Metale szlachetne
H | Hej | |||||||||||||||||
Li | Być | B. | DO. | N | O | FA. | Nie | |||||||||||
nie dotyczy | Mg | Glin | Si | str. | Św. | Cl | Ar | |||||||||||
K | Około | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Współ | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | Tak jak | Se | Br | Kr | |
Rb | Sr | Tak | Zr | Nb | pon | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Płyta CD | W | Sn | Sb | Te | JA. | Xe | |
Cs | Ba | * | Hf | Ta | W. | re | Os | Ir | Pt | Au | Ed | Tl | Pb | Bi | Po | W | Marg | |
Ks. | Ra | ** | Rf | Db | Sg | Biustonosz | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Powyżej | |
* | La | Ce | Pr | Nd | Po południu | Sm | Eu | Bóg | Tb | Dy | Ho | On | Tm | Yb | Lu | |||
** | Ac | Cz | Rocznie | U | Np | Puchatek | Na | Cm | Bk | cf | To | Fm | Md | Nie | Lr |
Metale szlachetne są metali , które są odporne na korozję, to znaczy, że są trwałe chemicznie stabilne w środowisku naturalnym, pod wpływem powietrza i wody . Ze względu na tę stabilność złoto i srebro były używane do wyrobu biżuterii i monet od czasów starożytnych. W ciągu ostatnich czterech stuleci odkryto także metale platynowe , które są podobnie odporne na korozję jak złoto. Złoto, srebro, platyna i pallad odgrywają dziś ważną rolę na światowych rynkach . Wszystkie metale szlachetne i półszlachetne są metalami ciężkimi .
Metale szlachetne w klasycznym znaczeniu
Metale szlachetne w klasycznym znaczeniu to złoto, srebro i metale platyny. Czasami do metali szlachetnych zalicza się również rtęć , chociaż pod wieloma względami jest bardziej reaktywna niż inne metale szlachetne. Metale szlachetne albo wcale nie korodują w powietrzu w temperaturze pokojowej, albo korodują bardzo powoli i w bardzo małym stopniu, podobnie jak srebro w kontakcie z (śladami) siarkowodoru . Srebrny przedmiot nie ulega przy tym uszkodzeniu, tworzy się jedynie niezwykle cienka warstwa siarczku czarnego srebra . Metale szlachetne nie są również atakowane przez kwas solny. Charakteryzują się również tym, że wiele z ich związków nie jest stabilnych termicznie. Tlenek srebra i rtęci tlenek są podzielone na pierwiastki, przy ogrzewaniu. Podobnie jak inne pierwiastki cięższe od wodoru, metale szlachetne powstają w wyniku nukleosyntezy .
Metale półszlachetne
Teoria reakcji redoks została dopracowana w XIX i XX wieku. Odkryto nowe ścieżki reakcji. Ponadto opracowano elektrochemiczną metodę potencjometrii , za pomocą której można było precyzyjnie zmierzyć i porównać siłę reduktorów i utleniaczy . Pozwoliło to również na bardziej wyrafinowaną klasyfikację metali według ich szlachetnego lub bazowego charakteru. Do metali półszlachetnych należą zatem te, które nie reagują tworząc wodór z wodnymi roztworami kwasów nieutleniających , takich jak kwas solny lub rozcieńczony kwas siarkowy . Wynika to z ich standardowego potencjału , który jest wyższy niż wodoru. Metale te są również w dużej mierze obojętne na tlen atmosferyczny. Z tego powodu czasami wydają się dostojne z natury .
