Благороден метал

Од Википедија — слободната енциклопедија
(Пренасочено од Благородни метали)

Благородни метали во периодниот систем
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
 
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
   Класични благородни метали
   Полублагородни метали
   Краткотрајни радиоактивни благородни метали

Благороден металметален хемиски елемент кој не кородира[1] и се среќава во природата во сиров облик. Златото, платината и другите метали од платинската група (рутениумот, родиумот, паладиумот, осмиумот, иридиумот). Среброто, бакарот и живата понекогаш се сметаат за благородни, макар што ова е поретко бидејќи тие во природата обично се среќаваат во комбинација со сулфур.

Разни полиња имаат различни дефиниции за благороден метал. Во физиката има само три благородни метали: бакарот, среброто и златото. Во забарството, среброто не важи за благороден метал бидејќи е подложно на корозија во устата. Во хемијата постои и поширока категорија на полублагородни метали — оние метални и полуметални елементи кои не реагираат со слаба киселина и не ослободуваат водороден гас во процесот. Тука спаѓаат бакарот, живата, технециумот, рениумот, арсенот, антимонот, бизмутот и полониумот, како и златото, шесте метали од платинската група и среброто.

Историја[уреди | уреди извор]

Поимот благороден метал почнал да се користи најдоцна кон крајот на XIV век[2].

Пред да објавувањето и усвојувањето Менделеевиот периоден систем во 1869 г., англискиот хемичар Вилијам Одлинг во 1864 г. објавил таблица во која заедно се групирани благородните метали родиум, рутениум, паладиум; платина, иридиум и осмиум,[3] и ставени до среброто и златото.

Својства[уреди | уреди извор]

Застапеност на хемиските елементи во Земјината кора во однос на нивниот атомски број. Најретките елементи (со жолто, вклучувајќи ги благородните метали) не се најтешките, туку железољубивите елементи според Голдшмитовата класификација на елементите. Тие се осиромашени со нивно поместување подлабоко во Земјиното јадро. Тие се прилично чести кај метеороидните материјали. Телурот и селенот се осиромашени од кората поради образувањето на испарливи хидриди.

Геохемиски[уреди | уреди извор]

Благородните метали се железољубиви. Тонат во Земјиното јадро бидејќи лесно се раствораат во железо како црсти раствори или стопени. Највеќето железољубиви елементи немаат никаков афинитет кон кислородот: златните оксиди се термодинамички нестабилни во однос на елементите.

Бакарот, среброто, златото и шесте метали од платинската група се единствените самородни метали кои се среќаваат природно во релативно големи количества.

Отпорност на корозија[уреди | уреди извор]

Бакарот се раствора во азотна киселина и водест калиум цијанид.

Рутениумот може да се раствори во царска вода, која е вискоконцентрирана мешавина од хлороводородна и азотна киселина, само во присуство на кислород, а пак родиумот мора да биде во фин прашест облик. Паладиумоти среброто се раствораат во азотна киселина, со тоа што растворливоста на среброто е ограничена од таложењето на сребро хлорид.[4]

Ренинумот реагира со оксидирачки киселини и водород пероксид, и може да потемни на влажен воздух. Осмиумот и иридиумот се хемиски инертни во амбиентни услови.[5] Платината и златото се раствораат во царска вода.[6] Живата реагира со оксидирачки киселини.[5]

Во 2010 г. американските истражувачи откриле дека органската „царска вода“ во облик на мешавина од тионил хлорид SOCl2 и органскиот растворувач пиридин C5H5N во голема мера ги раствора благородите метали при благи услови, а воедно е прилагодлива за одделним етали, на пр. да раствори злато, но не паладиум или платина.[7]

Електронски[уреди | уреди извор]

Во физиката, изразот „благороден метал“ понекогаш е ограничен на бакарот, среброто и златото,[б 1] бидејќи нивните целосни d-подобвивки имаат улога во нивниот карактер. За разлика од тоа, останатите благородни метали, особен од платинската група, наоѓаат значајна примена во катализата поради делумната исполнетост на d-подобвивките. Ова е случај со паладиумот, кој има целосна d-подобвивка во атомска состојба, но во кондензиран облик има делумно исполнет sp-појас за сметка на зафатеноста на d-појасот.[8]

