銀
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銀（英語：Silver），俗稱白銀，是一種化學元素，其化學符號為Ag（源於拉丁語：argentum），原子序數為47，原子量為107.8682 u。銀是柔軟且帶有白色光澤的金屬，它的導電率、導熱率、反射率在金屬中名列前茅。銀在地殼中以高純度的元素（自然銀）存在，或與其他金屬以合金形式存在，也以礦石的形式存在（如輝銀礦和角銀礦）。大部分的銀是銅、金、鉛和鋅精煉的副產品。
銀長期以來被視為貴金屬。金融上，銀金屬被用於許多投資型硬幣中，有時與金一起使用，形成金銀複本位制度[2]。雖然銀的豐度高於金，但它作為自然金屬的豐度低於金[3][需要較佳來源]。
銀的純度通常用千分比描述，例如純度94％的銀合金在英文中被稱為「0.940 fine」。銀的用途廣泛，除了貨幣和投資媒介（硬幣和金條）以外，也用於太陽能電池、淨水器、珠寶、裝飾品、高價值餐具和器具（因此有銀器之稱）、電氣接觸、導電材料、特殊用途的鏡面及窗戶塗料、催化劑、彩繪玻璃的着色劑，以及糖果中的食用色素。此外，銀的化合物用於照相底片和X光底片。硝酸銀和其他銀化合物的稀溶液可作為消毒劑，添加到繃帶和傷口敷料、醫用導管和其他醫療器材中。
性質
[編輯]
銀原子具有47個電子，電子排布為Kr4d105s1，價電子排布類似於銅（Ar3d104s 1）和金（Xe4f145d106s1），這導致金、銀、銅的物理和化學性質相似，三者都被歸類為元素週期表中的11族元素；11族也是d區元素中少數電子排布完全一致的族[5]。銀的價電子排布比較特別，在全滿的d副殼層上還有一個半滿的s副殼層，這是許多奇異性質（例如導電性、標準電極電位等等，詳見下文）的成因。[6]
銀以面心立方晶格結晶，體積配位數為12，這點也類似於銅和金。[7]
物理性質
[編輯]純白銀顏色白，有金屬光澤ff質軟，摻有雜質後變硬，顏色呈灰、紅色。純白銀的比重為10.5，熔點961.78 °C。[來源請求]
因為獨特的電子排布，銀原子之間的金屬鍵缺乏共價特徵，而且強度相對較弱。這種特性可以解釋單晶銀的低硬度和高延展性。[8]因此可以碾壓成只有0.3微米厚的透明箔，1克重的銀粒就可以拉成約兩公里長的細絲。[來源請求]
銀具有明亮的白色金屬光澤[9]，這一特性也成為「銀色」的名稱來源[6]此外，銀還可以進行高度拋光[9]。銀的反射率甚佳；當入射光的波長大於450 nm時，銀的反射率大於鋁。[10]不過當波長小於450 nm時，銀的反射率低於鋁，並在310 nm附近下降到零。[11]
11族元素普遍具有極高的導電性和導熱性。因為它們有半滿的s副殼層，而且s副殼層不跟全滿的d副殼層產生相互作用；這種相互作用發生在其他過渡金屬中，會降低電子的躍遷。[12]
銀的導電率是所有金屬中最高的，接觸電阻則是所有金屬中最低的[5]。不過由於銀的成本較高，所以沒有廣泛運用在導線，反而是銅線比較常用；但射頻工程是一個例外（尤其是特高頻和更高的頻率），這是因為交流電在射頻下有較為顯著的集膚效應（亦即電流傾向在導體表面流動），所以鍍銀可以改善導線的導電性[13]。另外，美國在二戰期間使用了13540噸的銀製造電磁鐵，用來濃縮鈾，主要是因為戰時銅的短缺。[14][15][16]
純銀的熱導率高於其他所有金屬，不過低於非金屬碳（金剛石）和超流體氦-4[5]。
銀容易與銅、金以及鋅形成合金。鋅濃度較低的鋅－銀合金可視為「鋅溶於銀」的面心立方固體溶液，其結構與純銀類似。而隨着鋅的濃度上升，價電子濃度也上升，晶體結構會逐步轉換成體心立方（電子濃度 1.5）、複雜立方（電子濃度 1.615）和六方最密堆積（電子濃度 1.75）。[7]
同位素
[編輯]自然界存在的銀有兩種穩定同位素：107Ag和109Ag，其中前者的豐度略高（51.839%）。銀的兩種同位素豐度幾乎相同，這在元素週期表中十分罕見（溴是另一個例子）。銀的原子量是107.8682(2) 克/摩爾[17][18]。由於銀化合物（尤其是鹵化銀）在重量分析法中很重要，所以銀的原子量也是分析化學中一項非常重要的參數。[17]就核合成而言，銀的兩種穩定同位素都是透過中子捕獲產生的（一種是在恆星中透過S-過程產生的，另一種是在超新星中透過R-過程產生的）[19]。
