作者 主題: [轉錄]銀的自述  (閱讀 8695 次)

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[轉錄]銀的自述
« 於: 一月 18, 2008, 09:13:34 pm »
我是化學周期表的第 47 號元素,外表顏色雪白的「銀」。首先,自我介紹一下我是如何被發現的?

在 1516 年,西班牙航海家索利斯(Juan Dz de Sol, 1470 1516)率領一支探險隊,沿著一條不知名的河,到達現在的阿根廷和烏拉圭的交界處,發現當地居民身上佩戴著許多閃爍奪目的銀質飾品。探險者推測這裡盛產白銀,就叫它「普拉塔河」(Rio de la Plata)。在西班牙語中 Plata 就是銀,這條河也就是「銀河」。

到了 1580 年,西班牙人在現在的布宜諾斯艾利斯市建立了永久殖民據點,在 1776 年更建立了「普拉塔河總督領地」,也就是「銀河總督的屬地」的意思。到了 19 世紀初,西班牙的統治被推翻了,為了洗刷恥辱,當地人把「普拉塔河總督領地」改成了以拉丁文的銀(Argentum,阿根廷)來命名。現在的阿根廷國家的英文名就是 Argentina,也就是「銀國」。

其實,阿根廷只是徒有銀國的虛名,因為它產的銀並不多,在 2005 年由銀礦生產銀的全球排名只是第 15 名,產量略少於 150 公噸。祕魯國土只有阿根廷的一半,產銀量卻是阿根廷的 20 倍。祕魯和墨西哥是世界上最大的兩個產銀國。

但是也有人認為「Argentum」這個拉丁字,是源自梵文的「Arguns」,或者希臘文的「Argos」,二者原意都是「閃亮、白色」。我的化學符號 Ag 就是出自拉丁文的「Argentum」,而我的英文名稱則是「Silver」,這是來自古英文的「Seolfor」。但事實上,我被人類發現的史實,可以遠推到西元前三、四千年,只是當時人們知道我是一種金屬,但不知是何物。

古時的煉丹術士曾用一個特殊符號代表銀,這個符號含有一個新月狀的圖形,因為人們常用月亮來代表我。而我所具有的銀白色光澤,眾人皆知,也常拿來描述其他金屬外觀的顏色,古埃及人曾經稱呼我為白金。甚至,水銀(mercury, Hg)拉丁文和英文名的原意就是「水狀或易變的銀」。

我最早用來做裝飾品和餐具,後來才做為貨幣。最早的錢幣便是用金和銀鑄造的。我在聖經時代就已經做為貨幣使用了,因此,我常被認為是鑄幣金屬中的一種。中國在漢朝時代,也開始把我鑄造成錠做為貨幣使用。後來由於工業界對我的需求量非常大,價格不斷上漲,漸漸地人們也就不再用我鑄造錢幣了。銀幣的歷史大約在 1970 年代終於結束了。

我不容易腐蝕,也不容易起化學變化,無論乾燥、潮濕或強鹼,都無法使我變質。因此我與金被當作貴重金屬,在化學元素周期表上也處在相鄰的位置-我在金上面,金在我下面。我目前是最便宜的貴重金屬呢!

我們主要的來源除了廢棄銀的再煉製外,就是靠開採含銀礦物。銀礦中的四分之三,在南北美洲--洛磯山區、墨西哥鋸齒山脈、安第斯山和加拿大,澳大利亞和俄羅斯也有豐富的銀礦。據估計 2005 年世界所需的銀量約為二萬四千多公噸,其中的七成來自銀礦的開採,兩成則來自熔化及提煉舊錢幣、銀器、電腦線路板、用過的照相材料和其他零星的銀製物品。幸運的是,我幾乎可以禁得起無數次的熔化和提煉,損耗卻微乎其微。

許多人也像猶大一樣,不惜為了銀子走入極端。遠征中南美洲的西班牙人在祕魯搜刮這種金屬,劫掠印加人祭神用的銀刀、銀耳飾、銀面具和銀偶像,然後據山開採。他們把印加人的銀器熔化後,大都奉獻給君主、國家和上帝。獻給上帝的禮物,就是用我以十字架、聖餐杯等豪華的形式,出現在西班牙的殖民教堂中。

