Хімія для ювелірів

Ювелірні вироби (прикраси з дорогоцінних металів та каменів), їх виробництво, зберігання і догляд за ними, вимагають особливих знань і умінь, а також наявності обладнання та інвентарю, задіяння спеціальних хімічних речовин для виконання тих чи інших завдань. Саме про хімію, яка може знадобитися, ми і поговоримо детальніше в цій статті.

Хімічні сполуки для ювелірних виробів: що і для чого потрібно?

Основний пласт реактивів використовують для розчинення металів і обробки виробів. Ювеліру в роботі часто необхідні такі групи речовин:

Кислоти

Без них не обійтися в художній металообробці, де вони виступають допоміжними компонентами для основних виробничих етапів. Кислоти складаються з атомів гідрогену й кислотних залишків. Взаємодіючи з металами, здійснюють на них значний вплив. При роботі з кислотами важливо дотримуватися запобіжних заходів. Розбавляти матеріал до робочої концентрації потрібно так: у спеціально відведену ємність вливаєте воду, пізніше тонким струменем додаєте кислоту і помішуєте. На завершення не забудьте охолодити.

У ювелірній справі найбільшого поширення набули такі з них:

√ Соляна кислота. Рідка речовина маслянистої консистенції, що не має кольору, але володіє різким специфічним запахом. Розчинення у воді – високе, взаємодія з різними металами – легка (з формуванням солей і виділенням водню). З її допомогою виконують травлення металів, створюють відбіли (розчини для відбілення) та пробірні реактиви.

Чи не головне її завдання – слугувати компонентом «царської горілки» спільно з азотною кислотою. «Царська горілка» – це сильний окислювач, за допомогою якого можна розчиняти майже всі метали. Більшість з них, зокрема і золото – при кімнатній температурі, деякі, наприклад, платину – при нагріванні.

√ Сірчана кислота. Аналогічно до попередньої речовини, безбарвний маслянистий рідкий реактив. Змішуючись з водою, виділяє значну кількість тепла. У концентрованому вигляді при нагріванні розчинно діє на багато металів (крім платини і золота), утворює сірчанокислі солі. Застосовується при травленні металічних домішок, добуванні золота з руд. Разом з бурою є складником відбілювальних композицій. Надає основному металу відповідне забарвлення.

√ Азотна кислота. Безбарвна рідина, що змішується з водою в різних пропорціях. На повітрі злегка димить. Під світловим впливом піддається розкладанню на воду, кисень і діоксид азоту. Це одна з найсильніших кислот, під її дію підпадає практично будь-який метал (винятки – золото і платина). При цьому спостерігається трансформація в азотнокислі солі. Використовується в більшості випадків у вигляді водних розчинів тієї чи іншої концентрації.

З її участю створюють пробірні реактиви і розчини для відбілювання, здійснюють травлення домішок дорогоцінних металів (крім срібла). Як уже було згадано, азотна кислота – один з головних компонентів «царської горілки», здатної розчиняти метали (золото і срібло), що не піддаються впливу азотної й соляної кислот, застосовуваних окремо.

√ Борна кислота. Біла тверда речовина, сформована кристалами. Слабка кислота з легким розчиненням у гарячій воді, але не в холодній. При нагріванні втрачає воду, трансформуючись в кінцевому підсумку в борний ангідрид. Вона – складова частина флюсів, які задіюються при пайці благородних металів.

Луги

Це гідроксиди лужних/лужноземельних металів. До них належать основи, що добре розчиняються у водному середовищі. З речовин цієї групи можуть бути задіяні основні її представники:

- каустична сода (їдкий натр), що застосовується у виготовленні електролітів для золочення та знежиренні прикрас при покритті родієм і сріблом;

- гідроксид калію (їдке калі), призначений для знежирення і оксидування;

- нашатирний спирт, основне завдання якого – нейтралізація кислот на ювелірній продукції після травлення.

