Metal nobre


Extrato da tabela periódica mostrando aproximadamente com que frequência cada elemento tende a ser reconhecido como um metal nobre:
 7 mais frequentemente (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au) [1]  1 frequentemente (Ag) [2]  2 às vezes (Cu, Hg) [3]  6 em um sentido limitado (Tc, Re, As, Sb, Bi, Po)
A linha preta grossa envolve os sete a oito metais mais frequentemente reconhecidos. A prata às vezes não é reconhecida como um metal nobre devido à sua maior reatividade . [4]
* pode ser manchado pelo ar úmido ou corroer em uma solução ácida contendo oxigênio e um oxidante
† atacado por enxofre ou sulfeto de hidrogênio
§ autoatacado pelo ozônio gerado pela radiação

Um metal nobre é normalmente considerado um elemento metálico que é geralmente resistente à corrosão e é geralmente encontrado na natureza em sua forma bruta . Ouro , platina e os outros metais do grupo da platina ( rutênio , ródio , paládio , ósmio , irídio ) são mais frequentemente classificados assim. Prata , cobre e mercúrio são às vezes incluídos como metais nobres, mas cada um deles geralmente ocorre na natureza combinado com enxofre .

Em campos de estudo e aplicações mais especializados, o número de elementos contados como metais nobres pode ser menor ou maior. Às vezes, é usado para os três metais cobre , prata e ouro que têm bandas d preenchidas , enquanto é frequentemente usado principalmente para prata e ouro ao discutir espectroscopia Raman de superfície aprimorada envolvendo nanopartículas metálicas . Às vezes, é aplicado de forma mais ampla a qualquer elemento metálico ou semimetálico que não reaja com um ácido fraco e libere gás hidrogênio no processo. Este conjunto mais amplo inclui cobre, mercúrio , tecnécio , rênio , arsênio , antimônio , bismuto , polônio , ouro, os seis metais do grupo da platina e prata.

Muitos dos metais nobres são usados ​​em ligas para joias ou moedas. Na odontologia , a prata nem sempre é considerada um metal nobre porque está sujeita à corrosão quando presente na boca. Todos os metais são importantes catalisadores heterogêneos .

Significado e história

Embora as listas de metais nobres possam ser diferentes, elas tendem a se agrupar em torno do ouro e dos seis metais do grupo da platina : rutênio, ródio, paládio, ósmio, irídio e platina.

Além da função deste termo como um substantivo composto , há circunstâncias em que noble é usado como um adjetivo para o substantivo metal . Uma série galvânica é uma hierarquia de metais (ou outros materiais eletricamente condutores, incluindo compósitos e semimetais ) que vai de nobre a ativo, e permite prever como os materiais irão interagir no ambiente usado para gerar a série. Neste sentido da palavra, o grafite é mais nobre que a prata e a nobreza relativa de muitos materiais é altamente dependente do contexto, como para o alumínio e o aço inoxidável em condições de pH variável . [5]

O termo metal nobre pode ser rastreado até pelo menos o final do século XIV [6] e tem significados ligeiramente diferentes em diferentes campos de estudo e aplicação.

Antes da publicação de Mendeleev em 1869 da primeira tabela periódica (eventualmente) amplamente aceita, Odling publicou uma tabela em 1864, na qual os "metais nobres" ródio, rutênio, paládio; e platina, irídio e ósmio foram agrupados, [7] e adjacentes à prata e ao ouro.

Propriedades

Abundância dos elementos químicos na crosta terrestre em função do número atômico. Os elementos mais raros (mostrados em amarelo, incluindo os metais nobres) não são os mais pesados, mas sim os elementos siderófilos (que gostam de ferro) na classificação de elementos de Goldschmidt. Estes foram esgotados ao serem realocados mais profundamente no núcleo da Terra . Sua abundância em materiais meteoroides é relativamente maior. Telúrio e selênio foram esgotados da crosta devido à formação de hidretos voláteis.