Metale takie jak bizmut i miedź , ze swoim standardowym potencjałem, są znacznie bliższe wodorowi niż klasyczne metale szlachetne. W powietrzu korodują szybciej i szybko rozpuszczają się w kwasach utleniających, takich jak stężony kwas siarkowy lub półstężony (30 procent) kwas azotowy . W sensie chemicznym metale półszlachetne to wszystkie metale, które w szeregu elektrochemicznym mają dodatni potencjał wzorcowy w stosunku do wodoru , ale poza tym nie są tak odporne na korozję jak klasyczne metale szlachetne. Zgodnie z tą definicją sztuczny i radioaktywny technet można również określić jako półszlachetny. Te metale półszlachetne zajmują więc pozycję pośrednią między klasycznymi metalami szlachetnymi i nieszlachetnymi. Niektórzy autorzy uwzględniają nawet nikiel i cynę, chociaż ich standardowy potencjał jest nieco niższy niż wodoru.
Krótkożyciowe radioaktywne metale szlachetne
Rozważania teoretyczne oparte na kwantowych obliczeń mechanicznych sugerują, że sztuczne elementy Bohrium , has , Meitner , Darmstadtium , roentgenium i copernicium są również metale szlachetne. Metale te nie mają jednak praktycznego znaczenia, ponieważ ich znane izotopy są niezwykle niestabilne i szybko (z typowym okresem półtrwania wynoszącym kilka sekund, najwyżej kilka minut) ulegają radioaktywnemu rozpadowi.
Metale nieszlachetne
Metale nieszlachetne, takie jak aluminium , żelazo i ołów, muszą być wyraźnie oddzielone . Ponieważ ich standardowy potencjał jest mniejszy niż wodoru , są atakowane przez kwasy nieutleniające . Podobnie jak w przypadku ołowiu, można to również zrobić bardzo powoli. W tym kontekście nieutleniający oznacza, że w roztworze nie ma silniejszego środka utleniającego niż jon wodorowy .
Inne metale odporne na korozję
Oprócz metali szlachetnych istnieją również metale, które ze względu na pasywację mają niekiedy wysoki poziom odporności na korozję, który w zależności od środowiska chemicznego przewyższa niekiedy niektóre metale szlachetne. Są to pierwiastki 4 podgrupy ( tytan , cyrkon i hafn ), 5 podgrupy ( wanad , niob i tantal ) oraz 6 podgrupy ( chrom , molibden i wolfram ). Inne ważne technicznie metale tworzące warstwy pasywne to cynk ( 12. podgrupa ), aluminium ( 3. główna grupa ) oraz krzem i ołów ( 4. główna grupa ).
Reakcje metali szlachetnych
Za pomocą odpowiednich agresywnych chemikaliów można rozpuścić wszystkie metale szlachetne. Złoto i niektóre metale platynowe szybko rozpuszczają się w wodzie królewskiej . Srebro i metale półszlachetne reagują energicznie z kwasem azotowym. W górnictwie roztwory cyjanku są stosowane w połączeniu z tlenem atmosferycznym w celu uwolnienia złota i srebra ze skał. Atak tlenu atmosferycznego jest możliwy tylko dlatego, że jako produkty powstają trwałe kompleksy cyjankowe ze złotem i srebrem. Również w wodzie królewskiej tworzenie trwałych związków kompleksowych (chlorokompleksów) jest jednym z decydujących czynników o działaniu utleniającym środowiska. Nawiasem mówiąc, metale szlachetne często nie są wcale „szlachetne” w stosunku do metali bardzo elektrododatnich, ale tu często chętnie i z wyzwoleniem energii tworzą fazy międzymetaliczne .
Fizyczna koncepcja charakteru metalu szlachetnego
W sensie fizycznym ilość metali szlachetnych jest znacznie mniejsza; to tylko miedź, srebro i złoto. Kryterium klasyfikacji jest elektroniczna struktura pasmowa . Wszystkie wymienione trzy metale mają całkowicie wypełnione pasma d, które w związku z tym nie przyczyniają się do przewodnictwa i praktycznie nie wykazują reaktywności. Dotyczy to na przykład platyny. B. nie. Dwa pasma typu D przecinają poziom Fermi . Prowadzi to do innego zachowania chemicznego, dlatego platynę stosuje się znacznie częściej niż złoto jako katalizator . Szczególnie zauważalna jest różnica w produkcji czystych powierzchni metalowych w ultrawysokiej próżni . Podczas gdy złoto jest stosunkowo łatwe do przygotowania i pozostaje czyste przez długi czas po przygotowaniu, tlenek węgla bardzo szybko wiąże się z platyną lub palladem .
