خواص نقره و کاربردهای آن

نقره (با نماد شیمیایی Ag)، یک عنصر شیمیایی و فلزی درخشان و سفیدرنگ است که به دلیل زیبایی تزئینی و رسانایی الکتریکی بسیار بالای خود، ارزش زیادی دارد. نقره در گروه ۱۱ (Ib) و دوره ۵ جدول تناوبی، بین مس (در دوره ۴) و طلا (در دوره ۶) قرار گرفته است و خواص فیزیکی و شیمیایی آن حالتی میانی بین این دو فلز دارد.

مشخصات اصلی عنصر نقره

• عدد اتمی: ۴۷
• وزن اتمی: ۱۰۷.۸۶۸
• نقطه ذوب: ۹۶۰.۸ درجه سانتی گراد (۱,۸۶۱.۴ درجه فارنهایت)
• نقطه جوش: ۲,۲۱۲ درجه سانتی گراد (۴,۰۱۴ درجه فارنهایت)
• وزن مخصوص: ۱۰.۵ (در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد)
• اعداد اکسایش: +۱، +۲، +۳
• آرایش الکترونی: [Kr]4d¹⁰5s¹

خواص، کاربردها و فراوانی در طبیعت

نقره به همراه طلا و فلزات گروه پلاتین، یکی از فلزات موسوم به فلزات گران بها است. به دلیل کمیابی نسبی، رنگ سفید درخشان، چکش خواری (malleability)، شکل پذیری (ductility) و مقاومت در برابر اکسیداسیون جوی، نقره از دیرباز در ساخت سکه، زیورآلات و جواهرات به کار رفته است.

کاربردهای صنعتی و فناورانه

نقره دارای بالاترین رسانایی الکتریکی و حرارتی در میان تمام فلزات است و به همین دلیل در ساخت مدارهای الکتریکی چاپی و به عنوان پوشش بخارنشانده (vapor-deposited coating) برای هادی های الکترونیکی استفاده می شود. همچنین برای استفاده در کنتاکت های الکتریکی، با عناصری مانند نیکل یا پالادیوم آلیاژسازی می شود.

نقره همچنین به عنوان یک کاتالیزور به دلیل توانایی منحصربه فرد خود در تبدیل اتیلن به اتیلن اکسید، که پیش ماده بسیاری از ترکیبات آلی است، کاربرد دارد. نقره یکی از نجیب ترین فلزات واسطه است؛ یعنی از نظر شیمیایی کمترین واکنش پذیری را دارد.

پیشینه تاریخی

زیورآلات و تزئینات نقره ای در مقبره های سلطنتی با قدمت ۴۰۰۰ سال پیش از میلاد کشف شده اند. به احتمال زیاد، تا سال ۸۰۰ پیش از میلاد، طلا و نقره در تمام کشورهای بین رود سند و نیل به عنوان پول مورد استفاده قرار می گرفته اند.

فراوانی و کانی ها در طبیعت

نقره به طور گسترده در طبیعت توزیع شده است، اما مقدار کل آن در مقایسه با فلزات دیگر بسیار کم است؛ این فلز تنها ۰.۰۵ بخش در میلیون (ppm) از پوسته زمین را تشکیل می دهد. تقریباً تمام سولفیدهای سرب، مس و روی حاوی مقداری نقره هستند. سنگ های معدنی حاوی نقره می توانند مقادیر متفاوتی از این فلز را در خود داشته باشند، از مقادیر بسیار ناچیز تا چندین هزار اونس تروی در هر تن، یا حدود ۱۰ درصد.