Geoquímica

Os metais nobres são siderófilos (amantes de ferro). Eles tendem a afundar no núcleo da Terra porque se dissolvem facilmente em ferro, seja como soluções sólidas ou no estado fundido. A maioria dos elementos siderófilos praticamente não tem afinidade alguma com o oxigênio: de fato, os óxidos de ouro são termodinamicamente instáveis ​​em relação aos elementos.

Cobre, prata, ouro e os seis metais do grupo da platina são os únicos metais nativos que ocorrem naturalmente em quantidades relativamente grandes. [ citação necessária ]

Resistência à corrosão

Metais nobres tendem a ser resistentes à oxidação e outras formas de corrosão, e essa resistência à corrosão é frequentemente considerada uma característica definidora. Algumas exceções são descritas abaixo.

O cobre é dissolvido por ácido nítrico e cianeto de potássio aquoso .

O rutênio pode ser dissolvido em água régia , uma mistura altamente concentrada de ácido clorídrico e ácido nítrico , somente quando na presença de oxigênio, enquanto o ródio deve estar em uma forma finamente pulverizada. O paládio e a prata são solúveis em ácido nítrico , enquanto a solubilidade da prata na água régia é limitada pela formação de precipitado de cloreto de prata . [8]

O rênio reage com ácidos oxidantes e peróxido de hidrogênio , e é dito que é manchado pelo ar úmido. O ósmio e o irídio são quimicamente inertes em condições ambientais. [9] A platina e o ouro podem ser dissolvidos em água régia. [10] O mercúrio reage com ácidos oxidantes. [9]

Em 2010, pesquisadores dos EUA descobriram que uma "água régia" orgânica na forma de uma mistura de cloreto de tionila SOCl 2 e o solvente orgânico piridina C 5 H 5 N atingiu "altas taxas de dissolução de metais nobres em condições suaves, com o benefício adicional de ser ajustável a um metal específico", por exemplo, ouro, mas não paládio ou platina. [11]

Eletrônico

A expressão metal nobre é algumas vezes confinada ao cobre, prata e ouro, uma vez que suas subcamadas d completas podem contribuir para seu caráter nobre. [12] Também são conhecidas contribuições significativas da facilidade com que há sobreposição dos estados dos elétrons d com os orbitais de outros elementos, particularmente para o ouro. [13] Contribuições relativísticas também são importantes, [14] desempenhando um papel nas propriedades catalíticas do ouro. [15]

Os elementos à esquerda do ouro e da prata têm bandas d incompletamente preenchidas, o que se acredita desempenhar um papel em suas propriedades catalíticas. Uma explicação comum é o modelo de preenchimento de banda d de Hammer e Jens Nørskov , [16] [17] onde as bandas d totais são consideradas, não apenas os estados desocupados.

As propriedades dos plasmons de baixa energia também são de alguma importância, particularmente aquelas das nanopartículas de prata e ouro para espectroscopia Raman de superfície aprimorada , plasmons de superfície localizados e outras propriedades plasmônicas . [18] [19]

Eletroquímica

Potenciais de redução padrão em solução aquosa também são uma maneira útil de prever a química não aquosa dos metais envolvidos. Assim, metais com altos potenciais negativos, como sódio ou potássio, irão inflamar no ar, formando os respectivos óxidos. Esses incêndios não podem ser extintos com água, que também reage com os metais envolvidos para dar hidrogênio, que é explosivo. Metais nobres, em contraste, não são inclinados a reagir com oxigênio e, por essa razão (assim como sua escassez) têm sido valorizados por milênios e usados ​​em joias e moedas. [20]

