Edelt metall - Noble metal

Edle metaller i det periodiske systemet
  Elementer kategorisert som sådan
  Også anerkjent av (Arb) Brooks
  Arb Ahmad
  Arb Wells
  Arb Tamboli et al.
  Elementer kjent som metalloider
  Edle gasser
Spred plott av elektronegativitetsverdier og smeltepunkter for metaller (opptil fermium, element 100) og noen grenselinjer (Ge, As, Sb). De som av de fleste kjemikere anerkjennes som edle metaller har relativt høy elektronegativitet, mens smeltepunktene deres viser et skille mellom sølv og gull ved rundt 1000 ° C (~ 1275 K) sammenlignet med rundt 1500 ° C (~ 1775 K) for palladium, det mest flyktig av platinagruppemetaller. Mens wolfram har en høy elektronegativitet og et høyt smeltepunkt, blir det oksidert over 350 ° C og angrepet av fluor ved romtemperatur.
Plottets geografi samsvarer stort sett med det i det periodiske systemet. Fra nedre venstre, og fortsetter med klokken, blir alkalimetallene fulgt av de tyngre jordalkalimetallene ; de sjeldne jordartene og aktinidene (Sc, Y og lanthanidene som her blir behandlet som sjeldne jordarter ); overgangsmetaller med mellomliggende elektronegativitetsverdier og smeltepunkter; de ildfaste metaller ; de metaller fra platinagruppen ; og myntmetallene som leder og utgjør en del av metallene etter overgangen .

I kjemi er edle metaller metalliske elementer som viser enestående motstand mot kjemisk angrep selv ved høye temperaturer. De er kjent for sine katalytiske egenskaper og tilhørende evne til å lette eller kontrollere hastigheten av kjemiske reaksjoner. Den korte listen over kjemisk edle metaller (de elementene som nesten alle kjemikere er enige om) omfatter rutenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platina (Pt), gull ( Au), sølv (Ag). I periodiske tabelltermer kan det gjøres en analogi mellom edelmetallene og edelgassene , som hovedsakelig er ureaktive.

Mer inkluderende lister inkluderer en eller flere av kobber (Cu), rhenium (Re) og kvikksølv (Hg) som edle metaller.

Betydning og historie

Selv om edelmetallelister kan variere, har de en tendens til å samle seg rundt de seks platinagruppemetallene - ruthenium, rodium, palladium, osmium, iridium og platina

I tillegg til dette begrepets funksjon som et sammensatt substantiv , er det omstendigheter der edel brukes som et adjektiv for substantivet metall . En galvanisk serie er et hierarki av metaller (eller andre elektrisk ledende materialer, inkludert kompositter og halvmetaller ) som går fra edelt til aktivt, og lar en forutsi hvordan materialer vil samhandle i miljøet som brukes til å generere serien. I denne forstand av ordet er grafitt edelere enn sølv, og den relative adelen til mange materialer er sterkt avhengig av kontekst, som for aluminium og rustfritt stål under forhold med varierende pH .

Begrepet edelt metall kan spores tilbake til minst slutten av 1300 -tallet og har litt forskjellige betydninger innen forskjellige studier og anvendelsesområder.

Før Mendelejevs publisering i 1869 av det første (etter hvert) allment aksepterte periodiske systemet, publiserte Odling en tabell i 1864, der "edle metaller" rhodium, ruthenium, palladium; og platina, iridium og osmium ble gruppert sammen, og ved siden av sølv og gull.

Egenskaper

Overflod av de kjemiske elementene i jordskorpen som en funksjon av atomnummer. De sjeldneste elementene (vist i gult, inkludert edelmetallene) er ikke de tyngste, men er heller de siderofile (jernelskende) elementene i Goldschmidt-klassifiseringen av elementer. Disse har blitt utarmet ved å bli flyttet dypere inn i jordens kjerne . Deres overflod i meteoroide materialer er relativt høyere. Tellur og selen har blitt tømt fra skorpen på grunn av dannelse av flyktige hydrider.

