КЛАССИФИКАЦИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

СВОЙСТВА БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Благородный (драгоценный) металл–это цветной металл, обладающий высокой химической стойкостью в агрессивных средах, тугоплавкостью, ковкостью, тягучестью.

К благородным металлам относятся золото (Аu), серебро (Ag), платина (Pt) и металлы платиновой группы – палладий (Pd), иридий (Ir), родий (Rh), рутений (Ru) и осмий (Os).

Благородным металлом принято считать металл, у которого, во-первых, электродный потенциал является высоко положительным относительно водородного электрода, а во-вторых, такой металл должен обладать выраженным противодействием химической реакции и быть особенно стойким к окислению и в растворах неорганических кислот.

Благородные металлы отличаются от других металлов физическими, химическими свойствами и стоимостью, что определяет их особое положение среди остальных металлических материалов.

ЗОЛОТО.

Химический элемент, символ Au, имеет порядковый номер 79, атомный вес 197, основную валентность ІІІ, плотность 19,3 г/см³, температуру плавления 1063 °С, температуру кипения 2877 °С, твердость по Бринеллю в отожженном состоянии 180 – 200 МПа. Латинское название металла «аурум» связано с сиянием восходящего солнца: по латыни «аурора» означает «утренняя заря».

Золото – металл красивого желтого цвета. Это очень пластичный металл и легко поддается обработке давлением. По электропроводности золото занимает третье место после серебра и меди.

Золото – тяжелый металл, уступающий по плотности только осмию, иридию и платине, поэтому многие изделия не выполняют целиком из золота, только покрывают им. Этот процесс называют плакированием и его осуществляют термическим, механическим или химическим способами.

Золото с трудом образует химические соединения, оно химически устойчиво на воздухе, в воде и в кислотах, за исключением царской водки. Широко используется в технике, медицине, ядерном синтезе и т.д.

В природе золото часто встречается в виде самородков. Но самородки редко бывают чисто золотыми, обычно в их состав входят медь или серебро.

СЕРЕБРО.

Химический элемент, символ Ag, имеет порядковый номер 47, атомный вес 107,88, валентность І, ІІ, плотность 10,5 г/ cм³, температуру плавления 960,5 °С, температуру кипения 2127 °С, твердость по Бринеллю в отожженном состоянии 250 МПа. Латинское название серебра: «аргентум» происходит от санскритского «арганта» – светлый, белый.

Серебро – самый белый по цвету металл, применяемый в ювелирном деле, практически не изменяющийся под действием кислорода воздуха при комнатной температуре, однако из-за наличия в воздухе сероводорода со временем покрывается темным налетом сульфида серебра Ag₂S. Серебро устойчиво в воде, но растворяется в азотной и горячей концентрированной серной кислоте. С царской водкой оно образует нерастворимый хлорид серебра AgCl. Как и золото, серебро взаимодействует со щелочными растворами цианидов.

Техническое применение серебра – это пайка, производство зеркал, серебрение (нанесение тонких пленок), фото- и кинопромышленность (светочувствительность его солей), музыкальные инструменты (способность звенеть при ударе), медицине и т.д.

Серебро хорошо полируется, имеет высокую отражательную способность. Для повышения твердости и прочности серебро легируют другими металлами.

ПЛАТИНА.

Химический элемент, символ Pt, имеет порядковый номер 78, атомный вес 195,23, валентность ІІ, ІV, плотность 21,45 г/ см³, температуру плавления 1769 °С, температуру кипения 3827 °С, твердость по Бринеллю в отожженном состоянии около 500 МПа. Платина (от испанского «плата»- серебрецо, серебряный, названная так за внешнее сходство с серебром) была открыта в 16 веке в Южной Америке испанцами и впервые описана в 1735 г.

Платина – тяжелый металл, имеющий бело-серую окраску, аналогичную окраске стали. Природная окраска платины, внешне похожая на белое золото, эффектно подчеркивает красоту бриллиантов, их прозрачность и блеск.

Платина пластична, хорошо полируется, обладает высокой отражательной способностью, имеет низкую тепло- и электропроводность, малую удельную теплоемкость.

Платина химически очень устойчива. Не окисляется на воздухе даже при накаливании и, остывая, сохраняет свой цвет. Платина никогда не тускнеет и не вызывает аллергии. Платина практически нерастворима в воде, в кислотах, за исключением горячей царской водки, при взаимодействии с которой Pt полностью растворяется.

ИРИДИЙ.

Химический элемент, символ Ir, имеет порядковый номер 77, атомный вес 193,1, основную валентность ІІІ, плотность 22,5 г/см³, температуру плавления 2434 °С, температуру кипения 4577 °С, твердость по Бринеллю в отожженном состоянии 1720 МПа. Иридий – происходит от греческого «иридис» – радуга, назван так за яркие и пестрые окраски растворов своих солей.

В земной коре иридий встречается редко. В природе находится в виде примесей самородной платины, а также самостоятельного минерала осмистого иридия. Получают иридий при аффинаже платины.

