В химии , благородные металлы являются металлическими элементами , которые показывают высокую стойкость к химическому воздействию , даже при высоких температурах. [8] Они хорошо известны своими каталитическими свойствами и связанной с ними способностью облегчать или контролировать скорость химических реакций. [8] Краткий список химически благородных металлов (тех элементов, с которыми согласны почти все химики ) [ необходима цитата ] включает рутений (Ru), родий (Rh), палладий (Pd), осмий (Os), иридий (Ir), платина (Pt), золото(Au), серебро (Ag). [9] В периодической таблице благородные металлы соответствуют благородным газам . [10]
Более исчерпывающие списки включают один или несколько из благородных металлов: медь (Cu), рений (Re) и ртуть (Hg).
Значение и история [ править ]
Хотя списки благородных металлов могут отличаться, они, как правило, группируются вокруг шести металлов платиновой группы - рутения, родия, палладия, осмия, иридия и платины - и золота.
Помимо функции этого термина как составного существительного , существуют обстоятельства, в которых благородный используется как прилагательное к существительному металлу . Гальваническая серия представляет собой иерархию металлов (или других электропроводных материалов, в то числе композитных материалов и полуметаллов ) , которая проходит от благородного к активному, и позволяет предсказать , как материалы будут взаимодействовать в среде , используемой для создания серии. В этом смысле слова графит благороднее серебра, и относительное благородство многих материалов сильно зависит от контекста, например, алюминия и нержавеющей стали в условиях переменного pH .[11]
Термин « благородный металл» восходит к концу 14 века [12] и имеет несколько разные значения в разных областях исследования и применения.
До публикации Менделеевым в 1869 году первой (в конечном итоге) широко принятой периодической таблицы, Одлинг опубликовал в 1864 году таблицу, в которой «благородные металлы» родий, рутений, палладий; а платина, иридий и осмий были сгруппированы вместе [13] и соседствовали с серебром и золотом.
- Самородная медь с полуострова Кивино , штат Мичиган, около 2,5 дюймов (6,4 см) в длину.
- Половина слитка рутения размером ок. 40 × 15 × 10 мм, вес ок. 44 г
- Родий: 1 г порошка, 1 г прессованного цилиндра, 1 г гранулы.
- Палладий
- Серебряный кристалл, 11 г
- Рений: монокристалл, брусок и куб размером 1 см 3 для сравнения.
- Кристаллы осмия, 2,2 г
- Кусочки чистого иридия, 1 г, размером 1–3 мм каждый.
- Кристаллы чистой платины
- Золотой самородок из Австралии , ранний 9000 г или 64 унции
- Ртуть наливают в чашку Петри
Свойства [ править ]
Геохимический [ править ]
Благородные металлы - сидерофилы (любители железа). Они имеют тенденцию погружаться в ядро Земли, потому что легко растворяются в железе либо в виде твердых растворов, либо в расплавленном состоянии. Большинство сидерофильных элементов практически не имеют 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. [ необходима цитата ]
Коррозионная стойкость [ править ]
Медь растворяется азотной кислотой и водным цианидом калия .