Geokjemisk

Edelmetallene er siderofiler ( jernelskere ). De har en tendens til å synke ned i jordens kjerne fordi de lett oppløses i jern enten som faste løsninger eller i smeltet tilstand. De fleste siderofile elementer har praktisk talt ingen affinitet for oksygen: gulloksider er faktisk termodynamisk ustabile med hensyn til elementene.

Kobber, sølv, gull og de seks platinagruppemetallene er de eneste innfødte metallene som forekommer naturlig i relativt store mengder.

Korrosjonsbestandighet

Kobber oppløses av salpetersyre og vandig kaliumcyanid .

Ruthenium kan oppløses i aqua regia , en sterkt konsentrert blanding av saltsyre og salpetersyre , bare når det er i nærvær av oksygen, mens rhodium må være i en fin pulverisert form. Palladium og sølv er oppløselige i salpetersyre , med sølvløseligheten begrenset av dannelsen av sølvkloridutfelling .

Rhenium reagerer med oksiderende syrer og hydrogenperoksid , og sies å bli skadet av fuktig luft. Osmium og iridium er kjemisk inerte under omgivelsesforhold. Platina og gull kan oppløses i aqua regia. Kvikksølv reagerer med oksiderende syrer.

I 2010 oppdaget amerikanske forskere at et organisk "aqua regia" i form av en blanding av tionylklorid SOCl 2 og det organiske løsningsmidlet pyridin C 5 H 5 N oppnådde "høye oppløsningshastigheter av edle metaller under milde forhold, med den ekstra fordelen å være avstemt til et spesifikt metall "for eksempel gull, men ikke palladium eller platina.

Elektronisk

I fysikken er uttrykket "edelt metall" noen ganger begrenset til kobber, sølv og gull, siden deres fulle d-subshells bidrar til hvilken edel karakter de har. I kontrast har de andre edle metallene, spesielt platinagruppemetallene, bemerkelsesverdige katalytiske anvendelser, som stammer fra deres delvis fylte d-subshells. Dette er tilfellet med palladium som har full d-subshell i atomtilstand, men i kondensert form har et delvis fylt sp-bånd på bekostning av d-band-belegg.

Forskjellen i reaktivitet kan sees under forberedelse av rene metalloverflater i et ultrahøyt vakuum : overflater av "fysisk definerte" edle metaller (f.eks. Gull) er enkle å rengjøre og holder rene i lang tid, mens de av platina eller palladium, for eksempel, dekkes veldig raskt av karbonmonoksid .

Elektrokjemisk

Standard reduksjonspotensialer i vandig løsning er også en nyttig måte å forutsi ikke-vandig kjemi av de involverte metallene. Således vil metaller med høye negative potensialer, som natrium eller kalium, antennes i luft og danne de respektive oksidene. Disse brannene kan ikke slukkes med vann, som også reagerer med metallene som er involvert for å gi hydrogen, som i seg selv er eksplosivt. Edle metaller er derimot tilbøyelige til å reagere med oksygen og har av den grunn (så vel som mangel) blitt verdsatt i årtusener og brukt i smykker og mynter.

Elektrokjemiske egenskaper til noen metaller og metalloider
Element Z G P Reaksjon SRP (V) NO EA
Gull 79 11 6 Au3+
+ 3 e - → Au
1.5 2.54 223
Platina 78 10 6 Pt2+
+ 2 e - → Pt
1.2 2,28 205
Iridium 77 9 6 Ir3+
+ 3 e - → Ir
1.16 2.2 151
Palladium 46 10 5 Pd2+
+ 2 e - → Pd
0,915 2.2 54
Osmium 76 8 6 OsO
2
+ 4  H+
+ 4 e - → Os + 2  H
2
O
0,85 2.2 104
Kvikksølv 80 12 6 Hg2+
+ 2 e - → Hg
0,85 2.0 −50
Rhodium 45 9 5 Rh3+
+ 3 e - → Rh
0,8 2,28 110
Sølv 47 11 5 Ag+
+ e - → Ag
0,7993 1,93 126
Ruthenium 44 8 5 Ru3+
+ 3 e - → Ru
0,6 2.2 101
Tellurium MD 52 16 5 TeO
2
+ 4  H+
+ 4 e - → Te + 2  H
2
O
0,53 2.1 190
Rhenium 75 7 6 Re3+
+ 3 e - → Re
0,5 1.9 6
Vann H
2
O
+ 4 e - + O
2
→ 4 OH -
0,4
Kobber 29 11 4 Cu2+
+ 2 e - → Cu
0,339 2.0 119
Vismut 83 15 6 Bi3+
+ 3 e - → Bi
0,308 2.02 91
Arsen MD 33 15 4 Som
4
O
6
+ 12  timer+
+ 12 e - → 4 As + 6  H
2
O
0,24 2.18 78
Antimon MD 51 15 5 Sb
2
O
3
+ 6  H+
+ 6 e - → 2 Sb + 3  H
2
O
0,147 2.05 101
Z atomnummer; G -gruppen; P periode; SRP standard reduksjonspotensial; EN elektronegativitet; EA elektronaffinitet

