Тайна столового серебра

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2019, №5)

pic_2019_05_19.jpgКомпьютеры ответили на вопрос, давно интересовавший химиков, — почему серебро быстрее темнеет при контакте с серой, а не с более активным кислородом. Возможно, теперь электрические схемы станут долговечнее, а столовое серебро и ювелирные изделия не будут так быстро терять внешний вид («Angew. Chem.», Int. Ed., 2019, 58, 18 doi:10.1002/anie.201901630, полный текст).

Давно известно, что соединения, содержащие серу (в особенности сероводород), — основная причина потемнения серебра. Даже очень небольшое содержание (менее миллиардных долей) летучих производных серы в атмосфере повинно в появлении темного слоя сульфида серебра, да и элементарная сера довольно быстро реагирует с этим металлом. А вот атмосферный кислород практически не взаимодействует с серебром, хотя образование оксида серебра было бы более вероятным с точки зрения термодинамики, чем образование сульфида.

Чтобы на атомно-молекулярном уровне выяснить, почему серебро охотнее связывается с серой, Габриэль Салех и Стефано Санвито (Тринити-колледж, Дублин) решили смоделировать эти реакции с помощью методов молекулярной динамики. То есть ввести известные данные и просчитать на компьютере, как именно происходят эти процессы. Однако решить задачу «в лоб» не удалось — без упрощений даже самые мощные компьютеры моделировали бы кинетические процессы в течение месяцев и даже лет.

Для ускорения работы исследователи разработали методику ReaxFF (reactive force fields). Компьютер научили грамотно перепроверять разные варианты механизмов реакций «серебро—сера» и «серебро—кислород» так, чтобы в итоге найти оптимальный путь (с минимальными затратами энергии). Ученые моделировали реакцию с элементарной серой, а не с сероводородом или другими серосодержащими веществами, поскольку давно известно, что в результате контакта с серебром эти соединения первоначально разрушаются до серы S8.

Расчеты показали, что сульфид серебра образуется быстрее поскольку приближаясь к поверхности серебра, молекулы S8 быстро распадаются на отдельные атомы. Кислород диссоциирует медленнее, кроме того, скорость образования оксида серебра уменьшается после появления на поверхности металла первого оксидного слоя. При реакции с серой такого не происходит, поскольку атомы серебра из металлической решетки диффундируют сквозь слой сульфида на поверхность, чтобы прореагировать с очередной порцией серы. За счет этого сульфид серебра образуется еще быстрее.

Сами авторы исследования не ожидали, что атомы серебра из толщи металла перемещаются на поверхность, где становятся легкой добычей окислителя, но, возможно, это позволит предложить способ защиты серебра от коррозии. Например, если легировать серебро добавками, то замедлится диффузия атомов через слой сульфида на поверхность и, соответственно, коррозия. Первой это возьмет на вооружение фирма «Нокиа», поскольку ее специалисты по электронике также принимали участие в исследовании. Интерес «Нокиа» понятен — коррозия серебра часто становится причиной повреждения смартфонов и других электронных приборов.



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 5/2019) на с. 19.

Разные разности

03.12.2019 18:00:00

...43 астронома из восьми стран описали характеристики межзвездной кометы 2I/Borisov, открытой астрономом-любителем Геннадием Борисовым...

...анализ воздуха из антарктических ледяных кернов возрастом до 1,5–2 млн лет показывает, что увеличение длительности ледниковых циклов в последний миллион лет не было вызвано длительным снижением содержания СО2 в атмосфере...

...полностью парализованный человек с электродами, вживленными в мозг, с помощью искусственного интеллекта может управлять воображаемым карандашом...

>>
02.12.2019 18:00:00

Исследователи из Дании, Австралии и США открыли необычную особенность половой жизни пчел: после спаривания с трутнем зрение матки может катастрофически ухудшиться

>>
26.11.2019 17:00:00

Группа исследователей из Массачусетского технологического института проанализировала, как меняется научный ландшафт после внезапной смерти кого-то из столпов науки.

>>
15.11.2019 15:30:00

8 ноября в МИА «Россия сегодня» состоялась торжественная церемония награждения лауреатов Всероссийского конкурса «ПРО Образование 2019». Журнал «Химия и жизнь» стал лауреатом в номинации «Лучшие публикации ПРО химическое образование».


>>
06.11.2019 18:00:00

…почти полный череп высшего примата, найденный в Эфиопии, идентифицирован как Australopithecus anamensis; возраст его составляет около 3,8 млн лет…

…создана электронная перчатка на протезную руку, которая обеспечивает реалистичный внешний вид, мягкость, тепло, а также восприятие давления, температуры и влажности…

…антипрививочники начинают терпимее относиться к вакцинации, когда вспышка инфекционной болезни происходит недалеко от места их проживания…


>>