Edelmetall - Noble metal

Edelmetalle im Periodensystem
  Als solche kategorisierte Elemente
  Auch anerkannt von (Arb) Brooks
  Arb Ahmad
  Arb Wells
  Arb Tamboliet al.
  Elemente, die allgemein als Halbmetalle erkannt werden
  Edelgase
Streudiagramm der Elektronegativitätswerte und Schmelzpunkte für Metalle (bis Fermium, Element 100) und einige Grenzelemente (Ge, As, Sb). Jene, die von den meisten Chemikern als Edelmetalle erkannt werden, haben eine relativ hohe Elektronegativität, während ihre Schmelzpunkte einen Unterschied zwischen Silber und Gold bei etwa 1000 °C (~ 1275 K) aufweisen, verglichen mit etwa 1500 °C (~1775 K) für Palladium, die meisten flüchtig der Platingruppenmetalle. Während Wolfram eine hohe Elektronegativität und einen hohen Schmelzpunkt besitzt, wird es oberhalb von 350 °C oxidiert und bei Raumtemperatur von Fluor angegriffen.
Die Geographie der Handlung entspricht weitgehend der des Periodensystems. Von links unten beginnend, im Uhrzeigersinn fortschreitend, folgen den Alkalimetallen die schwereren Erdalkalimetalle ; die seltenen Erden und Actiniden (Sc, Y und die Lanthanoide werden hier als seltene Erden behandelt ); Übergangsmetalle mit mittleren Elektronegativitätswerten und Schmelzpunkten; die hochschmelzenden Metalle ; die Metalle der Platingruppe ; und die Münzmetalle, die die Post-Übergangsmetalle führen und einen Teil davon bilden .

In der Chemie sind Edelmetalle metallische Elemente, die auch bei hohen Temperaturen eine hervorragende Beständigkeit gegen chemische Angriffe aufweisen. Sie sind bekannt für ihre katalytischen Eigenschaften und die damit verbundene Fähigkeit, die Geschwindigkeiten chemischer Reaktionen zu erleichtern oder zu kontrollieren. Die kurze Liste chemischer Edelmetalle (die Elemente, über die sich fast alle Chemiker einig sind) umfasst Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Osmium (Os), Iridium (Ir), Platin (Pt), Gold ( Au), Silber (Ag). Im Periodensystem lässt sich eine Analogie zwischen den Edelmetallen und den Edelgasen herstellen , die überwiegend unreaktiv sind.

Inklusivere Listen enthalten eines oder mehrere von Kupfer (Cu), Rhenium (Re) und Quecksilber (Hg) als Edelmetalle.

Bedeutung und Geschichte

Während die Edelmetalllisten unterschiedlich sein können, neigen sie dazu, sich um die sechs Platingruppenmetalle zu gruppieren – Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin

Neben der Funktion dieses Begriffs als zusammengesetztes Nomen gibt es Umstände, in denen Edel als Adjektiv für das Nomen Metall verwendet wird . Eine galvanische Reihe ist eine Hierarchie von Metallen (oder anderen elektrisch leitfähigen Materialien, einschließlich Verbundwerkstoffen und Halbmetallen ), die von edel bis aktiv verläuft und es ermöglicht, vorherzusagen, wie Materialien in der Umgebung interagieren, die zur Erzeugung der Reihe verwendet wird. In diesem Sinne des Wortes ist Graphit edler als Silber und die relative Vornehmheit vieler Materialien hängt stark vom Kontext ab, wie bei Aluminium und Edelstahl bei unterschiedlichen pH-Werten .

Der Begriff Edelmetall lässt sich mindestens bis ins späte 14. Jahrhundert zurückverfolgen und hat in verschiedenen Studien- und Anwendungsgebieten leicht unterschiedliche Bedeutungen.

Vor Mendelejews Veröffentlichung des ersten (eventuell) allgemein anerkannten Periodensystems im Jahr 1869 veröffentlichte Odling 1864 eine Tabelle, in der die "Edelmetalle" Rhodium, Ruthenium, Palladium; und Platin, Iridium und Osmium wurden zusammen gruppiert und grenzten an Silber und Gold an.

Eigenschaften

Häufigkeit der chemischen Elemente in der Erdkruste als Funktion der Ordnungszahl. Die seltensten Elemente (gelb dargestellt, einschließlich der Edelmetalle) sind nicht die schwersten, sondern die siderophilen (eisenliebenden) Elemente in der Goldschmidt-Klassifikation der Elemente. Diese wurden aufgebraucht, indem sie tiefer in den Erdkern verlagert wurden . Ihre Häufigkeit in meteoroiden Materialien ist relativ höher. Tellur und Selen wurden aufgrund der Bildung flüchtiger Hydride aus der Kruste abgereichert.

Geochemie

Die Edelmetalle sind Siderophile (Eisenliebhaber). Sie neigen dazu, in den Erdkern zu sinken, weil sie sich in Eisen entweder als feste Lösungen oder in geschmolzenem Zustand leicht auflösen. Die meisten siderophilen Elemente haben praktisch keine Affinität zu Sauerstoff: Tatsächlich sind Goldoxide gegenüber den Elementen thermodynamisch instabil.

Kupfer, Silber, Gold und die sechs Metalle der Platingruppe sind die einzigen nativen Metalle , die in relativ großen Mengen natürlich vorkommen.

Korrosionsbeständigkeit

Kupfer wird durch Salpetersäure und wässriges Kaliumcyanid gelöst .

Ruthenium kann in Königswasser , einem hochkonzentrierten Gemisch aus Salzsäure und Salpetersäure , nur in Gegenwart von Sauerstoff gelöst werden , während Rhodium in fein pulverisierter Form vorliegen muss. Palladium und Silber sind in Salpetersäure löslich , wobei die Löslichkeit von Silber durch die Bildung von Silberchloridniederschlag begrenzt wird .

Rhenium reagiert mit oxidierenden Säuren und Wasserstoffperoxid und soll durch feuchte Luft getrübt werden. Osmium und Iridium sind unter Umgebungsbedingungen chemisch inert. Platin und Gold können in Königswasser aufgelöst werden. Quecksilber reagiert mit oxidierenden Säuren.

Im Jahr 2010 entdeckten US-Forscher, dass ein organisches „Königswasser“ in Form einer Mischung aus Thionylchlorid SOCl 2 und dem organischen Lösungsmittel Pyridin C 5 H 5 N „hohe Auflösungsraten von Edelmetallen unter milden Bedingungen mit dem Zusatznutzen“ erreicht auf ein bestimmtes Metall abstimmbar zu sein", zum Beispiel Gold, aber nicht Palladium oder Platin.

Elektronisch

In der Physik wird der Ausdruck "Edelmetall" manchmal auf Kupfer, Silber und Gold beschränkt, da ihre vollen d-Unterschalen zu ihrem edlen Charakter beitragen. Im Gegensatz dazu haben die anderen Edelmetalle, insbesondere die Metalle der Platingruppe, bemerkenswerte katalytische Anwendungen, die sich aus ihren teilweise gefüllten d-Unterschalen ergeben. Dies ist bei Palladium der Fall, das im atomaren Zustand eine vollständige d-Unterschale aufweist, jedoch in kondensierter Form ein teilweise gefülltes sp-Band auf Kosten der d-Band-Belegung aufweist.

Der Unterschied in der Reaktivität zeigt sich bei der Herstellung sauberer Metalloberflächen im Ultrahochvakuum : Oberflächen aus "physikalisch definierten" Edelmetallen (zB Gold) sind leicht zu reinigen und lange sauber zu halten, während die von Platin oder Palladium werden beispielsweise sehr schnell von Kohlenmonoxid bedeckt .

Elektrochemisch

Standardreduktionspotentiale in wässriger Lösung sind auch eine nützliche Methode, um die nichtwässrige Chemie der beteiligten Metalle vorherzusagen. Daher entzünden sich Metalle mit hohen negativen Potentialen, wie Natrium oder Kalium, an der Luft und bilden die entsprechenden Oxide. Diese Brände können nicht mit Wasser gelöscht werden, das auch mit den beteiligten Metallen zu Wasserstoff reagiert, der selbst explosiv ist. Edelmetalle hingegen reagieren nicht gern mit Sauerstoff und werden deshalb (und auch wegen ihrer Seltenheit) seit Jahrtausenden geschätzt und in Schmuck und Münzen verwendet.

Elektrochemische Eigenschaften einiger Metalle und Halbmetalle
Element Z g P Reaktion SRP(V) DE EA
Gold 79 11 6 Au3+
+ 3 e → Au
1,5 2,54 223
Platinum 78 10 6 Pt2+
+ 2 e → Pt
1,2 2.28 205
Iridium 77 9 6 Ir3+
+ 3 e → Ir
1,16 2.2 151
Palladium 46 10 5 Pd2+
+ 2 e → Pd
0,915 2.2 54
Osmium 76 8 6 OsO
2
+ 4  H+
+ 4 e → Os + 2  H
2
Ö
0,85 2.2 104
Quecksilber 80 12 6 Hg2+
+ 2 e → Hg
0,85 2.0 −50
Rhodium 45 9 5 NS3+
+ 3 e → Rh
0.8 2.28 110
Silber 47 11 5 Ag+
+ e → Ag
0,7993 1,93 126
Ruthenium 44 8 5 Ru3+
+ 3 e → Ru
0,6 2.2 101
Tellur MD 52 16 5 TeO
2
+ 4  H+
+ 4 e → Te + 2  H
2
Ö
0,53 2.1 190
Rhenium 75 7 6 Betreff3+
+ 3 e → Re
0,5 1,9 6
Wasser h
2
O
+ 4 e + O
2
→ 4 OH
0,4
Kupfer 29 11 4 Cu2+
+ 2 e → Cu
0,339 2.0 119
Wismut 83 fünfzehn 6 Bi3+
+ 3 e → Bi
0,308 2.02 91
Arsen MD 33 fünfzehn 4 Wie
4
Ö
6
+ 12  H+
+ 12 e → 4 As + 6  H
2
Ö
0,24 2.18 78
Antimon MD 51 fünfzehn 5 Sb
2
Ö
3
+ 6  H+
+ 6 e → 2 Sb + 3  H
2
Ö
0,147 2.05 101
Ordnungszahl Z ; G- Gruppe; P- Periode; SRP- Standard-Reduzierungspotenzial; DE Elektronegativität; EA- Elektronenaffinität

Die nebenstehende Tabelle listet das Standard-Reduktionspotential in Volt auf; Elektronegativität (überarbeitet Pauling); und Elektronenaffinitätswerte (kJ/mol) für einige Metalle und Halbmetalle. Metalle, die allgemein als Edelmetalle anerkannt werden, sind mit einem ✣-Symbol gekennzeichnet; und Halbmetalle werden mit MD bezeichnet .

Die vereinfachten Einträge in der Reaktionsspalte können den Pourbaix-Diagrammen des betrachteten Elements in Wasser im Detail entnommen werden . Edelmetalle haben große positive Potenziale; Elemente, die nicht in dieser Tabelle enthalten sind, haben ein negatives Standardpotential oder sind keine Metalle.

Elektronegativität ist eingeschlossen, da sie als "ein wichtiger Treiber der Edelmetalle und Reaktivität" gilt.

Aufgrund ihrer hohen Elektronenaffinität kann der Einbau eines Edelmetalls in den elektrochemischen Photolyseprozess , wie ua Platin und Gold, die Photoaktivität erhöhen.

Arsen, Antimon und Tellur gelten eher als Halbmetalle als als Edelmetalle.

