فلزات نجیب
در شیمی،فلزات نجیب فلزاتی هستند که مقاوم در برابر خوردگی و اکسیداسیون در هوا مرطوب می‌باشند (بر خلاف بسیاری از فلزات پایه). فهرست کوتاهی از فلزات نجیب شیمیایی (آن دسته از عناصر که تقریباً همه شیمیدانان با ان‌ها موافق هستند) شامل روتنیم (Ru)، رودیوم (Rh)، پالادیوم (Pd)، نقره (Ag)، اوسمیوم (Os)، ایریدیم (Ir)، پلاتین (Pt) و طلا (Au)است.[۱] در فهرست‌های جامع تر جیوه (Hg)،[۲][۳][۴] رنیوم (Re)[۵] و مس (Cu) نیز به عنوان فلزات نجیب شناخته می‌شوند. از سوی دیگر، تیتانیوم (Ti)، نایوبیم (Nb) و تانتالم (Ta) فلز نجیب به‌شمار نمی‌روند، گرچه بسیار مقاوم در برابر خوردگی هستند.
در حالی که فلزات نجیب با ارزش می‌باشند - به دلیل نادر بودن آنها در پوسته زمین و مفید بودن آنها در زمینه‌هایی مانند متالورژی، فناوری‌های پیشرفته و تزئینات (جواهرات، هنر، مقدسات و غیره) - اصطلاحات «فلز نجیب» و «فلزات گرانبها» مترادف نیستند.
اصطلاح «فلز نجیب» به اواخر قرن ۱۴ بازمی‌گردد[۶]و معانی مختلفی در زمینه‌های مختلف مطالعاتی و کاربرد دارد. فقط در فیزیک اتمی یک تعریف دقیق وجود دارد که تنها شامل مس، نقره و طلا است، زیرا در آنها زیر لایه D کاملاً را پر شده‌است. به همین دلیل لیست‌های متفاوت بسیاری از «فلزات نجیب» وجود دارد. علاوه بر عملکرد اصطلاح «فلزات نجیب» به عنوان اسم مرکب، شرایطی وجود دارد که «نجیب» به عنوان صفتی برای اسم «فلز» استفاده می‌شود. «مجموعه گالوانیکی» سلسله مراتبی از فلزات (یا سایر مواد رسانای الکتریکی، از جمله کامپوزیت‌ها و شبه فلزات) است که فلزات نجیب را به فلزات فعال تبدیل می‌کند و اجازه می‌دهد تا یک فرد پیش بینی کند که چگونه مواد در محیطی که برای تولید این مجموعه‌ها تعامل دارند، رفتار می‌کنند. در این راستا، گرافیت نجیب تر از نقره است و نجیب بودن نسبی بسیاری از مواد به شدت به شرایط محیطی بستگی دارد.[۷]
خواص[ویرایش]
پلاتین، طلا و جیوه را می‌توان در آب آکواریا، مخلوط بسیار غلیظ از اسید هیدروکلریک و اسید نیتریک، حل کرد اما ایریدیم و نقره را نمی‌توان. با این حال پالادیوم و نقره در اسید نیتریک حل می‌شوند. روتنیم می‌تواند در آکواریا تنها در صورت حضور اکسیژن حل شود، در حالی که رودیوم باید در به صورت پودری باشد تا حل شود. نیوبیوم و تانتالوم در برابر تمام اسیدها، از جمله آب آکواریا مقاوم هستند.[۸]
فیزیک[ویرایش]
در فیزیک، تعریف یک فلز نجیب دشوارتر است. لازم است که زیرلایهٔ D ساختار الکترونی پر شود. از این منظر، تنها مس، نقره و طلا فلزات نجیب هستند، همان‌طور که تمام باندهای D مانند پر شده‌اند و از سطح فرمی عبور نمی‌کنند.[۹] با این حال، گروه‌های هیبریدی d از سطح فرمی تا حد اندکی عبور می‌کنند. در مورد پلاتین دو باند D از سطح فرمی عبور می‌کنند و رفتار شیمیایی خود را تغییر می‌دهند تا بتواند به عنوان کاتالیزگر عمل کند. تفاوت در واکنش پذیری می‌تواند به راحتی در تهیه سطوح تمیز فلزی در یک خلاء فوق‌العاده بالا دیده می‌شود: سطوح فلزات نجیب (به عنوان مثال طلا) که به صورت فیزیکی تعریف شده‌اند، به آسانی تمییز شده و برای مدت زمان طولانی نگه داشته می‌شود، به عنوان مثال، پلاتین یا پالادیوم، بسیار سریع به وسیله مونوکسید کربن پوشیده می‌شوند.[۱۰]