Рутений можно растворить в царской водке , высококонцентрированной смеси соляной и азотной кислот , только в присутствии кислорода, в то время как родий должен находиться в тонко измельченной форме. Палладий и серебро растворимы в азотной кислоте , при этом растворимость серебра ограничивается образованием осадка хлорида серебра . [14]
Рений вступает в реакцию с окисляющими кислотами и перекисью водорода и, как говорят, тускнеет из-за влажного воздуха. Осмий и иридий химически инертны в условиях окружающей среды. [15] Платину и золото можно растворить в царской водке. [10] Ртуть реагирует с окисляющими кислотами. [15]
В 2010 году исследователи из США обнаружили, что органическая «царская водка» в форме смеси тионилхлорида SOCl 2 и органического растворителя пиридина C 5 H 5 N обеспечивает «высокие скорости растворения благородных металлов в мягких условиях с дополнительным преимуществом. настройки на конкретный металл, например, на золото, но не на палладий или платину. [16]
Электронный [ править ]
В физике выражение «благородный металл» иногда ограничивается медью, серебром и золотом [n 1], поскольку их полные d-подоболочки вносят вклад в их благородный характер. Напротив, другие благородные металлы, особенно металлы платиновой группы, имеют заметное каталитическое применение благодаря их частично заполненным d-подоболочкам. Так обстоит дело с палладием, который имеет полную d-подоболочку в атомарном состоянии, но в конденсированной форме имеет частично заполненную sp-зону за счет заполнения d-зоны. [17]
Разницу в реакционной способности можно увидеть во время подготовки чистых металлических поверхностей в сверхвысоком вакууме : поверхности из «физически определенных» благородных металлов (например, золота) легко чистить и поддерживать в чистоте в течение длительного времени, в то время как поверхности из платины или палладий, например, очень быстро покрываются оксидом углерода . [18]
Электрохимический [ править ]
| Элемент | Z | грамм | п | Реакция | SRP (V) | EN | EA |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Золото ✣ | 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 |
| Иридий ✣ | 77 | 9 | 6 | Ir3+ + 3 е - → Ir | 1,16 | 2.2 | 151 |
| Палладий ✣ | 46 | 10 | 5 | Pd2+ + 2 e - → Pd | 0,915 | 2.2 | 54 |
| Осмий ✣ | 76 | 8 | 6 | OsO 2+ 4 часа+ + 4 е - → Os + 2 H 2О | 0,85 | 2.2 | 104 |
| Меркурий | 80 | 12 | 6 | Hg2+ + 2 e - → Hg | 0,85 | 2.0 | −50 |
| Родий ✣ | 45 | 9 | 5 | Rh3+ + 3 e - → Rh | 0,8 | 2,28 | 110 |
| Серебро ✣ | 47 | 11 | 5 | Ag+ + е - → Ag | 0,7993 | 1,93 | 126 |
| Рутений ✣ | 44 | 8 | 5 | RU3+ + 3 e - → Ru | 0,6 | 2.2 | 101 |
| Теллур MD | 52 | 16 | 5 | TeO 2+ 4 часа+ + 4 e - → Te + 2 H 2О | 0,53 | 2.1 | 190 |
| Рений | 75 | 7 | 6 | Re3+ + 3 e - → Re | 0,5 | 1.9 | 6 |
| Вода | 75 | 7 | 6 | ЧАС 2O + 4 e - + O 2→ 4 ОН - | 0,4 | ||
| Медь | 29 | 11 | 4 | Cu2+ + 2 e - → Cu | 0,339 | 2.0 | 119 |
| Висмут | 83 | 15 | 6 | Би3+ + 3 e - → Bi | 0,308 | 2,02 | 91 |
| Мышьяк MD | 33 | 15 | 4 | Как 4О 6+ 12 часов+ + 12 e - → 4 As + 6 H 2О | 0,24 | 2,18 | 78 |
| Сурьма МД | 51 | 15 | 5 | Sb 2О 3+ 6 часов+ +-Е - → 2 Sb + 3 Н 2О | 0,147 | 2,05 | 101 |
| Атомный номер Z ; Группа G ; Период P ; Стандартный восстановительный потенциал SRP ; Электроотрицательность ; EA сродство к электрону | |||||||
Стандартные потенциалы восстановления в водном растворе также являются полезным способом прогнозирования неводного химического состава задействованных металлов. Таким образом, металлы с высоким отрицательным потенциалом, такие как натрий или калий, воспламеняются на воздухе, образуя соответствующие оксиды. Эти пожары нельзя потушить с помощью воды, которая также реагирует с соответствующими металлами с образованием водорода, который сам по себе является взрывоопасным. Благородные металлы, напротив, не склонны реагировать с кислородом, и по этой причине (а также из-за их нехватки) тысячелетиями ценились и использовались в ювелирных изделиях и монетах. [19]
В следующей таблице приведен стандартный понижающий потенциал в вольтах; [20] электроотрицательность (пересмотренный Полинг); и значения сродства к электрону (кДж / моль) для некоторых металлов и металлоидов. Металлы, обычно относящиеся к благородным металлам, отмечены символом ✣; а металлоиды обозначены MD .
Упрощенные записи в столбце реакции можно подробно прочитать из диаграмм Пурбе для рассматриваемого элемента в воде. Благородные металлы обладают большим положительным потенциалом; [21] элементы, не указанные в этой таблице, имеют отрицательный стандартный потенциал или не являются металлами.
