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.
- Халькопирит , представляющий собой сульфид меди и железа (CuFeS 2 ), является наиболее распространенным минералом медной руды.
- Половина слитка рутения.
Размер ~ 40×15×10 мм
Вес ~44 г. - Родий: 1 г порошка, 1 г прессованного цилиндра, 1 г гранулы.
- Палладий
- Акантит , или сульфид серебра (Ag 2 S)
- Кристаллы осмия, 2,2 г
- Кусочки чистого иридия по 1 г, размером 1–3 мм каждый.
- Кристаллы чистой платины
- Золотой самородок из Австралии , почти 9000 г или 317 унций.
- Киноварь или сульфид ртути (HgS) является наиболее распространенным источником руды для очистки элементарной ртути.
Свойства [ править ]

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]
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 22О | 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 22О | 0.28 | 1.9 | 53 |
Рений | 75 | 7 | 6 | РеО 2 + 4 часа + + 4 и − → Ре + 2 Н 22О | 0.251 | 1.9 | 6 |
Мышьяк доктор медицинских наук | 33 | 15 | 4 | Как 4 Ох 6 + 12 ч. + + 12 и − → 4 Ас + 6 Н 22О | 0.24 | 2.18 | 78 |
Сурьма доктор медицинских наук | 51 | 15 | 5 | Сб 22О 3 + 6 ч + + 6 и − → 2 Сбн + 3 Н 22О | 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 ]
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 ]
- ^ См., например: Харрисон В.А. 1989, Электронная структура и свойства твердых тел: физика химической связи, Dover Publications, стр. 520
- ^ Оксид палладия PdO можно восстановить до металлического палладия, подвергая его воздействию водорода в условиях окружающей среды. [10]
- ^ Ag 4 O 4 представляет собой соединение серебра со смешанной степенью окисления в степени окисления 1 и 3.
- ^ Начинающееся красное каление соответствует 525 ° C. [24]
Ссылки [ править ]
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ↑ 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 .
- ↑ 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 .
- ^ Эверетт Кольер, «Путеводитель по коррозии для яхтсменов», International Marine Publishing, 2001, стр. 21
- ^ «определение благородного металла» . Словарь.com . Проверено 6 апреля 2018 г.
- ^ 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
- ^ В. Син, М. Ли, Geosys. англ. 20, 216, 2017
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Пэриш Р.В. 1977, Металлические элементы, Лонгман, Лондон, с. 53, 115
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б А. Холлеман, Н. Виберг, «Неорганическая химия», Academic Press, 2001 г.
- ^ Urquhart J 2010, « Бросая вызов трону царской водки », Chemistry World, 24 сентября.
- ^ 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 .
- ^ 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]
- ^ Г. Вульфсберг 2000, «Неорганическая химия», University Science Books, Саусалито, Калифорния, стр. 270, 937.
- ^ 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
- ^ Ахмад, З. (2006). Принципы коррозионной техники и борьбы с коррозией . Амстердам: Эльзевир. п. 40. ИСБН 9780080480336 .
- ^ Вишванатан, Б. (2002). Катализ: принципы и приложения . Бока-Ратон: CRC Press. п. 291.
- ^ 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 .
- ^ Пауэрс, Дж. М.; Ватаха, Дж. Э. (2013). Стоматологические материалы: Свойства и манипуляции (10-е изд.). Сент-Луис: Elsevier Health Sciences. п. 134. ИСБН 9780323291507 .
- ^ Ли, Ю; Лу, Д; Вонг, КП (2010). Электропроводящие клеи с нанотехнологиями . Нью-Йорк: Спрингер. п. 179. ИСБН 978-0-387-88782-1 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Hiorns AH 1890, Смешанные металлы или металлические сплавы , с. 7
- ^ Hiorns RH 1890, Смешанные металлы или металлические сплавы, MacMillian, Нью-Йорк, стр. 5
- ^ 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 ]
- Благородный металл - Британская химическая энциклопедия, онлайн-издание