Jump to content

Благородный металл


Выдержка из таблицы Менделеева, показывающая, как часто каждый элемент признается благородным металлом:
 7   чаще всего (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au) [1]  1   часто (Аг) [2]  2   иногда (Cu, Hg) [3]  6   в ограниченном смысле (Tc, Re, As, Sb, Bi, Po)
Толстая черная линия охватывает семь-восемь металлов, которые чаще всего так распознаются. Серебро иногда не признают благородным металлом из-за его большей реакционной способности . [4]
* может потускнеть во влажном воздухе или подвергнуться коррозии в кислом растворе, содержащем кислород и окислитель
† подвергается воздействию серы или сероводорода
§ самоатака радиационно-генерируемого озона

Благородный металл обычно рассматривается как металлический химический элемент , который обычно устойчив к коррозии и обычно встречается в природе в необработанном виде . золото , платину и другие металлы платиновой группы ( рутений , родий , палладий , осмий , иридий Чаще всего к ним относят ). Серебро , медь и ртуть иногда относят к благородным металлам, но каждый из них обычно встречается в природе в сочетании с серой .

В более специализированных областях исследований и применений количество элементов, считающихся благородными металлами, может быть меньше или больше. В физике существует всего три благородных металла: медь , серебро и золото. В стоматологии серебро не всегда считается благородным металлом, поскольку при попадании в ротовую полость оно подвержено коррозии. В химии термин «благородный металл» иногда применяется в более широком смысле к любому металлическому или полуметаллическому элементу, который не реагирует со слабой кислотой и не выделяет при этом газообразный водород. В этот более широкий набор входят медь, ртуть , технеций , рений , мышьяк , сурьма , висмут , полоний , золото, шесть металлов платиновой группы и серебро.

Значение и история [ править ]

Хотя списки благородных металлов могут различаться, они, как правило, группируются вокруг шести металлов платиновой группы (рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина) и золота.

В дополнение к функции этого термина как составного существительного , существуют обстоятельства, когда благородный используется как прилагательное к существительному металл . Гальванический ряд — это иерархия металлов (или других электропроводящих материалов, включая композиты и полуметаллы ), которая проходит от благородного к активному и позволяет предсказать, как материалы будут взаимодействовать в среде, используемой для создания ряда. В этом смысле слова графит более благороден, чем серебро, и относительная благородность многих материалов сильно зависит от контекста, например, алюминия и нержавеющей стали в условиях изменения pH . [5]

Термин «благородный металл» появился как минимум в конце 14 века. [6] и имеет немного разные значения в разных областях изучения и применения.

До публикации Менделеевым в 1869 году первой (в конечном итоге) широко принятой таблицы Менделеева Одлинг в 1864 году опубликовал таблицу, в которой «благородные металлы» — родий, рутений, палладий; а платина, иридий и осмий были сгруппированы вместе, [7] и соседствует с серебром и золотом.

Свойства [ править ]

Распространенность химических элементов в земной коре в зависимости от атомного номера. Самые редкие элементы (показаны желтым цветом, включая благородные металлы) не являются самыми тяжелыми, а скорее являются сидерофильными (железолюбивыми) элементами в Гольдшмидта классификации элементов . Они были истощены в результате перемещения глубже в ядро ​​Земли . Их содержание в материалах метеороидов относительно выше. Теллур и селен были выведены из коры из-за образования летучих гидридов.

Геохимический [ править ]

Благородные металлы – сидерофилы (любители железа). Они имеют тенденцию погружаться в ядро ​​Земли, поскольку легко растворяются в железе как в виде твердых растворов, так и в расплавленном состоянии. Большинство сидерофильных элементов практически не имеют никакого сродства к кислороду: действительно, оксиды золота термодинамически нестабильны по отношению к элементам.

