Edelmetalle

Auszug aus dem Periodensystem, der zeigt, wie häufig jedes Element als Edelmetall erkannt wird:

7 am häufigsten (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au) 1 häufig (Ag) 2 manchmal (Cu, Hg) 6 in beschränktem Maße (Tc, Re, As, Sb, Bi, Po)

Die dicke schwarze Linie umschließt die sieben bis acht Metalle, die am häufigsten bis oft so anerkannt werden. Silber wird manchmal nicht als Edelmetall anerkannt, weil es reaktionsfreudiger ist.

* Silber kann in feuchter Luft anlaufen oder in einer sauren Lösung, die Sauerstoff und ein Oxidationsmittel enthält, korrodieren. † wird durch Schwefel oder Schwefelwasserstoff angegriffen
§ wird durch Ozon, das durch Strahlung erzeugt wird, selbst angegriffen ⓘ

Unter einem Edelmetall versteht man gewöhnlich ein metallisches chemisches Element, das im Allgemeinen korrosionsbeständig ist und in der Natur meist in seiner Rohform vorkommt. Gold, Platin und die anderen Metalle der Platingruppe (Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium) werden am häufigsten so eingestuft. Silber, Kupfer und Quecksilber werden seltener bis manchmal zu den Edelmetallen gezählt, obwohl jedes dieser Metalle in der Natur meist in Verbindung mit Schwefel vorkommt. ⓘ

In spezielleren Fachgebieten und Anwendungen kann die Zahl der zu den Edelmetallen zählenden Elemente kleiner oder größer sein. In der Physik gibt es nur drei Edelmetalle: Kupfer, Silber und Gold. In der Zahnmedizin wird Silber nicht immer zu den Edelmetallen gezählt, da es im Mund der Korrosion unterliegt. In der Chemie wird der Begriff Edelmetall manchmal weiter gefasst und bezieht sich auf jedes metallische oder halbmetallische Element, das nicht mit einer schwachen Säure reagiert und dabei Wasserstoffgas abgibt. Dazu gehören Kupfer, Quecksilber, Technetium, Rhenium, Arsen, Antimon, Wismut und Polonium, aber auch Gold, die sechs Platingruppenmetalle und Silber. ⓘ

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

Bedeutung und Geschichte

Die Aufzählung der Edelmetalle kann unterschiedlich ausfallen, umfasst aber in der Regel die sechs Platingruppenmetalle (Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin) sowie Gold. ⓘ

Neben der Funktion dieses Begriffs als zusammengesetztes Substantiv wird edel unter bestimmten Umständen auch als Adjektiv für das Substantiv Metall verwendet. Eine galvanische Reihe ist eine Hierarchie von Metallen (oder anderen elektrisch leitfähigen Materialien, einschließlich Verbundwerkstoffen und Halbmetallen), die von edel bis aktiv reicht und eine Vorhersage darüber ermöglicht, wie Materialien in der Umgebung, die zur Erstellung der Reihe verwendet wurde, interagieren werden. In diesem Sinne ist Graphit edler als Silber, und die relative Edelheit vieler Materialien hängt stark vom Kontext ab, z. B. bei Aluminium und rostfreiem Stahl unter verschiedenen pH-Werten. ⓘ

Der Begriff Edelmetall lässt sich mindestens bis ins späte 14. Jahrhundert zurückverfolgen und hat in verschiedenen Studien- und Anwendungsbereichen leicht unterschiedliche Bedeutungen. ⓘ

Bevor Mendelejew 1869 das erste (schließlich) allgemein anerkannte Periodensystem veröffentlichte, gab Odling 1864 eine Tabelle heraus, in der die "Edelmetalle" Rhodium, Ruthenium, Palladium sowie Platin, Iridium und Osmium neben Silber und Gold gruppiert waren. ⓘ

Chalkopyrit, das Kupfereisensulfid (CuFeS₂), ist das am häufigsten vorkommende Kupfererzmineral.
Eine Hälfte eines Rutheniumbarrens.
Größe ~ 40 × 15 × 10 mm
Gewicht ~44 g
Rhodium: 1 g Pulver, 1 g gepresster Zylinder, 1 g Granulat.
Palladium
Acanthit oder Silbersulfid (Ag₂S) ist das wichtigste Silbererz
Osmium-Kristalle, 2,2 g
Stücke von reinem Iridium, 1 g, Größe: 1-3 mm
Kristalle aus reinem Platin
Goldnugget aus Australien, fast 9.000 g oder 64 Unzen
Zinnober oder Quecksilbersulfid (HgS) ist das häufigste Ausgangserz für die Raffination von elementarem Quecksilber ⓘ