在其他帝國裡,像是印度,也曾經留下我的蹤跡。葡萄牙、法國和英國曾向印度大陸輸送了大量的銀塊、銀幣、銀禮物,以換取香料、絲綢、茶葉和印度各邦君主的好感。印度沒有銀礦,可是時至今日,卻仍有 10 萬至 14 萬公噸的銀,約占了全世界銀總量的百分之十五。大部分打造成腳環、臂環和其他首飾,由婦女珍藏,當做隨身攜帶的積蓄。

在地球的另一面,保守的墨西哥人最喜愛的是一盎斯(約 28.35 公克)重的小銀飾物,而墨西哥由礦物提煉的銀產量,在 2004 年前是全世界第一,領先第二名的祕魯。根據墨西哥的經濟部統計,在 2000 年墨西哥採得的銀總計有 2,492 公噸,在當年占了世界銀產量的 15% 左右。不過,祕魯在 2005 年的銀產量增加到 2,908 公噸,領先第二名墨西哥的 2,617 公噸。

新銀礦不可能隨時增闢,開採「低水準」的礦藏必須挖豎坑、鑽隧道,耗費多年的辛勞和千百萬美元的成本,因此墨西哥礦業人士常說:「必須有個金礦才能開採銀礦。」

如果是純銀,會是美麗的白色金屬。銀礦開採出來後,須經過粉碎加工,再送到煉銀廠煉製。剛出爐的銀水呈紅色,冷卻後變成一塊塊的紅磚。這些紅磚需要再次地提煉,用木炭去氧後,才能變成一塊塊光滑明亮的純白銀錠。

在珠寶加工中,人們常把銅加入銀裡形成合金,增強硬度並滿足珠寶需求的強度。例如,英幣含有7%的銅,而在某些號稱銀戒指和銀項鍊的銅含量約在 20 ~ 30% 間。珠寶中的銀含量通常用純度來表示,表示的數值等於珠寶中銀百分含量的 10 倍。例如,如果銀幣含有 93% 的銀,它的銀純度就表示成 930。在很多歐洲的銀器中,純度通常只是 800 左右。

就彎曲和延展性能而論,在所有金屬裡,只有我可以與金相比。我很軟,延展性極好,這意味著可以被拉製成細線或打造成薄片來滿足各種用途。銀匠能把 0.05 公克(一格令,1 grainer)的銀拉成 120 公尺長的細銀絲,或錘成只有這頁紙的一百五十分之一厚度的薄片。而且我也和金一樣,都是屬於耐久型的財富,可以安全保存。

我在金屬王國中,還保持著導電性最好和導熱性最棒的兩項紀錄。例如,如果汞的導電性是 1,銅的導電性就是 57,我的導電性則是 59,占第一位。導電性最好的特性使我成了許多電子和無線電裝置中的導線和接線柱,以及火箭中重要元件的焊料的不二人選。我也常被用來製作靈敏度極高的物理儀器,以及各種自動化裝置的元件,例如助聽器、計算機等。潛水艇和人造衛星甚至借助銀電池來提供動力。汽車、電燈、電話和電腦也都採用微小的銀盤接切電流,在這些設備中,所有的接觸點都是用我來製作的。

由於我的價格昂貴,因此不常用在一般的家用電器上,而是廣泛地用在高品質和高價值的電子儀器中,或其他的特殊用途上。例如,美國國家航空暨太空總署(NASA)的太空梭以混合時易爆的液態氫和液態氧做為燃料,引擎就用我來封焊,以防止些微的小火星引起燃料的爆炸。先前提到的銀電池也是我的主要用途之一。我經常配合其他金屬來製作電池,像是「銀─鋅電池」、「銀─鎘電池」等,並用在特殊的用途上。

導熱性能最強的性質又使我成了自動控制裝置、太空火箭、潛艇和計算機中,開閉頻繁的接觸點的最適合材料。因為在使用期間,每個接觸點都要工作百萬次以上,必須非常耐磨,而且性能可靠,才能承受這種嚴格的工作要求。當然就只有我能完全滿足這些條件。

