آشنایی با کاربردهای فلز نقره در صنایع مختلف

نقره (Silver)  یک عنصر شیمیایی با نماد Ag و عدد اتمی ۴۷ است. نقره یک فلز انتقالی نرم ، سفید ، براق با بالاترین هدایت الکتریکی – حرارتی و انعکاس فلزی است.

این فلز در پوسته زمین به شکل عنصری خالص و آزاد ، به صورت آلیاژ با طلا و سایر فلزات و در ترکیب مواد معدنی مانند آرژنتیت و کلرارگریت یافت می شود. نقره بیشتر به عنوان محصول فرعی پالایش مس ، طلا ، سرب و روی تولید می شود.

این فلز مدت هاست که به عنوان یک فلز گرانبها در نظر گرفته می شود  و در بسیاری از سکه ها گاهی در کنار طلا استفاده می شود. اگرچه این فلز نسبت به طلا در بازار بسیار فراوان تر است اما به عنوان یک فلز بومی فراوانی کمتری نسبت به طلا  دارد . این ماده به عنوان یکی از هفت فلز باستانی در اکثر فرهنگ‌های بشری نقش ماندگار داشته است. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می شود.

کاربردهای فلز نقره

این فلز در پانل های خورشیدی ، تصفیه آب ، جواهرات ، زیور آلات نقره ، ظروف نقره ای، اتصالات  الکتریکی و هادی ها  به صورت تخصصی استفاده می شود.

این فلز در آینه ها ، روکش پنجره ها ، در آنالیز واکنش های شیمیایی و ترکیب فیلم های عکاسی و اشعه ایکس استفاده می شود. محلول های رقیق نیترات نقره و سایر ترکیبات این فلز به عنوان ضد عفونی کننده و میکروبیوسید مورد استفاده قرار می گیرند و به باندها و پانسمان های زخم ، سوند و سایر ابزارهای پزشکی اضافه می شوند.

جالب است بدانید:

امروزه از این فلز برای آلیاژهای لحیم و لحیم کاری ، باتری ها ، دندانپزشکی ، تراشه های LED ، راکتورهای هسته ای ، انرژی فتوولتائیک (یا خورشیدی) ، تراشه های RFID  برای ردیابی بسته های یا محموله ها در سراسر جهان ، نیمه هادی ها ، صفحه نمایش لمسی ، مواد نگهدارنده چوب و بسیاری دیگر از مصارف صنعتی استفاده می شود.

بیشترین مصرف کنندگان نقره برای کاربردهای صنعتی در دهه گذشته آمریکا ، کانادا ، چین ، هند ، ژاپن ، کره جنوبی ، آلمان و روسیه بوده اند. در این مدت تقاضا برای این فلز از صنایع قدیمی کاهش یافته و بیشتر در فناوریهای جدید استفاده می شود.

ویژگیهای شیمیایی فلز نقره

این فلز به لحاظ خصوصیات فیزیکی و شیمیایی با دو همسایه عمودی خود در گروه ۱۱ جدول تناوبی ، یعنی مس و طلا مشابه است. گروه ۱۱ یکی از معدود گروه های بلوک d است که مجموعه کاملی از پیکربندی های الکترونی دارد.

نقره یک فلز انتقالی بسیار نرم ، انعطاف پذیر و چکش خوار است هرچند که  چکش خواری آن از طلا کمتر است. این فلز به شکل شبکه مکعب مانند متبلور می شود و پیوندهای فلزی در نقره فاقد خصوصیت کووالانسی  و نسبتاً ضعیف هستند.

این فلز دارای یک درخشش فلزی سفید و درخشان و آنقدر مشخص است که نام این فلز به یک رنگ تبدیل شده است. بر خلاف مس و طلا ، انرژی لازم برای تحریک یک الکترون از باند d پرشده به باند  s-p در نقره به اندازه کافی بزرگ است (حدود ۳۸۵ کیلوژول در مول) که دیگر با جذب در ناحیه قابل مشاهده طیف مطابقت ندارد از این رو نقره ، فلزی رنگی نیست.