銀有二十八個放射性同位素的特性已被測定，其中最穩定的依次是105Ag（半衰期41.29天）、111Ag（半衰期7.45天）、112Ag（半衰期3.13小時）。銀也有很多亞穩態核素，其中最穩定的依次是108mAg（半衰期418年）、110mAg（半衰期249.79天）、106mAg（半衰期8.28天）。其餘的放射性同位素的半衰期均短於一小時，大部分短於三分鐘[20]。
銀的同位素原子量從92.950（94Ag）到129.950（130Ag）不等。[21][22]豐度最高的穩定同位素（107Ag）之前的同位素的衰變類型主要是電子捕獲，生成鈀（46號元素）的同位素，而107Ag之後的同位素的衰變類型則主要是β衰變，生成鎘（48號元素）的同位素[23]。
107Pd β衰變成107Ag的半衰期為650萬年。鐵隕石是僅有的「鈀-銀比」高到可以測量107Ag富度變化的物體。由放射性產生的107Ag首次發現於1978年美國聖塔克拉拉的隕石[24]。發現者提出，一些小型鐵核的行星與其異體，可能是在一千多萬年前的核合成事件中產生的。從這熔化過的星球本體中，觀察到的107Pd–107Ag比值，反映出早期太陽系的吸積中應存在着不穩定的核種[25]。
化學
[編輯]| 氧化態 | 配位數 | 立體化學 | 代表的化合物 |
|---|---|---|---|
| 0（d10s1） | 3 | 平面 | Ag(CO)3 |
| 1（d10） | 2 | 線性 | [Ag(CN)2]- |
| 3 | 三角形平面 | AgI(PEt2Ar)2 | |
| 4 | 四面體 | [Ag(diars)2]+ | |
| 6 | 八面體 | AgF，AgCl，AgBr | |
| 2（d9） | 4 | 方形平面 | [Ag(py)4]2+ |
| 3（d8） | 4 | 方形平面 | [AgF4]- |
| 6 | 八面體 | [AgF6]3- |
就氧化性來說，銀是一種相當不活潑的金屬。銀的標準電極電位很高（E0(Ag+/Ag)= +0.799 V）[6]。這是因為它的4d副殼層全滿，不能有效屏蔽最外層5s軌域的靜電力。
在11族元素中，銀的第一游離能最低（730.8 kJ/mol，表現出5s軌域的不穩定性），不過第二和第三游離能高於銅和金（表現出4d軌域的穩定性），因此銀最常見的化合價是+1。在同一週期的過渡元素中，化合價的範圍由左至右越來越小，這是因為隨着d副殼層逐漸被填滿，能量也趨於穩定[27]。
在形成離子方面，銀和銅有些許差異；雖然銅(II)離子（Cu2+）缺乏穩定填滿的d副殼層，但是它的水合焓大於銅(I)離子（Cu+，舊稱亞銅離子），這造成Cu2+在水溶液和固體中更穩定；銀本來也應該出現這種效應，但是由於銀的第二游離能太大，所以Ag2+的穩定性較差，反而讓Ag+成為水溶液和固體中較穩定的離子[27]。
由於銀的原子半徑較小，第一游離能較高，大多數銀化合物都有顯著的共價性[6]。此外，銀的電負度為1.93，高於鉛（1.87）；電子親和力方面，為125.6 kJ/mol，遠遠高於氫（72.8 kJ/mol），並且略低於氧（141.0 kJ/mol）[28]。由於d副殼層全滿，銀在化合價為+1的時候不太像4族到10族的過渡金屬；它通常可以形成相當不穩定的有機金屬化合物、線性錯合物（配位數非常低，只有2）、兩性氧化物[29]以及後過渡金屬之類的秦特相[30]。另外，即使沒有π受體配基，銀的+1氧化態也是穩定的，這點也與其他過渡金屬不同[27]。
化學反應
[編輯]與酸的反應
[編輯]銀不易與稀硫酸反應，因此硫酸在珠寶製造中用來清洗銀焊及退火後留下的氧化銅火痕。
不過銀可以溶解於溶於熱濃硫酸：
- 2Ag + 2H
2SO
4 (濃) → Ag
2SO
4 + SO