Propriedades eletroquímicas de alguns metais e metaloides
Elemento Z G P Reação PRV(V) PT EA
Ouro 79 11 6 Ou3+
+ 3 e → Au
1.5 2,54 223
Platina 78 10 6 Pt2+
+ 2 e → Pt
1.2 2.28 205
Irídio 77 9 6 Ir3+
+ 3 e → Ir
1.16 2.2 151
Paládio 46 10 5 Pd2+
+ 2 e → Pd
0,915 2.2 54
Ósmio 76 8 6 OsO
2
+ 4  H+
+ 4 e → Os + 2  H
2
O
0,85 2.2 104
Mercúrio 80 12 6 Hg2+
+ 2 e → Hg
0,85 2.0 -50
Ródio 45 9 5 Direito3+
+ 3 e → Rh
0,8 2.28 110
Prata 47 11 5 Ag+
+ e → Ag
0,7993 1,93 126
Rutênio 44 8 5 Russo3+
+ 3 e → Ru
0,6 2.2 101
Polônio 84 16 6 2+
+ 2 e → Po
0,6 2.0 136
Água H
2
O
+ 4 e + O
2
→ 4 OH
0,4
Cobre 29 11 4 Com2+
+ 2 e → Cu
0,339 2.0 119
Bismuto 83 15 6 Bi3+
+ 3 e → Bi
0,308 2.02 91
Tecnécio 43 7 6 TcO
2
+ 4  H+
+ 4 e → Tc + 2  H
2
O
0,28 1.9 53
Rênio 75 7 6 ReO
2
+ 4  H+
+ 4 e → Re + 2  H
2
O
0,251 1.9 6
Arsênico MD 33 15 4 Como
4
O
6
+ 12  H+
+ 12 e → 4 As + 6  H
2
O
0,24 2.18 78
Antimônio MD 51 15 5 Sb
2
O
3
+ 6  H+
+ 6 e → 2 Sb + 3  H
2
O
0,147 2.05 101
Número atômico Z ; Grupo G ; Período P ; Potencial de redução padrão SRP ; Eletronegatividade EN ; Afinidade eletrônica EA
✣ tradicionalmente reconhecido como um metal nobre; metalóide MD ; ☢ radioativo

A tabela adjacente lista o potencial de redução padrão em volts; [21] eletronegatividade (Pauling revisado); e valores de afinidade eletrônica (kJ/mol), para alguns metais e metaloides.

As entradas simplificadas na coluna de reação podem ser lidas em detalhes nos diagramas de Pourbaix do elemento considerado na água. Metais nobres têm grandes potenciais positivos; [22] elementos que não estão nesta tabela têm um potencial padrão negativo ou não são metais.

A eletronegatividade é incluída porque é considerada "um importante impulsionador da nobreza e reatividade do metal". [3]

A mancha preta comumente vista na prata surge de sua sensibilidade a gases que contêm enxofre, como o sulfeto de hidrogênio :

2 Ag + H 2 S + 1/2 O 2 → Ag 2 S + H 2 O.

Rayner-Canham [4] afirma que "a prata é muito mais reativa quimicamente e tem uma química tão diferente que não deve ser considerada um 'metal nobre'". Na odontologia , a prata não é considerada um metal nobre devido à sua tendência à corrosão no ambiente oral. [23]

A relevância da entrada para água é abordada por Li et al. [24] no contexto da corrosão galvânica. Tal processo só ocorrerá quando:

"(1) dois metais que têm potenciais eletroquímicos diferentes estão...conectados, (2) existe uma fase aquosa com eletrólito, e (3) um dos dois metais tem...potencial menor que o potencial da reação ( H
2
O
+ 4e + O
2
= 4 OH ) que é 0,4 V...O...metal com...um potencial menor que 0,4 V atua como um ânodo...perde elétrons...e se dissolve no meio aquoso. O metal nobre (com maior potencial eletroquímico) atua como um cátodo e, sob muitas condições, a reação neste eletrodo é geralmente H
2
O
− 4 e O
2
= 4 OH )."

Espera-se que os elementos superpesados , do hássio (elemento 108) ao livermório (116) inclusive, sejam "metais parcialmente muito nobres"; investigações químicas do hássio estabeleceram que ele se comporta como seu congênere mais leve, o ósmio, e investigações preliminares do niônio e do fleróvio sugeriram, mas não estabeleceram definitivamente, um comportamento nobre. [25] O comportamento do Copérnico parece assemelhar-se parcialmente ao seu congênere mais leve, o mercúrio, e ao gás nobre radônio . [26]