این عنصر دارای بازتاب نوری بیشتری نسبت به آلومینیوم در تمام طول موج های بیشتر از ۴۵۰ نانومتر است. در طول موجهای کوتاه تر از ۴۵۰ نانومتر ، بازتاب نقره نسبت به آلومینیوم پایین است و در نزدیک به ۳۱۰ نانومتر به صفر می رسد.

بهتر است بدانید:

هدایت الکتریکی و حرارتی بسیار بالا برای عناصر گروه ۱۱ متداول است ولی هدایت الکتریکی نقره از همه فلزات بزرگتر  و حتی از مس نیز بیشتر است ، اما به دلیل هزینه بالاتر از این خاصیت زیاد استفاده نمی شود.

یک استثنا در مهندسی فرکانس رادیویی ، به ویژه در VHF و فرکانس های بالاتر است که آبکاری نقره باعث هدایت الکتریکی می شود ، زیرا این جریان ها تمایل دارند بیشتر از سطح کنداکتور جریان داشته باشند تا قسمت های داخلی آن.

نقره خالص بالاترین هدایت حرارتی را نسبت فلزات دیگری دارد اگرچه رسانایی کربن (در آلوتروپ الماس) و هلیوم  فوق العاده بالاتر است. این فلز همچنین کمترین مقاومت تماسی را  در برابر هر فلز دیگری دارد و  به راحتی آلیاژهایی با مس ، طلا و همچنین روی تشکیل می دهد.

نکته:

این فلز با هوا حتی در دمای قرمز واکنش نشان نمی دهد  بنابراین توسط کیمیاگران به عنوان یک فلز نجیب به همراه طلا در نظر گرفته می شدند. واکنش پذیری  این فلز چیزی بین مس (که در هنگام گرم شدن در هوا تا حرارت قرمز ، اکسید مس (I) تشکیل می دهد) و طلا است. مانند مس این فلز با گوگرد و ترکیبات آن واکنش نشان می دهد.

در حضور گوگرد،  نقره در هوا لکه دار می شود و سولفید نقره ای سیاه را تشکیل می دهد (مس به جای آن سولفات سبز را تشکیل می دهد ، در حالی که طلا واکنش نشان نمی دهد). برخلاف مس ، نقره به جز گاز فلورین ، که با آن دیفلوئورید تشکیل می دهد ، با هالوژنها واکنش نشان نخواهد داد. این فلز  توسط اسیدهای غیر اکسید کننده مورد حمله قرار نمی گیرد ولی به راحتی در اسید سولفوریک غلیظ و همچنین اسید نیتریک رقیق یا غلیظ حل می شود. در حضور هوا و به ویژه در حضور پراکسید هیدروژن  این فلز  به راحتی در محلول های آبی سیانید حل می شود.

موارد استفاده فلز نقره در صنایع مختلف

جواهرات و وسایل نقره ای

عمده کاربرد این فلز علاوه بر در سکه ها در طول تاریخ ساخت جواهرات و سایر موارد با کاربرد عمومی بوده است که این مسئله همچنان ادامه دارد. نمونه های آن شامل ظروف نقره ای است که به دلیل خاصیت ضد باکتریایی بسیار مناسب است. از آنجا که نقره خالص بسیار نرم است بیشتر با مس آلیاژ می شود.

کاربرد در پزشکی

در پزشکی این فلز در پانسمان زخم ها گنجانیده شده و به عنوان روکش آنتی بیوتیکی در دستگاه های پزشکی استفاده می شود. از پانسمان زخم حاوی سولفادیازین یا نانو مواد نقره برای درمان عفونتهای خارجی استفاده می شود. یون نقره فعال زیستی است و در غلظت کافی به راحتی باکتریها را در شرایط آزمایشگاهی از بین می برد.

این یونها با آنزیم های تولید مواد مغذی و تشکیلات دیواره های سلولی تداخل کرده و همچنین با ماده ژنتیکی باکتری ها پیوند می خورند. نانوذرات نقره به عنوان ضد میکروب در انواع کاربردهای صنعتی ، بهداشتی و  خانگی مورد استفاده قرار می گیرند.

