此条目的主題是耐腐蝕且稀有的穩定金屬。关于具有高經濟價值及較強保值能力,被國際認可為
期貨 等
衍生性金融商品 之交易對象的金屬,請見「
貴重金屬 」。
貴金屬,以及被視為準貴金屬的錸 、銅 和汞 之單質 。排序按照它們在元素週期表的位置。
貴金屬 (英語:Noble metal ),又称惰性金属 ,是一類活性 較低,室溫下抗氧化 和耐腐蚀 能力极强的金属 ,在自然界中通常能以游離態 穩定存在(稱自然金屬 ),且在地壳 中含量稀少。一般認定的貴金屬包括金 、銀 和六個鉑族元素 :釕 、銠 、鈀 、鋨 、銥 和鉑 ,其中金、銀、鉑、鈀又被稱為貴重金屬 (英語:Precious metal ,中文亦常譯作貴金屬),在國際上被認可為期貨 、期權 及ETF 的交易資產,各有其專屬的ISO 4217 貨幣代碼。此外,有些學者把錸 、銅 和汞 等也算作貴金属的一員。另一方面,並非所有耐腐蝕金屬都被認為是貴金屬。例如鈦 、鋯 、鉿 、鈮 和鉭 等雖然都具有極佳的耐腐蝕能力,但它們並未被歸類為貴金屬。[ 1]
貴金属不和常見的酸起反应,但有些貴金属如鈀、銀、鉑、金等会溶于王水 。按標準電極電勢 排列,貴金属排列靠前,說明抵抗腐蚀能力较强。从原子结构來看,貴金属原子的外层电子数基本饱和,所以不易和其他元素化合,但铂有d軌域 电子层 跨越费米能级 ,因此会有不稳定的化学反应,可以作为催化剂 使用。用超真空清洗貴金属会发现很容易清洗干净,并能长期保持清洁,但例如铂清洗后会立即吸附一层一氧化碳 。
定義
元素週期表 中貴金屬元素的位置: 7 總是被視為貴金屬:釕 (Ru)、銠 (Rh)、鈀 (Pd)、鋨 (Os)、銥 (Ir)、鉑 (Pt)、金 (Au)[ 2] 1 通常被當作貴金屬:銀 (Ag)[ 3] 3 有時被歸為貴金屬:錸 (Re)、銅 (Cu)、汞 (Hg)[ 4] 5 在某些條件下符合貴金屬的定義:鎝 (Tc)、砷 (As)、銻 (Sb)、鉍 (Bi)、釙 (Po) 「貴金屬」最普遍的定義範疇即是表中黑框 內的八個元素,其中銀 由於反應性 相對較高而有時不被認為是貴金屬。[ 5] 註: 標有*的元素表示其可能會在潮濕空氣中失去光澤或被含氧 和氧化劑 的酸性 溶液腐蝕 標有†的元素表示其會被硫 或硫化氫 腐蝕 標有§的元素表示其會被自身釋放的游離輻射 產生的臭氧 所腐蝕
雖然不同文獻中所定義的貴金屬種類可能不盡相同,但往往包括金 和六種鉑族金屬 (釕 、銠 、鈀 、鋨 、銥 、鉑 )[ 2] ,而其他候選元素在週期表 中也大多處在與標準貴金屬鄰近的位置。由於銀 、銅 和汞 的化學活潑性較低,而錸 在地殼中的稀有程度和黃金及鉑族金屬相當,故它們有時亦被列為貴金屬[ 4] ,但它們在自然界中大多以與硫 等元素結合的化合態存在,而較少以游離態 的單質 存在,且銅在地殼中的豐度頗高。
在個別的學術及產業領域中,被視為貴金屬的元素數量可能更少或更多。在物理學中,“noble metal”一詞通常僅專指11族 的銅、銀和金三個元素[ 6] [ 7] ,因為它們的原子的d軌域 全滿而較為「惰性」,而其他貴金屬(尤其是鉑族金屬)則因d軌域非全滿而具有顯著的催化 性能。在牙科 領域,銀通常不被視為貴金屬,因為它在口腔 環境中會被腐蝕。[ 8] 在化學中,noble metal一詞有時更廣泛地被用於指稱任何不與弱酸反應並釋放氫氣 的金屬或類金屬 元素,此時其定義範圍將擴大至鎝 、錸、銅、汞、砷 、銻 、鉍 和釙 ,以及前述的金、銀和鉑族金屬,儘管屬於類金屬的砷、銻和具有放射性 的鎝、釙極少被視為貴金屬。
科學家根據計算出的屬性預測原子序 介於108(𨭆 )至116(鉝 )的超重元素 可能具有一些非常「貴金屬性」的特質。當前的實驗結果已證明𨭆表現出的化學性質與其較輕的同族元素 鋨 相似,而在針對鎶 和鈇 的初步化學實驗中它們也表現出部分較為惰性的化學性質,其中鎶的一些屬性似乎類似於其較輕同族元素汞 。[ 9] [ 10] 然而,由於這些人造元素 放射性極強、原子核 極為不穩定,它們幾乎從來都不被納入貴金屬的範疇中。
特性
地球化學性質
地球的上層大陸地殼 中元素的相對豐度 。可以發現豐度最低的元素主要為親鐵的貴金屬(圖中符號為紫色者即為貴金屬元素),它們大多隨著鐵 和鎳 沉降到地核 深處,從而在地殼中極端稀有。至於碲 和硒 由於容易形成揮發性氫化物 並逸散到太空中,因此在地殼中的稀有度可媲美貴金屬。
貴金屬中除銀 之外皆為高度親鐵 的元素[ 7] ,它們在地球 形成之初大多以固溶體 或熔融態的形式溶解在鐵 中,並和鐵、鎳 等沉入地核 ,因此在地殼 中含量極端稀少,它們在含有大量鐵和鎳的流星體 中的豐度反而相對較高(銥 是最著名的例子)。[ 11] 大多數親鐵元素對氧 的親和性 較低,其中金的氧化物 甚至在熱力學 上是不穩定的。
由於具有較低的化學活性 ,銅 、銀 、金 和六種鉑族金屬 是少數在自然界中大量存在的自然金屬 。[來源請求]
耐腐蝕性
和其他金屬元素相比,貴金屬單質的反應性較低,不易被多數酸或鹼侵蝕。而其他耐腐蝕金屬如鈦 、鋯 、鉿 、鈮 和鉭 等大多是靠表面鈍化 形成的緻密氧化膜來抵禦腐蝕,本身其實是相當活潑的金屬。
釕不溶於王水 (濃鹽酸 和濃硝酸 的混合物 )和其他酸,在無氧環境下也很耐鹼,但會和有氧化劑共存的鹼反應。銠不溶於硝酸等酸類,塊狀時不受王水侵蝕,一定要在細粉末狀態下,才能與王水發生反應。鈀是鉑族中最具化學活性的元素,可溶於熱濃硝酸、熱濃硫酸 和含氧化劑 的鹽酸等。銀不和高溫下的碱性氫氧化物反應,但可溶於硝酸和熱濃硫酸等。[ 7] [ 12]
錸在反應性上缺乏貴金屬性質,雖然不受單一氫鹵酸侵蝕,但若和氧化劑共存則會迅速反應,錸也易溶於硝酸、雙氧水 和溴水 等。鋨在常溫下不易被王水等酸類侵蝕,但可溶於熱濃硫酸和熱濃硝酸。銥在環境條件下呈化學惰性 ,不被王水等酸類及氫氧化鹼侵蝕。[ 13] 鉑不溶於單一酸,但易溶於王水和有氧化劑共存的鹽酸等。金不與單獨的氫鹵酸、硫酸、硝酸等酸反應,也不溶於無氧化劑共存的鹼,但可溶於王水和硒酸 等。[ 7] [ 14]
催化性能
貴金屬元素對許多化學反應具有高度的催化活性和高選擇性,因此工業上的氫化 、脫氫 、異構化 、環化 、聚合 、氧化 等反應中廣泛使用貴金屬作為催化劑 。[ 7] 此外汽車 的催化轉換器 中使用鉑、鈀和銠作為催化劑,可將汽車引擎產生的有害廢氣(如碳氫化合物 、氮氧化物 、一氧化碳 等)轉化為對人體無害的氣體(如氮氣 、氧氣 、二氧化碳 和水 等)。[ 15]
另見
參考文獻
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外部链接