Благороден метал

Не треба да се поистоветува со Скапоцен метал.

Благороден метал — метален хемиски елемент кој не кородира^[1] и се среќава во природата во сиров облик. Златото, платината и другите метали од платинската група (рутениумот, родиумот, паладиумот, осмиумот, иридиумот). Среброто, бакарот и живата понекогаш се сметаат за благородни, макар што ова е поретко бидејќи тие во природата обично се среќаваат во комбинација со сулфур.

Благородни метали во периодниот систем

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

*

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

**

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

*

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

**

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Класични благородни метали

Полублагородни метали

Краткотрајни радиоактивни благородни метали

Разни полиња имаат различни дефиниции за благороден метал. Во физиката има само три благородни метали: бакарот, среброто и златото. Во забарството, среброто не важи за благороден метал бидејќи е подложно на корозија во устата. Во хемијата постои и поширока категорија на полублагородни метали — оние метални и полуметални елементи кои не реагираат со слаба киселина и не ослободуваат водороден гас во процесот. Тука спаѓаат бакарот, живата, технециумот, рениумот, арсенот, антимонот, бизмутот и полониумот, како и златото, шесте метали од платинската група и среброто.

Историја

Поимот благороден метал почнал да се користи најдоцна кон крајот на XIV век^[2].

Пред да објавувањето и усвојувањето Менделеевиот периоден систем во 1869 г., англискиот хемичар Вилијам Одлинг во 1864 г. објавил таблица во која заедно се групирани благородните метали родиум, рутениум, паладиум; платина, иридиум и осмиум,^[3] и ставени до среброто и златото.

• 
  Халкопирит, кој има бакарен железен сулфид (CuFeS₂), е најзастапената бакарна руда
• 
  Половина рутениумска шипка.
  Големина ~ 40 × 15 × 10 мм
  Тежина ~44 г
• 
  Родиум: 1 г прав, 1 г притиснат цилиндар, 1 г притиснато топче.
• 
  Паладиум
• 
  Акантит, или сребро сулфид (Ag₂S), е најважната сребрена руда
• 
  Осмиумски кристали, 2,2 г
• 
  Парчиња на чист иридиум, 1 г, големина: 1–3 мм по парче
• 
  Кристали на чист аплатина
• 
  Златна грутка од Австралија, тешка речиси 9 кг
• 
  Цинабарит или меркур сулфид (HgS), најчестата руда која се пречистува за добивање на еллементна жива

Својства

Застапеност на хемиските елементи во Земјината кора во однос на нивниот атомски број. Најретките елементи (со жолто, вклучувајќи ги благородните метали) не се најтешките, туку железољубивите елементи според Голдшмитовата класификација на елементите. Тие се осиромашени со нивно поместување подлабоко во Земјиното јадро. Тие се прилично чести кај метеороидните материјали. Телурот и селенот се осиромашени од кората поради образувањето на испарливи хидриди.

Геохемиски

Благородните метали се железољубиви. Тонат во Земјиното јадро бидејќи лесно се раствораат во железо како црсти раствори или стопени. Највеќето железољубиви елементи немаат никаков афинитет кон кислородот: златните оксиди се термодинамички нестабилни во однос на елементите.

Бакарот, среброто, златото и шесте метали од платинската група се единствените самородни метали кои се среќаваат природно во релативно големи количества.

Отпорност на корозија

Бакарот се раствора во азотна киселина и водест калиум цијанид.

Рутениумот може да се раствори во царска вода, која е вискоконцентрирана мешавина од хлороводородна и азотна киселина, само во присуство на кислород, а пак родиумот мора да биде во фин прашест облик. Паладиумоти среброто се раствораат во азотна киселина, со тоа што растворливоста на среброто е ограничена од таложењето на сребро хлорид.^[4]

Ренинумот реагира со оксидирачки киселини и водород пероксид, и може да потемни на влажен воздух. Осмиумот и иридиумот се хемиски инертни во амбиентни услови.^[5] Платината и златото се раствораат во царска вода.^[6] Живата реагира со оксидирачки киселини.^[5]

Во 2010 г. американските истражувачи откриле дека органската „царска вода“ во облик на мешавина од тионил хлорид SOCl₂ и органскиот растворувач пиридин C₅H₅N во голема мера ги раствора благородите метали при благи услови, а воедно е прилагодлива за одделним етали, на пр. да раствори злато, но не паладиум или платина.^[7]