کاربرد در الکترونیک

این فلز  در الکترونیک برای رساناها و الکترودها به دلیل هدایت الکتریکی بالای آن حتی در هنگام لکه دار شدن بسیار مهم است. از فویل های نقره ای و نقره  فشرده برای ساخت لوله های خلاء استفاده می شود و امروزه همچنان در ساخت وسایل نیمه هادی ، مدارها و اجزای آنها مورد استفاده قرار می گیرد. پودر نقره  و آلیاژهای آن در آماده سازی های خمیر برای لایه های هادی و الکترودها ، خازن های سرامیکی و سایر اجزای سرامیک استفاده می شود.

استفاده در آلیاژهای لحیمی

لحیم حاوی نقره برای فلزاتی مانند کبالت ، نیکل و آلیاژهای مبتنی بر مس و فولاد بکار می رود. اجزای اصلی این آلیاژهای لحیمی نقره و مس هستند و سایر عناصر با توجه به کاربرد خاص مورد نظر انتخاب می شوند که شامل روی ، قلع ، کادمیوم ، پالادیوم ، منگنز و فسفر می باشد. این فلز باعث افزایش کارایی و مقاومت در برابر خوردگی در حین استفاده می شود.

کاربرد در تجهیزات شیمیایی

این فلز به دلیل واکنش پذیری پایین و هدایت حرارتی بالا و کارایی آسان در ساخت تجهیزات شیمیایی مفید است. این تجهیزات برای کار در دماهای بالا غالباً دارای روکش نقره هستند. نقره و آلیاژهای آن با طلا به عنوان مهر و موم، سیم یا حلقه  برای کمپرسورهای اکسیژن و تجهیزات خلاء استفاده می شود.

استفاده به عنوان کاتالیزور

این فلز یک کاتالیزور مناسب برای واکنش اکسیداسیون است. نقره پودر شده منجر به اکسیداسیون کامل مواد آلی به دی اکسید کربن و آب می شود و از این رو نقره درشت دانه به جای آن استفاده می شود. هیدروژن زدایی متانول به فرمالدئید در دمای ۶۰۰-۷۲۰ درجه سانتیگراد با استفاده از گاز نقره یا کریستالهای آن به عنوان کاتالیزور انجام می شود.

احتیاط در رابطه با فلز نقره

ترکیبات نقره ای نسبت به سایر فلزات سنگین سمیت کمی دارند زیرا در هنگام هضم در بدن جذب ضعیفی دارند و آنچه که جذب می شود به سرعت به ترکیبات نقره ای نامحلول تبدیل شده  و یا توسط متالوتیونین  کمپلکس می شود.

با این حال  فلوراید و نیترات نقره سوز آور هستند و می توانند باعث آسیب های بافتی و همچنین گاستروانتریت ، اسهال ، افت فشار خون ، گرفتگی عضلات  ، فلج و ایست تنفسی  شوند. حیواناتی که به طور مکرر نمک های نقره مصرف می کنند  کم خونی ، کند شدن رشد ، نکروز کبد و کلیه ها را تجربه می کنند.

در دوزهای زیاد این فلز و ترکیبات حاوی آن می توانند به سیستم گردش خون جذب شده و در بافتهای مختلف بدن ذخیره شوند که منجر به ایجاد رنگدانه آبی – خاکستری در پوست ، چشم و غشاهای مخاطی می شود.

بعضی از ترکیبات نقره ای مانند ترکیبات نیتروژن آزید ، آمید ، استیلید ، اگزالات و اکسید نقره (II) بسیار انفجاری هستند آنها می توانند در حین گرم کردن ، وارد شدن ضربه  ، نور  و گاهی بطور خود به خود منفجر شوند. برای جلوگیری از شکل گیری چنین ترکیباتی ، آمونیاک و استیلن باید از تجهیزات نقره ای دور نگه داشته شوند.