Eigenschaften

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 nimmt allerdings keine genauere Unterscheidung vor) ⓘ

Häufigkeit der chemischen Elemente in der Erdkruste als Funktion der Ordnungszahl. Die seltensten Elemente (gelb dargestellt, einschließlich der Edelmetalle) sind nicht die schwersten, sondern die siderophilen (eisenliebenden) Elemente in der Goldschmidt-Klassifikation der Elemente. Diese sind durch die Verlagerung in die Tiefe des Erdkerns verarmt. Ihr Vorkommen in meteoroidem Material ist relativ hoch. Tellur und Selen sind durch die Bildung flüchtiger Hydride aus der Kruste verschwunden. ⓘ

Geochemisch

Die Edelmetalle sind siderophil (eisenliebend). Sie neigen dazu, in den Erdkern zu sinken, da sie sich in Eisen entweder als feste Lösungen oder im geschmolzenen Zustand leicht auflösen. Die meisten siderophilen Elemente haben praktisch keine Affinität zu Sauerstoff: Goldoxide sind in Bezug auf die Elemente thermodynamisch instabil. ⓘ

Kupfer, Silber, Gold und die sechs Platingruppenmetalle sind die einzigen nativen Metalle, die in der Natur in relativ großen Mengen vorkommen. ⓘ

Korrosionsbeständigkeit

Kupfer wird durch Salpetersäure und wässriges Kaliumcyanid aufgelöst. ⓘ

Ruthenium kann in Königswasser, einer hochkonzentrierten Mischung aus Salz- und Salpetersäure, nur in Gegenwart von Sauerstoff gelöst werden, während Rhodium in feiner pulverisierter Form vorliegen muss. Palladium und Silber sind in Salpetersäure löslich, wobei die Löslichkeit von Silber durch die Bildung eines Silberchlorid-Niederschlags begrenzt ist. ⓘ

Rhenium reagiert mit oxidierenden Säuren und Wasserstoffperoxid und soll durch feuchte Luft angelaufen werden. Osmium und Iridium sind unter Umgebungsbedingungen chemisch inert. Platin und Gold lassen sich in Königswasser auflösen. Quecksilber reagiert mit oxidierenden Säuren. ⓘ

Im Jahr 2010 entdeckten US-Forscher, dass ein organisches "Königswasser" in Form einer Mischung aus Thionylchlorid SOCl₂ und dem organischen Lösungsmittel Pyridin C₅H₅N "hohe Auflösungsraten von Edelmetallen unter milden Bedingungen erzielt, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass es auf ein bestimmtes Metall abgestimmt werden kann", z. B. auf Gold, aber nicht auf Palladium oder Platin. ⓘ

Elektronisch

In der Physik wird der Ausdruck "Edelmetall" manchmal auf Kupfer, Silber und Gold beschränkt, da ihre vollen d-Unterschalen zu ihrem edlen Charakter beitragen. Im Gegensatz dazu haben die anderen Edelmetalle, insbesondere die Platingruppenmetalle, bemerkenswerte katalytische Anwendungen, die sich aus ihren teilweise gefüllten d-Unterschalen ergeben. Dies ist bei Palladium der Fall, das im atomaren Zustand eine voll gefüllte d-Halbschale hat, in kondensierter Form jedoch ein teilweise gefülltes sp-Band auf Kosten der d-Band-Besetzung aufweist. ⓘ

Der Unterschied in der Reaktivität zeigt sich bei der Herstellung sauberer Metalloberflächen im Ultrahochvakuum: Oberflächen von "physikalisch definierten" Edelmetallen (z. B. Gold) sind leicht zu reinigen und bleiben lange sauber, während die von z. B. Platin oder Palladium sehr schnell von Kohlenmonoxid bedeckt werden. ⓘ

Elektrochemisch

Standard-Reduktionspotenziale in wässriger Lösung sind ebenfalls ein nützliches Mittel zur Vorhersage der nicht-wässrigen Chemie der betreffenden Metalle. So entzünden sich Metalle mit hohen negativen Potenzialen, wie Natrium oder Kalium, an der Luft und bilden die entsprechenden Oxide. Diese Brände können nicht mit Wasser gelöscht werden, da dieses mit den beteiligten Metallen auch zu Wasserstoff reagiert, der seinerseits explosiv ist. Edelmetalle hingegen reagieren nicht mit Sauerstoff und werden aus diesem Grund (und wegen ihrer Seltenheit) seit Jahrtausenden geschätzt und für Schmuck und Münzen verwendet. ⓘ