Chemiczne zrozumienie metali szlachetnych
Jak już wskazano dla metali nieszlachetnych , metale szlachetne i półszlachetne to pierwiastki metaliczne (i ewentualnie niektóre stopy , takie jak stale odporne na korozję ), których normalny potencjał jest dodatni w porównaniu z elektrodą wodorową , co oznacza, że nie są atakowane przez rozcieńczone kwasy . Uwzględniane pierwiastki są sortowane według ich normalnego potencjału w porównaniu z elektrodą H w roztworze wodnym o pH 7:
Nazwisko | Grupa | reakcja | potencjał |
---|---|---|---|
złoto | Ib / 6 | Nie → Nie 3+ | 1.498 V |
platyna | VIIIb / 6 | Pkt → Pkt 2+ | 1.18V |
iryd | VIIIb / 6 | Ir → Ir 3+ | 1.156 V |
paladium | VIIIb / 5 | Pd → Pd 2+ | 0,987 V |
osm | VIIIb / 6 | O → O 2+ | 0,85V |
srebro | Ib / 5 | Ag → Ag + | 0,799 V |
rtęć | IIb / 6 | 2 Hg → Hg 2 2+ | 0,7973 V |
polon | VIa / 6 | Po → Po 2+ | 0,65V |
Rod | VIIIb / 5 | RH → RH 2+ | 0,60V |
Ruten | VIIIb / 5 | Ru → Ru 2+ | 0,45V |
miedź | Ib / 4 | Cu → Cu 2+ | 0,337 V |
Bizmut | Wa / 6 | Bi → Bi 3+ | 0,32V |
Technet | VIIb / 5 | Tc → Tc 4+ | 0,272V |
ren | VIIb / 6 | Odp → Od 4+ | 0,259 V |
antymon | Wa / 5 | Sb → Sb 3+ | 0,152 V |
Jako półmetal antymon do nich nie należy, a w przypadku polonu jest to prawdopodobnie jego wysoka radioaktywność i makroskopowa niedostępność (przed budową reaktorów jądrowych), przez co klasycznie nie był uważany za metal szlachetny - ale obecnie jest dostępny w ilości gramowe. Podział, tj. potencjalny limit, tych pierwiastków na metale szlachetne i półszlachetne jest dość arbitralny i nie jest traktowany jednolicie. Jednak najczęściej łączy się miedź i ruten, ponieważ ten ostatni może w zasadzie zostać zaatakowany przez wilgotne powietrze w wyniku reakcji redoks O 2 + 2 H 2 O + 4 e - ⇄ 4 OH - (aq) o normalnym potencjale +0,4 V.
Język kolokwialny
Brąz nie jest metalem szlachetnym, ale zazwyczaj stopem miedzi i cyny . Ponieważ złote, srebrne i brązowe medale są przyznawane na igrzyskach olimpijskich i innych zawodach, brąz jest czasami błędnie określany w raportach sportowych jako metal szlachetny.
Zobacz też
linki internetowe
- Które pasma przecinają poziom Fermiego można zobaczyć na stronie Baza danych powierzchni Fermiego .
Indywidualne dowody
- ^ Górnictwo i przemysł poszczególnych kontynentów w Atlasie Świata Aleksandra 2000, Klett-Perthes, Gotha 2000.
- ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Podręcznik chemii nieorganicznej . Wydanie 102. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s. 2009.
- ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Podręcznik chemii nieorganicznej . 91. – 100., ulepszona i znacznie rozszerzona edycja. Walter de Gruyter, Berlin 1985, ISBN 3-11-007511-3 .