Електронски

Во физиката, изразот „благороден метал“ понекогаш е ограничен на бакарот, среброто и златото,^{[б 1]} бидејќи нивните целосни d-подобвивки имаат улога во нивниот карактер. За разлика од тоа, останатите благородни метали, особен од платинската група, наоѓаат значајна примена во катализата поради делумната исполнетост на d-подобвивките. Ова е случај со паладиумот, кој има целосна d-подобвивка во атомска состојба, но во кондензиран облик има делумно исполнет sp-појас за сметка на зафатеноста на d-појасот.^[8]

Разликата во реактивноста може да се забележи во подготовката на чисти метални површини во ултрвакуум: површините на „физички дефинираните“ благородни метали (на пр. златото) лесно се чистат и остануваат чисти долго време, а оние на платината и паладиумот многу бргу се прекриваат со јаглерод моноксид.^[9]

Електрохемиски

Стандардните редокс-потенцијали во воден раствор исто така се полезен начин за предвидување на неводната хемија на засегнатите метали. Така, металите со високи негативни потенцијали како натриумот и калиумот, ќе се запалат на воздух, образувајќи ги нивните оксиди. Овие пламени не можат да се изгаснат со вода, која исто така реагира со дадените метали и испушта водород, кој е експлозивен. За разлика од ова, благородните метали не се склони кон реагирање со кислород и затоа (и поради нивната реткост) се високовреднувани со иладници години, и од нив се изработува накит и монети.^[10]

Електрохемиски својства на некои метали и металоиди

Елемент	${\displaystyle \mathrm {Z} }$	Г	П	Реакција	СРП(${\displaystyle \mathrm {V} }$)	ЕН	ЕА
Злато ✣	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
Иридиум ✣	77	9	6	Ir3+ + 3 e− → Ir	1,16	2,2	151
Паладиум ✣	46	10	5	Pd2+ + 2 e− → Pd	0,915	2,2	54
Осмиум ✣	76	8	6	OsO2 + 4 H+ + 4 e− → Os + 2 H2O	0,85	2,2	104
Жива	80	12	6	Hg2+ + 2 e− → Hg	0,85	2,0	−50
Родиум ✣	45	9	5	Rh3+ + 3 e− → Rh	0,8	2,28	110
Сребро ✣	47	11	5	Ag+ + e− → Ag	0,7993	1,93	126
Рутениум ✣	44	8	5	Ru3+ + 3 e− → Ru	0,6	2,2	101
Полониум ☢	84	16	6	Po2+ + 2 e− → Po	0,6	2,0	136
Вода				2 H2O + 4 e− +O2 → 4 OH−	0,4
Бакар	29	11	4	Cu2+ + 2 e− → Cu	0,339	2,0	119
Бизмут	83	15	6	Bi3+ + 3 e− → Bi	0,308	2,02	91
Технециум ☢	43	7	6	TcO2 + 4 H+ + 4 e− → Tc + 2 H2O	0,28	1,9	53
Рениум	75	7	6	ReO2 + 4 H+ + 4 e− → Re + 2 H2O	0,251	1,9	6
АрсенМД	33	15	4	As4O6 + 12 H+ + 12 e− → 4 As + 6 H2O	0,24	2,18	78
АнтимонМД	51	15	5	Sb2O3 + 6 H+ + 6 e− → 2 Sb + 3 H2O	0,147	2,05	101
${\displaystyle \mathrm {Z} }$ атомски број; Г група; П периода; СРП стандарден редокс-потенцијал; ЕН електронегативност; ЕА електронски афинитет
✣ традиционално се смета за благороден метал; МД металоид; ☢ радиоактивен

На соседната табела е прикажан стандардниот редокс-потенцијал во волти;^[11] електронегативноста (преработена Полингова); и вредностите на електронскиот афинитет (kJ/mol) за некои метали и металоиди.

Упростените ставки во столбот за реакции можат поподробно да се прочитаат од Пурбеовите дијаграми за дадениот елемент во вода. Благородните метали имаат големи позитивни потенцијали;^[12] елементите кои не се прикажани на оваа табела имаат негативен стандарден потенцијал или не се метали.

Во приказот е вклучена електронегативноста бидејќи таа се смета за важен чинител на благородноста и реактивноста на металите.^[13]

Поради нивните големи електронски афинитети,^[14] вклучувањето на благороден метал (платина, злато и др.) во процесите на електрохемиска фотолиза ја зголемува фотоактивноста.^[15]

Арсенот и антимонот обично се сметаат за металоиди наместо благородни метали. Меѓутоа, физички гледано, нивните најстабилни алотропи се метални. Полуспроводниците како селенот и телурот не се вклучени.

