Ädel metall

Periodiska systemets utdrag som visar ungefär hur ofta varje grundämne tenderar att kännas igen som en ädelmetall: 7 oftast (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au) 1 ofta (Ag) 2 ibland (Cu, Hg) 6 tum en begränsad bemärkelse (Tc, Re, As, Sb, Bi, Po) Den tjocka svarta linjen omsluter de sju till åtta metallerna oftast till ofta så igenkända. Silver är ibland inte igenkänd som en ädel metall på grund av dess större reaktivitet . * kan vara nedsmutsad i fuktig luft eller korrodera i en sur lösning som innehåller syre och ett oxidationsmedel † attackerad av svavel eller svavelväte § självangripande av strålningsgenererat ozon

En ädelmetall betraktas vanligtvis som ett metalliskt kemiskt element som i allmänhet är resistent mot korrosion och som vanligtvis finns i naturen i sin råa form . Guld , platina och de andra metallerna i platinagruppen ( rutenium , rodium , palladium , osmium , iridium ) är oftast så klassificerade. Silver , koppar och kvicksilver ingår ibland som ädelmetaller, dock mindre ofta då var och en av dessa vanligtvis förekommer i naturen i kombination med svavel .

Inom mer specialiserade studieområden och tillämpningar kan antalet grundämnen som räknas som ädelmetaller vara mindre eller större. Inom fysiken finns det bara tre ädelmetaller: koppar , silver och guld. Inom tandvården räknas silver inte alltid som en ädelmetall eftersom det är utsatt för korrosion när det finns i munnen. I kemi används termen ädelmetall ibland mer brett på alla metalliska eller semimetalliska element som inte reagerar med en svag syra och avger vätgas i processen. Denna bredare uppsättning inkluderar koppar, kvicksilver , teknetium , rhenium , arsenik , antimon , vismut och polonium , samt guld, de sex metallerna från platinagruppen och silver.

Mening och historia

Även om listor med ädelmetaller kan skilja sig åt, tenderar de att samlas kring de sex metallerna i platinagruppen (rutenium, rodium, palladium, osmium, iridium, platina) plus guld.

Utöver denna terms funktion som ett sammansatt substantiv finns det omständigheter där noble används som adjektiv för substantivet metall . En galvanisk serie är en hierarki av metaller (eller andra elektriskt ledande material, inklusive kompositer och halvmetaller ) som går från ädel till aktiv, och låter en förutsäga hur material kommer att interagera i miljön som används för att generera serien. I denna mening av ordet grafit ädlare än silver och den relativa ädelheten hos många material är starkt beroende av sammanhang, som för aluminium och rostfritt stål under förhållanden med varierande pH .

Begreppet ädelmetall kan spåras tillbaka till åtminstone slutet av 1300-talet och har lite olika betydelse inom olika studieområden och tillämpningar.

Före Mendelejevs publicering 1869 av det första (så småningom) allmänt accepterade periodiska systemet publicerade Odling en tabell 1864, där "ädelmetallerna" rodium, rutenium, palladium; och platina, iridium och osmium grupperades tillsammans och intill silver och guld.

Kalkopirit , som är kopparjärnsulfid (CuFeS ₂ ), är det vanligaste kopparmalmsmineralet
Ena halvan av en ruteniumbar. Storlek ~ 40 × 15 × 10 mm Vikt ~44 g
Rhodium: 1 g pulver, 1 g pressad cylinder, 1 g pellets.
Palladium
Akantit , eller silversulfid (Ag ₂ S), är den viktigaste silvermalmen
Osmiumkristaller, 2,2 g
Bitar av rent iridium, 1 g, storlek: 1–3 mm vardera
Kristaller av ren platina
Guldklump från Australien , nästan 9 000 g eller 317 oz
Cinnober eller kvicksilversulfid (HgS) är den vanligaste malmen för raffinering av elementärt kvicksilver

Egenskaper

Överflöd av kemiska grundämnen i jordskorpan som funktion av atomnummer. De mest sällsynta grundämnena (visas i gult, inklusive ädelmetallerna) är inte de tyngsta, utan är snarare de siderofila (järnälskande) elementen i Goldschmidts klassificering av grundämnen. Dessa har utarmats genom att flyttas djupare in i jordens kärna . Deras överflöd av meteoroidmaterial är relativt högre. Tellur och selen har utarmats från skorpan på grund av bildandet av flyktiga hydrider.