Elektrochemische Eigenschaften einiger Metalle und Metalloide ⓘ
Element	Z	G	P	Reaktion	SRP(V)	DE	EA
Gold ✣.	79	11	6	Au³⁺ + 3 e- → Au	1.5	2.54	223
Platin ✣	78	10	6	Pt²⁺ + 2 e- → Pt	1.2	2.28	205
Iridium ✣	77	9	6	Ir³⁺ + 3 e- → Ir	1.16	2.2	151
Palladium ✣	46	10	5	Pd²⁺ + 2 e- → Pd	0.915	2.2	54
Osmium ✣	76	8	6	OsO ₂ + 4 H⁺ + 4 e- → Os + 2 H ₂O	0.85	2.2	104
Quecksilber	80	12	6	Hg²⁺ + 2 e- → Hg	0.85	2.0	−50
Rhodium ✣.	45	9	5	Rh³⁺ + 3 e- → Rh	0.8	2.28	110
Silber ✣	47	11	5	Ag⁺ + e- → Ag	0.7993	1.93	126
Ruthenium ✣	44	8	5	Ru³⁺ + 3 e- → Ru	0.6	2.2	101
Polonium ☢	84	16	6	Po²⁺ + 2 e- → Po	0.6	2.0	136
Wasser				2 H ₂O + 4 e- +O ₂ → 4 OH-	0.4
Kupfer	29	11	4	Cu²⁺ + 2 e- → Cu	0.339	2.0	119
Wismut	83	15	6	Bi³⁺ + 3 e- → Bi	0.308	2.02	91
Technetium ☢.	43	7	6	TcO ₂ + 4 H⁺ + 4 e- → Tc + 2 H ₂O	0.28	1.9	53
Rhenium	75	7	6	ReO ₂ + 4 H⁺ + 4 e- → Re + 2 H ₂O	0.251	1.9	6
Arsen^MD	33	15	4	As ₄O ₆ + 12 H⁺ + 12 e- → 4 As + 6 H ₂O	0.24	2.18	78
Antimon^MD	51	15	5	Sb ₂O ₃ + 6 H⁺ + 6 e- → 2 Sb + 3 H ₂O	0.147	2.05	101
Z Ordnungszahl; G-Gruppe; P-Periode; SRP-Standardreduktionspotential; EN-Elektronegativität; EA-Elektronenaffinität
✣ traditionell als Edelmetall anerkannt; ^MD Metalloid; ☢ radioaktiv

In der nebenstehenden Tabelle sind für einige Metalle und Metalloide das Standardreduktionspotenzial in Volt, die Elektronegativität (nach Pauling) und die Elektronenaffinität (kJ/mol) angegeben. ⓘ

Die vereinfachten Einträge in der Reaktionsspalte können im Detail aus den Pourbaix-Diagrammen des betreffenden Elements in Wasser abgelesen werden. Edelmetalle haben große positive Potentiale; Elemente, die nicht in dieser Tabelle aufgeführt sind, haben ein negatives Standardpotential oder sind keine Metalle. ⓘ

Die Elektronegativität wurde aufgenommen, da sie als "ein Hauptfaktor für die Edelmetallqualität und Reaktivität" gilt. ⓘ

Aufgrund ihrer hohen Elektronenaffinität kann die Einbindung eines Edelmetalls in den elektrochemischen Photolyseprozess, wie z. B. Platin und Gold, die Photoaktivität erhöhen. ⓘ

Arsen und Antimon werden in der Regel nicht als Edelmetalle, sondern als Metalloide betrachtet. Physikalisch gesehen sind ihre stabilsten Allotrope jedoch metallisch. Halbleiter, wie Selen und Tellur, wurden ausgeschlossen. ⓘ

Die schwarze Anlauffarbe, die man häufig auf Silber sieht, ist auf seine Empfindlichkeit gegenüber Schwefelwasserstoff zurückzuführen: 2Ag + H₂S + 1/2O₂ → Ag₂S + H₂O. Rayner-Canham behauptet, dass "Silber chemisch so viel reaktiver ist und eine so unterschiedliche Chemie aufweist, dass es nicht als 'Edelmetall' betrachtet werden sollte." In der Zahnmedizin wird Silber nicht als Edelmetall betrachtet, da es in der Mundhöhle zur Korrosion neigt. ⓘ

Die Relevanz des Eintrags für Wasser wird von Li et al. im Zusammenhang mit der galvanischen Korrosion angesprochen. Ein solcher Prozess tritt nur auf, wenn:

