Érmefémek (11. csoport) — meghatározás: réz, ezüst, arany és röntgenium
Érmefémek (11. csoport): réz, ezüst, arany és rövid életű röntgenium — átmeneti fémek, tulajdonságok, történet és felhasználás a periódusos rendszerben.
A 11. csoportba tartozó elem a periódusos rendszer 11. csoportjába (IUPAC stílusban) tartozó elemek sorába tartozó, átmeneti fémekből álló elem, amelyek a hagyományos ércfémek, a réz (Cu), az ezüst (Ag) és az arany (Au). A röntgenium (Rg) elektronkonfigurációja alapján ebbe az elemcsoportba tartozik, de 22,8 másodperces felezési idejével rövid életidejű transzaktinid, amelyet csak laboratóriumi körülmények között figyeltek meg. A hétköznapi beszédben gyakran használják az "ércfémek" elnevezést ezekre az elemekre, de a különböző kultúrák számos más fémet is használtak ércfémként, többek között az alumíniumot, az ólmot, a nikkelt, a rozsdamentes acélt és a cinket.
Tulajdonságok és elektronikus szerkezet
A 11. csoport elemeire jellemző általános elektronkonfiguráció a (n−1)d10 ns1, ami magyarázza, hogy ezek az elemek gyakran +1-es oxidációs állapotot vesznek fel. A telített d-alhéj és a lazán kötött ns elektron kombinációja különleges fizikai és kémiai tulajdonságokat eredményez: jó elektromos és hővezetők, lágy, képlékeny (kovácsolható, húzható) fémek, erős fémes fényű felülettel.
- Réz (Cu, Z=29): vöröses fém, kiváló elektromos vezető, széles körben használják elektromos vezetékekben, csövekben és ötvözetekben (pl. sárgaréz, bronz). Kémiailag reaktívabb, mint Ag és Au; gyakran előfordul kén-ércekben (pl. chalkopirit).
- Ezüst (Ag, Z=47): legjobb elektromos és hővezető a fémek között, fényes, fehér-szürke megjelenésű; fontos ékszer-, ipari és fotokémiai alkalmazásokban, valamint antibakteriális anyagként.
- Arany (Au, Z=79): sárga színű, nagyon ellenáll a korróziónak és oxidációnak, ezért régóta használják ékszerekhez, dísztárgyakhoz és pénzhelyettesítőként; jó vezető és fontos elektronikai alkatrész.
- Röntgenium (Rg, Z=111): mesterségesen előállított, rövid élettartamú transzurán; kémiai viselkedése a kísérleti adatok és elméleti modellek szerint hasonlíthat az aranyéhoz, de tulajdonságait csak néhány atomon keresztül sikerült vizsgálni.
Kémiai viselkedés és vegyületek
A csoport elemei leggyakrabban +1-es oxidációs állapotban fordulnak elő (Cu+, Ag+, Au+), de a réz esetében fontos a +2-es állapot (Cu2+), az arany pedig képes +3-as oxidációs állapotot is felvenni bizonyos komplexekben. Vegyületeik sok esetben koordinációs kémiai jellegűek: komplexeket képeznek ligandumokkal (pl. aminosavak, ammónia, halogenidek), és katalitikus szerepet tölthetnek be szerves átalakulásokban.
Előfordulás, előállítás és felhasználás
A réz, ezüst és arany előfordulhatnak szabad (natív) állapotban, illetve különféle ércásványokban. Bányászatuk és gazdasági előállításuk piro- és hidrometallurgiai módszerekkel történik, gyakori a gáztalanítás, pörkölés, olvasztás és elektrolitikus finomítás.
Fő felhasználási területek:
- elektromos és elektronikai ipar (réz és ezüst vezetékek, arany érintkezők),
- ékszerészet és befektetés (arany, ezüst),
- pénzverés és történelemileg érmék anyagai (innen ered az "ércfémek" elnevezés),
- ipari katalízis és kémiai precízió (arany- és ezüstkatalizátorok speciális reakciókban),
- antimikrobiális alkalmazások (ezüst és réz felületek, ionok).