Поцрнувањето на среброто се должи на неговата чувствителност на сулфурводород:

2 Ag + H₂S + 12O₂ → Ag₂S + H₂O.

Според канадскиот хемичар Џеф Рејнер-Канам^[16], среброто не треба да се смета за благороден метал бидејќи е многу пореактивно и има многу различна хемија од вообичаените благородни метали. Во забарството среброто не се смета за благороден метал поради тоа што кородира во устата.^[17]

Релевантноста на ставката за вода ја објаснуваат Ли и др.^[18] во контекст на галванската корозија. Таквиот процес се јавува само кога:

„(1) два метала со различни електрохемиски потенцијали се...сврзани, (2) постои водена фаза со електролитот, и (3) еден од двата метала има...потенцијал помал од потенцијалот на реакцијата (H₂O + 4e +O₂ = 4 OH^•) кој изнесува 0,4 V...Металот со...потеанцијал помал од 0,4 V делува како анода...ослободува електрони...и се раствора во водната средина. Благородниот метал (со поголем електрохемиски потенцијал) делува како катода и, под многу разни услови, реакцијата врз оваа електрода начелно е H₂O − 4 e^• − O₂ = 4 OH^•).“

Супертешките елементи од хасиумот (елемент 108) до ливермориумот (116) се очекува да бидат „делумно многу тешки метали“; според хемиските иследувања, тој се однесува како неговиот полесен сродник осмиумот, а првичните иследувања на нихониумот и флеровиумот укажуваат на благородно поведение, но ова не е конечно утврдено.^[19] Поведението на копернициумот е делумно слично на неговиот полесен сродник живата и на благородниот гас радон.^[20]

Оксиди

Точки на топење на оксидите, °C

Елемент	I	II	III	IV	VI	VII
Бакар		1326
Рутениум				р1300 р75+
Родиум			р1100 ?
Паладиум		р750 [б 2]
Сребро	р200
Рениум						327
Осмиум				р500
Иридиум				р1100 ?
Платина				450 р100
Злато			р150
Жива		р500
Стронциум‡		2430
Молибден‡					801 р70
АнтимонМД			655
Лантан‡			2320
Бизмут‡			817
р = се распаѓа; ако има два броја, вториот е за хидрираниот облик; ‡ = не е благороден метал; МД = металоид

Уште во 1890 г. англискиот металуршки научник Артур Хајорнс го забележал следново:

„Благородни метали. Злато, платина, сребро и неколку ретки метали. Членовите на оваа класа речиси и да немаат склоност за соединување ос кислородот во слободна состојба, и кога ќе се стават во вода при црвена вжареност не го менуваат својот состав. Оксидите лесно се распаѓаат под дејство на топлина поради слабиот афинитет помеѓу металот и кислородот“.^[21]

Американскиот хемиски инженер Џулијан Смит во 1946 г. продолжува на истата тема:

„Не постои реска граница [помеѓу „благородни метали“ и „базни метали“] но можеби најдобра дефиниција за благороден метал е метал чиј оксид лесно се распаѓа на температура под црвена вжареност.“^{[б 3][23]}

„Оттука следи дека благородните метали...немаат некоја привлечност за кислородот и затоа не оксидираат или обезбојуваат на умерени температури.“

Ваквата „благородност“ претежно е поврзана со релативно големата електронегативност на благородните метали, што води до слабо поларно ковалентно сврзување со кислородот.^[13] На табелата се прикажани точки на топење на оксидите на благородните метали, а за некои од неблагородните метали, за елементите во нивната најстабилна оксидациска состојба.

Каталитички својства

Многу благородни метали можат да служат како катализатори. На пример, платината се користи во каталитичките претворачи, кои се уреди што ги претвораат токсичните гасови од автомобилскиот мотор (на пр. азотните оксиди) во незагадувачки супстанции.

Златото наоѓа мошне широка примена во индустријата, меѓу друготи и како катализатор во хидрогенирањето и водно-гасната реакција.

Поврзано

• Базен метал
• Скапоцен метал
• Благороден гас

Белешки

1. На пример во Harrison WA 1989, Electronic structure and the properties of solids: The physics of the chemical bond, Dover Publications, стр. 520
2. Паладиум оксидот (PdO) може да се редуцира на паладиумски метал со негово изложување на водород во амбиентни услови^[6]
3. Почетната црвена вжареност одговара на 525 °C^[22]