Der bei Silber häufig beobachtete schwarze Anlauf entsteht durch seine Empfindlichkeit gegenüber Schwefelwasserstoff : 2Ag + H 2 S +1/2O 2 → Ag 2 S + H 2 O. Rayner-Canham behauptet, dass "Silber chemisch so viel reaktiver ist und eine so andere Chemie hat, dass es nicht als 'Edelmetall' betrachtet werden sollte." In der Zahnmedizin gilt Silber aufgrund seiner Korrosionsneigung im Mundmilieu nicht als Edelmetall.

Die Relevanz des Eintrags für Wasser wird von Li et al. im Zusammenhang mit galvanischer Korrosion. Ein solcher Prozess findet nur statt, wenn:

"(1) zwei Metalle mit unterschiedlichen elektrochemischen Potentialen sind ... verbunden, (2) es existiert eine wässrige Phase mit Elektrolyt und (3) eines der beiden Metalle hat ... Potential niedriger als das Potential der Reaktion ( H
2
O
+ 4e + O
2
= 4 OH ), also 0,4 V...Das...Metall mit...einem Potential kleiner als 0,4 V wirkt als Anode...verliert Elektronen...und löst sich im wässrigen Medium auf. Das Edelmetall (mit höherem elektrochemischem Potential) wirkt als Kathode und unter vielen Bedingungen ist die Reaktion an dieser Elektrode im Allgemeinen H
2
O
− 4 e O
2
= 4 OH )."

Die superschweren Elemente aus hassium (Element 108) an Livermorium (116) einschließlich erwartet „teilweise sehr Edelmetalle“ zu sein; chemische Untersuchungen von Hassium haben ergeben, dass es sich wie sein leichterer Verwandter Osmium verhält, und vorläufige Untersuchungen von Nihonium und Flerovium haben ein edles Verhalten nahegelegt, aber nicht endgültig nachgewiesen. Das Verhalten von Copernicium scheint sowohl seinem leichteren Kongener Quecksilber als auch dem Edelgas Radon teilweise zu ähneln .

Oxide

Oxidschmelzpunkte, °C
Element ich II III NS VI VII
Kupfer 1326
Ruthenium d1300
d75+
Rhodium d1100
?
Palladium d750
Silber d200
Rhenium 360
Osmium d500
Iridium d1100
?
Platin 450
d100
Gold d150
Quecksilber d500
Strontium‡ 2430
Molybdän‡ 801
d70
Antimon MD 655
Lanthan‡ 2320
Wismut‡ 817
d = zersetzt sich; Wenn es zwei Zahlen, die 2 nd ist zu
der hydratisierten Form; ‡ = kein Edelmetall; MD = Halbmetall

Bereits 1890 beobachtete Hiorns Folgendes:

" Edelmetalle . Gold, Platin, Silber und einige seltene Metalle. Die Mitglieder dieser Klasse haben wenig oder keine Tendenz, sich im freien Zustand mit Sauerstoff zu vereinigen, und ändern ihre Zusammensetzung nicht, wenn sie in Wasser bei Rotglut gegeben werden. Die Oxide werden infolge der schwachen Affinität zwischen dem Metall und Sauerstoff leicht durch Hitze zersetzt."

Smith schrieb 1946 und setzte das Thema fort:

"Es gibt keine scharfe Trennlinie [zwischen 'Edelmetallen' und 'Unedelmetallen'], aber die vielleicht beste Definition eines Edelmetalls ist ein Metall, dessen Oxid bei einer Temperatur unter einer Rotglut leicht zersetzt wird."
"Daraus folgt, dass Edelmetalle ... wenig Anziehungskraft auf Sauerstoff haben und daher bei gemäßigten Temperaturen nicht oxidiert oder verfärbt werden."

Diese Vornehmheit ist hauptsächlich mit den relativ hohen Elektronegativitätswerten der Edelmetalle verbunden, was zu einer nur schwach polaren kovalenten Bindung mit Sauerstoff führt. Die Tabelle listet die Schmelzpunkte der Oxide der Edelmetalle und für einige der Nichtedelmetalle für die Elemente in ihren stabilsten Oxidationsstufen auf.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Weiterlesen

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Externe Links