Metal nobil
În chimie , metalele nobile sunt metale rezistente la coroziune și oxidare în aerul umed (spre deosebire de majoritatea metalelor de bază ). Metalele nobile sunt puține (conform opiniei comune a majorității chimiștilor): ruteniu , rodiu , paladiu , argint , osmiu , iridiu , platină și aur .
Unele includ, de asemenea, mercurul [1] , reniul [2] și cuprul în lista metalelor nobile. Pe de altă parte, metalele precum titanul , niobiul și tantalul nu sunt considerate metale nobile, deși sunt foarte rezistente la coroziune.
Metalele nobile tind să fie scumpe datorită rarității lor în scoarța terestră și a utilității lor în metalurgie , tehnologie înaltă și pentru producția de obiecte ornamentale (bijuterii, artă, obiecte sacre etc.). Cu toate acestea, termenii „metal nobil” și „metal prețios” nu sunt sinonimi.
Termenul de metal nobil datează cel puțin de la sfârșitul secolului al XIV-lea și are semnificații ușor diferite în diferitele domenii de studiu și aplicare în care este utilizat. Păstrează o definiție foarte precisă doar în fizică . Acesta este motivul pentru care există diferite liste de „metale nobile”.
În unele cazuri, cuvântul „nobil” este folosit ca adjectiv care însoțește substantivul „metal”. În acest caz, semnificația sa este diferită de cea descrisă mai sus și este utilizată cu referire la seria galvanică . O serie galvanică este o ierarhie a metalelor (sau a altor materiale conductoare de curent, inclusiv compozite și semimetale ) care se răspândește de la nobil la activ și vă permite să preziceți modul în care materialul va interacționa cu mediul utilizat pentru a genera seria. În acest sens, grafitul este mai nobil decât argintul și nobilimea relativă a multor materiale depinde în mare măsură de condițiile de funcționare, cum ar fi aluminiu și oțel inoxidabil în condiții de pH variate.
Proprietate
Paladiul este ușor solubilizat de acid azotic , acid sulfuric , aqua regia și, atunci când este încălzit, acid selenic .
Platina , aurul și mercurul pot fi solubilizate în aqua regia.
Cantități mici de iridiu reduse la o pulbere foarte fină pot fi solubilizate cu aqua regia. Pentru a avea un rezultat cantitativ, totuși, este necesar să se utilizeze acid clorhidric în prezența aerului, încălzit și sub presiune.
Argintul este solubil în acid azotic concentrat. Dintre cele opt metale nobile este cel mai abundent în scoarța terestră [3] .
Ruteniu și osmiu nu reacționează cu acizi minerali (inclusiv aqua regia) sub 100 ° C. Cea mai bună metodă de solubilizare pentru aceste două elemente este fuziunea alcalină oxidativă. Ambele metale reacționează cu oxigenul la căldura roșie pentru a forma oxizii lor respectivi. Fluorul și clorul reacționează de asemenea cu metalele pentru a forma hexalide și tri-halogenuri [3] .
Rodiul redus la o pulbere fină poate fi solubilizat numai cu acid sulfuric concentrat fierbinte [1] .
Niobiul și tantalul sunt rezistente la toți acizii, inclusiv la aqua regia.
Acidul fosfonic [3] poate fi utilizat pentru a obține metale nobile din metalele respective.
Fizică
În fizică, definiția metalului nobil este mai riguroasă. Un metal este numit nobil dacă benzile d (vezi structura electronică a benzii ) ale structurii sale electronice sunt pline. Din acest punct de vedere, numai cuprul, argintul și aurul sunt metale nobile, deoarece toate benzile lor d sunt pline și nu sunt traversate de nivelul Fermi [4] (cu excepția benzilor d hibridizate care traversează nivelul Fermi la un nivel minim ). Pentru platină, acest lucru se întâmplă pentru două benzi d, iar acest lucru afectează comportamentul său chimic, astfel încât să poată acționa ca un catalizator . Reactivitatea diferită dintre metalele nobile și non-nobile este ușor de observat în prepararea suprafețelor metalice pure în vid ultra-ridicat: suprafețele metalelor nobile (conform definiției fizice), cum ar fi aurul, sunt ușor de purificat și rămân pure mult timp. timp, în timp ce suprafețele metalelor precum platina și paladiul se acoperă foarte repede cu monoxid de carbon .
Electrochimie
Următoarele sunt proprietățile electrochimice ale unor elemente metalice, atât nobile, cât și non-nobile (metalele nobile sunt cu caractere aldine) [5] [6] :
| Element | Numar atomic | grup | Perioadă | Reacţie | Potenţial |
|---|---|---|---|---|---|
| Aur | 79 | 11 | 6 | Au 3+ + 3 și - → Au | 1,56 V |
| Platină | 78 | 10 | 6 | Pt 2+ + 2 și - → Pt | 1,18 V |
| Iridiu | 77 | 9 | 6 | Ir 3+ + 3 și - → Ir | 1.156 V |
| Paladiu | 46 | 10 | 5 | Pd 2+ + 2 și - → Pd | 0,987 V |
| Osmiu | 76 | 8 | 6 | HosO 4 + 8 H + + 8 și - → Hos + 4 H 2 O | 0,838 V |
| Argint | 47 | 11 | 5 | Ag + + și - → Ag | 0,7996 V |
| Mercur | 80 | 12 | 6 | Hg 2+ + 2 și - → Hg | 0,7973 V |
| Poloniu | 84 | 16 | 6 | Po 2+ + 2 și - → Po | 0,65 V [7] |
| Rodiu | 45 | 9 | 5 | Rh 2+ + 2 și - → Rh | 0,600 V |
| Ruteniu | 44 | 8 | 5 | Ru 2+ + 2 și - → Ru | 0,455 V |
| Cupru | 29 | 11 | 4 | Cu 2+ + 2 și - → Cu | 0,337 V |
| Bismut | 83 | 15 | 6 | Bi 3+ + 3 și - → Bi | 0,308 V |
| Technetium | 43 | 7 | 5 | TcO 2 + 4 H + + 4 și - → Tc + 2 H 2 O | 0,272 V |
| Reniu | 75 | 7 | 6 | ReO 2 + 4 H + + 4 și - → Re + 2 H 2 O | 0,259 V |
| Antimoniu | 51 | 15 | 5 | Sb 2 O 3 + 6 H + + 6 și - → 2 Sb + 3 H 2 O | 0,152 V |
Grupul și perioada indică poziția elementului în tabelul periodic și, în consecință, configurația sa electronică. Reacțiile enumerate în coloana următoare pot fi citite în detaliu din diagramele Pourbaix în apă ale elementului luat în considerare. În cele din urmă, coloana de potențial indică potențialul de reducere a reacției în comparație cu electrodul de hidrogen standard (SHE). Elementele lipsă din acest tabel sunt nemetale sau au potențiale de reducere standard negative.
Arsenicul, antimoniul și telurul sunt considerate metaloizi, deci nu pot fi metale nobile. În chimie și metalurgie, nici măcar cuprul și bismutul nu sunt considerate metale nobile, deoarece se oxidează ușor datorită reacției
O 2 + 2 H 2 O + 4 e - ⇄ 4 OH - (E 0 = 0,40 V)
posibil în aerul umed. O patină se formează pe argint datorită sensibilității sale ridicate la hidrogen sulfurat . Oglinzile acoperite cu reniu sunt considerate a avea o durabilitate ridicată, în timp ce se crede că reniul și tehneciul ruginesc lent în atmosferă umedă.
Aplicații
Studiul nanoparticulelor de metale nobile este un câmp în expansiune rapidă. Aceste nanoparticule, de fapt, au o structură intermediară între cea a moleculelor și a materiei granulare și constituie legătura dintre chimia moleculară și știința suprafeței. De mare interes sunt proprietățile optice ale acestor particule și, în special, absorbția lor puternică în spectrul vizibil numit banda plasmonică evidentă în soluțiile coloidale de aur, cupru și argint [8] .
Bibliografie
Chimie analitică
- ( EN ) FE Beamish, Chimia analitică a metalelor nobile , Elsevier , 1966.
Medicament
- ( EN ) Robert R. Brooks, Metale nobile și sisteme biologice: rolul lor în medicină, explorarea mineralelor și mediul , CRC Press, 1992.
Notă
- ^ A b (EN) Brian W. Pfenning, Principiile chimiei anorganice , John Wiley & Sons, 2015, pp. 473-474.
- ^ (EN) Q. Ashton Acton, dr., Metals-Advances in Research and Application: 2013 Edition , Atlanta, Georgia, ScholarlyEditions, 2013, p. 361.
- ^ a b c Wiberg, Egon. și Holleman, AF (Arnold Frederick), 1859-, Chimie anorganică , prima ediție engleză, Academic Press, 2001, ISBN 9780123526519 ,OCLC 48056955 .
- ^ (EN) Huger E și K Osuch, Making a noble metal of Pd , în Europhysics Letters (EPL), vol. 71, nr. 2, 15 iunie 2005, pp. 276-282, DOI : 10.1209 / epl / i2005-10075-5 . Adus pe 19 martie 2018 .
- ^ (EN) AC Wahl, NA Bonner, Radioactivitate la chimia aplicată, New York, Wiley, 1951, p. 199.
- ^ (EN) CRC Handbook of Chemistry and Physics, ediția a 90-a, 2009.
- ^ Este important de reținut că acesta nu este potențialul standard în soluție apoasă, ci potențialul menționat la compuși solizi Po (II).
- ^ (EN) Audrey Moores și Frederic Goettmann, Banda plasmonică în nanoparticule de metal nobil: o introducere în teorie și aplicații , în New Journal of Chemistry, vol. 30, n. 8, 31 iulie 2006, DOI : 10.1039 / b604038c . Adus pe 19 martie 2018 .
Elemente conexe
linkuri externe
- Pentru a verifica ce benzi traversează nivelul Fermi, puteți găsi suprafețele Fermi ale aproape tuturor metalelor în baza de date Fermi Surface .