"(1) zwei Metalle, die unterschiedliche elektrochemische Potentiale haben, sind ... verbunden, (2) es existiert eine wässrige Phase mit Elektrolyt, und (3) eines der beiden Metalle hat ... ein Potential, das niedriger ist als das Potential der Reaktion (H
₂O + 4e +O
₂ = 4 OH-), das 0,4 V beträgt...Das...Metall mit...einem Potenzial von weniger als 0,4 V wirkt als Anode...verliert Elektronen...und löst sich im wässrigen Medium auf. Das Edelmetall (mit höherem elektrochemischen Potenzial) wirkt als Kathode, und die Reaktion an dieser Elektrode ist unter vielen Bedingungen im Allgemeinen H
₂O - 4 e- - O
₂ = 4 OH-)." ⓘ

Von den überschweren Elementen von Hassium (Element 108) bis einschließlich Livermorium (116) wird erwartet, dass sie "teilweise sehr edle Metalle" sind; chemische Untersuchungen von Hassium haben ergeben, dass es sich wie sein leichteres Pendant Osmium verhält, und vorläufige Untersuchungen von Nihonium und Flerovium haben edles Verhalten angedeutet, aber nicht endgültig festgestellt. Das Verhalten von Copernicium scheint teilweise sowohl seinem leichteren Verwandten Quecksilber als auch dem Edelgas Radon zu ähneln. ⓘ

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, da ersteres prinzipiell durch feuchte Luft aufgrund der Redoxreaktion O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ ⇄ 4 OH⁻(aq) mit einem Normalpotential von +0,4 V angegriffen werden kann. ⓘ

Oxide

Schmelzpunkte der Oxide, °C ⓘ
Element	I	II	III	IV	VI	VII
Kupfer		1326
Ruthenium				d1300 d75+
Rhodium			d1100 ?
Palladium		d750
Silber	d200
Rhenium						327
Osmium				d500
Iridium				d1100 ?
Platin				450 d100
Gold			d150
Quecksilber		d500
Strontium‡		2430
Molybdän‡					801 d70
Antimon^MD			655
Lanthan‡			2320
Bismut‡			817
d = zersetzt sich; bei zwei Zahlen steht die zweite für die die hydratisierte Form; ‡ = kein Edelmetall; ^MD = metalloid

Bereits 1890 stellte Hiorns folgendes fest:

"Edle Metalle. Gold, Platin, Silber und ein paar seltene Metalle. Die Mitglieder dieser Klasse haben wenig oder gar keine Neigung, sich in freiem Zustand mit Sauerstoff zu verbinden, und verändern, wenn sie in Wasser bei roter Hitze eingelegt werden, dessen Zusammensetzung nicht. Aufgrund der schwachen Affinität zwischen Metall und Sauerstoff werden die Oxide leicht durch Hitze zersetzt. ⓘ

Smith, der 1946 schrieb, setzte das Thema fort:

"Es gibt keine scharfe Trennlinie [zwischen 'Edelmetallen' und 'unedlen Metallen'], aber vielleicht ist die beste Definition eines Edelmetalls ein Metall, dessen Oxid sich bei einer Temperatur unterhalb einer Rotglut leicht zersetzt." ⓘ

"Daraus folgt, dass Edelmetalle ... wenig Anziehungskraft auf Sauerstoff ausüben und daher bei mäßigen Temperaturen nicht oxidieren oder sich verfärben."

Dieser Adel hängt vor allem mit den relativ hohen Elektronegativitätswerten der Edelmetalle zusammen, die zu nur schwach polaren kovalenten Bindungen mit Sauerstoff führen. In der Tabelle sind die Schmelzpunkte der Oxide der Edelmetalle und einiger Nichtedelmetalle für die Elemente in ihren stabilsten Oxidationsstufen aufgeführt. ⓘ

Katalytische Eigenschaften

Viele der Edelmetalle können als Katalysatoren wirken. Platin wird beispielsweise in Katalysatoren verwendet, die giftige Gase wie Stickoxide, die in Automotoren entstehen, in schadstofffreie Substanzen umwandeln. ⓘ

Gold hat viele industrielle Anwendungen; es wird als Katalysator bei der Hydrierung und der Wassergasverschiebungsreaktion eingesetzt. ⓘ

Halbedelmetalle

Im 19. und 20. Jahrhundert wurde die Theorie der Redoxreaktionen verbessert. Neue Reaktionswege wurden entdeckt. Des Weiteren entwickelte man die elektrochemische Methode der Potentiometrie, mit der man die Stärke von Reduktionsmitteln und Oxidationsmitteln messen und vergleichen konnte. Dies gestattete auch eine genauere 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 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 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 von 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). ⓘ

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. ⓘ