Медь, серебро, золото и шесть металлов платиновой группы — единственные самородные металлы , которые встречаются в природе в относительно больших количествах. [ нужна ссылка ]

Устойчивость к коррозии [ править ]

Благородные металлы, как правило, обладают высокой устойчивостью к окислению и другим формам коррозии, и эта коррозионная стойкость часто считается определяющей характеристикой. Некоторые исключения описаны ниже.

Медь растворяется азотной кислотой и водным раствором цианида калия .

Рутений можно растворить в царской водке , высококонцентрированной смеси соляной и азотной кислот , только в присутствии кислорода, тогда как родий должен находиться в тонкоизмельченной форме. Палладий и серебро растворимы в азотной кислоте , тогда как растворимость серебра в царской водке ограничивается образованием осадка хлорида серебра . [8]

Рений реагирует с окисляющими кислотами и перекисью водорода и, как говорят, тускнеет от влажного воздуха. Осмий и иридий химически инертны в условиях окружающей среды. [9] Платину и золото можно растворить в царской водке. [10] Ртуть реагирует с окисляющими кислотами. [9]

В 2010 году американские исследователи обнаружили, что органическая «царская водка» в виде смеси тионилхлорида SOCl 2 и органического растворителя пиридина C 5 H 5 N обеспечивает «высокую скорость растворения благородных металлов в мягких условиях с дополнительным преимуществом». возможности настройки на определенный металл», например золото, но не палладий или платину. [11]

Электронный [ править ]

В физике термин « благородный металл» иногда ограничивается медью, серебром и золотом. [n 1] поскольку их полные d-подоболочки способствуют тому, какой у них благородный характер. Напротив, другие благородные металлы, особенно металлы платиновой группы, имеют заметное каталитическое применение, что обусловлено их частично заполненными d-подоболочками. Так обстоит дело с палладием, который в атомном состоянии имеет полную d-подоболочку, но в конденсированной форме имеет частично заполненную sp-зону за счет заполнения d-зоны. [12]

Разницу в реакционной способности можно увидеть при подготовке чистых металлических поверхностей в сверхвысоком вакууме : поверхности «физически определенных» благородных металлов (например, золота) легко очищаются и долго сохраняют чистоту, тогда как поверхности платины покрываются окисью углерода . или палладий, например, очень быстро [13]

Электрохимический [ править ]

Стандартные потенциалы восстановления в водном растворе также являются полезным способом прогнозирования неводной химии задействованных металлов. Таким образом, металлы с высокими отрицательными потенциалами, такие как натрий или калий, воспламеняются на воздухе, образуя соответствующие оксиды. Эти пожары невозможно потушить водой, которая также вступает в реакцию с металлами, образующими водород, который сам по себе взрывоопасен. Благородные металлы, напротив, не склонны вступать в реакцию с кислородом и по этой причине (а также из-за их редкости) ценились на протяжении тысячелетий и использовались в ювелирных изделиях и монетах. [14]

Электрохимические свойства некоторых металлов и металлоидов.
Элемент С Г П Реакция СРП(В) В советник
Золото 79 11 6 В 3+
+ 3 и → В
1.5 2.54 223
Платина 78 10 6 Пт 2+
+ 2 и → Пт
1.2 2.28 205
Иридий 77 9 6 И 3+
+ 3 и → И
1.16 2.2 151
Палладий 46 10 5 ПД 2+
+ 2 и → Пд
0.915 2.2 54
Осмий 76 8 6 ХОРОШО
2
+ 4 часа +
+ 4 и → Ось + 2 Н
2
0.85 2.2 104
Меркурий 80 12 6 ртуть 2+
+ 2 и → Ртуть
0.85 2.0 −50
Родий 45 9 5 резус 3+
+ 3 и → Резус
0.8 2.28 110
Серебро 47 11 5 В +
+ и → Аг
0.7993 1.93 126
Рутений 44 8 5 Ру 3+
+ 3 и → Ру
0.6 2.2 101
Полоний 84 16 6 Po 2+
+ 2 и → Po
0.6 2.0 136
Вода 2 часа
2
О
+ 4 е + О
2
→ 4 ОН
0.4
Медь 29 11 4 С 2+
+ 2 и → С
0.339 2.0 119
Висмут 83 15 6 С 3+
+ 3 и → С
0.308 2.02 91
Технеций 43 7 6 ТсО
2
+ 4 часа +
+ 4 и → Тс + 2 Н
2
0.28 1.9 53
Рений 75 7 6 РеО
2
+ 4 часа +
+ 4 и → Ре + 2 Н
2
0.251 1.9 6
Мышьяк доктор медицинских наук 33 15 4 Как
4
Ох
6
+ 12 ч. +
+ 12 и → 4 Ас + 6 Н
2
0.24 2.18 78
Сурьма доктор медицинских наук 51 15 5 Сб
2

