котором медная руда, содержащая небольшое количество серебра, обжигается в условиях хлоридирования, а полученный хлорид серебра выщелачивается рассолом , где он более растворим. ^[4]^{: 32}

Фотографические пленки на основе серебра были впервые изготовлены в 1727 году Иоганном Генрихом Шульце с использованием нитрата серебра . Однако ему не удалось создать постоянные изображения, поскольку они выцветали. ^[8] Позднее, в 1816 году, использование хлорида серебра в фотографии было введено Нисефором Ньепсом . ^[4]^{: 38–39}^[9]

Структура

Твердое тело принимает структуру fcc NaCl , в которой каждый ион Ag ⁺ окружен октаэдром из шести хлоридных лигандов. AgF и AgBr кристаллизуются аналогично. ^[10] Однако кристаллография зависит от условий кристаллизации, в первую очередь от концентрации свободных ионов серебра, как показано на рисунке слева (сероватый оттенок и металлический блеск обусловлены частично восстановленным серебром ). ^[11]^{[ проверка не пройдена ]}

Выше 7,5 ГПа хлорид серебра переходит в моноклинную фазу KOH. Затем при 11 ГПа он претерпевает еще один фазовый переход в орторомбическую фазу TlI . ^[2]

Реакции

AgCl растворяется в растворах, содержащих лиганды , такие как хлорид , цианид , трифенилфосфин , тиосульфат , тиоцианат и аммиак . Хлорид серебра реагирует с этими лигандами согласно следующим иллюстративным уравнениям: ^[4]^{: 25–33}

{\ce {AgCl (тв) + 2 CN^- (водн.) -> Ag(CN)2^- (водн.) + Cl^- (водн.)}}

{\ce {AgCl (тв) + 2 S2O3^2- (водный раствор) -> (Ag(S2O3)2)^3- (водный раствор) + Cl^- (водный раствор)}}

{\ce {AgCl (тв) + 2 NH3(водн.) -> Ag(NH3)2+ (водн.) + Cl^- (водн.)}}

Из этих реакций, используемых для выщелачивания хлорида серебра из серебряных руд, цианирование является наиболее часто используемым. Цианирование производит растворимый дицианоаргентатный комплекс, который затем снова превращается в серебро путем восстановления. ^[4]^{: 26}

Хлорид серебра не реагирует с азотной кислотой, но вместо этого реагирует с серной кислотой, образуя сульфат серебра . ^[12] Затем сульфат протонируется в присутствии серной кислоты до бисульфата , который может быть обращен разбавлением. Эта реакция используется для отделения серебра от других металлов платиновой группы. ^[4]^{: 42}

Большинство комплексов, полученных из AgCl, являются двух-, трех- и, в редких случаях, четырехкоординированными, принимающими линейную, тригональную плоскую и тетраэдрическую координационную геометрию соответственно. ^[13]

{\ce {3AgCl(тв) + Na3AsO3(водн.) -> Ag3AsO3(тв) + 3NaCl(тв)}}

{\ce {3AgCl(s) +Na3AsO4(вод) -> Ag3AsO4(s) + 3NaCl(вод)}}

Эти две реакции особенно важны при качественном анализе AgCl в лабораториях, поскольку AgCl имеет белый цвет, который меняется на (арсенит серебра), который становится желтым, или ( арсенат серебра ), который становится красновато-коричневым. ^[13] ${\ce {Ag3AsO3}}$ ${\ce {Ag3AsO4}}$

Химия

В одной из самых известных реакций в химии добавление бесцветного водного раствора нитрата серебра к столь же бесцветному раствору хлорида натрия приводит к образованию непрозрачного белого осадка AgCl: ^[14]

{\ce {Ag+ (водн.) + Cl^- (водн.) -> AgCl (тв.)}}

Это преобразование является обычным тестом на наличие хлорида в растворе. Благодаря своей заметности, его легко использовать в титровании, что дает типичный случай аргентометрии . ^[12]

Произведение растворимости , K _sp , для AgCl в воде равно1,77 × 10−10 при комнатной температуре, что указывает на то ^, что только 1,9 мг (то есть ) AgCl растворится в литре воды. ^[1] Содержание хлорида в водном растворе можно определить количественно, взвесив осажденный AgCl, который удобно является негигроскопичным, поскольку AgCl является одним из немногих хлоридов переходных металлов, которые нерастворимы в воде. Мешающими ионами для этого теста являются бромид и иодид, а также различные лиганды (см. галогенид серебра ). ${\sqrt {1,77\times 10^{-10}}}\ \mathrm {моль}$

Для AgBr и AgI значения K _sp составляют 5,2 x 10 ⁻¹³ и 8,3 x 10 ⁻¹⁷ соответственно. Бромистое серебро (слегка желтовато-белый) и иодистое серебро (ярко-желтый) также значительно более светочувствительны, чем AgCl. ^[1]^[4]^{: 46}

