Nemesfém (kémia)
A nemesfémek olyan fémek, amelyek – a nem nemes fémek többségével ellentétben – ellenállnak a korróziónak és a nedves levegő oxidáló hatásának. A nemesfémek ára – többnyire a földkéregbeli ritka előfordulásuk következtében – jellemzően magas. A nemesfémek közé az alábbi elemeket szokás sorolni (növekvő rendszám szerint): ruténium, ródium, palládium, ezüst, ozmium, irídium, platina és arany.[1]
Más források a higanyt[2][3][4] sőt még a réniumot[5] is a nemesfémek közé sorolják.Ugyanakkor a titánt, nióbiumot és a tantált nem tekintik nemesfémek, noha ezek az elemek is nagyon ellenállóak a korrózióval szemben. A nemesfémek nem keverendők össze a „drágafémekkel” (angolul precious metal)
Bevezetés
A palládium, platina, arany és higany királyvízben – sósav és salétromsav tömény elegyében – oldódik, az irídium és ezüst azonban nem. (Az ezüst ugyanakkor salétromsavban oldódik.) A ruténium királyvízben csak oxigén jelenlétében oldódik, a ródium pedig csak finoman elporított állapotban reagál. A nióbium és tantál a savaknak – még a királyvíznek is – ellenáll.[6]
A nemesfémek „nemessége” relatív jelző is lehet: a fémek „jellemerősségi sora” a fémek (vagy más elektromosan vezető anyagok, ideértve a kompozitokat és félfémeket is) olyan rangsora, mely a „nemestől” az „aktívig” tart, és melynek segítségével a tervezők számára lehetővé válik, hogy ránézésre meg tudják mondani, hogy az adott sor felállításához tartozó körülmények között hogyan fognak egymásra hatni az anyagok. A szónak ebben az értelmében a grafit az ezüstnél nemesebb, és számos anyag egymáshoz képest mért nemessége erősen függ a körülményektől, így például az alumínium és a rozsdamentes acél esetén a pH-tól.[7]-
A nemesfémek fizikai definíciója még szigorúbb. Eszerint az elektronszerkezet d sávjainak betöltöttnek kell lenniük. Ezt figyelembe véve csak a réz, ezüst és az arany nemesfémek, mivel ezen elemekre teljesül, hogy minden d-szerű sávjuk teljesen betöltött, és energiájuk nem haladja meg a Fermi-szintet.[8] A platina két d-sávja a Fermi-szint fölötti, ami a kémiai tulajdonságokat is megváltoztatja: ezt a fémet katalizátorként alkalmazzák. A reakciókészségbeli eltérés jól érzékelhető, amikor tiszta fémfelületet állítanak elő ultra nagy vákuumban: a fizikai értelmezés szerinti nemesfémeket (például az aranyat) könnyű megtisztítani és hosszú ideig tisztán tartani, míg például a palládiumot vagy platinát gyorsan szén-monoxid borítja be.[9]
Elektrokémia
A fémes elemek – köztük számos nem nemesfém – kémiai „nemességük” szerint rendezett listája (a nemesfémek félkövérrel vannak kiemelve):[10]
| elem | csoport | periódus | reakció | potenciál |
|---|---|---|---|---|
| Arany | 11 | 6 | Au → Au3+ + 3 e− | 1,498 V |
| Platina | 10 | 6 | Pt → Pt2+ + 2 e− | 1,18 V |
| Irídium | 9 | 6 | Ir → Ir3+ + 3 e− | 1,156 V |
| Palládium | 10 | 5 | Pd → Pd2+ + 2 e− | 0,987 V |
| Ozmium | 8 | 6 | Os + 4 H2O → OsO4 + 8 H+ + 8 e− | 0,838 V |
| Ezüst | 11 | 5 | Ag → Ag+ + e− | 0,7996 V |
| Higany | 12 | 6 | 2 Hg → Hg2+2 + 2 e− | 0,7973 V |
| Polónium | 16 | 6 | Po → Po2+ + 2 e− | 0,65 V[11] |
| Ródium | 9 | 5 | Rh → Rh2+ + 2 e− | 0,600 V |
| Ruténium | 8 | 5 | Ru → Ru2+ + 2 e− | 0,455 V |
| Réz | 11 | 4 | Cu → Cu2+ + 2 e− | 0,337 V |
| Bizmut | 15 | 6 | Bi → Bi3+ + 3 e− | 0,308 V |
| Technécium | 7 | 5 | Tc + 2 H2O → TcO2 + 4 H+ + 4 e− | 0,272 V |
| Rénium | 7 | 6 | Re + 2 H2O → ReO2 + 4 H+ + 4 e− | 0,259 V |
| Antimon | 15 | 5 | 2 Sb + 3 H2O → Sb2O3 + 6 H+ + 6 e− | 0,152 V |
A csoport és periódus oszlopok a fém periódusos rendszerben elfoglalt helyét, azaz tulajdonképpen az elektronkonfigurációt adja meg.Végül a potenciál oszlopban az elemnek a standard hidrogén elektróddal szemben mért elektromos potenciálja szerepel.A táblázatban nem szereplő elemek vagy nem fémek, vagy negatív a standard potenciáljuk.
Az antimont a félfémek közé soroljuk, így tehát nem lehet nemesfém. A vegyészek és kohászok a rezet és bizmutot sem sorolják a nemesfémek közé, mivel az alábbi – nedves levegőn lehetséges – reakcióban könnyen oxidálódnak:O2 + 2 H2O + 4 e− ⇄ 4 OH−(aq) + 0,40 V
Az ezüst felületén kialakuló fekete bevonat a hidrogén-szulfiddal végbemenő reakció eredménye. Kémiailag a patinát a nedves levegő oxigénjének támadása, majd az ezt követő, a CO2-dal történő reakció okozza.[6]Ugyanakkor a rénium bevonatú tükrök egyes források szerint rendkívül tartósak,[6] annak ellenére, hogy más források szerint a rénium és a technécium nedves levegőn lassan fényét veszti.[12]
Fordítás
- Ez a szócikk részben vagy egészben a Noble metals című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
Jegyzetek
Források
- R. R. Brooks: Noble metals and biological systems: their role in Medicine, Mineral Exploration, and the Environment; CRC Press, 1992
Külső hivatkozások
- noble metal - chemistry Encyclopædia Britannica, online kiadás (angol)
- Csaknem minden fém Fermi-felülete megtalálható az alábbi helyen, így innen ellenőrizhető, mely mely sávok találhatók a Ferm-szint felett: Fermi Surface Database (angol)
- Az alábbi cikk segíthet megérteni a sávszerkezet és a nemesfém kifejezések közötti kapcsolatot: Hüger, E.; Osuch, K. (2005). „Making a noble metal of Pd” (angol nyelven). EPL (Europhysics Letters) 71, 276. o. DOI:10.1209/epl/i2005-10075-5.
