化学元素周期表中的“土豪”元素
银，第47号元素，位于元素周期表第1副族。这一副族中的元素非常容易记忆，除去人工合成的放射性元素，铜（Cu）、银（Ag）、金（Au）在历史中都曾用于货币铸造，堪称元素周期表中的“钱族”。
撰文 | 李研责编 | 李珊珊
明亮而美丽的金属
银的发现时间可以上溯到5000年前。是谁最早发现的纯银已经无从考证，但史料中一般认为小亚细亚山区（现在的土耳其）是白银开采的发源地。自然界中的银矿藏，很少有单质存在，绝大部分是以银化合物的形式存在于矿石中。新近抛光的纯银特别明亮，闪着冷艳的白色光泽，最早生产出银的小亚细亚的吕底亚王国称之为\"白色的金子\"。银的化学符号Ag来自拉丁文Argentum，本意也是“浅色、明亮”的意思，体现了银极高的光反射率。
挪威孔斯贝格（kongsberg）出产的银矿石（拍摄于哈佛自然历史博物馆）
中国是世界上较早发现和使用银的国家之一。汉字中的“银”，本义为仅次于黄金的金属，体现了银的稀有和贵重。我国考古学者从春秋时代的青铜器中就发现了镶嵌在器具表面的银丝，在战国和汉朝的墓葬中更出土了不少银项圈、银器和银针等随葬品。
银很早就用于装饰品和器具中，得益于银极佳的延展性。1克重的银粒就可以拉成约两公里长的细丝，非常容易锻造加工。从古至今，人们利用白银打造出了许多精美而富有寓意的装饰品，而传统的手工银饰制作在中国一些地区也成为一门薪火相传的艺术。
清代银累丝双龙戏珠纹葵瓣式盒，图源：故宫博物院官网
成都的银花丝制作工艺。图源：中国国家地理官网
在历史长河中，这种散发着洁白之光的珍贵材料不仅给人带来恒久的美感，更为人类社会的繁荣和发展起到了重要的推动作用。
“货币天然是金银”
提及银，我们首先想到的可能并非是化学概念中的“银”，而是“钱”。古代贪官被抄家时缴获的银两，近代八国联军侵华后的庚子赔款，乃至现代社会中的“银行“一词，无不体现了银与财富的密切关系。
银与财富之间的紧密联系，源于它曾广泛被当作货币使用。金属银化学性质稳定、容易携带、没有毒性，又较为稀贵，是众多化学元素中不可多得的适合用作交易媒介的物质。
最早开采出银的吕底亚王国，也是最早使用贵金属货币的地区。古希腊和罗马帝国时期，银币在西亚和地中海地区被广泛发行和使用，对后世钱币体系的影响非常深刻。比如，现在有很多国家的货币单位是“第纳尔”， 其名称即是来自罗马帝国时一种被称为第纳里乌斯（denarius）的银币。
一枚古希腊时期的银币，银币正面的头像为雅典娜。图源：wikipedia
古罗马时期流行的一枚银币（第纳里乌斯），银币正面的头像是古罗马帝国皇帝图密善的母亲。图源：wikipedia
古代提到财富，金常与银并称，因为它们都是贵金属货币的代表。黄金在地壳中的丰度约是银的15分之一，比银更稀有。然而，金绝大部分是以单质状态存在于自然界中，而古代从银化合物的矿石中提炼纯银需要复杂工艺，所以在世界各个地区，白银并不总比黄金的价格低，在很长时间里也是十分稀有的金属。
白银生产的重要分水岭是哥伦布发现新大陆。1526年，西班牙的一支探险队来到南美洲，他们从一条不知名的河流进入了阿根廷，看到沿途土著居民佩带着许多银质饰品，因此推测当地盛产白银，于是将这条河流取名为“拉普拉塔” ，西班牙语意为“白银之河”。其实，阿根廷虽然出产白银，但产量还不算最多。1600-1800年间，仅玻利维亚、秘鲁和墨西哥几个美洲国家的白银生产，就占据了世界总产量的85% 。 另外，几乎与新大陆发现同时，从矿砂中提炼白银的方法也得到重大改进。由此白银的产量增长突飞猛进，16世纪中叶后的若干年内，每年由美洲流入欧洲的白银有约50万磅（同期的流入黄金只有约1万磅）。
这些白银为世界各地日益活跃的贸易活动提供了保障，并最终奠定了其作为通用货币的基础。包括明清时期中国在内的世界各国，无论如何“闭关锁国”，也通过白银贸易与世界发生了前所未有的密切联系。可以说，白银作为通用货币开启了经济全球化的时代。
华丽转身
19世纪中期后，“金本位“的货币制度开始在世界各国广泛确立。黄金逐渐取代白银成为财富储藏的最主要载体。然而，白银在退出通用货币的舞台之后，实现了从交易媒介到战略资源的“华丽转身”，多一半的银资源被用于工业生产。如今，虽然金比银更受人瞩目，价格也比银更高，但在一系列与我们生活息息相关的技术应用中，银却远胜黄金一筹。