برخلاف طلا، نقره در بسیاری از کانی های طبیعی یافت می شود. از نظر تجاری، مهم ترین کانی های نقره شامل ترکیباتی مانند تتراهیدریت و آرژانتیت (سولفید نقره، Ag₂S) هستند که معمولاً با سولفیدهای دیگر مانند سولفیدهای سرب و مس همراه است. نقره به طور کلی در سنگ های معدن سرب، مس و کبالت آرسنید یافت می شود و همچنین در طبیعت اغلب با طلا همراه است. بیشتر نقره جهان به عنوان محصول جانبی از سنگ های معدنی که برای به دست آوردن این فلزات دیگر استخراج و فرآوری می شوند، به دست می آید. ذخایر نقره خالص (آزاد یا ترکیب نشده) نیز از اهمیت تجاری برخوردارند.

فرآوری و استخراج

از آنجایی که اکثر سنگ های معدنی حاوی نقره، فلزات مهمی چون سرب، مس یا روی را نیز در خود دارند، بخش حاوی نقره ی این سنگ ها غالباً به عنوان محصول جانبی تولید مس و سرب بازیابی می شود. سپس نقره خالص از این بخش خام توسط ترکیبی از ذوب (smelting) و پالایش حرارتی یا الکتریکی (fire- or electrorefining) به دست می آید. این فرآیند به این دلیل است که جداسازی مقدار کم نقره از سنگ معدن اصلی آن به تنهایی، صرفه اقتصادی ندارد. اما هنگامی که مقادیر عظیم سنگ معدن برای استخراج مس، سرب یا روی فرآوری می شود، نقره موجود در آن به صورت متمرکز در محصولات جانبی جمع آوری شده و استخراج آن اقتصادی می گردد.

تولید و ذخایر جهانی نقره (آمار سال ۲۰۱۶)

توضیحات جدول:

* تخمینی

** شامل نقره قابل استحصال از سنگ های معدنی فلزات پایه.

*** مجموع اعداد به دلیل گرد کردن ممکن است دقیقاً ۱۰۰ نشود.

منبع: وزارت کشور ایالات متحده، خلاصه های کالاهای معدنی ۲۰۱۷.

کاربردهای تاریخی و مدرن

از لحاظ تاریخی، یکی از کاربردهای اصلی نقره، استفاده پولی به شکل ذخایر شمش نقره و سکه ها بوده است. با این حال، تا دهه ۱۹۶۰، تقاضا برای نقره برای مقاصد صنعتی، به ویژه در صنعت عکاسی، از کل تولید سالانه جهانی فراتر رفت. در اوایل قرن ۲۱، دوربین های دیجیتال جایگزین دوربین هایی شدند که از فیلم عکاسی استفاده می کردند، اما تقاضا برای نقره از بخش های دیگر—مانند ظروف نقره استرلینگ و روکش نقره، زیورآلات، جواهرات، سکه زنی، قطعات الکترونیکی و سلول های فتوولتائیک—همچنان اهمیت خود را حفظ کرد.

آلیاژهای رایج نقره

آلیاژهای نقره با مس سخت تر، محکم تر و دارای نقطه ذوب پایین تری نسبت به نقره خالص هستند و برای ساخت جواهرات و سکه استفاده می شوند. نسبت نقره در این آلیاژها با اصطلاح «عیار» (fineness) بیان می شود که به معنای میزان بخش های نقره در هر هزار بخش از آلیاژ است.

• نقره استرلینگ (Sterling silver): حاوی ۹۲.۵ درصد نقره و ۷.۵ درصد فلز دیگر (معمولاً مس) است؛ یعنی عیار آن ۹۲۵ است.
• نقره جواهرسازی (Jewelry silver): آلیاژی است که حاوی ۸۰ درصد نقره و ۲۰ درصد مس است (عیار ۸۰۰).
• طلای زرد: طلای زردی که در جواهرسازی استفاده می شود، از ۵۳ درصد طلا، ۲۵ درصد نقره و ۲۲ درصد مس تشکیل شده است.

خواص شیمیایی و ایزوتوپ ها

نقره طبیعی ترکیبی از دو ایزوتوپ پایدار است: نقره-۱۰۷ (۵۱.۸۳۹ درصد) و نقره-۱۰۹ (۴۸.۱۶۱ درصد).