Иридий – металл серебристо-белого цвета, по внешнему виду и цвету напоминает олово, очень твердый и тугоплавкий. Металл можно резать и полировать, но обработке давлением он поддается только при высоких температурах.

В химическом отношении иридий один из самых стойких металлов. Иридий не вступает в реакцию со щелочами, кислотами и их смесями, даже царская водка на него не действует. Только при температуре свыше 800 °С иридий поддается действию хлора, фтора и кислорода.

ПАЛЛАДИЙ.

Химический элемент, символ Pd, имеет порядковый номер 46, атомный вес 106,4, основную валентность ІІ, плотность 12,0 г/cм³, температуру плавления 1554,5 °С, температуру кипения 2877 °С, твердость по Бринеллю в отожженном состоянии 520 МПа.

Палладий – металл серебристо-белого цвета, имеющий более светлую окраску, чем платина. Металл мягкий и ковкий, легко прокатывается в фольгу и протягивается в тонкую проволоку.

По своим свойствам он близок к платине, но более легкий и пластичный. Палладий не тускнеет на воздухе, на его поверхности не образуется ни царапин, ни трещин, а зеркальный блеск сохраняется десятилетия. Благодаря тому, что палладий хорошо обрабатывается, обладает низкой температурой плавления и относительно недорогой по стоимости, он наиболее часто применяемый металл из всей группы платиновых металлов. В ювелирных изделиях он используется также в большей степени, чем другие металлы платиновой группы.

По своим химическим свойствам палладий значительно уступает платине и другим платиновым металлам. Он растворяется в царской водке и разъедается в серной кислоте.

Палладий встречается в природе в большинстве платиновых руд в очень небольшом количестве (до 2 %) в виде сплавов с другими металлами платиновой группы и иногда в почти чистом состоянии.

РОДИЙ.

Химический элемент, символ Rh, имеет порядковый номер 45, атомный вес 102,91, основную валентность ІІІ, плотность 12,4 г/см³, температуру плавления 1960°С, температуру кипения 3627°С, твердость по Бринеллю 1010 МПа. Название металла родий – от греческого «родос»: розовый цвет (назван так за розовую окраску растворов своих солей).

Родий чаще встречается в виде примесей самородной платины, изредка – в самородном состоянии в золотоносных песках. Родия в природе в 2,5 раза меньше платины.

Получают родий попутно с извлечением платины. Отделение родия от платины и других платиновых металлов представляет значительные технологические трудности, что объясняет высокую стоимость родия. Изготавливают из родия прутки, листы, полосы, проволоку и прочие полуфабрикаты путем ковки, прокатки и волочения.

Родий – тугоплавкий голубовато-белый металл, по цвету и блеску напоминающий алюминий. Металл твердый и хрупкий, при нагревании пластичный. Резанием обрабатывается с трудом ввиду его твердости.

Родий характеризуется высокой отражательной способностью и обладает высокой тепло- и электропроводностью. Является химически пассивным металлом, исключительно стойким к действию многих веществ. В нормальных условиях на воздухе и в воде не окисляется. При нагревании покрывается черной окисной пленкой, которая исчезает при температуре свыше 1200 °С.

РУТЕНИЙ.

Химический элемент, символ Ru, имеет порядковый номер 44, атомный вес 101,07, химическую валентность ІІІ, ІV, VІ, VІІІ, плотность 12,37 г/см³, температуру плавления 2334 °С, температуру кипения 4077 °С, твердость по Бринеллю в литом состоянии 2000 МПа. Элемент рутений открыт казанским химиком Клаусом в 1844 г. и назван в честь России, латинское название которой «Рутениа».

Рутений – редкий и очень рассеянный элемент. В природе встречается как примесь самородной платины и в медно-никелевых рудах. Основной источник получения рутения – попутное извлечение при аффинаже платины.

Отсутствие сколько-нибудь значительных запасов рутения в земной коре, трудность добычи и отделения от других спутников платины до сих пор препятствуют применению рутения. Рутений – серовато-белый металл, тугоплавкий, твердый и хрупкий. Механической обработке не поддается.

Рутений обладает высокой стойкостью к коррозии. Металл устойчив к действию кислот и серы. Компактный металлический рутений не растворяется в щелочах и даже в кипящей царской водке, но частично растворяется в азотной кислоте с добавками сильных окислителей – перхлоратов или броматов. При сильном нагревании взаимодействует с кислородом, а также с хлором и фтором, растворяется в щелочах. При нагревании на воздухе рутений начинает частично окисляться

ОСМИЙ.

Химический элемент, символ Os, имеет порядковый номер 76, атомный вес 190,2, химическую валентность ІV, VІ, VІІІ, плотность 22,61 г/см₃, температуру плавления 3047 °С, температуру кипения 5027 °С, твердость по Бринеллю в литом состоянии 4000 МПа. Название осмий обязано греческому «осме» (пахнущий) за резкий запах осмиевого ангидрида. Элемент открыл английский химик Смитсон Теннант в 1804 году в осмистом иридии.