Környezeti és egészségügyi megfontolások
A 11. csoport elemei közül a réz esszenciális nyomelem az élő szervezetek számára, de túladagolva toxikus lehet. Az ezüst ionok antimikrobiális hatásuk miatt hasznosak, de nagy mennyiségben az emberi bőr tartós elszíneződését (argyria) okozhatják. Az arany általában biológiailag inert; orvosi alkalmazásokban is használják (pl. fogászat, bizonyos gyógyszerformák). A bányászat és finomítás környezeti hatásai — talajerózió, vízszennyezés, veszteséges energiafelhasználás — miatt a fémek újrahasznosítása és környezetbarát előállítása kiemelt jelentőségű.
Rövid megjegyzés a röntgeniumról
A röntgenium egy mesterséges elem, amelyet nehéz ionok összeütköztetésével állítanak elő atomonként. Rövid felezési ideje és rendkívül alacsony előállíthatósága miatt sem ipari, sem gyakorlati alkalmazása nincs; kutatása elsősorban a nehéz elemek fizikájára és a relativisztikus kémiai jelenségekre irányul. Elméleti számítások szerint kémiai tulajdonságai hasonlíthatnak az aranyéhoz, de a relatívistikus hatások miatt bizonyos különbségek is előfordulhatnak.
Történelem
A csoport összes eleme, a röntgen kivételével, már az őskor óta ismert, mivel mindegyikük fémes formában fordul elő a természetben, és előállításukhoz nem kell kivonási metallurgiát alkalmazni.
Jellemzők
Más csoportokhoz hasonlóan ennek a családnak a tagjai is mintázatot mutatnak az elektronkonfigurációjukban, különösen a legkülső héjakban, ami a kémiai viselkedés tendenciáit eredményezi:
| Z | ||
| 29 | réz | 2, 8, 18, 1 |
| 47 | ezüst | 2, 8, 18, 18, 1 |
| 79 | arany | 2, 8, 18, 32, 18, 1 |
| 111 | röntgen | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 1 |
Ezek mind viszonylag inert, korrózióálló fémek. A réz és az arany színezett.
Ezeknek az elemeknek alacsony az elektromos ellenállása, ezért vezetékezéshez használják őket. A réz a legolcsóbb és a legszélesebb körben használt. Az integrált áramkörök kötőhuzalai általában aranyból készülnek. Ezüst és ezüstözött rézhuzalokat találunk néhány speciális alkalmazásban.
Alkalmazások
Ezek a fémek, különösen az ezüst, olyan szokatlan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek a monetáris vagy dekoratív értékükön kívül ipari alkalmazásokban is nélkülözhetetlenné teszik őket. Mindegyikük kiválóan vezeti az elektromosságot. A legjobban vezető fémek az ezüst, a réz és az arany, ebben a sorrendben. Az ezüst a leghővezetőbb és a leginkább fényvisszaverő elem is. Az ezüstnek az a szokatlan tulajdonsága is megvan, hogy az ezüstön képződő foltok még mindig nagyon jól vezetik az elektromosságot.
A rezet széles körben használják az elektromos vezetékekben és áramkörökben. Az aranyérintkezőket néha precíziós berendezésekben találjuk meg, mivel korróziómentesek maradnak. Az ezüstöt széles körben használják kritikus alkalmazásokban elektromos érintkezőként, valamint a fényképészetben (mivel az ezüst-nitrát fény hatására fémmé alakul vissza), a mezőgazdaságban, az orvostudományban, az audiofil és tudományos alkalmazásokban.
Az arany, az ezüst és a réz meglehetősen puha fémek, ezért a mindennapi érmeként való használat során könnyen megsérülnek. A nemesfémek a használat során könnyen megkophatnak és elhasználódhatnak. Numizmatikai funkcióikban ezeket a fémeket más fémekkel kell ötvözni, hogy az érmék nagyobb tartósságot kapjanak. A más fémekkel való ötvözés keményebbé, kevésbé deformálódóvá és kopásállóbbá teszi az így kapott érméket.