我可以說是地球上的稀有元素,因為在地球上的儲藏量估計只有百萬分之零點一,在海水中,儲存量約為百萬分之零點零一。雖然我在地殼中的含量大約是金的 15 倍,但是卻很少以純物質的狀態存在,大都以化合物的狀態存在。其實,我還是自然界中能以化合物狀態存在的少數幾個元素中的一種。因此我被人類發現的時間比金還晚,甚至有一段時間,我的地位比金還要高。

在古代,人們就已經知道開採銀礦,但由於當時人們取得的銀量很少,使得我的價值比金還貴。例如,在西元前 1780 ~ 1580 年間,埃及王朝的法典規定我的價值是金的兩倍,甚至到了 17 世紀,日本的金、銀價值還是相等的。

我在輝銀礦(argentite,硫化銀)中的含量比較高,在銅鎳礦中,則以雜質形式存在。金屬的我不與空氣中的水和氧發生反應,但隨著時間,會逐漸失去光澤,開始在表面上出現黑色物質,這種黑色物質是硫化銀(Ag2S)。由於植物在腐爛過程中常會產生硫化氫(H2S)氣體,空氣中少量的硫化氫能與我發生反應,使銀失去光澤帶有黑色。如果把銀餐具與含硫食物(像是雞蛋、芥末等)放在一起,這種褪色過程會進行得很快。

我也常用做珠寶和餐具的鍍層金屬。在電鍍過程中,被鍍物品表面在電流作用下,會鍍上一層薄的保護性銀鍍層,使物品外觀漂亮、延長壽命。電鍍時,銀棒做陽極,被鍍物品做陰極與電源相連,二者共同浸入氰化銀(AgCN)的電解液中。當電流通過時,便會在被鍍物品表面形成一層光亮的銀。

我的好處還不只這些。鏡子是日常生活必備的用具之一,但你是否知道,這樣一塊小小的鏡子也與本文介紹的我有關?

在 13 世紀末,義大利的威尼斯人製造出平板玻璃後,把錫汞合金塗在透明玻璃上,製成了最早的玻璃鏡。玻璃鏡輕巧且明亮,是當時比較理想的鏡子,不過很少有人買得起,因為它貴得出奇。法國女王結婚時,威尼斯共和國贈送的禮物就是一面鏡子,它僅一本書那麼大,卻價值15萬法郎。

大約到了 17 世紀,威尼斯人把錫箔貼在玻璃的一面,然後倒上水銀,製成了一種新型鏡子。由於用這個方法生產的鏡子既保持了原先鏡子的優點,又容易大規模生產,因此它的發明使鏡子的價格一落千丈。從此,鏡子走入了平民家庭。

但是,塗水銀的鏡子反光能力還不夠強,製作也較費時,水銀又有毒,因此人們多方研製不含水銀的鏡子。果然皇天不負有心人,一百多年前,科學家利用化學中的「銀鏡反應」製造出了鍍銀玻璃鏡。
製造鍍銀玻璃的方法,是在硝酸銀(AgNO3)的氨水溶液中加進甲醛或葡萄糖,這樣硝酸銀就被還原成金屬銀,沉積在玻璃表面,形成一層發光的薄膜。接著在鏡子背面塗上一層漆,使銀層更加牢固。我們平時使用的熱水瓶膽,也是利用這個原理製成的。用上述方法製成的銀鏡閃閃發光,典雅華貴,深受人們喜愛。目前隨著製鏡工業的發展,由於製造銀鏡價格相對昂貴,導致在日常生活應用中,銀鏡早已經被「鋁鏡」所取代。但銀鏡的優異性能,使我至今仍在一些精密儀器中發揮著不可替代的作用。

在所有金屬中,我是對自然光反射能力最強的金屬,任何其他東西反射光線,都不如我那樣地良好均勻。連最薄的銀箔也能反射 95% 所照到的光,因此非常適合做鏡子的反光塗層。正因為這樣,我在製鏡工業中占有很重要的位置。太陽能蓄集器也可以利用我來匯聚陽光,也就是在鏡子的背面塗上銀層。另外,辦公室窗戶上的隔熱金膜也靠我來保護。

末代皇帝溥儀在《我的前半生》中介紹帝王生活時,曾談到進膳的情況:「每個菜碟或菜碗中都有一個銀牌,這是為了戒備下毒而設的。」中國民間也流傳著「銀」能查毒的說法。事實上「銀器」並不能驗毒,因為我的化學性質很不活潑,只有硫化氫(H2S)等少數幾種物質可以使我變黑。