Солі

Сполуки, подібні до кислот, але на відміну від них, у своєму складі замість водню мають метал.

√ Бура 10-водна. Тетраборат натрію, сіль у вигляді білої порошкоподібної маси. Доброму розчиненню піддається в гарячій воді та гліцерині. Сама ж розчиняє оксиди металів. При плавці металів, а також паянні й задіюється. Може бути самостійним флюсом або флюсовою основою в будь-якій ювелірній пайці. Крім того, з її допомогою готують чернь.

√ Сода кальцинована. Карбонат натрію, сіль вугільної кислоти з високою розчинністю у водному середовищі. Використовується в гальванічних процесах для створення знежирювачів і мийних засобів.

√ Сульфід натрію. Натрій сірчистий, безкиснева сіль у вигляді білого сильно гігроскопічного порошку. Виявляє термічну стійкість, при плавленні не розкладається. У воді розчиняється добре, зі створенням лужного середовища. Застосовується в плавленні металів.

√ Гіпофосфіт натрію. Фосфорнуватистокислий натрій, сполука неорганічної природи у вигляді безбарвних кристалічних структур. Розчинення у воді – значне, з формуванням у розчину нейтральної реакції. Компонент розчинів хімічного нікелювання.

√ Калій сірчанокислий кислий. Гідросульфат калію, тверда гігроскопічна речовина, сформована білими кристалами. У водних середовищах розчиняється добре. Застосовується для відбілювання (очищення ювелірних виробів) при t 100 °С. Є ідеальним варіантом для очищення ділянок пайки і вилучення нальоту.

√ Гідроксиламін сірчанокислий. Гідроксиламін сульфат, одна з найважливіших солей гідроксиламіну у вигляді білих кристалів, добре розчинних у воді. Сильний відновник.

√ Тринатрійфосфат. Фосфат натрію, сполука у формі лусочок або кристалів білого кольору, що піддаються злежуванню. Розчинення у воді – оптимальне. Виступає компонентом розчинів для хімічного та електрохімічного знежирення металів (зокрема, золота і платини), електролітів для блискучого золочення, задіюється при срібленні.

Серед інших солей, які можуть бути використані ювелірами:

- хлорид натрію (складова частина розчинів для хімічного травлення і пасивації);

- силікат натрію (компонент електролітів для золочення, родування й сріблення, а також зв’язка шамотних і магнезитових тиглів для плавлення платини);

- натрієва і калієва селітри (вихідна сировина флюсів для сплавів-очищувачів);

- ціанистий калій (бере участь у гальванічних процесах, а саме в приготуванні електролітів золочення та сріблення, а також у хімічному знежиренні);

- жовта кров`яна сіль (компонент електролітів сріблення);

- хромат калію (використовується при створенні розчинів електрохімічного оксидування срібла);

- дихромат калію (компонент пробірних реактивів, електролітів хімічного травлення і пасивації виробів зі срібла та мідних сплавів);

- йодид калію (входить до складу пробірних реактивів, призначених для пробірування сплавів зі срібла й платини);

- карбонат калію (складовий елемент «сірчаної печінки», бере участь в оксидуванні срібла, виступає флюсом або його компонентом при плавці, а також складником електроліту для блискучого золочення);

- хлорид срібла (необхідний для електролітів при нанесенні шару срібла);

- нітрат срібла (важливий при роботі з Ag, зокрема входить в електроліти для сріблення і пробірні реагенти для цього металу);

- хлорне золото (елемент однойменного пробірного реактиву і електролітів для золочення).

Трихлоретилен. Хлорорганічна сполука у вигляді безбарвної прозорої рідини з характерним запахом, близьким до хлороформу, і солодко-пекучим смаком. Застосовується при родуванні виробів зі срібла для знежирення.

Пробірні реактиви

Вище ми не раз згадували про пробірні реактиви. Що це таке і для чого потрібно – далі.

