المعادن النبيلة (Noble Metals) وخصائصها

المعادن النبيلة

المقدمة

في الكيمياء المعادن النبيلة هي معادن مقاومة للتآكل والأكسدة خاصة في الطقس الرطب. ما سنتطرق إليه في هذا المقال هو قائمة بالمعادن النبيلة وفحص الاستخدامات المختلفة للمعادن الثمانية النبيلة ومخاطرها البيئية.

في القائمة أدناه يتم إعطاء أسماء جميع المعادن النبيلة وكما ذكر أعلاه من بين خصائص هذه المعادن يجب اعتبارها مقاومة للأكسدة والتآكل. فيما يلي قائمة بثمانية معادن نبيلة:

  • الروثينيوم (Ru)
  • الروديوم (Rh)
  • البلاديوم (PD)
  • الفضة (Ag)
  • أوسيم (Os)
  • إيريديوم (Ir)
  • البلاتين (Pt)
  • الذهب (Au)

بالطبع في بعض الحالات تعتبر عناصر مثل الزئبق والنحاس والرينيوم  (Rhenium)  أيضًا من المعادن النبيلة. على الرغم من أن المعادن مثل التيتانيوم والنيوبيوم والتنتالوم تتمتع بمقاومة عالية للتآكل إلا أنه لا يتم التعرف عليها على أنها معادن نبيلة.

المعادن النبيلة

المعادن النبيلة والمعادن النفيسة

على الرغم من أن المعادن النبيلة تعتبر معادن ثمينة بسبب قلة وفرتها في قشرة الأرض واستخدامها في هندسة المواد والتقنيات المتقدمة والمجوهرات والهياكل الفنية فإن مصطلح “المعادن النبيلة” يشير إلى “المعادن الثمينة” (Precious Metals). مختلف. تم استخدام كلمة المعادن النبيلة منذ القرن الرابع عشر واستخدمت في سياقات مختلفة ومعاني مختلفة. لا يمكن العثور على التعريف الدقيق والصارم للمعادن النبيلة إلا في الفيزياء الذرية والتي تحتوي فقط على العناصر الثلاثة: النحاس والفضة والذهب لأنها تحتوي جميعها على ركيزة مملوءة بـ d (ممتلئة بالكامل). لهذا السبب يمكن العثور على قوائم مختلفة من المعادن النبيلة في مصادر مختلفة.

استخدام كلمة نبيلة في الكيمياء

في كثير من الحالات تستخدم كلمة نبيلة غير الشروط المذكورة. على سبيل المثال تتضمن “السلسلة الجلفانية” قائمة المعادن من النبيلة إلى النشطة التي تُستخدم للتنبؤ بكيفية تفاعل المواد في البيئة والنشاط النسبي للمعادن. في هذه الحالة يكون الجرافيت أكثر نبلاً من الفضة.

فيزياء المعادن النبيلة

في الفيزياء كما ذكرنا هناك تعريف صارم للمعادن النبيلة. في هذا التعريف يتم ملء الركيزة أو النطاق d للهيكل الإلكتروني بالكامل. من وجهة النظر هذه تُعرف المعادن الثمينة فقط بالنحاس والفضة والذهب.

المعادن النبيلة في الجدول الدوري

بعد تقديم المعادن الثمانية النبيلة نعتزم مناقشة هذه المعادن وموقعها في الجدول الدوري وخاصة مجموعة البلاتين.

المجموعة البلاتينية

تشمل معادن البلاتين المعروفة باسم PGMs ستة معادن مثل الروثينيوم والأوزميوم والروديوم والإيريديوم والبلاديوم والبلاتين وكلها معادن نبيلة. هذه المعادن كلها في الفئة (d) ومعادن وسيطة وتشكل المجموعات 8 و 9 و 10 والدوريين الخامس والسادس من الجدول الدوري.