2↑ + 2H
2O
銀溶於硝酸，生成硝酸銀，其副產物取決於溫度與硝酸濃度。與濃硝酸反應時，連帶生成二氧化氮；與稀硝酸反應時，則是生成一氧化氮[註 1]。
- Ag + 2HNO
3(濃) → AgNO
3 + NO
2↑ + H
2O - 3Ag + 4HNO
3(稀) → 3AgNO
3 + NO↑ + 2H
2O
與鹼的反應
[編輯]在空氣存在下，特別是在過氧化氫存在下，銀容易溶解在氰化物的水溶液中[26]。
與鹵素的反應
[編輯]- 2Ag + F
2 → 2AgF（暗棕色） - 2Ag + Cl
2 → 2AgCl（白色） - 2Ag + Br
2 → 2AgBr（淡黃色） - 2Ag + I
2 → 2AgI（黃色）
銀也可能與氟形成+2價的二氟化銀：
- Ag + F
2 → AgF
2
與氧族元素的反應
[編輯]即使在炙熱下，銀也不會和氧氣發生反應，其反應性小於銅[註 2]、大於金。
銀會與硫及硫化物發生反應[註 3]。例如銀與硫加熱化合成硫化銀（Ag
2S）：
- 2Ag + S → Ag
2S
又如：銀在空氣中與硫化氫（H
2S）反應，形成黑色的硫化銀（Ag
2S）。
- 4 Ag + O
2 + 2 H
2S → 2 Ag
2S + 2 H
2O
這是銀幣或銀製物品失去光澤的原因之一。當銀製電器觸點在富含硫化氫的環境下工作時，觸點上的硫化銀會還原生成銀晶鬚[31]。
- 2 Ag + Se → Ag2Se
- 2 Ag + Te → Ag2Te
化合物
[編輯]銀的常見氧化態為+1價（最穩定的狀態），較少見也較不穩定的為+2價（例如二氟化銀）、甚至是+3價（例如三氟化銀）[32]。
+1價化合物
[編輯]硝酸鹽
[編輯]硝酸銀是一種透明或白色晶體，易溶於水，成為無色透明溶液。實驗室中，硝酸銀是銀(I)離子的主要來源；在工業上，硝酸銀是合成許多其他銀化合物的原料，也可作為防腐劑，還用於彩色玻璃中的黃色添加劑。
鹵化物
[編輯]
銀的鹵化物稱為鹵化銀。銀(I)離子的鹵化物包含氟化銀（AgF）、氯化銀（AgCl）、溴化銀（AgBr）、碘化銀（AgI），其中除了氟化銀溶於水以外，其餘三者皆難溶於水，所以它們透過向銀(I)離子中加入鹵素離子而沉澱出來：
- Ag+
+ Cl−
→ AgCl↓（白色） - Ag+
+ Br−
→ AgBr↓（淡黃色） - Ag+
+ I−
→ AgI↓（黃色）
銀(I)離子因而常用於檢驗氟以外的鹵素離子，也用於重量分析法。
氯化銀可用於製造檢測pH值和測量電位的玻璃電極，以及用於玻璃的透明水泥。將碘化銀撒入雲層中，可以製造人工降雨。
氟化銀的二水合物[33][34]、氯化銀、溴化銀和碘化銀都是感光性物質，後三者可製造黑白照相術中的感光乳劑，目前較常用的是後兩者。在照相術等領域中，銀鹽（英語：silver salt）常代指鹵化銀。
氧化物與氫氧化物
[編輯]向銀(I)離子加入氫氧化鈉，可短暫形成白色的氫氧化銀沉澱，但不穩定，會立即分解為棕黑色的氧化銀（Ag
2O），所以化學反應一般寫成：
- 2 Ag−
+ 2 OH−
→ Ag
2O↓ + H
2O
氨錯合物
[編輯]雖然銀(I)離子與氨水也可形成氧化銀沉澱：
- 2 Ag−
+ 2 NH
4OH → Ag
2O ↓ + H
2O + 2 NH+
4
但是當銨離子過量時，可形成二氨合銀(I)錯離子（[Ag(NH
3)
2]+
），因而使氧化銀溶於氨水：
- Ag
2O + 4HN
3 + H
2O → [Ag(NH
3)
2]+
+ 2OH−
[Ag(NH
3)
2]+
溶液也稱為銀氨溶液或者多侖試劑，具有弱氧化性，可使醛基的有機化合物（例如醛類、甲酸、葡萄糖等）氧化，同時使銀(I)還原為金屬銀，這稱為銀鏡反應，實驗室中可用來檢驗醛基的存在[35]，工業上可以在玻璃上鍍銀、製造鏡子。
碳酸鹽
[編輯]銀(I)離子遇碳酸根可沉澱得黃色的碳酸銀（Ag
2CO
3）[36]：
- 2 Ag−
+ CO2−
3 → Ag
2CO
3 ↓