Tabellen ved siden viser standard reduksjonspotensial i volt; elektronegativitet (revidert Pauling); og elektronaffinitetsverdier (kJ/mol), for noen metaller og metalloider. Metaller som vanligvis blir kjent som edle metaller er merket med et ✣ -symbol; og metalloider er betegnet MD .

De forenklede oppføringene i reaksjonskolonnen kan leses i detalj fra Pourbaix -diagrammene for det vurderte elementet i vann. Edle metaller har store positive potensialer; elementer som ikke er i denne tabellen har et negativt standardpotensial eller ikke er metaller.

Elektronegativitet er inkludert siden det regnes å være "en viktig driver for edelhet og reaktivitet i metall".

På grunn av deres høye elektronaffinitetsverdier kan inkorporering av et edelt metall i den elektrokjemiske fotolyseprosessen , som blant annet platina og gull, øke fotoaktiviteten.

Arsen, antimon og tellur anses å være metalloider i stedet for edle metaller.

Den sorte flekken som vanligvis sees på sølv, skyldes følsomheten for hydrogensulfid : 2Ag + H 2 S +1/2O 2 → Ag 2 S + H 2 O. Rayner-Canham hevder at "sølv er så mye mer kjemisk-reaktivt og har en så annen kjemi at det ikke skal betraktes som et" edelt metall "." I tannlegen blir sølv ikke sett på som et edelt metall på grunn av dets tendens til å tære i det orale miljøet.

Relevansen av oppføringen for vann er adressert av Li et al. i sammenheng med galvanisk korrosjon. En slik prosess vil bare skje når:

"(1) to metaller som har forskjellige elektrokjemiske potensialer er ... forbundet, (2) en vandig fase med elektrolytt eksisterer, og (3) det ene av de to metallene har ... potensial lavere enn reaksjonens potensial ( H
2
O
+ 4e + O.
2
= 4 OH ) som er 0,4 V ... Metallet med ... et potensial mindre enn 0,4 V fungerer som en anode ... mister elektroner ... og oppløses i det vandige mediet. Edelmetallet (med høyere elektrokjemisk potensial) fungerer som en katode, og under mange forhold er reaksjonen på denne elektroden generelt H
2
O
- 4 e - O
2
= 4 OH ). "

De supertunge elementene fra kalium (element 108) til livermorium (116) inkludert forventes å være "delvis meget edle metaller"; kjemiske undersøkelser av kalium har fastslått at det oppfører seg som det lettere medfødte osmiumet , og foreløpige undersøkelser av nihonium og flerovium har antydet, men ikke endelig etablert, edel oppførsel. Copernicium 's atferd synes å ligne delvis både lettere kongener kvikksølv og edelgass radon .

Oksider

Oksydsmeltepunkter, ° C
Element Jeg II III IV VI VII
Kobber 1326
Ruthenium d1300
d75+
Rhodium d1100
?
Palladium d750
Sølv d200
Rhenium 360
Osmium d500
Iridium d1100
?
Platina 450
d100
Gull d150
Kvikksølv d500
Strontium ‡ 2430
Molybden ‡ 801
d70
Antimon MD 655
Lantan ‡ 2320
Vismut ‡ 817
d = brytes ned; hvis det er to figurer, 2 nd er for
den hydratiserte form; ‡ = ikke et edelt metall; MD = metalloid

Så lenge siden som 1890 observerte Hiorns følgende:

