Edelmetalle

Edelmetalle sind Metalle, die korrosionsbeständig sind, das heißt, die in natürlicher Umgebung unter Einwirkung von Luft und Wasser dauerhaft chemisch stabil sind. Aufgrund dieser Stabilität sind Gold und Silber seit dem Altertum zur Herstellung von Schmuck und Münzen in Gebrauch. In den letzten vier Jahrhunderten wurden zusätzlich die Platinmetalle entdeckt, die ähnlich korrosionsbeständig sind wie Gold. Auf den Weltmärkten spielen heute vor allem Gold, Silber, Platin und Palladium eine Rolle. Alle Edelmetalle und Halbedelmetalle zählen zu den Schwermetallen.

Die Edelmetalle im PSE:
Gelb – klassisches Edelmetall;
orange – Halbedelmetall;
hellgrün – kurzlebiges radioaktives Edelmetall
H																	He
Li	Be											B	C	N	O	F	Ne
Na	Mg											Al	Si	P	S	Cl	Ar
K	Ca	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
Rb	Sr	Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
Cs	Ba	*	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
Fr	Ra	**	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts	Og

		*	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu
		**	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr

Edelmetalle im klassischen Sinn

Zu den Edelmetallen im klassischen Sinn gehören Gold, Silber und die Platinmetalle. Teilweise wird auch noch Quecksilber zu den Edelmetallen gezählt, obwohl es in vieler Hinsicht reaktiver als die anderen Edelmetalle ist. Edelmetalle korrodieren bei Raumtemperatur an Luft entweder gar nicht oder nur äußerst langsam und in sehr geringem Umfang, so wie Silber, wenn es mit (Spuren von) Schwefelwasserstoff in Berührung kommt. Ein Silbergegenstand wird dabei nicht beschädigt, es bildet sich nur eine extrem dünne Schicht von schwarzem Silbersulfid. Auch von Salzsäure werden die Edelmetalle nicht angegriffen. Sie zeichnen sich ferner dadurch aus, dass viele ihrer Verbindungen thermisch nicht stabil sind. So werden Silberoxid und Quecksilberoxid beim Erhitzen in ihre Elemente zerlegt. Edelmetalle entstehen wie andere Elemente, die schwerer sind als Wasserstoff, durch Nukleosynthese.

Wo werden Edelmetalle gefördert? Die Karte zeigt insbesondere die Standorte von Goldbergwerken
(Die Basisquelle für diese Karte[1] nimmt allerdings keine genauere Unterscheidung vor)

Halbedelmetalle

Im 19. und 20. Jahrhundert wurde die Theorie der Redoxreaktionen verfeinert. Neue Reaktionswege wurden entdeckt. Des Weiteren entwickelte man die elektrochemische Methode der Potentiometrie, mit der man die Stärke von Reduktionsmitteln und Oxidationsmitteln genau messen und vergleichen konnte. Dies gestattete auch eine verfeinerte Einteilung der Metalle nach ihrem edlen oder unedlen Charakter. Zu den Halbedelmetallen gehören demnach solche, die nicht unter Wasserstoffbildung mit wässrigen Lösungen nichtoxidierender Säuren wie zum Beispiel Salzsäure oder verdünnte Schwefelsäure reagieren. Das liegt an ihrem Standardpotential, welches höher als dasjenige des Wasserstoffs ist. Diese Metalle sind auch gegen Luftsauerstoff weitgehend inert. Aus diesem Grund kommen sie in der Natur gelegentlich gediegen vor.