Электроотрицательность включена, поскольку считается «основным фактором благородства металлов и их реакционной способности». [6]
Из-за их высокого значения сродства к электрону [22] включение в процесс электрохимического фотолиза благородных металлов , таких как платина и золото, среди прочих, может повысить фотоактивность. [23]
Мышьяк, сурьма и теллур считаются металлоидами, а не благородными металлами.
Черный налет, обычно наблюдаемый на серебре, возникает из-за его чувствительности к сероводороду : 2Ag + H 2 S +1/2O 2 → Ag 2 S + H 2 O. Рейнер-Кэнхэм [24] утверждает, что «серебро настолько химически реактивно и имеет такой 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 полости рта. [25]
Актуальность статьи для воды рассматривается Li et al. [26] в контексте гальванической коррозии. Такой процесс будет происходить только тогда, когда:
- «(1) два металла, которые имеют разные электрохимические потенциалы ... связаны, (2) существует водная фаза с электролитом, и (3) один из двух металлов имеет ... потенциал ниже, чем потенциал реакции ( H
2O + 4e + O
2= 4 OH • ), 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 при многих условиях реакция на этом электроде обычно H
2O - 4 e • - O
2= 4 OH • ) ".
Ожидается, что сверхтяжелые элементы от хассия (элемент 108) до ливермория (116) включительно будут «частично очень благородными металлами»; химические исследования хасия установили, что он ведет себя как его более легкий родственный осмий, а предварительные исследования нихония и флеровия предположили, но не окончательно установили благородное поведение. [27] Поведение Copernicium отчасти напоминает его более легкий родственный ртуть и благородный газ радон . [28]
Оксиды [ править ]
| Элемент | я | II | III | IV | VI | VII | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Медь | 1326 | ||||||
| Рутений | d1300 d75 + | ||||||
| Родий | d1100 ? | ||||||
| Палладий | d750 [n 2] | ||||||
| Серебряный | d200 | ||||||
| Рений | 360 | ||||||
| Осмий | d500 | ||||||
| Иридий | d1100 ? | ||||||
| Платина | 450 d100 | ||||||
| Золото | d150 | ||||||
| Меркурий | d500 | ||||||
| Стронций ‡ | 2430 | ||||||
| Молибден ‡ | 801 d70 | ||||||
| Сурьма МД | 655 | ||||||
| Лантан‡ | 2320 | ||||||
| Висмут ‡ | 817 | ||||||
| d = разлагается; если есть две цифр, 2 - й для гидратированной формы; ‡ = неблагородный металл; MD = металлоид | |||||||
Еще в 1890 году Хайорнс заметил следующее:
- « Благородные металлы. Золото, платина, серебро и несколько редких металлов. Члены этого класса практически не имеют тенденции к соединению с кислородом в свободном состоянии, и когда их помещают в воду, нагретую до красного тепла, они не изменяют свой состав. Оксиды легко разлагаются под действием тепла из-за слабого сродства между металлом и кислородом ». [29]
Смит в 1946 году продолжил эту тему:
- «Не существует резкой границы [между« благородными металлами »и« неблагородными металлами »], но, возможно, лучшее определение благородного металла - это металл, оксид которого легко разлагается при температуре ниже красного каления». [n 3] [31]
- «Из этого следует, что благородные металлы ... мало притягивают кислород и, следовательно, не окисляются и не меняют цвет при умеренных температурах».
Такое благородство в основном связано с относительно высокими значениями электроотрицательности благородных металлов, что приводит к только слабополярным ковалентным связям с кислородом. [6] В таблице перечислены температуры плавления оксидов благородных металлов и некоторых из неблагородных металлов для элементов в их наиболее стабильных степенях окисления.
См. Также [ править ]
- Незначительные металлы
Заметки [ 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]
- ^ Возникающий красный жар соответствует 525 ° C [30]
Ссылки [ править ]
- Перейти ↑ Van Loon, JC (1977). «Аналитическая химия благородных металлов». Чистая и прикладная химия . 49 (10): 1495-1505. DOI : 10,1351 / pac197749101495 . S2CID 195819370 .
- Перейти ↑ Brooks, RR (1992). Благородные металлы и биологические системы: их роль в медицине, разведке полезных ископаемых и окружающей среде . Бока-Ратон: CRC Press. п. 1. ISBN 978-0849361647.
- Перейти ↑ Ahmad, Z (2006). Принципы коррозионной техники и контроля коррозии . Амстердам: Эльзевир. п. 40. ISBN 9780080480336.
- ^ Уэллс, DA (1860). Принципы и приложения химии . Нью-Йорк: Ivison, Phinney & Company. п. 885.
- ^ Тамболи, D; Оссо, О; Макэвой, Т; Вега, L; Рао, М; Банерджи, Г. (2010). «Исследование совместимости рутениевых футеровок с медными межсоединениями». Транзакции ECS . 33 (10): 181–187. Bibcode : 2010ECSTr..33j.181T . DOI : 10.1149 / 1.3489059 .
- ^ а б в Кепп, К. (2020). «Химические причины благородства металлов» (PDF) . ХимФисХим . 21 (5): 360–369. DOI : 10.1002 / cphc.202000013 . PMID 31912974 .
- ^ Brooks RR 1992, Благородные металлы и биологические системы: их роль в медицине, разведке полезных ископаемых и окружающей среде, CRC Press, Boca Raton, p. 7
- ^ a b Hämäläinen, J; Ритала, М; Лескеля, М. (2013). «Атомно-послойное осаждение благородных металлов и их оксидов». Химия материалов . 26 (1): 786–801. DOI : 10.1021 / cm402221y .
- ^ А. Holleman, Н. Wiberg, "Lehrbuch дер Anorganischen Chemie", де Gruyter, 1985, 33. издание, стр. 1486
- ^ a b c А. Холлеман, Н. Виберг, "Неорганическая химия", Academic Press, 2001
- ^ Эверетт Collier, "Руководство Boatowner к коррозии", Международный морской Publishing, 2001, стр. 21 год
- ^ "определение благородного металла" . Dictionary.com . Проверено 6 апреля 2018 года .
- ^ Констебль EC 2019, «Эволюция и понимание элементов d-блока в периодической таблице», Dalton Transactions, vol. 48, нет. . 26, стр 9408-9421 DOI : 10.1039 / C9DT00765B
- ^ В. Син, М. Ли, Geosys. Англ. 20, 216, 2017
- ^ a b Parish RV 1977, Металлические элементы, Longman, Лондон, стр. 53, 115
- ↑ Urquhart J 2010, « Вызов трону царской водки », Chemistry World, 24 сентября
- ^ Hüger, E .; Осуч, К. (2005). «Изготовление благородного металла из Pd». EPL . 71 (2): 276. Bibcode : 2005EL ..... 71..276H . DOI : 10,1209 / EPL / i2005-10075-5 .
- ^ S. Fuchs, T.Hahn, HG Lintz, "Окисление оксида углерода кислородом над платиновыми, палладиевыми и родиевыми катализаторами от 10 -10 до 1 бар", Химическая инженерия и обработка, 1994, V 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, p. E-3
- Перейти ↑ Ahmad, Z (2006). Принципы коррозионной техники и контроля коррозии . Амстердам: Эльзевир. п. 40. ISBN 9780080480336.
- Перейти ↑ Viswanathan, B (2002). Катализ: принципы и применение . Бока-Ратон: CRC Press. п. 291.
- ^ Fujishima, A .; Хонда, К. (1972). «Электрохимический фотолиз воды на полупроводниковом электроде». Природа . 238 (5358): 37–38. Bibcode : 1972Natur.238 ... 37F . DOI : 10.1038 / 238037a0 . PMID 12635268 . S2CID 4251015 . ; Нозик, AJ (1977). «Фотохимические диоды». Appl Phys Lett . 30 (11): 567–570. Bibcode : 1977ApPhL..30..567N . DOI : 10.1063 / 1.89262 .
- ^ Рейнер-Canham, G (2018). «Организация переходных металлов». В Шерри, E; Рестрепо, G (ред.). Менделеев - Оганессону: мультидисциплинарный взгляд на таблицу Менделеева . Оксфордский университет. С. 195–205. ISBN 978-0-190-668532.
- ^ Пауэрс, JM; Ватаха, Дж. Э. (2013). Стоматологические материалы: Свойства и манипуляции (10-е изд.). Сент-Луис: Elsevier Health Sciences. п. 134. ISBN 9780323291507.
- ^ Ли, Y; Лу, Д; Вонг, КП (2010). Электропроводящие клеи с нанотехнологиями . Нью-Йорк: Спрингер. п. 179. ISBN. 978-0-387-88782-1.
- ^ Nagame, Yuichiro; Кратц, Йенс Фолькер; Маттиас, Шедель (декабрь 2015 г.). «Химические исследования элементов с Z ≥ 104 в жидкой фазе» . Ядерная физика . 944 : 614–639. Bibcode : 2015NuPhA.944..614N . DOI : 10.1016 / j.nuclphysa.2015.07.013 .
- ^ Mewes, J.-M .; Смитс, штат Орегон; Kresse, G .; Швердтфегер, П. (2019). «Копернициум - релятивистская благородная жидкость» . Angewandte Chemie International Edition . 58 (50): 17964–17968. DOI : 10.1002 / anie.201906966 . PMC 6916354 . PMID 31596013 .
- ^ Hiorns AH 1890, Смешанные металлы или металлические сплавы , стр. 7
- ^ Hiorns RH 1890, Смешанные металлы или металлические сплавы, MacMillian, Нью-Йорк, стр. 5
- ^ Смит, JC (1946). Химия и металлургия стоматологических материалов . Оксфорд: Блэквелл. п. 40.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Balshaw L 2020, « Благородные металлы, растворенные без царской водки », Chemistry World, 1 сентября
- Beamish FE 2012, Аналитическая химия благородных металлов, Elsevier Science, Burlington
- Brasser R, Mojzsis SJ 2017, "Колоссальный удар обогатил мантию Марса благородными металлами", Geophys. Res. Lett., Vol. . 44, стр 5978-5985, DOI : 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, Boca Raton
- Brubaker PE, Moran JP, Bridbord K, Hueter FG 1975, "Благородные металлы: токсикологическая оценка потенциальных новых загрязнителей окружающей среды", Environmental Health Perspectives, vol. . 10, стр 39-56, DOI : 10,1289 / ehp.751039
- Du R et al. 2019, « Новые аэрогели из благородных металлов: современное состояние и перспективы », Matter, vol. 1. С. 39–56.
- Hämäläinen J, Ritala M, Leskelä M 2013, "Осаждение атомных слоев благородных металлов и их оксидов", Chemistry of Materials, vol. 26, вып. 1, стр 786-801,. DOI : 10.1021 / cm402221
- Кепп К 2020, «Химические причины благородства металлов», ChemPhysChem, vol. 21 нет. 5. С. 360-369,. DOI : 10.1002 / cphc.202000013
- Лал Х., Бхагат С.Н. 1985, "Градация металлического характера благородных металлов на основе термоэлектрических свойств", Индийский журнал чистой и прикладной физики, вып. 23, нет. 11. С. 551–554.
- Lyon SB 2010, «3.21 - Коррозия благородных металлов», в B Cottis et al. (ред.), Shreir по коррозии, Elsevier, С. 2205-2223,. DOI : 10.1016 / B978-044452787-5.00109-8
- Медичи С., Пеана М.Ф., Зородду М.А. 2018, «Благородные металлы в фармацевтике: применения и ограничения», в М. Рай М., Ингл, С. Медичи (ред.), Биомедицинские применения металлов, Springer, doi : 10.1007 / 978-3- 319-74814-6_1
- Pan S et al. 2019, «Благородно-благородный сильный союз: золото в лучшем виде, чтобы создать связь с атомом благородного газа», ChemistryOpen, vol. 8, стр. 173, DOI : 10.1002 / open.201800257
- Рассел А. 1931, "Простое осаждение химически активных металлов на благородные металлы", Nature, vol. . 127, стр 273-274, DOI : 10.1038 / 127273b0
- Сент-Джон Дж. И др. 1984, Благородные металлы, Time-Life Books, Александрия, Вирджиния
- Ван Н 2017 " глава 9 - благородные металлы", в LY Jiang, N - Ли (ред . ), Мембранные основе разделения в металлургии, . Elsevier, С. 249-272, DOI : 10.1016 / B978-0-12-803410- 1,00009-8
Внешние ссылки [ править ]
- Благородный металл - Британская энциклопедия химии , онлайн-издание
| vтеПериодическая таблица | |||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Формы периодической таблицы |
| ||||||||||||||||||
| Наборы элементов |
| ||||||||||||||||||
| Элементы |
| ||||||||||||||||||
| История |
| ||||||||||||||||||
| Смотрите также |
| ||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
Книга
Категория
ВикиПроект