3
+ 6 ч +
+ 6 и → 2 Сбн + 3 Н
2
0.147 2.05 101
Z атомный номер; группа G ; период P ; SRP Потенциал снижения стандарта ; ЭН электроотрицательность; EA Сродство к электрону
✣ традиционно считается благородным металлом; доктор медицинских наук металлоид; ☢ радиоактивный

В соседней таблице указан стандартный потенциал восстановления в вольтах; [15] электроотрицательность (пересмотренный Полинг); и значения сродства к электрону (кДж/моль) для некоторых металлов и металлоидов.

Подробно упрощенные записи в столбце реакций можно прочитать из диаграмм Пурбе рассматриваемого элемента в воде. Благородные металлы обладают большим положительным потенциалом; [16] элементы, не вошедшие в эту таблицу, имеют отрицательный стандартный потенциал или не являются металлами.

Электроотрицательность включена, поскольку считается «основным фактором благородности и реакционной способности металлов». [3]

Из-за их высокого сродства к электрону, [17] включение благородных металлов в процесс электрохимического фотолиза , таких как платина и золото, среди прочего, может повысить фотоактивность. [18]

Мышьяк и сурьму обычно считают металлоидами , а не благородными металлами. Однако с физической точки зрения их наиболее стабильными аллотропами являются металлические. Полупроводники, такие как селен и теллур, были исключены.

Черная тусклость, обычно наблюдаемая на серебре, возникает из-за его чувствительности к сероводороду :

2 Ag + H 2 S + 1/2 H О 2 Ag 2 S + 2 O.

Рейнер-Кэнхем [4] утверждает, что «серебро настолько химически более реактивно и имеет настолько другой химический состав, что его не следует рассматривать как «благородный металл». В стоматологии серебро не считается благородным металлом из-за его склонности к коррозии в среде полости рта. [19]

Актуальность записи о воде рассматривается Li et al. [20] в условиях гальванической коррозии. Такой процесс произойдет только в том случае, если:

«(1) два металла, имеющие разные электрохимические потенциалы... связаны, (2) существует водная фаза с электролитом и (3) один из двух металлов имеет... потенциал ниже, чем потенциал реакции ( H
2
О
+ 4е + О
2
= 4 ОН ), что составляет 0,4 В... Металл с... потенциалом менее 0,4 В действует как анод... теряет электроны... и растворяется в водной среде. Благородный металл (с более высоким электрохимическим потенциалом) действует как катод, и во многих условиях реакция на этом электроде обычно имеет вид H.
2
О
- 4 е О
2
= 4 ОН )"

Ожидается, что сверхтяжелые элементы от гассия (элемент 108) до ливермория (116) включительно будут «частично очень благородными металлами»; химические исследования хассия установили, что он ведет себя так же, как его более легкий родственный осмий, а предварительные исследования нихония и флеровия предположили, но не окончательно установили благородное поведение. [21] Поведение коперниция , по-видимому, частично напоминает его более легкий аналог - ртуть и благородный газ радон . [22]

Оксиды [ править ]