Geokemisk

Ädelmetallerna är siderofiler (järnälskare). De tenderar att sjunka in i jordens kärna eftersom de löser sig lätt i järn antingen som fasta lösningar eller i smält tillstånd. De flesta siderofila element har praktiskt taget ingen som helst affinitet för syre: faktiskt, oxider av guld är termodynamiskt instabila med avseende på elementen.

Koppar, silver, guld och de sex metallerna i platinagruppen är de enda inhemska metallerna som förekommer naturligt i relativt stora mängder. ^{[ citat behövs ]}

Korrosionsbeständighet

Koppar löses upp av salpetersyra och vattenhaltig kaliumcyanid .

Ruthenium kan lösas i aqua regia , en högkoncentrerad blandning av saltsyra och salpetersyra , endast i närvaro av syre, medan rodium måste vara i finpulveriserad form. Palladium och silver är lösliga i salpetersyra , varvid lösligheten av silver begränsas av bildningen av silverkloridfällning .

Rhenium reagerar med oxiderande syror och väteperoxid och sägs bli nedsmutsad av fuktig luft. Osmium och iridium är kemiskt inerta i omgivningsförhållanden. Platina och guld kan lösas i aqua regia. Kvicksilver reagerar med oxiderande syror.

År 2010 upptäckte amerikanska forskare att en organisk "aqua regia" i form av en blandning av tionylklorid SOCl ₂ och det organiska lösningsmedlet pyridin C ₅ H ₅ N uppnådde "höga upplösningshastigheter av ädelmetaller under milda förhållanden, med den extra fördelen att vara avstämbar till en specifik metall" till exempel guld men inte palladium eller platina.

Elektronisk

Inom fysiken är uttrycket "ädel metall" ibland begränsat till koppar, silver och guld, eftersom deras fulla d-subskal bidrar till vilken ädel karaktär de har. Däremot har de andra ädelmetallerna, speciellt platinagruppens metaller, anmärkningsvärda katalytiska tillämpningar, som härrör från deras delvis fyllda d-subshell. Detta är fallet med palladium som har ett fullt d-subskal i atomärt tillstånd men i kondenserad form har ett delvis fyllt sp-band på bekostnad av d-bandsuppsättning.

Skillnaden i reaktivitet kan ses under beredningen av rena metallytor i ett ultrahögt vakuum : ytor av "fysiskt definierade" ädelmetaller (t.ex. guld) är lätta att rengöra och hålla rena under lång tid, medan de av platina eller palladium, till exempel, täcks av kolmonoxid mycket snabbt.

Elektrokemisk

Standardreduktionspotentialer i vattenlösning är också ett användbart sätt att förutsäga den icke-vattenhaltiga kemin hos de involverade metallerna. Således kommer metaller med höga negativa potentialer, såsom natrium eller kalium, att antändas i luften och bilda respektive oxider. Dessa bränder kan inte släckas med vatten, som också reagerar med de inblandade metallerna för att ge väte, som i sig är explosivt. Ädelmetaller, däremot, är ovilliga att reagera med syre och har av den anledningen (liksom deras brist) värderats i årtusenden och använts i smycken och mynt.