Разликата во реактивноста може да се забележи во подготовката на чисти метални површини во ултрвакуум: површините на „физички дефинираните“ благородни метали (на пр. златото) лесно се чистат и остануваат чисти долго време, а оние на платината и паладиумот многу бргу се прекриваат со јаглерод моноксид.[9]

Електрохемиски[уреди | уреди извор]

Стандардните редокс-потенцијали во воден раствор исто така се полезен начин за предвидување на неводната хемија на засегнатите метали. Така, металите со високи негативни потенцијали како натриумот и калиумот, ќе се запалат на воздух, образувајќи ги нивните оксиди. Овие пламени не можат да се изгаснат со вода, која исто така реагира со дадените метали и испушта водород, кој е експлозивен. За разлика од ова, благородните метали не се склони кон реагирање со кислород и затоа (и поради нивната реткост) се високовреднувани со иладници години, и од нив се изработува накит и монети.[10]

Електрохемиски својства на некои метали и металоиди
Елемент Г П Реакција СРП() ЕН ЕА
Злато 79 11 6 Au3+ + 3 e → Au 1,5 2,54 223
Платина 78 10 6 Pt2+ + 2 e → Pt 1,2 2,28 205
Иридиум 77 9 6 Ir3+ + 3 e → Ir 1,16 2,2 151
Паладиум 46 10 5 Pd2+ + 2 e → Pd 0,915 2,2 54
Осмиум 76 8 6 OsO2 + 4 H+ + 4 e → Os + 2 H2O 0,85 2,2 104
Жива 80 12 6 Hg2+ + 2 e → Hg 0,85 2,0 −50
Родиум 45 9 5 Rh3+ + 3 e → Rh 0,8 2,28 110
Сребро 47 11 5 Ag+ + e → Ag 0,7993 1,93 126
Рутениум 44 8 5 Ru3+ + 3 e → Ru 0,6 2,2 101
Полониум 84 16 6 Po2+ + 2 e → Po 0,6 2,0 136
Вода H2O + 4 e +O2 → 4 OH 0,4
Бакар 29 11 4 Cu2+ + 2 e → Cu 0,339 2,0 119
Бизмут 83 15 6 Bi3+ + 3 e → Bi 0,308 2,02 91
Технециум 43 7 6 TcO2 + 4 H+ + 4 e → Tc + 2 H2O 0,28 1,9 53
Рениум 75 7 6 ReO2 + 4 H+ + 4 e → Re + 2 H2O 0,251 1,9 6
АрсенМД 33 15 4 As4O6 + 12 H+ + 12 e → 4 As + 6 H2O 0,24 2,18 78
АнтимонМД 51 15 5 Sb2O3 + 6 H+ + 6 e → 2 Sb + 3 H2O 0,147 2,05 101
атомски број; Г група; П периода; СРП стандарден редокс-потенцијал; ЕН електронегативност; ЕА електронски афинитет
✣ традиционално се смета за благороден метал; МД металоид; ☢ радиоактивен

На соседната табела е прикажан стандардниот редокс-потенцијал во волти;[11] електронегативноста (преработена Полингова); и вредностите на електронскиот афинитет (kJ/mol) за некои метали и металоиди.

Упростените ставки во столбот за реакции можат поподробно да се прочитаат од Пурбеовите дијаграми за дадениот елемент во вода. Благородните метали имаат големи позитивни потенцијали;[12] елементите кои не се прикажани на оваа табела имаат негативен стандарден потенцијал или не се метали.

Во приказот е вклучена електронегативноста бидејќи таа се смета за важен чинител на благородноста и реактивноста на металите.[13]

Поради нивните големи електронски афинитети,[14] вклучувањето на благороден метал (платина, злато и др.) во процесите на електрохемиска фотолиза ја зголемува фотоактивноста.[15]

Арсенот и антимонот обично се сметаат за металоиди наместо благородни метали. Меѓутоа, физички гледано, нивните најстабилни алотропи се метални. Полуспроводниците како селенот и телурот не се вклучени.