Температура плавления оксидов, °С
Элемент я II III IV МЫ VII VIII
Медь 1232 1326
Рутений д1300
д75+
25
Родий д1100 д1050
Палладий д750 [n 2]
Серебро д200 д100 [n 3]
?
Рений д1000 д400 327
Осмий д500 40
Иридий д1100
Платина 450
д100
Золото д150
Меркурий д500
Стронций‡ 2430
Молибден‡ 801
д70
Сурьма доктор медицинских наук 655
Лантан‡ 2320
Висмут‡ 817
d = разлагается; если есть две цифры, то вторая соответствует
гидратированная форма; ‡ = не благородный металл; доктор медицинских наук = металлоид

Еще в 1890 году Хиорнс заметил следующее:

« Благородные металлы. Золото, платина, серебро и некоторые редкие металлы. Представители этого класса практически не имеют тенденции к соединению с кислородом в свободном состоянии и при помещении их в воду, нагретую до красного каления, не меняют ее состава. Оксиды легко разлагаются при нагревании из-за слабого сродства между металлом и кислородом». [23]

Смит в 1946 году продолжил эту тему:

«Не существует резкой разделительной линии [между «благородными металлами» и «неблагородными металлами»], но, возможно, лучшее определение благородного металла — это металл, оксид которого легко разлагается при температуре ниже красного каления». [n 4] [25]
«Из этого следует, что благородные металлы... мало притягивают кислород и, следовательно, не окисляются и не обесцвечиваются при умеренных температурах».

Такое благородство главным образом связано с относительно высокими значениями электроотрицательности благородных металлов, что приводит к лишь слабополярной ковалентной связи с кислородом. [3] В таблице приведены температуры плавления оксидов благородных металлов, а некоторых неблагородных металлов — для элементов в наиболее устойчивых степенях окисления.

Каталитические свойства [ править ]

Многие из благородных металлов могут действовать как катализаторы. Например, платина используется в каталитических нейтрализаторах — устройствах, которые преобразуют токсичные газы, образующиеся в автомобильных двигателях, например оксиды азота, в экологически чистые вещества.

Золото имеет множество промышленных применений; он используется в качестве катализатора в реакциях гидрирования и конверсии водяного газа .

См. также [ править ]

Примечания [ править ]