این فلز با هوای مرطوب یا اکسیژن خشک واکنش نمی دهد اما توسط ازن مرطوب به صورت سطحی اکسید می شود. در دمای اتاق، به سرعت توسط گوگرد یا سولفید هیدروژن کدر (tarnish) می شود که این پدیده باعث ایجاد لایه تیره رنگ سولفید نقره بر سطح آن می گردد.

یک پدیده جالب در مورد نقره مذاب این است که می تواند تا ۲۲ برابر حجم خود اکسیژن را حل کند؛ پس از انجماد، بیشتر این اکسیژن به شدت خارج می شود، پدیده ای که به آن «تف کردن نقره» (spitting of silver) می گویند. این پدیده را می توان با افزودن یک ماده اکسیژن زدا مانند زغال چوب به نقره مذاب کنترل کرد.

نقره به راحتی در نیتریک اسید و سولفوریک اسید غلیظ و داغ حل می شود. این فلز همچنین در اسیدهای اکسیدکننده و در محلول های حاوی یون های سیانید در حضور اکسیژن یا پراکسیدها حل می شود. انحلال در محلول های سیانیدی به دلیل تشکیل یون بسیار پایدار دی سیانوآرژنتات [Ag(CN)₂]⁻ است.

مقایسه با مس

مانند مس، نقره نیز یک الکترون s در خارج از یک لایه d کامل دارد، اما با وجود شباهت در ساختارهای الکترونی و انرژی های یونیزاسیون، شباهت های نزدیکی بین نقره و مس وجود ندارد.

ترکیبات مهم نقره

مهم ترین حالت اکسیداسیون نقره در تمام شیمی معمول آن، حالت +۱ است، اگرچه حالت های +۲ و +۳ نیز شناخته شده اند.

ترکیبات نقره شامل نقره کلرید (AgCl)، نقره برمید (AgBr) و نقره یدید (AgI) است. هر یک از این نمک ها در صنعت عکاسی کاربرد دارند. نقره کلرید به عنوان ماده حساس به نور در کاغذهای چاپ عکاسی و به همراه نقره برمید در فیلم ها و صفحات عکاسی خاصی استفاده می شود. نقره یدید نیز در ساخت کاغذها و فیلم های عکاسی، و همچنین در بارورسازی ابرها برای ایجاد باران مصنوعی و در برخی مواد ضدعفونی کننده کاربرد دارد.

هر سه این هالیدها از نقره نیترات (AgNO₃) به دست می آیند که مهم ترین نمک معدنی نقره محسوب می شود. علاوه بر تولید نمک های دیگر، نقره نیترات ماده اولیه برای تولید نقره سیانید است که در فرآیندهای آبکاری نقره به کار می رود.

نتیجه گیری

در نهایت، نقره (Ag) عنصری با شخصیتی دوگانه و برجسته است. این فلز گران بها، که از دوران باستان به دلیل زیبایی، درخشندگی و کمیابی در ساخت سکه و زیورآلات مورد توجه بوده است، امروزه نقشی حیاتی و بی بدیل در صنایع پیشرفته ایفا می کند. خواص منحصربه فرد آن، به ویژه بالاترین رسانایی الکتریکی و حرارتی در میان تمام فلزات، آن را به یک جزء کلیدی در الکترونیک، فناوری های نوین و فرآیندهای کاتالیزوری تبدیل کرده است.

همانطور که اشاره شد، نقره با وجود توزیع گسترده در طبیعت، فلزی کمیاب است و استخراج آن اغلب به عنوان محصول جانبی از فرآوری سنگ های معدنی فلزات دیگر مانند مس و سرب صورت می گیرد که این موضوع ارزش اقتصادی آن را دوچندان می کند.

به این ترتیب، نقره پلی است میان گذشته و آینده؛ فلزی که هم نماد ثروت و هنر در تاریخ بشر بوده و هم یکی از پایه های ضروری برای پیشرفت تکنولوژی در دنیای مدرن محسوب می شود.