摄影
银的卤化物（如AgCl和AgBr）具有高感光度，是非常重要的一种感光材料。在银卤化物中，光激发的电子能够在微晶中与带正电的银离子结合，生成稳定明亮的银团簇，这一过程在胶片摄影中被称为“曝光“，化学反应式如下：
传统的摄影就是让外界的光线通过镜头，进入密闭的照相机中使胶片曝光。之后再经过显影和定影等步骤，最终使图像显现出来。即使是后来出现的彩色胶片，原始乳剂层仍然是银盐，所以，在数码技术发明之前，人们正是借助银盐的感光特性才留存了大量历史影像，从而让我们可以更加真切生动地回味过去。
数码摄影发明之前，传统的胶卷和底片相机。图源：pixabay
由于数字化成像技术的飞速发展，胶卷相机已逐渐从我们的生活中消失，但卤化银感光材料在电子显微术和医用X-光拍照等方面的仍有广泛的应用。有报道指出，经过长时间的累积，仅美国各大医院保存的X光胶片中，占用的银量就高达3000~4000吨。如何回收废胶片中的银资源，近来也受到人们的关注。
制镜镜子是人类不可或缺的日常工具，而银的反光率极佳，是制作镜子的最佳材料。1843年，德国科学家发明了用化学镀银的工艺制作玻璃镜子的方法，开创了制镜业的新时代。制镜的基本原理即是高中化学中就介绍过的“银镜反应”：把硝酸银的氨溶液与葡萄糖溶液倒在一起，葡萄糖是一种还原剂，它能把硝酸银中的银还原成金属银，沉淀在玻璃上，于是便制成了银光闪闪的镜子。现在制镜工厂有时也用甲醛、氯化亚铁等作还原剂，但基本原理仍是基于“银镜反应”。
以葡萄糖为还原剂，通过“银镜反应”在玻璃瓶中制作的银镜及其反应方程式。图源：http://butane.chem.uiuc.edu/pshapley/GenChem2/B7/3.html
核心材料摄影与制镜，还只是传统工业中银的两项重要应用。由于银拥有所有金属中最高的导电率和导热率，所以在新兴的电子工业和半导体行业中同样扮演着举足轻重的角色。
含银的印刷电路板。图源：Pixabay
各种自动化装置、火箭、潜水艇、计算机、核装置以及通讯系统中都有大量的接触点。在使用期间，每个接触点可能要工作上百万次。为了能承受这样严格的工作要求，接触点必须耐磨，性能可靠，还必须能满足许多特殊的技术要求。这些接触点一般需要使用导电性和化学稳定性都极好的银合金制造。
伴随着智能电子商品的迅猛发展，可折叠屏幕已成为人们关注的热点。要实现这一技术，人们需要寻求一种新的柔性透明导电薄膜来替代传统的氧化铟锡（ITO）薄膜。纳米银线薄膜由于具有高载流子浓度、高变形伸长率和耐氧化的特点，有望适应市场出现的“曲面”、“超大尺寸”的产品需求，是制作新型透明导电薄膜的理想材料。
银与太阳能电池板的关系也非常密切。目前，每块太阳能电池板中约有20克银，约占每个单元建造总成本的6.1%。以至于研究人员发现，当太阳能电池板的需求上升时，也会带动白银的价格上涨。为了降低成本，科学家正在寻找可以替代银的材料用于太阳能电池板。不过，由于使用铝或铜这类替代材料制备的电池板质量较差，预计在短期内银仍会是太阳能电池板中的一个核心元素。
杀菌利器
近来严峻的疫情促使大家格外重视消毒这件事。然而在久远的古代，卫生条件普遍恶劣，又没有消毒液，人们如何应对来自病菌的侵扰？实际上，早在人们认识微生物之前，银作为一种神奇的杀菌材料就已经在悄悄守护着人们的健康。两千多年前，古埃及人已经发现把银片覆盖在伤口上，可以加速创伤愈合。古代很多地区的人们也都注意到用银器存放食物，不易腐败，可以延长食物的保存时间。
古代人从生活实践中发现银具有消毒的功效，而人们通过现代科学逐渐揭示了其杀菌作用的机理。目前科学界普遍认为，银器表面溶出的金属离子在杀菌过程中扮演中重要角色。银离子能破坏细菌细胞膜并与细菌酶蛋白中的巯基迅速结合，此反应造成蛋白质凝固，合成酶的活性遭到破坏，最终使微生物丧失分裂增殖能力而死亡。与此同时，银离子还可以从已经死亡的细菌中进一步游离出来，继续发挥杀菌的作用。这也是为什么银的杀菌活性非常高。据测定，银离子浓度达到0.01 mg/L时，就能完全杀死水中的大肠杆菌，达到净水的效果。