  1. ^ См., например: Харрисон В.А. 1989, Электронная структура и свойства твердых тел: физика химической связи, Dover Publications, стр. 520
  2. ^ Оксид палладия PdO можно восстановить до металлического палладия, подвергая его воздействию водорода в условиях окружающей среды. [10]
  3. ^ Ag 4 O 4 представляет собой соединение серебра со смешанной степенью окисления в степени окисления 1 и 3.
  4. ^ Начинающееся красное каление соответствует 525 ° C. [24]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Бальцержак, М (2021). «Благородные металлы. Аналитическая химия». Энциклопедия аналитической химии: приложения, теория и приборы . Интернет-библиотека Уайли. стр. 1–36. дои : 10.1002/9780470027318.a2411.pub3 . ISBN  9780471976707 .
  2. ^ Шламп, Г (2018). «Благородные металлы и сплавы благородных металлов». В Варлимонте, Х; Мартиенссен, В. (ред.). Справочник данных о материалах Springer . Справочники Спрингера. Чам: Спрингер. стр. 339–412. дои : 10.1007/978-3-319-69743-7_14 . ISBN  978-3-319-69741-3 .
  3. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Кепп, КП (2020). «Химические причины дворянства» (PDF) . ХимияФизХим . 21 (5): 360–369. дои : 10.1002/cphc.202000013 . ПМИД   31912974 . S2CID   210087180 .
  4. Перейти обратно: Перейти обратно: а б Рейнер-Кэнхэм, Дж. (2018). «Организация переходных металлов». В Шерри, Э; Рестрепо, Дж. (ред.). Менделеев — Оганессону: междисциплинарный взгляд на таблицу Менделеева . Оксфордский университет. стр. 195–205. ISBN  978-0-190-668532 .
  5. ^ Эверетт Кольер, «Путеводитель по коррозии для яхтсменов», International Marine Publishing, 2001, стр. 21
  6. ^ «определение благородного металла» . Словарь.com . Проверено 6 апреля 2018 г.
  7. ^ Констебль EC 2019, «Эволюция и понимание элементов d-блока в периодической таблице», Dalton Transactions, vol. 48, нет. 26, стр. 9408-9421. дои : 10.1039/C9DT00765B
  8. ^ В. Син, М. Ли, Geosys. англ. 20, 216, 2017
  9. Перейти обратно: Перейти обратно: а б Пэриш Р.В. 1977, Металлические элементы, Лонгман, Лондон, с. 53, 115
  10. Перейти обратно: Перейти обратно: а б А. Холлеман, Н. Виберг, «Неорганическая химия», Academic Press, 2001 г.
  11. ^ Urquhart J 2010, « Бросая вызов трону царской водки », Chemistry World, 24 сентября.
  12. ^ Хюгер, Э.; Осуч, К. (2005). «Изготовление благородного металла из Pd». ЭПЛ . 71 (2): 276. Бибкод : 2005EL.....71..276H . дои : 10.1209/epl/i2005-10075-5 . S2CID   250786579 .
  13. ^ С. Фукс, Т.Хан, Х.Г. Линц, «Окисление окиси углерода кислородом на платиновых, палладиевых и родиевых катализаторах из 10 −10 до 1 бар», Химическая технология и обработка, 1994, Т 33(5), стр. 363–369 [1]
  14. ^ Г. Вульфсберг 2000, «Неорганическая химия», University Science Books, Саусалито, Калифорния, стр. 270, 937.
  15. ^ Г. Вульфсберг, «Неорганическая химия», University Science Books, 2000, стр. 247–249 ✦ Братч С.Г., «Стандартные электродные потенциалы и температурные коэффициенты в воде при 298,15 К», Journal of Physical Chemical Reference Data, vol. 18, нет. 1, 1989, стр. 1–21 ✦ Б. Дуглас, Д. МакДэниел, Дж. Александер, «Концепции и модели неорганической химии», John Wiley & Sons, 1994, стр. 1, 1989, стр. 1–21. Е-3
  16. ^ Ахмад, З. (2006). Принципы коррозионной техники и борьбы с коррозией . Амстердам: Эльзевир. п. 40. ИСБН  9780080480336 .
  17. ^ Вишванатан, Б. (2002). Катализ: принципы и приложения . Бока-Ратон: CRC Press. п. 291.
  18. ^ Фудзисима, А.; Хонда, К. (1972). «Электрохимический фотолиз воды на полупроводниковом электроде». Природа . 238 (5358): 37–38. Бибкод : 1972Natur.238...37F . дои : 10.1038/238037a0 . ПМИД   12635268 . S2CID   4251015 . ; Нозик, AJ (1977). «Фотохимические диоды». Appl Phys Lett . 30 (11): 567–570. Бибкод : 1977АпФЛ..30..567Н . дои : 10.1063/1.89262 .