تاريخ المجموعة البلاتينية

عُرفت السبائك الغنية بالبلاتين والبلاتين منذ العصور القديمة. تم ذكره في النصوص العلمية لإيطاليا في القرن السادس عشر ووقت اكتشاف مناجم أمريكا الوسطى. الاسم البلاتيني له جذور إسبانية بمعنى “يحتوي على الفضة بشكل طفيف” ويشار إليه على أنه شوائب في مناجم الفضة.

معدن الروثیوم

انتاج المعادن بما في ذلك مجموعة البلاتين

يبدأ إنتاج معادن مجموعة البلاتين عادةً بإنتاج معادن أخرى بمزيج من عدة معادن. تتم تنقية هذه العملية بمساعدة بقايا الأنود في عملية إنتاج الذهب والنحاس والنيكل. تتطلب كل هذه العمليات الكثير من الطاقة مما يجذب انتباه علماء البيئة من وجهة نظر بيئية.

عادةً ما تستفيد طرق التنقية لهذه المعادن من الاختلافات في التفاعل وقابلية الذوبان للمركبات المعدنية المختلفة أثناء الاستخراج مما أدى في النهاية إلى تحسين طرق الاستخلاص بالمذيبات.

تبدأ العزلة بحل العينة. في حالة استخدام مذيب “أكوا ريجيا” (Aqua Regia)  يتم إنتاج معقدات الكلوريد. اعتمادًا على تفاصيل العملية يتم الحصول على معادن مجموعة البلاتين على أنها المركبات التالية.

\left ( NH_{4} \right )<em>{2}IrCl</em>{6}
\left ( NH_{4} \right )<em>{2}PtCl</em>{6}
PdCl_{2}\left ( NH_{3} \right )_{2}
O_{s}O_{4}
RuO_{4}
\left [ RhCl\left ( NH_{3} \right )<em>{5} \right ]Cl</em>{2}

البلاتین القابل للذوبان فی حمض الملکي

إنتاج المعادن في المفاعلات النووية

يمكن إنتاج كميات كبيرة من معادن البلاتين الأخف بما في ذلك الروثينيوم والروديوم والبلاديوم في المفاعلات النووية. نظرًا لارتفاع الطلب على هذا المعدن يُعرف إنتاجه بمساعدة المفاعلات النووية كمصدر بديل للإمداد. كما تم إجراء العديد من الدراسات حول استعادة الوقود النووي وإنتاج المعادن النبيلة من هذه المواد. توضح الصورة أدناه موقع مجموعة البلاتين والمعادن النبيلة الأخرى في الجدول الدوري.

المعادن النبيلة

المشاكل البيئية لمجموعة البلاتين

في الماضي كان يُعتقد أن المعادن النبيلة البلاتينية تشكل القليل من المخاطر البيئية مقارنة بخصائصها الخاصة وتقليل الانبعاثات من عوادم السيارات. على الرغم من كل فوائد استخدام معدن البلاتين يجب النظر في آثاره المدمرة في المستقبل. البلاتين على سبيل المثال معروف بأنه معدن غير نشط وغير حساس. لذلك فهي تعتبر مادة آمنة عندما تنبعث من عوادم السيارات على شكل أكاسيد ومعادن.

ومع ذلك فإن البلاتين قابل للذوبان في غبار الطريق ويتراكم في الكائنات الحية عند دخوله إلى مصادر المياه والمياه الجوفية. لم يتم النظر في هذه التأثيرات سابقًا بالنسبة للمعادن النبيلة لمجموعة البلاتين. بمرور الوقت تراكم هذه المعادن في البيئة أصبحت آثارها المدمرة أكثر وأكثر وضوحًا. بسبب الزيادة في السيارات ووجود هذه المعادن في محفزاتها هناك حاجة لمزيد من الدراسة في هذا الصدد.

تشمل الأخطار الأخرى للبلاتين التعرض لأملاح البلاتين المهلجنة. هذا يمكن أن يؤدي إلى حساسية الجلد والجهاز التنفسي. يمكن رؤية مثل هذه المخاطر في صناعة تصنيع المواد الحفازة وبين العاملين في هذه الصناعات. العمال الذين ابتعدوا عن هذه البيئات لم تظهر عليهم آثار طويلة المدى. ومع ذلك فإن التعرض المستمر لهذه المادة يمكن أن يكون ضارًا بالصحة.