银离子的抗菌活性不只针对细菌，还包括病毒、真菌等在内的多种有害微生物。甚至有一些初步研究发现，银离子对SARS冠状病毒和流感病毒都有一定的快速灭活作用。【注1】
实际上，具有较强的杀菌能力的金属离子不止银一种，但问题是铅、汞和镉等许多重金属也会损害人体细胞的正常机能，导致中毒反应。而银离子的奇妙之处在于，它的活性似乎可以刚好满足杀灭诸如细菌、病毒一类的微生物，却不对复杂组织的细胞造成损伤。因此，银在具有出色杀菌能力的同时，却几乎人畜无害（对纳米银的健康风险尚有争议）。
在古代，由于银器价格昂贵，银神奇的抗菌活性主要还只是惠及那些\"含着银勺出生\"的贵族阶层，而如今银元素已经广泛应用于像抗菌口罩和消毒湿巾这样的日常生活用品中。
虽然黄金比白银更稀有，但因为银应用广泛，欧洲联合化学会和美国化学学会，都将银元素选为近百年内很可能发生供给困难的资源，其稀缺程度反而比金还要高。这既是提示人们要节约使用银，同时也是对银作为一种重要战略资源价值的肯定。可以说，如果我们失去了银，后果要远比没有金严重的多。
美国化学会（ACS）制作的显示各种元素稀缺程度的周期表。
银，艳艳生辉而美感十足。它伴随人类走过了上千年，见证了文明的兴衰和时代的变迁。在几个世纪的时间里，它曾作为通用货币和财富的象征，让众人为之倾倒膜拜。而科技的进步，使银成为一种“颜值”与实用价值俱佳的金属元素。即便走下了通用货币的神坛，依旧魅力不减，历久弥新。
【注1】目前流行的新型冠状病毒虽然与SARS病毒有很高的结构相似性，但尚未证实银离子对新型冠状病毒有确切的杀灭效果。
参考资料：
[1]Silver （Wikipedia）：https://en.wikipedia.org/wiki/Silver
[2]Silver Mining in History：/d/file/gt/2023-12/13rffdij05d.org （何兆武 孙福生等译）. 现代世界史. 北京: 世界图书出版公司. 2009-4: 90–91.
[4]Y. Xia, Chem. Eur. J. 2019, 25, 4244.
[5]银镜反应（Wikipedia）：
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%93%B6%E9%95%9C%E5%8F%8D%E5%BA%94
[6]Apergis, I. & Apergis, N. Environ Sci Pollut Res , 2019, 26, 8525.
[7]纯银（百度百科）：
/d/file/gt/2023-12/22h3ssny5ua.html 后触控显示时代 「纳米银+」如何实现赋予显示新“定义：http://science.china.com.cn/2019-11/27/content_40975595.htm
[9]银抗菌是什么原理？抗菌效果如何：
https://www.zhihu.com/question/24548124
[10]银离子抗菌材料对SARS病毒和H1N1流感病毒的效果：https://www.zdtextech.com/yinlizduibingdudezuoy.html
原标题：银元素：经典永流传
来源：赛先生
编辑：他和猫
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各种“金”眼花缭乱？你需要的是这篇
市场上，层出不穷的“金”让人眼花缭乱。作为普通的消费者，掌握不同“金品种”的区别还是很有必要的。下面，让我们一起学习一下吧~
1.足金
足金是指含金量不少于99%的黄金制品，不少商家还有千足金的说法，即含金量不少于99.9%的黄金制品。这种一味追求含金量的名称在很大程度上影响了大众对黄金的消费观念，有了“纯度越高，价值越高”的观念。
实际上，我国早在2016年就对这种哄抬市场价格的错误名称进行了明文规定，在GB11887-2012《首饰贵金属纯度的规定及命名方法》中，取消“千足金”的叫法，全部以“足金”命名。所以，在购买足金时，无论对方怎么忽悠自己的含金量已经高达999‰，都是足金。
