過渡金屬元素及其化合物：銀、金、鋅全攻略 | 莫斯利自然科學

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從歷經千年依然閃耀、象徵財富與權力的黃金與白銀，到守護鋼鐵免於腐蝕、作為精密工業與電池核心的活性金屬鋅，這三種在人類文明與科技發展中占有一席之地的金屬，究竟具備什麼樣獨特的化學性質與反應機制？

選修化學IV 銀金鋅

一、銀 (Ag) 及其化合物

存在與製備：
- 部分銀以元素形式存在於地殼，主要礦物有輝銀礦 (Ag₂S) 與角銀礦 (AgCl)。
- 大部分的銀是由提煉其他金屬時得到的，例如電解粗銅時所產生的陽極泥即含有銀。
物理與化學性質：
- 銀白色金屬，活性小，可以元素態存在於地殼。
- 延展性極佳，導電性是所有金屬中最好的，但價格昂貴，所以較少使用於電線用途。
- 與硝酸反應：
  - 銀與濃硝酸反應：Ag + 2HNO₃ ➔ AgNO₃ + H₂O + NO₂
  - 銀與稀硝酸反應：3Ag + 4HNO₃ ➔ 3AgNO₃ + 2H₂O + NO
- 銀遇到硫之蒸氣或硫化氫氣體會生成黑色的硫化銀：
  - 2Ag + S ➔ Ag₂S
  - 4Ag + 2H₂S + O₂ ➔ 2Ag₂S + 2H₂O
用途與重要化合物：
- 主要用於製造錢幣、銀器和其他銀合金，以及電子零件與殺菌用途。
- 硝酸銀 (AgNO₃)：
  - 可由銀和硝酸反應而得，為製造其他含銀化合物的原料。
  - 受陽光照射會逐漸分解，所以硝酸銀晶體或其溶液應裝於棕色玻璃瓶中。
  - 遇蛋白質會變黑色，因此不要使皮膚接觸硝酸銀。
  - 大量硝酸銀用於製造氯化銀 (AgCl) 及溴化銀 (AgBr)，具感光性質。
- 碘化銀 (AgI)：黃色固體，由銀離子與碘離子反應而得，用於照相感光和人造雨的晶核。

存在與物理性質：
- 金在自然界中以元素狀狀態存在，為金黃色、柔軟、有光澤的金屬，是延性和展性最好的金屬。
用途與成色單位：
- 金常和銅、銀形成合金，以開 (carat, k) 作為黃金純度的表示方式：純金訂為 24 k；若金的含量占 50%，則為 12 k；而 18 k 金則含 75% (18 / 24) 的金及其他金屬（銅或銀）。
化學性質：
- 金與大多數化學藥品均不發生反應，但可溶於王水（濃硝酸與濃鹽酸依體積比 1:3 混合而成的強酸）。

存在與製備：
- 自然界中存在於閃鋅礦 (ZnS) 與菱鋅礦 (ZnCO₃)。
物理與化學性質：
- 其 3d 軌域全滿（電子組態為 [Ar] 3d¹⁰ 4s²），使鋅的性質與其他過渡元素不太相同。鋅在化合物中的氧化數是 +2，不像大多數其他過渡金屬有多種氧化數。
- 青白色金屬，熔點 420 ℃，加熱時流動性大，而固化時收縮很少，是極佳的鑄造金屬。
- 在濕的空氣中易形成鹼式碳酸鋅而失去光澤，但此氧化薄膜可保護內部的鋅不再被腐蝕，例如鐵鍍上一層鋅（白鐵）。
- 為兩性元素，可與強酸或強鹼作用。
重要化合物：
- 硫化鋅 (ZnS)：白色粉末，俗稱鋅白，作為白色顏料與光學材料和螢光粉的發光成分。
- 氫氧化鋅 (Zn(OH)₂)：白色沉澱，難溶於水，可溶於強酸或強鹼，為兩性氫氧化物。
- 氧化鋅 (ZnO)：應用於橡膠生產、水泥、食品添加劑、顏料等。

金屬元素	自然存在形式	關鍵化學反應與特性	重要化合物與應用
銀 (Ag)	輝銀礦 (Ag₂S)、角銀礦 (AgCl) 及少量元素態	- 導電性金屬中最好。 - 與濃/稀硝酸反應釋放 NO₂ / NO。 - 遇硫化物生成黑色 Ag₂S。	硝酸銀（棕色瓶保存、感光性）、碘化銀（人造雨晶核）。
金 (Au)	自然界以元素態存在	- 延展性最佳的金屬。 - 化學性質極安定，不與多數酸反應，僅溶於王水。	黃金合金（以 k 標示純度，如 24 k 為純金）。
鋅 (Zn)	閃鋅礦 (ZnS)、菱鋅礦 (ZnCO₃)	- 3d 軌域全滿，氧化數固定為 +2。 - 具兩性，可溶於強酸與強鹼。 - 表面氧化層可保護內部（鍍鋅鐵/白鐵）。	硫化鋅（鋅白）、氫氧化鋅（兩性）、氧化鋅（橡膠與水泥添加）。