  19. ^ Пауэрс, Дж. М.; Ватаха, Дж. Э. (2013). Стоматологические материалы: Свойства и манипуляции (10-е изд.). Сент-Луис: Elsevier Health Sciences. п. 134. ИСБН  9780323291507 .
  20. ^ Ли, Ю; Лу, Д; Вонг, КП (2010). Электропроводящие клеи с нанотехнологиями . Нью-Йорк: Спрингер. п. 179. ИСБН  978-0-387-88782-1 .
  21. ^ Нагаме, Юичиро; Крац, Йенс Волкер; Маттиас, Шедель (декабрь 2015 г.). «Химические исследования элементов с Z ≥ 104 в жидкой фазе» . Ядерная физика А . 944 : 614–639. Бибкод : 2015НуФА.944..614Н . doi : 10.1016/j.nuclphysa.2015.07.013 .
  22. ^ Мьюз, Ж.-М.; Смитс, Орегон; Кресс, Г.; Швердтфегер, П. (2019). «Коперниций — релятивистская благородная жидкость» . Международное издание «Прикладная химия» . 58 (50): 17964–17968. дои : 10.1002/anie.201906966 . ПМК   6916354 . ПМИД   31596013 .
  23. ^ Hiorns AH 1890, Смешанные металлы или металлические сплавы , с. 7
  24. ^ Hiorns RH 1890, Смешанные металлы или металлические сплавы, MacMillian, Нью-Йорк, стр. 5
  25. ^ Смит, Дж. К. (1946). Химия и металлургия стоматологических материалов . Оксфорд: Блэквелл. п. 40.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Balshaw L 2020, « Благородные металлы растворяются без царской водки », Chemistry World, 1 сентября.
  • Бимиш Ф.Е. 2012, Аналитическая химия благородных металлов, Elsevier Science, Берлингтон.
  • Брассер Р., Мойжис С.Дж. 2017, «Колоссальный удар обогатил мантию Марса благородными металлами», Geophys. Рез. Летт., т. 44, стр. 5978–5985, дои : 10.1002/2017GL074002
  • Брукс Р.Р. (редактор) 1992, Благородные металлы и биологические системы: их роль в медицине, разведке полезных ископаемых и окружающей среде, CRC Press, Бока-Ратон
  • Брубейкер П.Е., Моран Дж.П., Бридборд К., Хютер Ф.Г. 1975, «Благородные металлы: токсикологическая оценка потенциальных новых загрязнителей окружающей среды», « Перспективы гигиены окружающей среды», том. 10, стр. 39–56, дои : 10.1289/ehp.751039
  • Дю Р и др. 2019, « Новые аэрогели благородных металлов: современное состояние и перспективы », Matter, vol. 1, стр. 39–56.
  • Хямяляйнен Дж., Ритала М., Лескеля М. 2013, «Атомно-слоевое осаждение благородных металлов и их оксидов», Химия материалов, том. 26, нет. 1, стр. 786–801, два : 10,1021/см402221
  • Кепп К. 2020, «Химические причины благородства металлов», ChemPhysChem, vol. 21 нет. 5. С. 360−369, два : 10.1002/cphc.202000013
  • Лал Х., Бхагат С.Н. 1985, «Градуация металлического характера благородных металлов на основе термоэлектрических свойств», Индийский журнал чистой и прикладной физики, том. 23, нет. 11, стр. 551–554.
  • Lyon SB 2010, «3.21 – Коррозия благородных металлов», в B Cottis et al. (ред.), Коррозия Шрейра, Elsevier, стр. 2205–2223, два : 10.1016/B978-044452787-5.00109-8
  • Медичи С., Пеана М.Ф., Зородду М.А. 2018, «Благородные металлы в фармацевтике: применение и ограничения», в М. Рай М., Ингл, С. Медичи (ред.), Биомедицинские применения металлов, Springer, дои : 10.1007/978-3-319-74814-6_1
  • Пан С. и др. 2019, «Благородно-благородный крепкий союз: золото в своих лучших проявлениях создает связь с атомом благородного газа», ChemistryOpen, vol. 8, с. 173, два : 10.1002/open.201800257
  • Рассел А. 1931, «Простое осаждение химически активных металлов на благородные металлы», Nature, vol. 127, стр. 273–274, дои : 10.1038/127273b0
  • Сент-Джон Дж. и др. 1984, Благородные металлы, Time-Life Books, Александрия, Вирджиния.
  • Ван Х. 2017, «Глава 9 – Благородные металлы», в Л.Ю. Цзян, Н. Ли (ред.), Мембранное разделение в металлургии, Elsevier, стр. 249–272, два : 10.1016/B978-0-12-803410-1.00009-8

Внешние ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 67ffd44d34be640a5a0a80f815d65621__1720206480
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/67/21/67ffd44d34be640a5a0a80f815d65621.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Noble metal - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)