中國古時候所用的毒藥主要有3種:砒霜(As2O3)、氰化鉀(KCN)和氰化鈉(NaCN)。其中,砒霜是一種劇毒的白色粉末,它的致死量是 0.1 公克,但是我根本不會和砒霜發生反應。至於氰化鉀和氰化鈉這兩種劇毒物質,我雖然能與它們發生反應,但生成的是無色的氰化物,因此也不會變黑。不過,我雖然沒有查毒的本領,卻能殺死細菌。

西元前 4 世紀,亞歷山大大帝率領遠征軍征服了波斯、腓尼基以後,又揮兵南侵印度。但在這個時候,軍隊中卻鬧起了嚴重的胃腸病,亞歷山大大帝只得下令退兵。奇怪的是,儘管軍官和士兵過著同樣的軍營生活,可是軍官生病的人數遠比士兵的少。二千多年後的今天,科學家對這個現象做出了解釋:「士兵們用錫杯喝水,軍官使用的是銀杯。」而銀離子具有極強的殺菌本領,能牢牢地吸附細菌,使細菌體內的膠體凝固,進而把細菌置於死地。

西方有句諺語:「生下來時,嘴已含著銀湯匙。」也就是我早已經被西方人視為「財富」和「健康」的象徵。因為早在 18 世紀時,西方人就發現用銀湯匙餵食的嬰兒,比起用其他金屬製的湯匙餵食的嬰兒,還來得健康,所以有了上述諺語的出現。此外,用我所製作的鎮靜劑,至今仍在美國大受歡迎,因為的確有很好的療效。中國內蒙古一帶的牧民,也常用我做的碗盛裝馬奶,可使馬奶長期放置而不會變酸。

的確如此,我做為殺菌劑確實有奇特功效,例如 1% 的硝酸銀溶液是治療眼結膜炎的常用藥。外科大夫常用含銀的軟膏為灼傷的傷口消毒,使燒傷病人免受細菌感染。用銀紗布覆蓋燒傷口,可迅速消除感染,而且不黏皮肉。銀絲可以用在縫合傷口上,銀帶可以用在固定斷骨上,銀片可以用在填補腦殼上的破洞,以及用含抗菌銀鹽結合劑修補骨骼。甚至有科學家認為,用我做淨水消毒劑,功效會明顯優於氯氣。

最特別的是,我的另一種更常見的用途,是在牙科用作牙齒的填充物。典型的牙齒填充物是銀粉和汞的混合物,通常把過量的銀溶在汞中,形成汞齊,它實際上是銀的汞溶液,這樣可以把銀粒子固化在一起,成為牙齒的填充物。

根據調查統計指出,我被廣泛用在商業和科學研究中。例如,美國在 2000 年工業耗銀約 4 千公噸,其中 35% 用在電子工業。另外,還有 2 千公噸用在照相業和電影工業,製作照相底片、相紙及拍片用的膠帶。而用在珠寶及其他銀製品的量,僅有 400 公噸左右。

含有銀成分的鹵化銀都具有感光性,在受光後會分解產生金屬的我。因此人們把鹵化銀用在攝影上,在照相的膠捲和相紙的感光乳液中,通常摻有溴化銀明膠。當你拍照時,照射到膠捲上的光線使溴化銀中的銀離子受到激發,處在激發狀態的銀離子則在乳膠表面形成銀原子,產生被照對象的暗影。隨後經過沖洗,圖像便固定下來了。1 公克銀的成像力量足夠製造出200張的彩色照片。

在陽光下變黑的變色太陽眼鏡,也是基於鹵化銀遇光可以分解的原理製成的。如果太陽眼鏡的鏡片中摻有氯化銀微粒,在照光前它是無色的,等到照光以後,銀離子和鹵素離子變成了原子狀態,銀原子經聚集變成膠體銀粒子。由於膠體銀粒子的光吸收作用,使太陽眼鏡的玻璃變色。隨著銀原子濃度的增高,玻璃顏色會由淺變深。在光照停止以後,銀原子變回銀離子,又與鹵素離子結合成為無色的鹵化銀晶體,於是太陽眼鏡的黑色現象又隨著消失。