Elektrokemiska egenskaper hos vissa metaller och metalloider
Element	Z	G	P	Reaktion	SRP(V)	SV	EA
Guld ✣	79	11	6	Au ³⁺ + 3 e ⁻ → Au	1.5	2,54	223
Platina ✣	78	10	6	Pt ²⁺ + 2 e ⁻ → Pt	1.2	2.28	205
Iridium ✣	77	9	6	Ir ³⁺ + 3 e ⁻ → Ir	1.16	2.2	151
Palladium ✣	46	10	5	Pd ²⁺ + 2 e ⁻ → Pd	0,915	2.2	54
Osmium ✣	76	8	6	OsO2 ₊ 4 H ⁺ + 4 e ^- → Os + ₂ H2O	0,85	2.2	104
Merkurius	80	12	6	Hg ²⁺ + 2 e ⁻ → Hg	0,85	2.0	−50
Rhodium ✣	45	9	5	Rh ³⁺ + 3 e ^- → Rh	0,8	2.28	110
Silver ✣	47	11	5	Ag ⁺ + e ⁻ → Ag	0,7993	1,93	126
Rutenium ✣	44	8	5	Ru ³⁺ + 3 e ⁻ → Ru	0,6	2.2	101
Polonium ☢	84	16	6	Po ²⁺ + 2 e ⁻ → Po	0,6	2.0	136
Vatten				2 H2O _- > + 4 e ^- + O2 ₄ OH ^-	0,4
Koppar	29	11	4	Cu ²⁺ + 2 e ^- → Cu	0,339	2.0	119
Vismut	83	15	6	Bi ³⁺ + 3 e ⁻ → Bi	0,308	2.02	91
Teknetium ☢	43	7	6	TcO2 _→ + 4 H ⁺ + 4 e ^- ₂ H2O Tc +	0,28	1.9	53
Renium	75	7	6	ReO2 ₊ 4 H ⁺ + 4 e ^{- →} ₂ H2O Re +	0,251	1.9	6
Arsenik ^MD	33	15	4	As ₄ O ₆ + 12 H ⁺ + 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- grupp; P period; SRP- standardreduktionspotential; EN elektronegativitet; EA elektronaffinitet
✣ traditionellt erkänd som en ädel metall; ^MD metalloid; ☢ radioaktivt

Tabellen intill visar standardreduktionspotentialen i volt; elektronegativitet (reviderad Pauling); och elektronaffinitetsvärden (kJ/mol), för vissa metaller och metalloider.

De förenklade uppgifterna i reaktionskolumnen kan läsas i detalj från Pourbaix-diagrammen över det aktuella grundämnet i vatten. Ädelmetaller har stora positiva potentialer; element som inte finns i denna tabell har en negativ standardpotential eller är inte metaller.

Elektronegativitet ingår eftersom det anses vara "en viktig drivkraft för metallädelhet och reaktivitet".

På grund av deras höga elektronaffinitetsvärden kan införlivandet av en ädelmetall i den elektrokemiska fotolysprocessen , såsom platina och guld, bland annat, öka fotoaktiviteten.

Arsenik och antimon anses vanligtvis vara metalloider snarare än ädelmetaller. Men fysiskt sett är deras mest stabila allotroper metalliska. Halvledare, som selen och tellur, har uteslutits.

Den svarta fläcken som vanligtvis ses på silver härrör från dess känslighet för svavelväte :

2 Ag ₊_H2S + 1/2 → O2 _Ag2S + _H2O _

Rayner-Canham hävdar att "silver är så mycket mer kemiskt reaktivt och har en så annorlunda kemi att det inte bör betraktas som en "ädel metall". Inom tandvården betraktas silver inte som en ädelmetall på grund av dess tendens att korrodera i den orala miljön.

Relevansen av posten för vatten tas upp av Li et al. i samband med galvanisk korrosion. En sådan process kommer endast att inträffa när:

"(1) två metaller som har olika elektrokemiska potentialer är...anslutna, (2) det finns en vattenfas med elektrolyt och (3) en av de två metallerna har...potential som är lägre än reaktionens potential ( H
₂ O + 4e + O
₂ = 4 OH ^• ) som är 0,4 V...metallen med...en potential mindre än 0,4 V fungerar som en anod...förlorar elektroner...och löses upp i vattenhaltigt medium. Ädelmetallen (med högre elektrokemisk potential) fungerar som en katod och under många förhållanden är reaktionen på denna elektrod i allmänhet H
₂ O − 4 e ^• − O
₂ = 4 OH ^• )."

De supertunga elementen från hassium (element 108) till livermorium (116) inklusive förväntas vara "delvis mycket ädla metaller"; kemiska undersökningar av hassium har fastställt att det beter sig som sin lättare släkt med osmium, och preliminära undersökningar av nihonium och flerovium har föreslagit men inte definitivt fastställt ädelt beteende. Coperniciums beteende verkar delvis likna både dess lättare kvicksilverkongener och ädelgasen radon .