" Edle metaller. Gull, platina, sølv og noen få sjeldne metaller. Medlemmene i denne klassen har liten eller ingen tendens til å forene seg med oksygen i fri tilstand, og når de plasseres i vann ved rød varme, endrer det ikke sammensetningen. Oksidene brytes lett ned av varme som følge av den svake affiniteten mellom metallet og oksygenet. "

Smith, som skrev i 1946, fortsatte temaet:

"Det er ingen skarp skillelinje [mellom 'edle metaller' og 'uedle metaller'], men kanskje er den beste definisjonen på et edelt metall et metall hvis oksid lett brytes ned ved en temperatur under en rød varme."
"Det følger av dette at edle metaller ... har liten tiltrekning for oksygen og følgelig ikke blir oksidert eller misfarget ved moderate temperaturer."

Slik adel er hovedsakelig forbundet med de relativt høye elektronegativitetsverdiene til edelmetallene, noe som resulterer i bare svakt polær kovalent binding med oksygen. Tabellen viser smeltepunktene for oksidene til edelmetallene, og for noen av de ikke-edle metallene, for elementene i deres mest stabile oksidasjonstilstander.

Se også

Merknader

Referanser

Videre lesning

  • Balshaw L 2020, "Edelmetaller oppløst uten aqua regia ", Chemistry World, 1. september
  • Beamish FE 2012, Den analytiske kjemi av edle metaller, Elsevier Science, Burlington
  • Brasser R, Mojzsis SJ 2017, "En kolossal innvirkning beriket Mars 'mantel med edle metaller", Geophys. Res. Lett., Vol. 44, s. 5978–5985, doi : 10.1002/2017GL074002
  • Brooks RR (red.) 1992, Edle metaller og biologiske systemer: Deres rolle i medisin, mineralutforskning og miljø, CRC Press, Boca Raton
  • Brubaker PE, Moran JP, Bridbord K, Hueter FG 1975, "Edle metaller: en toksikologisk vurdering av potensielle nye miljøforurensninger", Environmental Health Perspectives, vol. 10, s. 39–56, doi : 10.1289/ehp.751039
  • Du R et al. 2019, " Emerging noble metal aerogels: State of the art and a look forward ", Matter, vol. 1, s. 39–56
  • Hämäläinen J, Ritala M, Leskelä M 2013, "Atomic layer deposition of edle metals and their oxides", Chemistry of Materials, vol. 26, nei. 1, s. 786–801, doi : 10.1021/cm402221
  • Kepp K 2020, "Kjemiske årsaker til metall edelhet", ChemPhysChem, vol. 21 nr. 5. s. 360−369, doi : 10.1002/cphc.202000013
  • Lal H, Bhagat SN 1985, "Gradering av edelmetallers metalliske karakter på grunnlag av termoelektriske egenskaper", Indian Journal of Pure and Applied Physics, vol. 23, nei. 11, s. 551–554
  • Lyon SB 2010, "3.21 - Korrosjon av edle metaller", i B Cottis et al. (red.), Shreir's Corrosion, Elsevier, s. 2205-2223, doi : 10.1016/B978-044452787-5.00109-8
  • Medici S, Peana MF, Zoroddu MA 2018, "Edelmetaller i legemidler: applikasjoner og begrensninger", i M Rai M, Ingle, S Medici (red.), Biomedical applications of metals, Springer, doi : 10.1007/978-3- 319-74814-6_1
  • Pan S et al. 2019, "Edel-edel sterk forening: Gull på sitt beste for å knytte et bånd med et edelt gassatom", ChemistryOpen, vol. 8 poeng. 173, doi : 10.1002/open.201800257
  • Russel A 1931, "Enkel avsetning av reaktive metaller på edle metaller", Nature, vol. 127, s. 273–274, doi : 10.1038/127273b0
  • St. John J et al. 1984, Noble metals, Time-Life Books, Alexandria, VA
  • Wang H 2017, "Chapter 9-Noble Metals", i LY Jiang, N Li (red.), Membranbaserte separasjoner i metallurgi, Elsevier, s. 249-272, doi : 10.1016/B978-0-12-803410- 1.00009-8

Eksterne linker