"Klassische" Edelmetalle und die Halbedelmetalle Kupfer und Rhenium (Re) – Proben angeordnet wie im Periodensystem

Metalle wie Bismut und Kupfer liegen mit ihrem Standardpotential deutlich näher am Wasserstoff als die klassischen Edelmetalle. An Luft korrodieren sie schneller, und in oxidierenden Säuren wie konzentrierter Schwefelsäure oder halbkonzentrierter (30-prozentiger) Salpetersäure lösen sie sich zügig. Im chemischen Sinne sind Halbedelmetalle also alle Metalle, die in der elektrochemischen Spannungsreihe ein positives Standardpotential gegenüber Wasserstoff besitzen, ansonsten aber nicht so korrosionsbeständig wie klassische Edelmetalle sind. Nach dieser Definition ist auch das künstliche und radioaktive Technetium als halbedel zu bezeichnen. Diese Halbedelmetalle nehmen also eine Zwischenstellung zwischen den klassischen edlen und unedlen Metallen ein. Selbst Nickel und Zinn werden von einigen Autoren dazugezählt, obwohl ihr Standardpotential etwas unter dem Wasserstoff liegt.

Kurzlebige radioaktive Edelmetalle

Theoretische Überlegungen aufgrund quantenmechanischer Berechnungen sprechen dafür, dass auch die künstlichen Elemente Bohrium, Hassium, Meitnerium, Darmstadtium, Roentgenium und Copernicium Edelmetalle sind. Praktische Bedeutung kommt diesen Metallen allerdings nicht zu, da ihre bekannten Isotope äußerst instabil sind und schnell (mit typischen Halbwertszeiten von einigen Sekunden, höchstens von wenigen Minuten) radioaktiv zerfallen.

Unedle Metalle

Klar abzugrenzen sind die unedlen Metalle wie Aluminium, Eisen und Blei. Da ihr Standardpotential kleiner als das von Wasserstoff ist, werden sie von nichtoxidierenden Säuren angegriffen. Das kann, wie beim Blei, auch recht langsam erfolgen. Nichtoxidierend bedeutet hierbei, dass sich kein stärkeres Oxidationsmittel als das Wasserstoffion in der Lösung befindet.

Weitere korrosionsbeständige Metalle

Neben den Edelmetallen gibt es auch noch einige Metalle, die infolge ihrer Passivierung mitunter eine hohe Korrosionsbeständigkeit besitzen, die je nach chemischem Milieu auch manche Edelmetalle zum Teil übertrifft. Dies sind die Elemente der 4. Nebengruppe (Titan, Zirconium und Hafnium), die der 5. Nebengruppe (Vanadium, Niob und Tantal) sowie die der 6. Nebengruppe (Chrom, Molybdän und Wolfram). Weitere technisch bedeutende Metalle, die Passivschichten bilden, sind Zink (12. Nebengruppe), Aluminium (3. Hauptgruppe) sowie Silicium und Blei (4. Hauptgruppe).

Reaktionen der Edelmetalle

Mit geeigneten aggressiven Chemikalien kann man alle Edelmetalle in Lösung bringen. Gold und einige Platinmetalle lösen sich zügig in Königswasser. Silber sowie die Halbedelmetalle reagieren lebhaft mit Salpetersäure. Im Bergbau werden Cyanidlösungen in Verbindung mit Luftsauerstoff verwendet, um Gold und Silber aus Gesteinen zu lösen. Der Angriff durch den Luftsauerstoff ist nur möglich, weil sich als Produkte stabile Cyanidokomplexe mit Gold und Silber bilden. Auch im Königswasser ist die Bildung stabiler Komplexverbindungen (Chlorokomplexe) mitentscheidend für die oxidierende Wirkung des Milieus. Edelmetalle verhalten sich im Übrigen häufig gar nicht „edel“ gegenüber sehr elektropositiven Metallen, sondern bilden hier häufig bereitwillig und unter Energiefreisetzung Intermetallische Phasen.

Physikalische Auffassung vom Edelmetallcharakter

Im physikalischen Sinn ist die Menge der Edelmetalle noch bedeutend kleiner; es sind nur Kupfer, Silber und Gold. Das Kriterium zur Klassifizierung ist die elektronische Bandstruktur. Die drei aufgeführten Metalle besitzen alle vollständig gefüllte d-Bänder, die damit nicht zur Leitfähigkeit und praktisch nicht zur Reaktivität beitragen. Für Platin gilt dies z. B. nicht. Zwei d-artige Bänder kreuzen das Fermi-Niveau. Das führt zu einem anderen chemischen Verhalten, weshalb Platin viel häufiger als Gold als Katalysator eingesetzt wird. Besonders auffällig ist der Unterschied bei der Herstellung reiner Metalloberflächen im Ultrahochvakuum. Während Gold vergleichsweise leicht zu präparieren ist und nach der Präparation lange rein bleibt, bindet sich an Platin oder auch Palladium sehr schnell Kohlenstoffmonoxid.