Oxider

Oxidsmältpunkter, °C
Element	jag	II	III	IV	VI	VII
Koppar		1326
Rutenium				d1300 d75+
Rodium			d1100 ?
Palladium		d750
Silver	d200
Renium						327
Osmium				d500
Iridium				d1100 ?
Platina				450 d100
Guld			d150
Merkurius		d500
Strontium‡		2430
Molybden‡					801 d70
Antimon ^MD			655
Lantan‡			2320
Vismut‡			817
d = sönderdelas; om det finns två siffror är den andra för den hydratiserade formen; ‡ = inte en ädel metall; ^MD = metalloid

Så länge sedan som 1890 observerade Hiorns följande:

" Ädelmetaller. Guld, Platina, Silver och några få sällsynta metaller. Medlemmarna i denna klass har liten eller ingen tendens att förenas med syre i fritt tillstånd, och när de placeras i vatten vid en röd värme ändrar de inte dess sammansättning. Oxiderna sönderdelas lätt av värme till följd av den svaga affiniteten mellan metallen och syre."

Smith, som skrev 1946, fortsatte med temat:

"Det finns ingen skarp skiljelinje [mellan 'ädelmetaller' och 'oädelmetaller'] men kanske den bästa definitionen av en ädelmetall är en metall vars oxid lätt bryts ner vid en temperatur under en röd värme."

"Det följer av detta att ädelmetaller ... har liten attraktion för syre och följaktligen inte oxideras eller missfärgas vid måttliga temperaturer."

Sådan ädelhet är huvudsakligen förknippad med de relativt höga elektronegativitetsvärdena för ädelmetallerna, vilket resulterar i endast svagt polär kovalent bindning med syre. Tabellen listar smältpunkterna för ädelmetallernas oxider, och för några av de för icke-ädelmetallerna, för grundämnena i deras mest stabila oxidationstillstånd.

Katalytiska egenskaper

Många av ädelmetallerna kan fungera som katalysatorer. Till exempel används platina i katalysatorer , anordningar som omvandlar giftiga gaser som produceras i bilmotorer, såsom kväveoxider, till icke-förorenande ämnen.

Guld har många industriella tillämpningar; den används som en katalysator vid hydrering och vattengasskiftningsreaktionen .

Se även

Anteckningar

Vidare läsning

Balshaw L 2020, " Ädelmetaller upplösta utan regiavatten ", Chemistry World, 1 september
Beamish FE 2012, Ädelmetallernas analytiska kemi, Elsevier Science, Burlington
Brasser R, Mojzsis SJ 2017, "Ett kolossalt nedslag berikade Mars mantel med ädla metaller", Geophys. Res. Lett., vol. 44, s. 5978–5985, doi : 10.1002/2017GL074002
Brooks RR (red.) 1992, Ädelmetaller och biologiska system: deras roll i medicin, mineralutforskning och miljö, CRC Press, Boca Raton
Brubaker PE, Moran JP, Bridbord K, Hueter FG 1975, "Ädelmetaller: en toxikologisk bedömning av potentiella nya miljöföroreningar", 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, "Atomskiktsavsättning av ädelmetaller och deras oxider", Chemistry of Materials, vol. 26, nr. 1, s. 786–801, doi : 10.1021/cm402221
Kepp K 2020, "Chemical causes of metal nobleness", ChemPhysChem, vol. 21 nr. 5. s. 360−369, doi : 10.1002/cphc.202000013
Lal H, Bhagat SN 1985, "Gradation av den metalliska karaktären hos ädelmetaller på basis av termoelektriska egenskaper", Indian Journal of Pure and Applied Physics, vol. 23, nr. 11, s. 551–554
Lyon SB 2010, "3.21 - Korrosion av ädelmetaller", 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, "Ädelmetaller i läkemedel: tillämpningar och begränsningar", 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, "Noble-noble strong union: Gold at its best to make a bond with a noble gas atom", ChemistryOpen, vol. 8, sid. 173, doi : 10.1002/open.201800257
Russel A 1931, "Simple deposition of reactive metals on noble metals", 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.), Membrane-based separations in metallurgy, Elsevier, s. 249–272, doi : 10.1016/B978-0-12-803410- 1,00009-8

externa länkar

Ädelmetall – kemi Encyclopædia Britannica, nätupplaga