الکترو شیمی[ویرایش]
عناصر فلزی شامل فلزات نجیب و غیر نجیب:[۱۱]
| Element | Atomic number | Group | Period | Reaction | Potential | Electron configuration |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Gold | 79 | 11 | 6 | Au3+ + 3 e− → Au |
1.5 V | [Xe]4f145d106s1 |
| Platinum | 78 | 10 | 6 | PtO + 2 H+ + 2 e− → Pt + H 2O |
0.98 V | [Xe]4f145d96s1 |
| Palladium | 46 | 10 | 5 | Pd2+ + 2 e− → Pd |
0.915 V | [Kr]4d10 |
| Iridium | 77 | 9 | 6 | IrO 2 + 4 H+ + 4 e− → Ir + 2 H 2O |
0.73 V | [Xe]4f145d76s2 |
| Silver | 47 | 11 | 5 | Ag+ + e− → Ag |
0.7993 V | [Kr]4d105s1 |
| Mercury | 80 | 12 | 6 | Hg2+ 2 + 2 e−→ 2 Hg |
0.7925 V | [Xe]4f145d106s2 |
| Osmium | 76 | 8 | 6 | OsO 2 + 4 H+ + 4 e− → Os + 2 H 2O |
0.65 V | [Xe]4f145d66s2 |
| Polonium | 84 | 16 | 6 | Po2+ + 2 e− → Po |
0.6 V | [Xe]4f145d106s26p4 |
| Rhodium | 45 | 9 | 5 | Rh2+ + 2 e− → Rh |
0.60 V | [Kr]4d85s1 |
| Ruthenium | 44 | 8 | 5 | Ru3+ + 3 e− → Ru |
0.60 V | [Kr]4d75s1 |
| Tellurium | 52 | 16 | 5 | TeO 2 + 4 H+ + 4 e− → Te + 2 H 2O |
0.57 V | [Kr]4d105s25p4 |
| Copper | 29 | 11 | 4 | Cu2+ + 2 e− → Cu |
0.339 V | [Ar]3d104s1 |
| Bismuth | 83 | 15 | 6 | Bi3+ + 3 e− → Bi |
0.308 V | [Xe]4f145d106s26p3 |
| Technetium | 43 | 7 | 5 | TcO 2 + 4 H+ + 4 e− → Tc + 2 H 2O |
0.272 V | [Kr]4d55s2 |
| Rhenium | 75 | 7 | 6 | ReO 2 + 4 H+ + 4 e− → Re + 2 H 2O |
0.276 V | [Xe]4f145d56s2 |
| Arsenic | 33 | 15 | 4 | As 4O 6 + 12 H+ + 12 e− → 4 As + 6 H 2O |
0.24 V | [Ar]3d104s24p3 |
| Antimony | 51 | 15 | 5 | Sb 2O 3 + 6 H+ + 6 e− → 2 Sb + 3 H 2O |
0.147 V | [Kr]4d105s25p3 |
ستون‌های "گروه" و "دوره" موقعیت عناصر را در جدول تناوبی از نظر چینش الکترونی نشان می‌دهد. "واکنش"های ساده شده که در ستون بعدی ذکر شده‌اند نیز می‌توانند به صورت دقیق از نمودارهای پوربکس عنصر مورد نظر در آب خوانده شوند. در نهایت ستون "پتانسیل" نشان دهنده پتانسیل الکتریکی اندازه‌گیری شده عنصر بر روی یک الکترود هیدروژنی استاندارد است. تمام عناصر ذکرنشده در این جدول فلز نیستند یا دارای پتانسیل استاندارد منفی هستند.
آرسنیک، آنتیموان و تلوریم به عنوان متالوئید در نظر گرفته می‌شود و بنابراین نمی‌تواند فلزات نجیب باشد. همچنین متخصصان شیمی و متالورژیس، مس و بیسموت را به عنوان فلز نجیب نمی‌دانند زیرا ان‌ها به آسانی طبق واکنش O
2 + 2H
2O + 4e− ⇄ 4OH−
(aq) + 0.40 Vکه در هوا مرطوب امکان‌پذیر است.