Chemisches Verständnis von Edelmetallen

Wie schon bei den unedlen Metallen angedeutet, sind Edelmetalle und Halbedelmetalle metallische Elemente (und eventuell gewisse Legierungen, wie z. B. korrosionsbeständige Stähle), deren Normalpotential positiv gegenüber der Wasserstoffelektrode ist, die also von verdünnten Säuren nicht angegriffen werden. Die Elemente, die in Betracht kommen, sind somit sortiert nach ihrem Normalpotential gegenüber der H-Elektrode in wässriger Lösung bei pH 7:

Name	Gruppe	Reaktion	Potential
Gold	Ib/6	Au → Au³⁺	1,498 V
Platin	VIIIb/6	Pt → Pt²⁺	1,18 V
Iridium	VIIIb/6	Ir → Ir³⁺	1,156 V
Palladium	VIIIb/5	Pd → Pd²⁺	0,987 V
Osmium	VIIIb/6	Os → Os²⁺	0,85 V
Silber	Ib/5	Ag → Ag⁺	0,799 V
Quecksilber	IIb/6	2 Hg → Hg₂²⁺	0,7973 V
Polonium	VIa/6	Po → Po²⁺	0,65 V[2]
Rhodium	VIIIb/5	Rh → Rh²⁺	0,60 V
Ruthenium	VIIIb/5	Ru → Ru²⁺	0,45 V
Kupfer	Ib/4	Cu → Cu²⁺	0,337 V
Bismut	Va/6	Bi → Bi³⁺	0,32 V
Technetium	VIIb/5	Tc → Tc⁴⁺	0,272 V
Rhenium	VIIb/6	Re → Re⁴⁺	0,259 V
Antimon	Va/5	Sb → Sb³⁺	0,152 V

Antimon zählt als Halbmetall nicht dazu, und bei Polonium ist es möglicherweise seine starke Radioaktivität und makroskopische Unverfügbarkeit (vor dem Bau von Kernreaktoren), wegen der man es klassisch nicht als Edelmetall angesehen hatte – heutzutage ist es aber in Gramm-Mengen verfügbar. Die Unterteilung, sprich Potentialgrenze, dieser Elemente in Edelmetalle und Halbedelmetalle ist ziemlich willkürlich und wird nicht einheitlich gehandhabt. Sie wird aber meistens zwischen Kupfer und Ruthenium gezogen[3], da letztere prinzipiell durch feuchte Luft aufgrund der Redoxreaktion O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ ⇄ 4 OH⁻(aq) mit einem Normalpotential von +0,4 V angegriffen werden können.

Umgangssprache

Bronze ist kein Edelmetall, sondern typischerweise eine Kupfer-Zinn-Legierung. Weil bei den Olympischen Spielen und anderen Wettkämpfen Gold-, Silber- und Bronzemedaillen vergeben werden, wird die Bronze im Sprachgebrauch von Sportreportagen manchmal fälschlicherweise auch als Edelmetall bezeichnet.

Siehe auch

Weblinks

Wiktionary: Edelmetall – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Welche Bänder das Fermi-Niveau kreuzen, kann man sich auf der Seite The Fermi Surface Database anschauen.

Einzelnachweise

Bergbau und Industrie der einzelnen Kontinente im Alexander-Weltatlas 2000, Klett-Perthes, Gotha 2000.
A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 2009.
A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 91.–100., verbesserte und stark erweiterte Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 1985, ISBN 3-11-007511-3.

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[1] Bergbau und Industrie der einzelnen Kontinente im Alexander-Weltatlas 2000, Klett-Perthes, Gotha 2000.

[2] A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 2009.

[3] A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 91.–100., verbesserte und stark erweiterte Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 1985, ISBN 3-11-007511-3.