Óxidos

Pontos de fusão do óxido, °C
Elemento EU II III 4 VI VII VIII
Cobre 1232 1326
Rutênio d1300 25
Ródio d1100 d1050
Paládio d750 [n 1]
Prata d200 d100 [n 2]
Rênio d1000 d400 327
Ósmio d500 40
Irídio d1100
Platina 450
Ouro d150
Mercúrio d500
Estrôncio‡ 2430
Molibdênio‡ 801
Antimônio MD 655
Lantânio‡ 2320
Bismuto‡ 817
d = decompõe-se; ‡ = não é um metal nobre; MD = metalóide

Já em 1890, Hiorns observou o seguinte:

" Metais nobres. Ouro, platina, prata e alguns metais raros. Os membros desta classe têm pouca ou nenhuma tendência a se unir ao oxigênio no estado livre e, quando colocados em água em fogo vermelho, não alteram sua composição. Os óxidos são facilmente decompostos pelo calor em consequência da fraca afinidade entre o metal e o oxigênio." [27]

Smith, escrevendo em 1946, continuou o tema:

"Não existe uma linha divisória nítida [entre 'metais nobres' e 'metais básicos'], mas talvez a melhor definição de um metal nobre seja um metal cujo óxido é facilmente decomposto a uma temperatura abaixo do vermelho." [n 3] [29]
"Segue-se então que metais nobres...têm pouca atração por oxigênio e, consequentemente, não são oxidados nem descoloridos em temperaturas moderadas."

Essa nobreza está principalmente associada aos valores relativamente altos de eletronegatividade dos metais nobres, resultando em ligações covalentes fracamente polares com o oxigênio. [3] A tabela lista os pontos de fusão dos óxidos dos metais nobres e, para alguns dos metais não nobres, para os elementos em seus estados de oxidação mais estáveis.

Propriedades catalíticas

Todos os metais nobres podem atuar como catalisadores. Por exemplo, a platina é usada em conversores catalíticos , dispositivos que convertem gases tóxicos produzidos em motores de automóveis, como os óxidos de nitrogênio, em substâncias não poluentes. [ citação necessária ]

O ouro tem muitas aplicações industriais; é usado como catalisador na hidrogenação e na reação de deslocamento do gás da água . [ citação necessária ]

Veja também

Notas

  1. ^ O óxido de paládio PdO pode ser reduzido ao metal paládio expondo-o ao hidrogênio em condições ambientais [10]
  2. ^ Ag 4 O 4 é um composto de prata em estado de oxidação misto nos estados de oxidação 1 e 3.
  3. ^ O calor vermelho incipiente corresponde a 525 °C [28]