2.白金
白金并不是指白色黄金，而是由铂元素组成的金属制品。铂是一种密度高、延展性高、反应性低的灰白色贵金属，属于过渡金属，这种金属制品不会褪色。
铂金首饰的纯度通常都达90%-95%，常见的铂金首饰纯度有Pt900，Pt950，一般会在饰品的背部或内圈等不显眼处有纯度印记。
铂产量稀少，比黄金的价值还要高。
印 记
指刻在黄金、铂金等首饰上的标记。应至少包括金属种类种类和含金量，有时也会标记生产产地。
· Au—金，G—金，S—银，Ag—银，Pt—铂金，Pd—钯金
· 含金量有多种表示方法，如：
① 金属名称+数字：AU990或G990代表含金量大于99%的金；Pt950代表含铂量大于95%；Pd950指钯含量大于95%；S999代表的是足银。
②金属名称+数字+K：Au18K指含金量大于18/24*100%=75%的金。
· K值与%的换算为：将100%纯金分为24等分，则18K即为75%；9K即为37.5%。一般地，国内市场以18K居多，而欧美国家多以以9K为主，部分14K。
· K数越大，硬度反而越低。这也是为什么很多影视剧中有土匪头子在抢到黄金（足金）通过用牙咬留印儿的方法判断是不是黄金。
3.K金
K金是指黄金和银、铜、锌等金属熔炼在一起的合金，因合金英文为karat gold，故简称为K金。
根据颜色的不同K金有K黄和K白之分，后续有玫瑰金出现，但在印记方面均显示Au或G字样。
早期，K白金由金、银、锌、镍组合而成。由于一定量的镍元素对人体有害，在国家新制定的标准中，严格控制金属镍的含量不得超过0.3%。随着工艺的改进，目前K白金多以表面镀钯层制作K白金饰品，较以前的K白金更为耐磨。
4.镀金
镀金版imac
为了使其他金属更加耐用抗氧化，在金属基体表面镀上一层金，厚度一般在1―5μm。常有不法商家用镀金混充足金销售，分辨的办法在于手掂重量。一般镀金的金属制品的内芯为铜、锌、银等的合金制品，比足金轻很多。
镀金一般有两个种类，一类是同质材料镀金，另一类是异质材料镀金。前者指对黄金或K金首饰的表面进行镀金处理，起到提高首饰的光亮性及色泽的作用。而异质材料镀金是指对非黄金材料的表面迸行镀金处理，如银镀金，铜镀金。
5.3D硬金
别看“3D硬金”这名字高大上，实际上就是前面电镀金的反复叠加plus版本。即：将电镀的芯（母体）做得尽量小，在外层叠加若干层，再去除中间的母体，只留下外层的电镀外壳。
这种方法导致的结果是，饰品表面总有一处是有黑色的孔存在的。我们所获得的饰品即是一个轻薄但坚硬的金属外壳。
6.包金
通过机械碾压或高温熔接，将较薄的金或K金金箔包在银或其他种类金属胎体表面，即是包金。包金层的厚度比镀金层更厚，因而耐久性相对较好。主要起到装饰作用。
你学会了么？
地球上的黄金从何而来？除了中子星合并，超新星也能产生金元素
对于我们普通人来说，没有什么金属比黄金更加诱人了。
如果我问你的金项链或者其他黄金饰物是从哪来的，你肯定说花钱买的，或者说矿里开采的。这些说法都没错，但是追根溯源，它们都是宇宙中来的，然后和其他物质一起积累在地球上，才能被我们开采。
但是，宇宙大爆炸之后，整个宇宙中并没有金元素，整个元素周期表中只有氢、氦和极少量的锂被创造了出来。我们都知道其他的元素是靠这些元素聚变形成的，但是作为宇宙中最稳定的原子，铁就是这些聚变过程的终点。比铁还重的原子反而都有裂变的可能，那么它们又是怎么来的呢？
长期以来，科学家认为这些元素都是在超新星爆发或者是致密星碰撞事件中被极其惊人的能量促使产生的。到了2017年，在观测到了两个中子星合并过程中重元素产生的证据后，这个理论也更加牢固。
可是，就在科学家们自信找到终极答案的时候，一项新的研究给他们浇了一盆冷水。根据最新的星系化学演化模型，中子星的合并过程似乎不足以产生这些重元素。
莫纳什大学和澳大利亚ARC三维全天空天体物理学卓越中心（ASTRO 3D）的天体物理学家Amanda Karakas说：“在宇宙的早期，中子星合并并没有产生足够多的重元素，今天也没有。宇宙制造它们的速度还没有快到能够解释它们为何会出现在那些古老的恒星之中。而且，总体而言，也没有发生那么多的碰撞来解释今天这些元素的丰度。”
让我们把时间倒回到宇宙初期。
那个时候，宇宙大爆炸刚刚过去不久，整个宇宙还没有物质，而是处于夸克汤的状态。然后，宇宙逐渐冷却，夸克之间结合成为质子和中子，进而结合成为氢和氦。直到今天，这两种元素仍然占据着宇宙的绝大部分。
接下来，氢聚集成了恒星，在核心处进行核聚变，生成了更多的氦。在燃烧殆尽后，恒星内部开始新的核聚变，产生了碳和氧。然后更重的元素一点点出现，直至产生了铁。理论上铁也能发生聚变，但是铁聚变需要的能量比它产生的能量还要高，所以这种反应是不会自发进行的。
Karakas比喻说：“我们可以把这些恒星想象成巨大的高压锅，这里有新的元素被创造出来，这种制造新元素的反应也为恒星在数十亿年内发出的光芒提供了能量。随着恒星年龄的增加，产生的热量越来越多，也就有越来越重的元素被创造出来。”
至于比铁更重的元素，比如我们今天讨论的金元素，则需要通过快中子捕获过程（即r-过程），通过原子核与中子的碰撞来实现。这个过程要求发生得非常迅速，才能保证中子能够在原子衰变之前进入到原子核中。
这样的过程非常罕见，我们知道它通常出现在两颗致密星的合并过程中，如双中子星或者中子星与黑洞的合并，能够产生足够强大的能量引发这个过程。但是，该团队根据观测到的金元素推测中子星碰撞事件最低频率也比现在推测的频率高得多，这说明金元素还有其他的来源途径。
为了弄清楚这些元素的来源，该团队利用最新的天体物理学数据以及目前掌握的银河系内各元素的丰度，同时参考了理论上核物理过程的产量和发生的概率，建立了一个从碳到铀的所有稳定元素的银河系化学演化模型。
他们绘制了一个特殊的元素周期表，表中标注了他们模拟的各种元素的来源。这样的工作让结果十分明显：从宇宙早期到现在，中子星碰撞事件并没有以往我们想象的那么多。用Karakas的话说：“即使我们对中子星的碰撞频率进行最乐观的估计，也完全无法解释宇宙中这些元素的丰度。”于是问题来了，那些原本被认为产生于中子星合并的元素又是从哪来的呢？
Karakas等人认为，这些元素很可能产生于一种特殊的超新星爆发——磁旋转超新星。这种超新星出现于那些具有极强的磁场并且自转速度极快的恒星中，它们也可以释放出足够巨大的能量以引发r-过程。
而且，他们的研究显示，只要那些质量在太阳25-50倍之间的恒星中有一小部分具有这样的磁场和旋转特征，就能够解释这些元素的来源。“这太意外了，那些具有强磁场的高速自转恒星才是这些元素中绝大部分的真正来源。”
另外，此前也有研究指出，有一种叫做核心坍缩超新星的天体也可以导致重元素的产生。它们的质量是太阳的30倍以上，同样有着较高的自转速度，它们在坍缩为黑洞之前发生的超新星爆发就可以产生巨大的能量。这种超新星的出现概率比中子星碰撞还要少，但也是这些重元素的制造者之一，这些研究成果加在一起，和Karakas团队这一次的研究匹配得很好。
他们还发现，那些质量小于太阳8倍的恒星，会产生碳、氮、氟等元素，以及大约一半比铁重的元素。而那些大于8倍太阳质量的恒星则产生了绝大部分的氧和钙，以及碳和铁之间其他元素的剩余部分。
英国赫特福德郡大学的天体物理学家Chiaki Kobayashi指出：“除了氢之外，没有任何一种元素只能通过一个类型的恒星来形成。比如碳元素，有一半来自于濒临死亡的低质量恒星，另一半来自于超新星爆发；而铁元素有一半来自于大质量恒星产生的普通超新星，还有一半则是来自于另一种形式，那就是Ia型超新星。”
总之，我们所佩戴的饰品中的黄金，不一定来自于中子星的碰撞，也可能来自于上述两种特殊形式的超新星。
另外，这项研究也没有盖棺定论，毕竟科学家发现并利用引力波的历史才只有5年，也许随着引力波发挥的作用越来越广，我们会发现中子星碰撞事件没有目前认为的那么少。另外，本次研究中的模型显示的银元素含量又比实际观测的更多，这个问题他们还没有给出答案。
总之，我们今天看到的一切元素，要么是宇宙大爆炸产生的（氢和氦），要么是超新星或者是致密星碰撞等重大天文事件中产生的。若不是有这些轰轰烈烈的“宇宙级灾难”爆发，恐怕今天也没有这么繁华的世界。