Поцрнувањето на среброто се должи на неговата чувствителност на сулфурводород:

2 Ag + H2S + 12O2 → Ag2S + H2O.

Според канадскиот хемичар Џеф Рејнер-Канам[16], среброто не треба да се смета за благороден метал бидејќи е многу пореактивно и има многу различна хемија од вообичаените благородни метали. Во забарството среброто не се смета за благороден метал поради тоа што кородира во устата.[17]

Релевантноста на ставката за вода ја објаснуваат Ли и др.[18] во контекст на галванската корозија. Таквиот процес се јавува само кога:

„(1) два метала со различни електрохемиски потенцијали се...сврзани, (2) постои водена фаза со електролитот, и (3) еден од двата метала има...потенцијал помал од потенцијалот на реакцијата (H2O + 4e +O2 = 4 OH) кој изнесува 0,4 V...Металот со...потеанцијал помал од 0,4 V делува како анода...ослободува електрони...и се раствора во водната средина. Благородниот метал (со поголем електрохемиски потенцијал) делува како катода и, под многу разни услови, реакцијата врз оваа електрода начелно е H2O − 4 eO2 = 4 OH).“

Супертешките елементи од хасиумот (елемент 108) до ливермориумот (116) се очекува да бидат „делумно многу тешки метали“; според хемиските иследувања, тој се однесува како неговиот полесен сродник осмиумот, а првичните иследувања на нихониумот и флеровиумот укажуваат на благородно поведение, но ова не е конечно утврдено.[19] Поведението на копернициумот е делумно слично на неговиот полесен сродник живата и на благородниот гас радон.[20]

Оксиди[уреди | уреди извор]

Точки на топење на оксидите, °C
Елемент I II III IV VI VII
Бакар 1326
Рутениум р1300
р75+
Родиум р1100
?
Паладиум р750 [б 2]
Сребро р200
Рениум 327
Осмиум р500
Иридиум р1100
?
Платина 450
р100
Злато р150
Жива р500
Стронциум‡ 2430
Молибден‡ 801
р70
АнтимонМД 655
Лантан‡ 2320
Бизмут‡ 817
р = се распаѓа; ако има два броја, вториот е за
хидрираниот облик; ‡ = не е благороден метал; МД = металоид

Уште во 1890 г. англискиот металуршки научник Артур Хајорнс го забележал следново:

Благородни метали. Злато, платина, сребро и неколку ретки метали. Членовите на оваа класа речиси и да немаат склоност за соединување ос кислородот во слободна состојба, и кога ќе се стават во вода при црвена вжареност не го менуваат својот состав. Оксидите лесно се распаѓаат под дејство на топлина поради слабиот афинитет помеѓу металот и кислородот“.[21]

Американскиот хемиски инженер Џулијан Смит во 1946 г. продолжува на истата тема:

„Не постои реска граница [помеѓу „благородни метали“ и „базни метали“] но можеби најдобра дефиниција за благороден метал е метал чиј оксид лесно се распаѓа на температура под црвена вжареност.“[б 3][23]
„Оттука следи дека благородните метали...немаат некоја привлечност за кислородот и затоа не оксидираат или обезбојуваат на умерени температури.“

Ваквата „благородност“ претежно е поврзана со релативно големата електронегативност на благородните метали, што води до слабо поларно ковалентно сврзување со кислородот.[13] На табелата се прикажани точки на топење на оксидите на благородните метали, а за некои од неблагородните метали, за елементите во нивната најстабилна оксидациска состојба.

Каталитички својства[уреди | уреди извор]

Многу благородни метали можат да служат како катализатори. На пример, платината се користи во каталитичките претворачи, кои се уреди што ги претвораат токсичните гасови од автомобилскиот мотор (на пр. азотните оксиди) во незагадувачки супстанции.

Златото наоѓа мошне широка примена во индустријата, меѓу друготи и како катализатор во хидрогенирањето и водно-гасната реакција.

Поврзано[уреди | уреди извор]

Белешки[уреди | уреди извор]

  1. На пример во Harrison WA 1989, Electronic structure and the properties of solids: The physics of the chemical bond, Dover Publications, стр. 520
  2. Паладиум оксидот (PdO) може да се редуцира на паладиумски метал со негово изложување на водород во амбиентни услови[6]
  3. Почетната црвена вжареност одговара на 525 °C[22]

Наводи[уреди | уреди извор]

  1. „благороден“Официјален дигитален речник на македонскиот јазик
  2. „the definition of noble metal“. Dictionary.com. Посетено на 6 April 2018.
  3. Constable EC 2019, "Evolution and understanding of the d-block elements in the periodic table", Dalton Transactions, vol. 48, no. 26, стр. 9408-9421 doi:10.1039/C9DT00765B
  4. W. Xing, M. Lee, Geosys. Eng. 20, 216, 2017
  5. 5,0 5,1 Parish RV 1977, The metallic elements, Longman, London, стр. 53, 115
  6. 6,0 6,1 A. Holleman, N. Wiberg, "Inorganic Chemistry", Academic Press, 2001
  7. Urquhart J 2010, "Challenging aqua regia's throne", Chemistry World, 24 септември
  8. Hüger, E.; Osuch, K. (2005). „Making a noble metal of Pd“. EPL. 71 (2): 276. Bibcode:2005EL.....71..276H. doi:10.1209/epl/i2005-10075-5.
  9. S. Fuchs, T.Hahn, H.G. Lintz, "The oxidation of carbon monoxide by oxygen over platinum, palladium and rhodium catalysts from 10−10 to 1 bar", Chemical engineering and processing, 1994, V 33(5), стр. 363–369 [1]
  10. G. Wulfsberg 2000, "Inorganic Chemistry", University Science Books, Sausalito, CA, стр. 270, 937.
  11. G. Wulfsberg, "Inorganic Chemistry", University Science Books, 2000, стр. 247–249 ✦ Bratsch S. G., "Standard Electrode Potentials and Temperature Coefficients in Water at 298.15 K", Journal of Physical Chemical Reference Data, vol. 18, no. 1, 1989, стр. 1–21 ✦ B. Douglas, D. McDaniel, J. Alexander, "Concepts and Models of Inorganic Chemistry", John Wiley & Sons, 1994, стр. E-3
  12. Ahmad, Z (2006). Principles of corrosion engineering and corrosion control. Amsterdam: Elsevier. стр. 40. ISBN 9780080480336.
  13. 13,0 13,1 Kepp, KP (2020). „Chemical causes of nobility“. ChemPhysChem. 21: 360–369. doi:10.1002/cphc.202000013.
  14. Viswanathan, B (2002). Catalysis: Principles and Applications. Boca Raton: CRC Press. стр. 291.
  15. Fujishima, A.; Honda, K. (1972). „Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode“. Nature. 238 (5358): 37–38. Bibcode:1972Natur.238...37F. doi:10.1038/238037a0. PMID 12635268. S2CID 4251015.; Nozik, A.J. (1977). „Photochemical Diodes“. Appl Phys Lett. 30 (11): 567–570. Bibcode:1977ApPhL..30..567N. doi:10.1063/1.89262.
  16. Rayner-Canham, G (2018). „Organizing the transition metals“. Во Scerri, E; Restrepo, G (уред.). Mendeleev to Oganesson: A multidisciplinary perspective on the periodic table. Oxford University. стр. 195–205. ISBN 978-0-190-668532.
  17. Powers, JM; Wataha, JE (2013). Dental materials: Properties and manipulation (10th. изд.). St Louis: Elsevier Health Sciences. стр. 134. ISBN 9780323291507.
  18. Li, Y; Lu, D; Wong, CP (2010). Electrical conductive adhesives with nanotechnologies. New York: Springer. стр. 179. ISBN 978-0-387-88782-1.
  19. Nagame, Yuichiro; Kratz, Jens Volker; Matthias, Schädel (December 2015). „Chemical studies of elements with Z ≥ 104 in liquid phase“. Nuclear Physics A. 944: 614–639. Bibcode:2015NuPhA.944..614N. doi:10.1016/j.nuclphysa.2015.07.013.
  20. Mewes, J.-M.; Smits, O. R.; Kresse, G.; Schwerdtfeger, P. (2019). „Copernicium is a Relativistic Noble Liquid“. Angewandte Chemie International Edition. 58 (50): 17964–17968. doi:10.1002/anie.201906966. PMC 6916354. PMID 31596013.
  21. Hiorns AH 1890, Mixed metals or metallic alloys, стр. 7
  22. Hiorns RH 1890, Mixed metals or metallic alloys, MacMillian, New York, стр. 5
  23. Smith, JC (1946). The chemistry and metallurgy of dental materials. Oxford: Blackwell. стр. 40.

Надворешни врски[уреди | уреди извор]