Referências

  1. ^ Balcerzak, M (2021). "Metais nobres, química analítica de". Enciclopédia de química analítica: aplicações, teoria e instrumentação . Biblioteca on-line Wiley. pp. 1–36. doi :10.1002/9780470027318.a2411.pub3. ISBN 9780471976707.
  2. ^ Schlamp, G (2018). "Metais nobres e ligas de metais nobres". Em Warlimont, H; Martienssen, W (eds.). Springer Handbook of Materials Data . Manuais Springer. Cham: Springer. pp. 339–412. doi :10.1007/978-3-319-69743-7_14. ISBN 978-3-319-69741-3.
  3. ^ abc Kepp, KP (2020). "Causas químicas da nobreza" (PDF) . ChemPhysChem . 21 (5): 360–369. doi :10.1002/cphc.202000013. PMID  31912974. S2CID  210087180.
  4. ^ ab Rayner-Canham, G (2018). "Organizando os metais de transição". Em Scerri, E; Restrepo, G (eds.). Mendeleev para Oganesson: Uma perspectiva multidisciplinar sobre a tabela periódica . Universidade de Oxford. pp. 195–205. ISBN 978-0-190-668532.
  5. ^ Everett Collier, "Guia do proprietário do barco para corrosão", International Marine Publishing, 2001, p. 21
  6. ^ "a definição de metal nobre". Dictionary.com . Recuperado em 6 de abril de 2018 .
  7. ^ Constable EC 2019, "Evolução e compreensão dos elementos do bloco d na tabela periódica", Dalton Transactions, vol. 48, no. 26, pp. 9408-9421 doi :10.1039/C9DT00765B
  8. ^ W. Xing, M. Lee, Geosys. Eng. 20, 216, 2017
  9. ^ ab Parish RV 1977, Os elementos metálicos, Longman, Londres, p. 53, 115
  10. ^ ab A. Holleman, N. Wiberg, "Química Inorgânica", Academic Press, 2001
  11. ^ Urquhart J 2010, "Desafiando o trono da água régia", Chemistry World, 24 de setembro
  12. ^ Ruban, A; Hammer, B; Stoltze, P; Skriver, HL; Nørskov, JK (1997). "Estrutura eletrônica de superfície e reatividade de metais de transição e nobres1Comunicação apresentada no Primeiro Colóquio Francqui, Bruxelas, 19–20 de fevereiro de 1996.1". Journal of Molecular Catalysis A: Chemical . 115 (3): 421–429. doi :10.1016/S1381-1169(96)00348-2.
  13. ^ Hammer, B.; Norskov, JK (1995). "Por que o ouro é o mais nobre de todos os metais". Natureza . 376 (6537): 238–240. Bibcode :1995Natur.376..238H. doi :10.1038/376238a0. ISSN  0028-0836.
  14. ^ Bartlett, Neil (1998). "Efeitos relativísticos e a química do ouro". Boletim de Ouro . 31 (1): 22–25. doi :10.1007/BF03215471. ISSN  0017-1557.
  15. ^ Gorin, David J.; Toste, F. Dean (22 de março de 2007). "Efeitos relativísticos na catálise homogênea de ouro". Natureza . 446 (7134): 395–403. Bibcode :2007Natur.446..395G. doi :10.1038/nature05592. ISSN  0028-0836. PMID  17377576.
  16. ^ Hammer, B.; Nørskov, JK (1995). "Fatores eletrônicos que determinam a reatividade de superfícies metálicas". Surface Science . 343 (3): 211–220. Bibcode :1995SurSc.343..211H. doi :10.1016/0039-6028(96)80007-0.
  17. ^ Greeley, Jeff; Nørskov, Jens K.; Mavrikakis, Manos (2002). "Estrutura eletrônica e catálise em superfícies metálicas". Revisão anual de química física . 53 (1): 319–348. Bibcode : 2002ARPC... 53.. 319G. doi : 10.1146/annurev.physchem.53.100301.131630. ISSN  0066-426X. PMID  11972011.
  18. ^ Garcia, MA (2011). "Plasmons de superfície em nanopartículas metálicas: fundamentos e aplicações". Journal of Physics D: Applied Physics . 44 (28): 283001. Bibcode :2011JPhD...44B3001G. doi :10.1088/0022-3727/44/28/283001.
  19. ^ Zhang, Junxi; Zhang, Lide; Xu, Wei (21 de março de 2012). "Polaritons de plasmons de superfície: física e aplicações". Journal of Physics D: Applied Physics . 45 (11): 113001. Bibcode :2012JPhD...45k3001Z. doi :10.1088/0022-3727/45/11/113001. ISSN  0022-3727.
  20. ^ G. Wulfsberg 2000, "Química Inorgânica", University Science Books, Sausalito, CA, pp. 270, 937.
  21. ^ G. Wulfsberg, "Química Inorgânica", University Science Books, 2000, pp. 247–249 ✦ Bratsch SG, "Potenciais de eletrodos padrão e coeficientes de temperatura em água a 298,15 K", Journal of Physical Chemical Reference Data, vol. 18, nº 1, 1989, pp. 1–21 ✦ B. Douglas, D. McDaniel, J. Alexander, "Conceitos e modelos de química inorgânica", John Wiley & Sons, 1994, p. E-3
  22. ^ Ahmad, Z (2006). Princípios de engenharia de corrosão e controle de corrosão . Amsterdã: Elsevier. p. 40. ISBN 9780080480336.
  23. ^ Powers, JM; Wataha, JE (2013). Materiais dentários: Propriedades e manipulação (10ª ed.). St Louis: Elsevier Health Sciences. pág. 134. ISBN  9780323291507.
  24. ^ Li, Y; Lu, D; Wong, CP (2010). Adesivos condutores elétricos com nanotecnologias . Nova York: Springer. p. 179. ISBN 978-0-387-88782-1.
  25. ^ Nagame, Yuichiro; Kratz, Jens Volker; Matthias, Schädel (dezembro de 2015). “Estudos químicos de elementos com Z ≥ 104 em fase líquida”. Física Nuclear A. 944 : 614–639. Bibcode :2015NuPhA.944..614N. doi :10.1016/j.nuclphysa.2015.07.013.
  26. ^ Mewes, J.-M.; Smits, OR; Kresse, G.; Schwerdtfeger, P. (2019). "Copernicium é um líquido nobre relativístico". Angewandte Chemie Edição Internacional . 58 (50): 17964–17968. doi : 10.1002/anie.201906966 . PMC 6916354 . PMID31596013  . 
  27. ^ Hiorns AH 1890, Metais mistos ou ligas metálicas , p. 7
  28. ^ Hiorns RH 1890, Metais mistos ou ligas metálicas, MacMillian, Nova York, p. 5
  29. ^ Smith, JC (1946). A química e metalurgia dos materiais dentários . Oxford: Blackwell. pág. 40.