Пробірними називають реактиви (в більшості випадків це кислотні речовини), призначені для опробування ювелірних виробів і сплавів шляхетних металів (визначення їх складу). Вони обов’язкові на всіх підприємствах ювелірного напрямку. Крім них, необхідно використовувати інструментальний камінь, завдяки якому зберігається цілісність виробів, визначати сплави можна в будь-яких виробах, а опробування здійснюється просто і швидко.

Як діють пробірні реактиви? Якщо сплав вищий від зазначеної проби, після їх застосування на ньому не залишається ніяких слідів. Якщо вказаної – з’являється ледь помітний слід. Якщо нижчий – темна пляма, так званий опік, інтенсивність якого вказує на різницю в пробі.

Для різних металів задіюються свої сполуки: для золота – розчини хлориду золота, для срібла – розчини арґентуму нітрату і фероціаніду калію, для платини – кислотний реактив, такий самий, як і для золота 958 проби, а також суміш йодид калію + соляна і азотна кислота ( ця ж сукупність речовин використовується і для опробування паладію).

Щоб опробувати золото-мідні сплави 583 проби, беруть реактив, який складається з дистильованої води, азотної та соляної кислот. Взагалі азотна кислота є головним матеріалом для визначення золота в сплаві.

Найпопулярніші реактиви на основі солей:

- хлорне золото. Складається із хлористого ауруму і води (23 г/л). Для його приготування беруть подрібнене золото найвищої 999 проби, розчиняють його в суміші кислот (соляна + азотна) з невеликим нагріванням. Коли виходить темно-жовта маса (золото розчиняється повністю), виконують випарювання до початку кристалізації осаду. Опісля здійснюють розчинення в очищеній воді в необхідному співвідношенні. Такий матеріал підходить для опробування виробів із золота 583 проби, для попереднього дослідження виробів, у складі яких є сумніви, а також для приблизного визначення проби, яка менша 583, за характеристиками плями;

- азотнокисле срібло. Нітрат срібла береться в різних кількостях і компонується зі 100 мл дистильованої води. З його допомогою визначають 750 (0,45 г AgNО₃), 800 (0,5 г), 875 (0,7 г), 916 (0,75 г) проби срібла. Для посилення ефекту додають краплю HNO₃. Загалом, процес приготування виглядає так: беруть 10 г розвальцьованого або подрібненого 999 срібла, розчиняють в 15 мл хімічно чистої нітратної кислоти при невеликому нагріванні в закритій ємності. В результаті цього викристалізовується нітрат срібла, якому необхідно дати охолонути до нормальної температури, а потім розчинити його в очищеній воді, відфільтрувати і випарувати при t 100 °С до появи густої кристалічної маси. Подальше випарювання варто виконувати з помішуванням до досягнення осадом сипкості. Щоб використовувати цей реактив, осад необхідно застосовувати в зазначених вище пропорціях.

Як отримати цінні метали з деталей?

Те, що сировиною для дорогоцінних металів може бути вторсировина (радіодеталі), чув далеко не кожен. А це ж правда. Витяг можливий шляхом електролізу і за допомогою хімічних реагентів, найбільш популярний з яких – «царська горілка». Шляхетні метали можна добувати з різних деталей. Для цього підходять мікросхеми, транзистори, роз’єми, позолочені оправи окулярів, корпуси годинників та ін.

Один з найпростіших методів – витравлювання. В його основі – хімічна інертність золота (здатність не взаємодіяти з іншими хімічними елементами).