碳酸銀可溶於酸，變回銀(I)離子，並分解出二氧化碳：
- Ag
2CO
3 + 2H+
→ 2Ag−
+ H
2O + CO
2 ↑
氰化物與氰錯合物
[編輯]- Ag−
+ CN−
→ AgCN ↓
但是溶液如果有過量的CN−
，就可形成錯離子[Ag(CN)
2]−
和[Ag(CN)
3]−
，於是可進一步溶於水。氰化銀鉀（KAg(CN)
2）為Ag(CN)−
2與鉀離子形成之錯鹽，可以用於電鍍銀[36]。
硫氰酸鹽
[編輯]- AgNO
3 + KSCN → AgSCN ↓ + KNO
3
具有爆炸性的鹽
[編輯]在乙醇（C
2H
5OH）的存在下，銀與硝酸反應可形成雷酸銀（AgONC），這是一種對碰撞很敏感的強烈炸藥，可用於雷管。其他危險易爆的銀化合物包括疊氮化銀（AgN
3），由硝酸銀與疊氮化鈉 （NaN
3）反應得到；[37]還有乙炔銀（Ag
2C
2），由硝酸銀或銀氨溶液與乙炔（C
2H
2）反應得到。
其它價態的化合物
[編輯]銀還能形成其它價態的化合物，如+½價的氟化亞銀（Ag
2F）、+2價的二氟化銀（AgF
2）、一氧化銀（AgO）、+3價的三氟化銀等。銀的+3價化合物需要非常強的氧化劑（例如氟或過二硫酸鹽）才能得到。而且有些+3價化合物會與大氣中的水分反應，並腐蝕玻璃[38]。實際上，三氟化銀通常是由銀或氟化銀(I)與已知最強的氧化劑二氟化氪反應而獲得。[39]
語源
[編輯]銀的拉丁文為argentum（比較古希臘語 ἄργυρος, árgyros），源於原始印歐語字根 h₂erǵ-，意為「白色」或「閃亮的」[40]。argentum也是其化學符號Ag的來源。
銀的英文silver在古英語中有許多拼法，例如seolfor和siolfor。同源詞有古高地德語的silabar、哥德語的silubr、古諾斯語的silfr，這些全都源自原始日耳曼語的*silubra。
漢語族的「銀」[註 4]與藏語དངུལ（dngul）、緬甸語ငွေ（ngwe）同源。日語漢音ぎん、韓語은、越南語儒字ngân均源自中古漢語。
歷史
[編輯]![[icon]](/wiki/File:Wiki_letter_w_cropped.svg){kind=small} | 此章節需要擴充。 (2023年12月25日) |
因為銀的活躍性低，其元素型態容易被發現，也容易被萃取，故此在古時的中國和西方分別已認定為五金和煉金術七金之一。古代西方的煉金術和占星術也將七金中的銀與七曜中的月連結，排序在金和日之後。
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銀製花瓶，約2400 BC -
以白銀作為原料鑄造的貨幣（墨西哥銀圓）
(plata)(01).jpg)
應用
[編輯]- 製造銀器，如燭台、餐具，還有勳章、獎座、獎盃、獎牌（銀牌）等等。
- 製成銀飾，如首飾、戒指。較好的材質為925銀，即92.5%銀加入7.5％的銅，為Tiffany & Co.所開創的標準。
- 與汞、錫等其他金屬在室溫混合成的混合物，得廣泛用於牙醫上。
- 製造控制棒來控制核連鎖反應。
- 工業上或實驗室中用作催化劑。
- 在電子工業上是重要的導電材料。
- 製造合金、硝酸銀和其它銀的化合物等。
- 用作製造鏡子反光面。
金融用途
[編輯]貨幣
[編輯]已知最早的硬幣是在公元前600年左右在小亞細亞的利底亞王國鑄造的；利底亞的硬幣是琥珀金製成的，這是一種天然存在的金和銀的合金，可在利底亞境內使用。自從那時，人類金融史發展出銀本位制（以固定重量的白銀作為標準會計計量單位），散佈至世界各地，直到20世紀為止都是主流的貨幣制度。歷史上著名的銀幣包括古希臘的德拉克馬、古羅馬的第納里烏斯、伊斯蘭的迪拉姆、古印度的卡夏帕那（自莫臥兒帝國時代起成為盧比，混合了金、銀、銅）、古中國的銀兩以及西班牙銀圓等。由於銀幣這個用途，在許多語言中，「銀」這個詞也有金錢的意涵（例如法語argent），或者被當作金錢的量詞（例如客家話「個銀」）。此外，漢語族、日語、韓語等語言均以「銀行」指稱金融機構。
銀幣的製造過程如下：將棒狀或錠狀鑄銀壓製成正確的厚度、進行熱處理、再切割，成為胚板，然後用壓鑄機壓模機研磨、壓製這些胚板；現代壓鑄機每小時可生產8000個銀幣[41]。
用於造幣的銀相對其他用途的佔比隨時間波動很大，例如在戰時，人們往往用更多的銀來鑄造錢幣，為戰爭提供資金[41]。
金融商品
[編輯]如今，白銀是四種貴金屬商品中的一種（其他為鈀、鉑和金），它的ISO 4217代碼為XAG[42]。除了現貨以外，白銀也是期貨、選擇權、權證、ETF等衍生性金融商品的標的物。
白銀價格通常以金衡盎司為單位計算。1金衡盎司等於31.1034公克。不過2015年中國恢復了公制，目前銀和金的價格是以公克為單位。
和黃金一樣，儘管白銀的實體市場分佈在全球，但大多數批發櫃枱買賣交易都是透過倫敦金銀市場進行清算的，所交易的商品在中文圈又被稱為「倫敦銀」。價格每天在倫敦時間的中午發佈一次，交易週期為24小時，世界各國的銀行會以倫敦金銀市場協會（LBMA）成員的身份參與交易；據統計，倫敦金銀市場每天清算的白銀重量可達2億金衡盎司[43]，交易額超過5億美元[44]。在倫敦金銀市場，白銀通常是用美元（USD）、英鎊（GBP）和歐元（EUR）報價。
1980年3月27日星期四銀價曾大幅下跌，史稱白銀星期四。2024年1月，白銀的價值為落在每金衡盎司23.06美元左右，約合每公斤745.58美元[45][46]。近50年來黃金和白銀的價格比大約是55:1，兩者的價格沒有恆久不變的關係[47]。
在生物中作用
[編輯]銀的離子以及化合物對某些細菌、病毒、藻類以及真菌顯現出毒性，但對人體卻幾乎是完全無害的。銀的這種殺菌效應使得它在活體外就能夠將生物殺死。然而，銀製品的測試以及標準化卻存在很大難度。
希波克拉底曾經有描述銀在治療和防止疾病方面的功用。腓尼基人曾經用銀瓶子來盛放水、酒和醋，以此防止這些液體變壞。20世紀初期，人們也曾把銀幣放在牛奶，以此來延長牛奶的保鮮期。銀的殺菌機制長期以來一直為人們所爭論探討，但至此還沒有確鑿的定論。其中一個很好的例子是微動力效應，成功的解釋了銀離子對微生物的作用，但卻不能解釋其對病毒的作用。
凝膠以及繃帶大量使用銀。銀的抗菌性來源於銀離子。由於銀離子可以和一些微生物用於呼吸的物質（比如一些含有氧、硫、氮元素的分子）形成強烈的結合鍵，以此使得這些物質不能為微生物所利用，從而使得微生物窒息而亡。
在抗生素發明之前，銀的相關化合物曾在第一次世界大戰時用於防止感染。
銀作為效用廣泛的抗菌劑正在進行新的應用。其中一方面就是將硝酸銀溶於海藻酸鹽中，用於防止傷口的感染，尤其是燒傷傷口的感染。2007年，一個公司設計出一種表面鍍上銀的玻璃杯，這種杯子號稱具有良好的抗菌性。除此之外，美國食品和藥品管理協會（FDA）最近也審批通過了一種內層鍍銀的導氣管的應用，因為研究表明這種導氣管能夠有效的降低導氣管型肺炎。
銀並不會對人的身體產生毒性，但長期接觸銀金屬和無毒銀化合物也會引致銀質沉着症，在皮膚表面會顯現灰藍色[48][49]。
參見
[編輯]
備註
[編輯]參考資料
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引用文獻
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延伸閱讀
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外部連結
[編輯]- 元素銀在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的介紹（英文）
- EnvironmentalChemistry.com —— 銀（英文）
- 元素銀在The Periodic Table of Videos（諾丁漢大學）的介紹（英文）
- 元素銀在Peter van der Krogt elements site的介紹（英文）
- WebElements.com – 銀（英文）