Leitura adicional

  • Balshaw L 2020, "Metais nobres dissolvidos sem água régia", Chemistry World, 1 de setembro
  • Beamish FE 2012, A química analítica dos metais nobres, Elsevier Science, Burlington
  • Brasser R, Mojzsis SJ 2017, "Um impacto colossal enriqueceu o manto de Marte com metais nobres", Geophys. Res. Lett., vol. 44, pp. 5978–5985, doi :10.1002/2017GL074002
  • Brooks RR (ed.) 1992, Metais nobres e sistemas biológicos: seu papel na medicina, exploração mineral e meio ambiente, CRC Press, Boca Raton
  • Brubaker PE, Moran JP, Bridbord K, Hueter FG 1975, "Metais nobres: uma avaliação toxicológica de potenciais novos contaminantes ambientais", Environmental Health Perspectives, vol. 10, pp. 39–56, doi :10.1289/ehp.751039
  • Du R et al. 2019, "Aerogéis emergentes de metais nobres: estado da arte e um olhar para o futuro", Matter, vol. 1, pp. 39–56
  • Hämäläinen J, Ritala M, Leskelä M 2013, "Deposição de camada atômica de metais nobres e seus óxidos", Química de Materiais, vol. 26, não. 786–801, doi :10.1021/cm402221
  • Kepp K 2020, "Causas químicas da nobreza dos metais", ChemPhysChem, vol. 21 no. 5. pp. 360−369, doi :10.1002/cphc.202000013
  • Lal H, Bhagat SN 1985, "Gradação do caráter metálico de metais nobres com base em propriedades termoelétricas", Indian Journal of Pure and Applied Physics, vol. 23, no. 11, pp. 551–554
  • Lyon SB 2010, "3.21 - Corrosão de metais nobres", em B Cottis et al. (eds.), Corrosão de Shreir, Elsevier, pp. 2205–2223, doi :10.1016/B978-044452787-5.00109-8
  • Medici S, Peana MF, Zoroddu MA 2018, "Metais nobres em produtos farmacêuticos: aplicações e limitações", em M Rai M, Ingle, S Medici (eds.), Aplicações biomédicas de metais, Springer, doi :10.1007/978-3-319-74814-6_1
  • Pan S et al. 2019, "União forte nobre-nobre: ​​ouro no seu melhor para fazer uma ligação com um átomo de gás nobre", ChemistryOpen, vol. 8, p. 173, doi :10.1002/open.201800257
  • Russel A 1931, "Deposição simples de metais reativos em metais nobres", Nature, vol. 127, pp. 273–274, doi :10.1038/127273b0
  • St. John J et al. 1984, Metais nobres, Time-Life Books, Alexandria, VA
  • Wang H 2017, "Capítulo 9 - Metais nobres", em LY Jiang, N Li (eds.), Separações baseadas em membrana em metalurgia, Elsevier, pp. 249–272, doi :10.1016/B978-0-12-803410-1.00009-8
  • Metal nobre – química Encyclopædia Britannica, edição online
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