Aranyérmék: Az aranyérméket általában 90%-os aranyból (pl. az 1933 előtti amerikai érmék esetében) vagy 22 karátos (92%-os) aranyból (pl. a jelenlegi gyűjtőknek szánt érmék és a Krugerrandok esetében) állítják elő, a fennmaradó súlyt minden esetben réz és ezüst alkotja. A rúd aranyérmék akár 99,999%-os aranytartalommal is készülnek (a kanadai arany Maple Leaf sorozatban).
Ezüst érmék: Az ezüstérméket jellemzően 90%-os ezüstből állítják elő - az 1965 előtti amerikai pénzérmék esetében (amelyeket számos országban forgalomba hoztak), vagy sterling ezüstből (92,5%) az 1920 előtti brit nemzetközösségi és egyéb ezüstérmék esetében, a fennmaradó súlyt pedig minden esetben réz alkotja.
Rézérmék: A rézérmék gyakran igen nagy tisztaságúak, körülbelül 97%-os tisztaságúak, és általában kis mennyiségű cinkkel és ónnal ötvözik őket.
Az infláció miatt az érmék névértéke a történelmileg használt fémek kemény valutaértéke alá csökkent. Ez oda vezetett, hogy a legtöbb modern érme nem nemesfémből készül - népszerű a réz-nikkel (kb. 80:20 arányban, ezüst színű), a nikkel-réz (réz (75), nikkel (5) és cink (20), arany színű), a mangán-réz (réz, cink, mangán és nikkel), a bronz vagy az egyszerű bevonatos acél.
Kapcsolódó oldalak
| A jobb oldali periódusos rendszer szelet magyarázata: | Átmeneti fémek | a fekete színnel jelölt atomi számok szilárd testek | a szilárd határok régebbiek, mint a Föld (Őselemek) | a szaggatott határoknak nincsenek a Földnél idősebb izotópjai. |
| · v · t · e | |
| Alaprajzok |
|
| Az elemek listája |
|
| Adatlapok |
|
| Csoportok |
|
| Egyéb elemkategóriák |
|
| Blokkok |
|
| |
| Kategória:Periódusos rendszer | |
Kérdések és válaszok
K: Milyen elemekből áll a 11-es csoport?
V: A 11. csoportot a réz (Cu), az ezüst (Ag) és az arany (Au) átmeneti fémek alkotják. Elektronkonfigurációja alapján a röntgen (Rg) is ebbe a csoportba tartozik.
K: Milyen névvel szokták ezeket az elemeket jelölni?
V: A hétköznapi beszédben gyakran használják az "ércfémek" elnevezést ezekre az elemekre.
K: Vannak-e más fémek, amelyeket a 11. csoportba tartozókon kívül is használtak érmék készítésére?
V: Igen, különböző kultúrák számos más fémet is használtak érmék készítésére, többek között alumíniumot, ólmot, nikkelt, rozsdamentes acélt és cinket.
K: Mennyi ideig tart a röntgenium?
V: A roentgénium felezési ideje rövid, 22,8 másodperc, és csak laboratóriumi körülmények között figyelhető meg.
K: A roentgénium fizikai vagy kémiai tulajdonságai miatt a 11. csoportba tartozik?
V: A roentgénium az elektronkonfigurációja alapján a 11. csoportba tartozik.
K: A 11. csoportba tartozó összes elem megtalálható a természetben, vagy néhányat mesterségesen hoztak létre?
V: A 11. csoportba tartozó elemek mindegyike megtalálható a természetben, kivéve a roentgéniumot, amelyet mesterségesen hoztak létre, és csak laboratóriumi körülmények között figyelhető meg.
K: Milyen típusú elem tartozik a 11. csoportba?
V: A 11. csoportba az átmeneti fémek tartoznak, amelyeket hagyományosan ércfémeknek neveznek.
Keres