زنگ شیمیایی بوسیله حمله اکسیژن در هوای مرطوب و توسطCO
2بعد از اکسیژن ایجاد می‌شود[۸],[۸]از طرف دیگرآینه‌های پوششی رنیوم بسیار بادوام هستند، اگرچه که رنیوم و تکنسیوم به آرامی در فضای مرطوب خشک می‌شوند[۱۲]
انتظار می‌رود عناصر فوق سنگین از عنصر حسیوم تا لیورموریم شامل «فلزات بسیار نجیب» باشد؛ تحقیقات شیمیایی حسیوم و کوپرنیک ثابت کرده‌اند که آنها مانند همولوگهای سبکترشان رفتار می‌کنند، اوسمیوم و جیوه نیز نجیب عمل می‌کنند و در مطالعات اولیه نیکونیم و فلوئوروویما فلزات نجیب پیشنهاد شده‌اند اما به‌طور قطعی رفتار فلزات نجیب را ندارند.[۱۳]
منابع[ویرایش]
- Brooks, Robert R., ed. (1992). Noble Metals and Biological Systems: Their Role in Medicine, Mineral Exploration, and the Environment. Boca Raton, Fla.: CRC Press. ISBN 978-0-8493-6164-7. OCLC 24379749.
- یادداشت ها
- ↑ A. Holleman, N. Wiberg, "Lehrbuch der Anorganischen Chemie", de Gruyter, 1985, 33. edition, p. 1486
- ↑ «Die Adresse für Ausbildung, Studium und Beruf». بایگانی‌شده از اصلی در ۴ سپتامبر ۲۰۱۷. دریافت‌شده در ۱۳ ژانویه ۲۰۱۸.
- ↑ "Dictionary of Mining, Mineral, and Related Terms", Compiled by the American Geological Institute, 2nd edition, 1997
- ↑ Scoullos, M.J. , Vonkeman, G.H. , Thornton, I. , Makuch, Z. , "Mercury - Cadmium - Lead: Handbook for Sustainable Heavy Metals Policy and Regulation",Series: Environment & Policy, Vol. 31, Springer-Verlag, 2002
- ↑ The New Encyclopædia Britannica, 15th edition, Vol. VII, 1976
- ↑ http://dictionary.reference.com/browse/noble+metal
- ↑ Everett Collier, "The Boatowner’s Guide to Corrosion", International Marine Publishing, 2001, p. 21
- ↑ ۸٫۰ ۸٫۱ ۸٫۲ A. Holleman, N. Wiberg, "Inorganic Chemistry", Academic Press, 2001
- ↑ Hüger, E.; Osuch, K. (2005). "Making a noble metal of Pd". EPL. 71 (2): 276. Bibcode:2005EL.....71..276H. doi:10.1209/epl/i2005-10075-5.
- ↑ S. Fuchs, T.Hahn, H.G. Lintz, "The oxidation of carbon monoxide by oxygen over platinum, palladium and rhodium catalysts from 10−10 to 1 bar", Chemical engineering and processing, 1994, V 33(5), pp. 363-369 [۱]
- ↑ G. Wulfsberg, "Inorganic Chemistry", University Science Books, 2000, pp. 247–249 ✦ Bratsch S. G. , "Standard Electrode Potentials and Temperature Coefficients in Water at 298.15 K", Journal of Physical Chemical Reference Data, vol. 18, no. 1, 1989, pp. 1–21 ✦ B. Douglas, D. McDaniel, J. Alexander, "Concepts and Models of Inorganic Chemistry", John Wiley & Sons, 1994, p. E-3
- ↑ R. D. Peack, "The Chemistry of Technetium and Rhenium", Elsevier, 1966
- ↑ Nagame, Yuichiro; Kratz, Jens Volker; Matthias, Schädel (December 2015). "Chemical studies of elements with Z ≥ 104 in liquid phase". Nuclear Physics A. 944: 614–639. Bibcode:2015NuPhA.944..614N. doi:10.1016/j.nuclphysa.2015.07.013.
پیوند به بیرون[ویرایش]
- noble metal - chemistry Encyclopædia Britannica, online edition
- To see which bands cross the Fermi level, the Fermi surfaces of almost all the metals can be found at the Fermi Surface Database
- The following article might also clarify the correlation between band structure and the term noble metal: Hüger, E.; Osuch, K. (2005). "Making a noble metal of Pd". EPL. 71 (2): 276. Bibcode:2005EL.....71..276H. doi:10.1209/epl/i2005-10075-5.