除了用在照相業和太陽眼鏡以外,淡黃色的碘化銀晶體還有一種非常有趣的用途,就是用來「種雲」和人工造雨。當碘化銀從飛機上灑到空中後,微小的碘化銀晶粒使水滴聚集在它的上面,越來越大,最後形成雨點降到地面。雨中的碘化銀對動植物而言,是無害的,並且可以被雨水沖散。

先前說過,人們常用我來製造珠寶、銀幣、電子設備和牙醫使用的充填劑,接觸上述金屬狀態的我,並不會攝入人體內。通常會被人體吸收的我源自於食物、飲用水和空氣中化合狀態的我。我有一部分原本就存在於自然界中,含有我的岩石經過自然風化侵蝕以後,會把我釋放到空氣或水中。另外一些則是人為因素所帶來的,如沖洗相片中使用的銀化合物,就是把我釋放到環境的重要來源。

通常人們每天都會暴露在含有極低劑量我的環境中,至於這是否會造成有害的影響,需要考慮我劑量的多寡、暴露時間的長短、暴露的方式、個人的習性等而定。美國職業安全與衛生管理局針對每天工作 8 小時,每周工作 40 小時條件下的工作環境,規定每立方公尺空氣裡,銀含量必須少於 0.01 毫克(10 微克)。另外,美國環保署也規定每公升的飲用水中,銀含量必須少於 0.1 毫克,也就是銀的重量濃度必須低於百萬分之零點一(0.1 ppm)才算合格。

雖是如此,不論成本如何,人類早就對我深具好感,而且舉世皆然。這種貴重金屬正好反映出,人類自古以來對信仰、財富和美麗的追求。因此有人認為,就各方面的物理性質和化學性質條件來說,金如果是所有化學元素裡的國王,那麼我就是所有化學元素裡的皇后。您認為呢?

資料來源: 《科學發展》2007年12月,420期,52 ~ 57頁
周峻鋒
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[新聞]科學家證實 細菌會生金礦
« 回覆 #1 於: 十月 17, 2009, 12:25:41 am »
科學家證實 細菌會生金礦

【台灣醒報特約記者李柏勳報導】
澳洲科學家發現,一種生長在金塊上,名叫「耐金屬貪銅菌CH34株」(Cupriavidus metallidurans strain CH34)的細菌,能夠透過複雜的生化機制,反過來幫助金塊「生長」。生物學和化學結合,屢屢傳出重大新發現,臺灣大學化學系教授陳昭岑表示,跨領域研究,正是學界當前的趨勢。

澳洲阿德雷得大學的科學家法蘭克.雷斯和他的研究小組,在新南威爾斯和昆士蘭等地採集了一些金粒樣本,發現這些金粒上面都覆蓋了一層由耐金屬貪銅菌所形成的生物膜。經過詳細的研究,雷斯等人證實,耐金屬貪銅菌能夠將劇毒的金錯合物,轉化為無毒性、細小的金粒子,是目前唯一已知能產生純金的生物成礦作用。一般人體內最常見的生物成礦作用,就是磷酸鈣堆積生成牙齒和骨骼。

雷斯指出,研究成果的關鍵是在這種細菌的DNA裡,找到了一個由金錯合物所調控的操縱子。這表示,當細菌細胞內開始累積了許多由周遭環境侵入,帶有劇毒的金錯合物之後,可以藉由金錯合物本身來開啟一段「排毒基因」,將金錯合物轉化成金奈米粒子,避免自己中毒。
他進一步解釋,這種只會對金礦產生的特殊反應,有開發成生物感測器的潛力,未來可望用在金礦的探勘上面,造福金礦獵人。

研究生物細胞內化學分子反應的分子生物學,近年來成為化學和生物學共通的熱門領域,連今年的諾貝爾化學獎和生理醫學獎,都雙雙頒發給這個領域的研究人員。臺灣化學系教授陳昭岑認為,這是當代的研究趨勢。

陳昭岑表示,從事分子生物學工作的研究人員,因為自身需要具備化學和生物學兩邊的知識,也因此能夠去探究、解決大的問題,是一個很有發展潛力的研究領域。

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