أكاسيد

المعادن النبيلة والذهب والبلاتين والفضة وبعض المعادن النادرة الأخرى لديها ميل ضئيل أو معدوم للأكسجين في الحالة الحرة والتعرض للماء أو الحرارة الحمراء لا يغير تركيبها. تتحلل الأكاسيد بسهولة بالحرارة بسبب الميل الضعيف بين المعدن والأكسجين.

يرتبط هذا السلوك بشكل أساسي بقيم كهربية عالية نسبيًا للمعادن النبيلة مما ينتج عنه رابطة تساهمية قطبية ضعيفة مع الأكسجين.

تطبيق المعادن النبيلة

بشكل عام تُستخدم المعادن النبيلة في المجوهرات والعملات والأجهزة الكهربائية والطلاء الواقي وكمحفزات. يختلف الاستخدام الدقيق لهذه المعادن في كل عنصر. في معظم الحالات تكون هذه المعادن باهظة الثمن.

البلاتين والذهب والفضة والبلاديوم

يتم إنتاج هذه المعادن على شكل سبائك وتستخدم في صناعة المجوهرات والعملات المعدنية. تستخدم هذه المواد وخاصة الفضة أيضًا في الطب لأن لها خصائص مضادة للبكتيريا. بسبب التوصيل الكهربائي لهذه المعادن النبيلة يتم استخدامها لعمل وصلات وأقطاب كهربائية. كما يعتبر البلاتين من أفضل العوامل الحفازة. كما يستخدم البلاديوم في طب الأسنان والساعات وشمعات إشعال السيارات والمعدات الجراحية. بالإضافة إلى ذلك فإن استخدام هذا المعدن في التفاعلات التحفيزية شائع أيضًا.

روديم

لتعزيز بريق المعدن مطلي بالروديوم على البلاتين والفضة الإسترليني والذهب الأبيض. كما أنها تستخدم كعامل مساعد في الصناعات الكيميائية وصناعات السيارات. بالإضافة إلى ذلك تستخدم أجهزة الكشف عن النيوترونات هذا المعدن النبيل.

عینة 78غرام من الرودیوم

روتنیم

يستخدم الروثينيوم لتقوية السبائك الأخرى. تحتوي هذه السبائك عادة على معادن نبيلة أخرى. ويستخدم هذا المعدن كعامل مساعد وكذلك في عمل التوصيلات الكهربائية وطرف القلم.

إيريديوم

نظرًا لأن كل من الإيريديوم والروثينيوم يُعرفان بالمعادن الصلبة يتم أخذ نفس التطبيقات في الاعتبار لهذين المعدنين. يستخدم المعدن في شمعات الإشعال والأقطاب الكهربائية ومصانع الحدادة ونصائح الخط. بالإضافة إلى ذلك فهي عبارة عن محفزات ومواد مناسبة لصنع الأجزاء الحساسة.

منشور ذات صلة
سلوك الغازات 10 Minutes

سلوك الغازات| بلغة بسيطة

جاسم ناظري

أظهر قانون مجموعات الغازات أن ضغط الغاز يرتبط عكسيًا بالحجم ويرتبط مباشرة بدرجة الحرارة. أظهر قانون أفوجادرو أيضًا أن الحجم أو الضغط مرتبطان ارتباطًا مباشرًا بعدد مولات الغاز.

النظرية الذرية 8 Minutes

النظرية الذرية | شرح بسیط ومفهوم

جاسم ناظري

لم تكن نظرية دالتون الذرية صحيحة في جميع الحالات. تم رفض القانون الأول عندما نجح العلماء في تقسيم الذرة إلى أجزاء أصغر في عملية تسمى “الانشطار النووي”.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

السلة