В природе встречается как составная часть самородной платины, а также как самостоятельный минерал в виде осмистого иридия. При аффинаже в процессе растворения платиновых металлов осмий в царской водке остается нерастворенным. Большую часть осмия извлекают из руд металлов платиновой группы, и только небольшое число компаний производят чистый осмий, его оксиды и прочие химические соединения.

Осмий – серовато-белый металл с голубым оттенком, тяжелый, тугоплавкий, твердый и хрупкий. Хрупкость осмия так велика, что его можно истолочь в порошок в железной ступке, причем порошок имеет сине-черный цвет, а не серовато-светлый, как у большинства металлов. Механической обработке осмий не поддается.

Химическими свойствами Оs не отличается от Ru. Этот металл является наиболее стойким в химическом отношении металлом. Ни одна из кислот и царская водка на него не действуют.

В ювелирном производстве осмий не применяется.

КЛАССИФИКАЦИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Металлы и сплавы характеризуются определенными физическими химическими, механическими и технологическими свойствами.

К физическим свойствам металлов и сплавов относятся цвет, блеск, плотность, температура плавления, электропроводность и теплопроводность.

Блеск – свойство поверхности отражать свет.

Цвет – свойство света вызывать зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом отражаемого или испускаемого излучения.

К легким металлам относят металлы, имеющие значение плотности менее 5 г/см³. К тяжелым – чаще всего те металлы, плотность которых выше плотности железа (7,8 г/см³). По этой классификации все благородные металлы относятся к тяжелым металлам.

По температуре плавления металлы подразделяют на легкоплавкие и тугоплавкие. К легкоплавким металлам относят алюминий (температура плавления – 660 °С) и металлы, имеющие значение температуры плавления меньше, чем у алюминия. К тугоплавким – металлы с температурой плавления выше температуры плавления железа (1539 °С). По этой классификации к тугоплавким металлам относятся платина и металлы платиновой группы.

К химическим свойствам благородных металлов и сплавов относятся коррозионная стойкость и растворимость.

Коррозионная стойкость – свойство металлов противостоять (не разрушаться) действию агрессивных сред.

Коррозионная стойкость сплавов должна обеспечивать устойчивость поверхности изделий к воздействию внешней среды в нормальных (бытовых) условиях эксплуатации. Наиболее устойчивы ювелирные сплавы золота и платина высоких проб.

Основными технологическими методами защиты художественных изделий от коррозии являются:

легирование – введение в сплавы элементов, повышающих коррозионную стойкость;

оксидирование – искусственное образование химическим путем на поверхности изделий стойких пленок, защищающих их от коррозии;

металлические и неметаллические покрытия – способ покрытия изделий более стойкими и обычно более декоративными материалами (золочение, никелирование, лакирование).

Растворимость – способность металлов растворяться в кислотах, электролитах и других средах. При изготовлении художественных изделий из металлов часто производится неполное растворение, ограничивающееся только поверхностным слоем металла.

К основным механическим свойствам металлов и сплавов относятся пластичность, прочность и износостойкость.

Износостойкость сплавов должна быть достаточной для сохранения качества поверхности изделий при механических воздействиях в условиях эксплуатации, т.е. обеспечивать устойчивость против образования рисок и царапин на поверхности.

Прочностные свойства (предел прочности, и предел текучести) сплавов должны обеспечивать цельность и неизменность формы изделия, отсутствие деформации отдельных частей в процессе эксплуатации.

Пластичность – способность подвергаться необратимой деформации, т.е. обработке давлением. Пластичность характеризуется относительным удлинением (δ) и относительным сужением (ψ). Пластичность имеет большое значение в кузнечном и штамповочном производстве, а также при чеканке, прокатке и волочении. Благородные металлы имеют высокую пластичность.

К основным технологическим свойствам металлов и сплавов относятся литейные свойства (жидкотекучесть, усадка), а также обрабатываемость резанием и давлением, упрочняемость, свариваемость, паяемость и др.

Литейные свойства определяются температурой плавления, кипения, заливки и кристаллизации, а также плотностью и жидкотекучестью расплава, литейной усадкой.

Жидкотекучесть –способность металла течь и заполнять литейную форму. Она зависит от химического состава сплавов, температуры заливки расплавленного металла, конфигурации литейной формы и т.д

В процессе первичной кристаллизации происходит уменьшение объема и линейных размеров – это явление называют усадкой.

Упрочняемость – способность металла приобретать более высокую прочность после термической, химико-термической или механической обработки.

Свариваемость – это способность металлов и сплавов прочно соединяться путем местного нагрева и расплавления свариваемых кромок изделия.

Паяемость – свойство металлов образовывать неразъемные соединения посредством расплавленного присадочного материала - припоя. При пайке должно отсутствовать явление красноломкости. Различают два основных вида пайки: пайку мягкими припоями с температурой плавления до 400 °С, и пайку твердыми припоями температура плавления которых свыше 550 °С.