Якщо порівняти золото з міддю і сріблом, то воно виявляє крайню інертність стосовно кисню і сірки. Реакція з галогенами можлива тільки при нагріванні. З цього випливає, що розчинення золота і трансформація його в розчин вимагають залучення сильного окислювача. Саме таким і є знаменита «царська горілка» – жовто-помаранчева рідка речовина з хлорним і діоксидоазотним запахом. Причому як колір, так і запах з’являються не відразу після приготування, а дещо пізніше: спочатку матеріал безбарвний і без запаху. Важливо його готувати безпосередньо перед застосуванням. Адже в процесі зберігання не тільки кольорово-ароматичні зміни відбуваються, але й окисні здатності зменшуються. Для створення необхідно взяти азотну і соляну кислоти в співвідношенні 1:3. Срібло в «царській горілці» розчиняється, золото – ні. Важко піддаються окисленню хром, титан, тантал, цирконій, гафній та ніобій.

Отже, в процесі витравлювання радіодеталей розчиненню піддаються всі метали, крім золота. Воно плаває в кислоті тонкою золотою плівкою. Залишається тільки відфільтрувати його і промити. Для промивання добре підходить метиловий спирт.

Щоб виконувати травлення і відновлювати золото, застосовується чиста і не розбавлена азотна кислота. Для прискорення процесу видобутку золота робочу ємність можна підігріти до 60-70 °С. До травлення необхідно ретельно відокремити від позолочених всі інші елементи.

Фольгу/порошок, отримані в процесі травлення, можна просушити, а потім зважити. Далі для отримання злитка матеріал слід переплавити в тиглі із задіянням бури.

Врахуйте, що протравлення – не завжди гарантія бездоганного отримання золота. Не винятком є втрати до 10 %. Та й отриманий злиток, швидше за все, не буде максимально чистим (у ньому все одно буде присутня якась частина домішок інших металів). Знадобляться додаткові очисні заходи.

Очищення дорогоцінних металів

Як ви вже зрозуміли, спочатку коштовні метали не є чистими. Необхідні спеціальні технології, щоб досягти належної чистоти. Одна з таких – афінаж.

Афінаж – це ювелірне очищення металів для створення благородних металів з високим ступенем чистоти (видалення домішок). Це непростий процес. Для нього потрібні кваліфіковані працівники, технологічне обладнання та спеціальні матеріали. Поряд зі шліфуванням, він включає хімічну обробку і вплив концентрованими речовинами. Тільки весь комплекс очисних робіт дозволяє досягати певної чистоти.

Методи афінажу:

- електролітичний. Найбільше підходить для золота і срібла, у зв’язку з осадженням чистих металів і одночасним відділенням домішок та суспензій, присутніх у вигляді шламу. Результат – чудовий: наприклад, золото виходить не нижче 999,9 проби. А ще цей метод найвигідніший у фінансовому плані;

- мокрий. Задіюється для платини, іридію та паладію, яким властива складна схема розчинення. Саме тут передбачається використання «царської горілки» з метою видалення різноманітних домішок;

- сухий. Ще один метод для обробки золота і срібла. Полягає в розплавленні металу реагентом, зазвичай, хлором. Значна чистота (для золота – 996,5 проба, для срібла – 999) досягається випаровуванням неблагородних металів, хлориди яких вивітрюються в процесі обробки.

Одна з популярних речовин для афінажу – гідразин гідрат. Безбарвна рідка дуже гігроскопічна речовина зі специфічним запахом. Використовується для різних дорогоцінних металів, зокрема для платини, золота і срібла.

Якщо мова йде про афінаж паладію, добре використовувати аміак водний 25 %. Зовні це прозора рідка речовина, що не має кольору. Запах – різкий, розчинення у воді – добре.

Ну і, звичайно, не забуваємо про соляну та азотну кислоти. Вони під час афінажу також необхідні.

Хімія для ювелірів – тема об’ємна і дуже важлива. Добре орієнтуючись у всіх нюансах, не складно досягти успіху. І навпаки, якщо не знати, що до чого, можна не тільки нашкодити використовуваним матеріалам, а й зазнати чималих фінансових збитків. Бажаємо, щоб останній сценарій обходив вас десятою дорогою, а результати роботи зі шляхетними металами тільки тішили!