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]

Nem tévesztendő össze a következővel: Nemesfém (gazdaság).

A nemesfémek – a higanyt és réniumot is ide sorolva – a nem nemesfém rézzel, a periódusos rendszerben elfoglalt helyük szerinti elhelyezésben

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

1. A. Holleman, N. Wiberg, "Lehrbuch der Anorganischen Chemie", de Gruyter, 1985, 33. edition, p. 1486
2. Die Adresse für Ausbildung, Studium und Beruf. [2017. szeptember 4-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. december 31.)
3. "Dictionary of Mining, Mineral, and Related Terms", Compiled by the American Geological Institute, 2nd edition, 1997
4. 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
5. The New Encyclopædia Britannica, 15th edition, Vol. VII, 1976
6. A. Holleman, N. Wiberg, "Inorganic Chemistry", Academic Press, 2001
7. Everett Collier, "The Boatowner’s Guide to Corrosion", International Marine Publishing, 2001, p. 21
8. Hüger, E.; Osuch, K. (2005). „Making a noble metal of Pd”. EPL (Europhysics Letters) 71, 276. o. DOI:10.1209/epl/i2005-10075-5.
9. 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
10. D. R. Lidle editor, "CRC Handbook of Chemistry and Physics", 86th edition, 2005
11. A. J. Bard, "Encyclopedia of the Electrochemistry of the Elements", Vol. IV, Marcel Dekker Inc., 1975
12. R. D. Peack, "The Chemistry of Technetium and Rhenium", Elsevier, 1966

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.

• Kémiaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap