آشنایی با فلزات نجیب و کاربردهای ویژه آنها

فلزات نجیب زیرمجموعه فلزات هستند و معروف ترین آنها شامل طلا ، نقره و پلاتین می باشد. این فلزات در برابر اکسیداسیون و خوردگی مقاومت می کند و برای استفاده در جواهرات ، ضرب سکه ، الکترونیک ، دارو و شیمی به عنوان کاتالیزور ارزش گذاری می شوند.

فلزات نجیب عناصر فلزی هستند که حتی در دماهای بالا مقاومت برجسته ای در برابر حمله شیمیایی نشان می دهند. آنها به دلیل خاصیت کاتالیزوری و ظرفیت مرتبط برای تسهیل یا کنترل میزان واکنشهای شیمیایی مشهور هستند. لیست کوتاه فلزات نجیب شامل روتنیم (Ru) ، رودیم (Rh) ، پالادیوم (Pd) ، اوزیم (Os) ، ایریدیم (Ir) ، پلاتین (Pt) و طلا (Au) است. لیست های فراگیرتر مس ، نقره ، رنیوم و جیوه را نیز شامل می شود. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می شود.

فلزات نجیب در جدول تناوبی

فلزات نجیب در جدول تناوبی شامل گروه پلاتین هستند که با نام PGMs شناخته می ‌شوند. اعضاء این گروه شامل شش فلز روتنیم، اسمیم، رودیم، ایریدیوم، پالادیوم و پلاتین هستند. این فلزات، همگی در جزء دسته d و فلزات واسطه طبقه بندی می شوند و گروه‌های ۸،۹،۱۰ و تناوب‌ پنج و شش جدول تناوبی را به خود اختصاص داده اند.

گروه فلزات نجیب کدامند؟

فلزات نجیب گروهی از فلزات هستند که در برابر اکسیداسیون و خوردگی در هوای مرطوب مقاومت می کنند. اسیدها به راحتی به فلزات نجیب حمله نمی کنند. آنها برعکس فلزات پایه هستند که به راحتی اکسید شده و از بین می روند. بیش از یک لیست از فلزات نجیب وجود دارد. فلزات زیر فلزات نجیب محسوب می شوند

• روتنیم
• رودیم
• پالادیوم
• نقره
• اسمیوم
• ایریدیوم
• پلاتین
• طلا

گاهی اوقات جیوه به عنوان فلز نجیب ذکر می شود. لیست های دیگر شامل رنیوم به عنوان فلز نجیب شناخته می شود. عجیب اینکه همه فلزات مقاوم در برابر خوردگی جز فلزات نجیب محسوب نمی شوند. به عنوان مثال ، اگرچه تیتانیوم ، نیوبیوم و تانتالیم در برابر خوردگی بسیار مقاوم هستند  اما فلز نجیب نیستند.

خواص فیزیکی و شیمیایی فلزات نجیب

ژئوشیمیایی

فلزات نجیب ، سیدروفیل (آهن دوست) هستند. آنها تمایل دارند در هسته زمین فرو روند زیرا به راحتی به عنوان محلول های جامد یا در حالت مذاب در آهن حل می شوند. اکثر عناصر سیدروفیل عملاً هیچ علاقه ای به اکسیژن ندارند. در واقع ، اکسیدهای طلا نسبت به عناصر از نظر ترمودینامیکی ناپایدار هستند. مس ، نقره ، طلا و شش فلز گروه پلاتین تنها فلزات بومی هستند که به طور طبیعی در مقادیر نسبتاً زیادی وجود دارند.

مقاومت در برابر خوردگی

مس توسط اسید نیتریک و سیانور پتاسیم آبی حل می شود. روتنیوم فقط در آکوا ریجیا ، مخلوطی کاملاً غلیظ از اسید کلریدریک و اسید نیتریک قابل حل است. پالادیوم و نقره در اسید نیتریک محلول هستند ولی حل شدن نقره توسط تشکیل رسوب کلرید نقره محدود می شود.

رنیوم با اسیدهای اکسید کننده و پراکسید هیدروژن واکنش می دهد و گفته می شود در معرض رطوبت هوا لکه دار می شود. اوسمیوم و ایریدیم از نظر شیمیایی در شرایط محیطی بی اثر هستند. پلاتین و طلا می توانند در آکوا ریجا حل شوند و جیوه با اسیدهای اکسید کننده واکنش می دهد.

در سال ۲۰۱۰ ، محققان آمریکایی کشف کردند که یک “aqua regia” ارگانیک به شکل مخلوطی از تیونیل کلرید SOCl2 و حلال آلی پیریدین C5H5N با نرخ بالا  فلزات نجیب را در شرایط ملایم حل می کند.

ویژگی الکترونیکی

در فیزیک ،عبارت “فلز نجیب” گاهی اوقات به مس ، نقره و طلا محدود می شود. در مقابل ، سایر فلزات نجیب ، به ویژه فلزات گروه پلاتین ، دارای کاربردهای کاتالیزوری قابل توجهی هستند که ناشی از لایه  d نیمه پر آنها هستند.

تفاوت در واکنش پذیری را می توان هنگام آماده سازی سطوح تمیز فلزی در خلا بسیار بالا مشاهده کرد: سطوح فلزات نجیب به راحتی تمیز شده و برای مدت طولانی تمیز باقی می مانند، در حالی که سطح پلاتین یا پالادیوم خیلی سریع توسط مونوکسید کربن پوشانده می شود.

ویژگی الکتروشیمیایی

پتانسیل کاهش استاندارد در محلول آبی نیز روش مفیدی برای پیش بینی شیمی غیرآبی فلزات است. بنابراین ، فلزات با پتانسیل منفی بالا ، مانند سدیم یا پتاسیم ، در هوا مشتعل می شوند و اکسیدهای مربوطه را تشکیل می دهند. این آتش سوزی ها با آب خاموش نمی شوند ، همچنین با فلزات درگیر واکنش نشان می دهند و هیدروژن تولید می کنند که خود ماده ای منفجره است.

در مقابل ، فلزات نجیب تمایل به واکنش با اکسیژن ندارند و به همین دلیل هزاران سال است که ارزش گذاری شده و در جواهرات و سکه ها مورد استفاده قرار می گیرند.

الکترونگاتیوی عامل اصلی تعیین نجیب بودن و واکنش پذیری فلز است. با توجه به مقادیر بالای الکترونگاتیوی ، ترکیب فلز نجیب در فرایند فوتولیز الکتروشیمیایی در میان سایر موارد می تواند اثر فتواکتیویته را افزایش دهد.

اکسیدها

فلزات نجیب ،  طلا ، پلاتین ، نقره ، و چند فلز نادر دیگر در حالت آزاد تمایل کمی به اکسیژن دارند و یا اصلاً تمایلی ندارند و قرار گرفتن در آب یا حرارت قرمز ترکیب آنها را تغییر نمی دهد. اکسیدها در اثر گرایش ضعیف بین فلز و اکسیژن به راحتی توسط گرما تجزیه می شوند.

چنین رفتاری عمدتاً با مقادیر الکترونگاتیوی نسبتاً بالای فلزات نجیب مرتبط است و در نتیجه فقط پیوند کووالانسی قطبی ضعیف با اکسیژن ایجاد می شود.

موارد کاربرد فلزات نجیب

به طور کلی ، از فلزات نجیب در جواهرات ، ضرب سکه ها ، کاربردهای الکتریکی ، ساختن پوشش های محافظ و کاتالیزورها استفاده می شود. کاربرد دقیق فلزات از یک عنصر به عنصر دیگر متفاوت است. در بیشتر موارد این فلزات گران هستند ، بنابراین ممکن است آنها را به دلیل ارزش شان “نجیب” بدانید.

پلاتین ، طلا ، نقره و پالادیوم: این فلزات شمش هستند و برای ساخت سکه و جواهرات استفاده می شود. این عناصر در پزشکی نیز مورد استفاده قرار می گیرند ، به ویژه نقره که ضد باکتری است. از آنجا که این فلزات رساناهای عالی هستند ، ممکن است از آنها برای اتصال و الکترود استفاده شود. پلاتین یک کاتالیزور عالی است. پالادیوم در دندانپزشکی ، تولید ساعت ، شمعک خودرو ، ابزار جراحی و به عنوان کاتالیزور استفاده می شود.

رودیم: رودیم ممکن است بر روی پلاتین ، نقره استرلینگ و طلای سفید آبکاری شود تا باعث درخشش و محافظت شود. این فلز به عنوان کاتالیزور در صنایع خودرو سازی و شیمیایی استفاده می شود. این فلز برای اتصالات الکتریکی عالی است و می تواند در ردیاب های نوترونی مورد استفاده قرار گیرد.

روتنیوم: روتنیم برای تقویت آلیاژهای دیگر به خصوص آنهایی که سایر فلزات نجیب را درگیر می کنند استفاده می شود. این فلز برای ساختن نوک خودنویس ، تماس های الکتریکی و به عنوان  کاتالیزور استفاده می شود.

ایریدیم: از ایریدیوم به روشهای مشابه روتنیوم استفاده می شود ، زیرا هر دو فلز سخت هستند. از ایریدیوم در شمع ها ، الکترودها ، بوته های آهنگری و نوک قلم خطاطی استفاده می شود. این فلز برای ساخت قطعات ظریف دستگاه ها ارزش زیادی دارد و یک کاتالیزور عالی است.