AgCl быстро темнеет под воздействием света, распадаясь на элементарный хлор и металлическое серебро . Эта реакция используется в фотографии и кино и выглядит следующим образом: ^[5]

Cl ⁻ + hν → Cl + e ⁻ (возбуждение иона хлора, который отдает свой лишний электрон в зону проводимости)

Ag ⁺ + e ⁻ → Ag (освобождение иона серебра, который получает электрон и становится атомом серебра)

Этот процесс необратим, поскольку освобожденный атом серебра обычно находится в дефекте кристалла или в месте примеси, так что энергия электрона достаточно снижена, чтобы он оказался «захваченным» ^{[5] .}

Использует

Электрод из хлорида серебра

Хлорид серебра является составной частью электрода из хлорида серебра , который является обычным электродом сравнения в электрохимии . Электрод функционирует как обратимый окислительно-восстановительный электрод , и равновесие находится между твердым металлическим серебром и хлоридом серебра в растворе хлорида заданной концентрации. Обычно это внутренний электрод сравнения в pH-метрах , и он часто используется в качестве эталона при измерениях восстановительного потенциала . В качестве примера последнего, электрод из хлорида серебра является наиболее часто используемым электродом сравнения для тестирования систем катодной защиты от коррозии в морской среде. ^[15]

Фотография

Хлорид серебра и нитрат серебра использовались в фотографии с самого ее зарождения и хорошо известны своей светочувствительностью. ^[6] Это также было важной частью сенсибилизации дагерротипа , где серебряные пластины обрабатывались хлором для получения тонкого слоя хлорида серебра. ^[16] Другим известным процессом, в котором использовался хлорид серебра, был процесс желатинового серебра , в котором для получения изображений использовались внедренные в желатин кристаллы хлорида серебра . ^[17] Однако с развитием цветной фотографии эти методы черно-белой фотографии пришли в упадок. Несмотря на то, что в цветной фотографии используется хлорид серебра, он работает только как посредник для преобразования света в органические красители изображения. ^[18]

Другие фотографические применения включают изготовление фотобумаги , поскольку она реагирует с фотонами, образуя скрытые изображения посредством фотовосстановления; и в фотохромных линзах , используя его обратимое преобразование в металл Ag. В отличие от фотографии, где фотовосстановление необратимо, стекло предотвращает «захват» электрона. ^[19] Эти фотохромные линзы используются в основном в солнцезащитных очках . ^[4]

Антимикробное средство

Наночастицы хлорида серебра широко продаются в коммерческих целях в качестве антимикробного агента. ^[12]^[20] Антимикробная активность хлорида серебра зависит от размера частиц, но обычно они ниже 100 нм . В целом, хлорид серебра является антимикробным средством против различных бактерий , таких как E. coli . ^[21]

Наночастицы хлорида серебра для использования в качестве микробного агента могут быть получены путем реакции метатезиса между водным серебром и ионами хлорида или могут быть биогенно синтезированы грибами и растениями . ^[21]^[22]

Другие применения

Низкая растворимость хлорида серебра делает его полезной добавкой к глазури для керамики для производства "Inglaze lustre ". Хлорид серебра использовался как противоядие при отравлении ртутью , помогая устранить ртуть . Другие применения AgCl включают: ^[4]

в перевязочных материалах и средствах для заживления ран, ^[4]^{: 83}
для создания желтых, янтарных и коричневых оттенков в производстве витражей , ^[23] и
как инфракрасный пропускающий оптический компонент, поскольку его можно прессовать в горячем виде в формы окон и линз. ^[24]

Естественное явление

Хлорид серебра встречается в природе как хлораргирит в засушливых и окисленных зонах в месторождениях серебра. Если некоторые ионы хлорида заменяются ионами бромида или иодида, перед названием добавляются слова бромистый и иодистый соответственно. ^[25] Этот минерал является источником серебра и выщелачивается цианированием, где он образует растворимый комплекс [Ag(CN) ₂ ] ^– . ^[4]^{: 26}

Безопасность

По данным ECHA , хлорид серебра может нанести вред нерожденному ребенку , очень токсичен для водной флоры и фауны с долгосрочными последствиями и может вызывать коррозию металлов. ^[26]

Смотрите также

Светочувствительное стекло

Ссылки

^ abc Джон Рамбл (18 июня 2018 г.). CRC Handbook of Chemistry and Physics (99-е изд.). CRC Press. стр. 5–189. ISBN 978-1138561632.
^ ab S. Hull; DA Keen (1999). "Фазовые переходы под давлением в AgCl, AgBr и AgI". Physical Review B. 59 ( 2). APS: 750–761. Bibcode :1999PhRvB..59..750H. doi :10.1103/PhysRevB.59.750. S2CID 123044752.
^ abc Zumdahl, Steven S. (2009). Химические принципы 6-е изд . Houghton Mifflin Company. стр. A23. ISBN 978-0-618-94690-7.
^ abcdefghijklm Брамби, Андреас (2008). "Серебро, соединения серебра и сплавы серебра". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . doi :10.1002/14356007.a24_107.pub2. ISBN 9783527303854.
^ abc NN Greenwood; A. Earnshaw (1997). Химия элементов (2-е изд.). Оксфорд, Великобритания: Butterworth-Heinemann . стр. 1173–1200. ISBN 9780750633659.
^ ab Potonniée, Georges (1973). История открытия фотографии . Arno Press. стр. 50. ISBN 0-405-04929-3
^ ab Hannavy, John, ed. (2008). Энциклопедия фотографии девятнадцатого века . Тейлор и Фрэнсис. стр. 857. ISBN 9781135873271.
^ Сьюзан Уотт (2003). Серебро. Маршалл Кавендиш. стр. 21–. ISBN 978-0-7614-1464-3. Получено 28 июля 2013 г. ... Но первым, кто использовал это свойство для получения фотографического изображения, был немецкий физик Иоганн Генрих Шульце. В 1727 году Шульце приготовил пасту из нитрата серебра и мела, поместил смесь в стеклянную бутылку и обернул ее ...
↑ Дом-музей Ньепса: Изобретение фотографии: 1816-1818, Первые попытки Ньепса (получено 23.02.2024)
^ Уэллс, А. Ф. (1984) Структурная неорганическая химия, Оксфорд: Clarendon Press. ISBN 0-19-855370-6 . стр. 349
^ Борис А. Сечкарев (1998). «Массовая кристаллизация микрокристаллов хлорида серебра». Микроскопические исследования и техника . 42 (2): 145–147. doi :10.1002/(SICI)1097-0029(19980715)42:2<145::AID-JEMT8>3.0.CO;2-S. PMID 9728885. S2CID 45866801.
^ abc Etris, Samuel (2003). "Соединения серебра". Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . doi :10.1002/0471238961.1909122203011616.a01.pub2. ISBN 9780471484943.
^ ab Godfrey, SM; et al. (1998). "Глава 3". В Norman, NC (ред.). Химия мышьяка, сурьмы и висмута . Blackie Academic and Professional. ISBN 0-7514-0389-X.
^ "МЕТОД ИСПЫТАНИЯ ОБЩЕГО ХЛОРА В НОВЫХ И ИСПОЛЬЗОВАННЫХ НЕФТЕПРОДУКТАХ МЕТОДОМ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СГОРАНИЯ И МИКРОКУЛОМЕТРИИ" (PDF) . Агентство по охране окружающей среды . Сентябрь 1994 г. Архивировано из оригинала (PDF) 3 декабря 2007 г.
^ Бейтс, RG и Макаскилл, JB (1978). "Стандартный потенциал хлоридсеребряного электрода". Pure & Applied Chemistry , Vol. 50, pp. 1701–1706, http://www.iupac.org/publications/pac/1978/pdf/5011x1701.pdf
^ "Процесс дагерротипа". Sussex PhotoHistory . Получено 19 июня 2023 г.
^ "СЕРЕБРЯНЫЙ ЖЕЛАТИН" (PDF) . Getty.edu . Getty . Получено 19 июня 2023 г. .
^ P. Bergthaller (1996). "Фотография с галогенидом серебра". Химия и технология систем печати и обработки изображений . Springer, Дордрехт. С. 35–75. doi :10.1007/978-94-011-0601-6_3. ISBN 9789401042659.
^ RJ Araujo (2003). «Фотохромные стекла». Энциклопедия физической науки и технологии (третье изд.). Academic Press. стр. 49–56. doi :10.1016/B0-12-227410-5/00567-6. ISBN 9780122274107. Получено 20 июня 2023 г. .
^ "CVS Health Anti-Microbial Silver Wound Gel". CVS . Получено 25 февраля 2024 г.
^ ab Нельсон Дюран; Герсон Наказато; Амедеа Б. Сибра (2016). «Антимикробная активность биогенных наночастиц серебра и наночастиц хлорида серебра: обзор и комментарии». Прикладная микробиология и биотехнология . 100 (15): 6555–6570. doi :10.1007/s00253-016-7657-7. PMID 27289481. S2CID 253765691.
^ Юн Ок Кан; Джу-Ён Чжон; Донхван Чо; О Хён Квон; Джа Ён Чон; Вон Хо Пак (2016). «Противомикробные наночастицы хлорида серебра, стабилизированные олигомером хитозана, для заживления ожогов». Материалы . 9 (4): 215. Bibcode : 2016Mate ....9..215K. doi : 10.3390/ma9040215 . PMC 5502666. PMID 28773340.
^ Джон Лоу (1975). «Консервация витражей». Исследования по консервации . 2- (1): 93–97. doi :10.1179/sic.1975.s1.016.
^ "Silver Chloride (AgCl) Optical Material". www.crystran.co.uk . Архивировано из оригинала 5 сентября 2012 г. Получено 2019-12-04 .
^ "Хлораргирит". mindat.org . Получено 7 июня 2023 г. .
^ "Краткий профиль - ECHA". echa.europa.eu . Получено 2024-03-27 .