Ryhmän 11 alkuaineet: kupari, hopea, kulta ja röntgenium
Ryhmän 11 alkuaine kuuluu jaksollisen järjestelmän ryhmän 11 (IUPAC-tyyliin) alkuaineiden sarjaan, joka koostuu siirtymämetalleista. Tälle ryhmälle on ominaista täysi d-kuori ja usein tyypillinen d10 s1-tyyppinen elektroninen konfiguraatio. Perinteisesti ryhmän tunnetuimmat edustajat ovat metalliset kupari (Cu), hopea (Ag) ja kulta (Au). Röntgenium (Rg) sijoittuu tähän ryhmään elektronikonfiguraationsa ja kemiallisten ominaisuuksensa perusteella, mutta se on lyhytikäinen transaktinidi, joka tunnetaan vain laboratorio-olosuhteissa; tunnetuilla isotoopeilla puoliintumisajat ovat hyvin lyhyitä (tyypillisesti sekunteja). Näitä kolmea pitkälle tunnettua alkuaineita kutsutaan usein arkikielessä "kolikkometallit", mutta eri aikoina ja kulttuureissa kolikoissa on käytetty myös monia muita metalleja, kuten alumiinia, lyijyä, nikkeliä, ruostumatonta terästä ja sinkkiä.
Perusominaisuudet
Ryhmän 11 metalleille on tyypillistä:
- Hyvä sähkön- ja lämmönjohtavuus — erityisesti hopea on tunnetusti paras luonnossa esiintyvä sähkönjohde.
- Peittävyys ja kiilto — metallit ovat kiiltäviä ja muokattavia, minkä vuoksi niitä käytetään koruissa ja koristeissa.
- Korroosionkestävyys — kulta on lähes kemiallisesti jaloin ja hyvin korroosionkestävä; hopea tummentuu rikkipitoisessa ympäristössä; kupari hapettuu muodostaen vihreän patinan (kuparikiille).
- Tavalliset oksidit ja hapetusluvut — yleisin hapetusluku on +1 (sulkenaoleva elektronirakenne d10s0), mutta kuparilla esiintyy helposti myös +2 ja harvemmin +3.
Kemiallinen käyttäytyminen
Ryhmän 11 alkuaineet muodostavat tyypillisesti ionisia ja koordinatiivisia yhdisteitä, joissa metalli esiintyy usein +1-tilassa (esim. Ag+). Kupari on tunnettu monipuolisista oksidaatiotiloistaan (+1 ja +2 sekä harvoin +3), mikä tekee siitä tärkeän katalyyttien ja pigmenttien kannalta. Hopean ja kullan kemiallinen inerttiys tekee niistä erityisen sopivia arvoesineiksi ja sähköliittimiksi, koska ne eivät helposti reagoi ympäristön kanssa.
Käyttö ja merkitys
Ryhmän 11 metalleilla on laaja käyttö erityyppisissä sovelluksissa:
- Kupari (Cu): sähkö- ja elektroniikkateollisuus (johdot, kaapelit), putket, peltityöt, seokset kuten messinki (kupari + sinkki) ja pronssi (kupari + tina).
- Hopea (Ag): valokemialliset sovellukset, valokuvat, sähkökontaktit, katalysaattorit ja jalometallina koruissa; myös antibakteeriset ominaisuudet lääketieteellisissä sovelluksissa.
- Kulta (Au): korut ja arvometalli, elektroniikan liitokset ja ohuet pinnoitteet korroosion ja sähkösignaalien varmistamiseksi; myös sijoituskohteena ja teollisissa katalyyseissa.
- Röntgenium (Rg): ei käytännön sovelluksia; sen merkitys on teoreettinen ja tutkimuksellinen — se auttaa ymmärtämään raskaiden alkuaineiden elektronirakennetta ja relativistisia vaikutuksia kemiaan.
Historia ja kolikot
Kupari, hopea ja kulta ovat historiallisesti olleet keskeisiä metallisia valuuttamuotoja. Termi "kolikkometallit" on peräisin siitä, että nämä metallit olivat yleisimmin käytettyjä kolikoissa niiden kestävyyden, muokattavuuden ja arvon vuoksi. Kuitenkin käytännön ja taloudellisten syiden takia moderneissa kolikoissa on käytetty myös halvempia ja kestävämpiä seoksia (esimerkiksi nikkeli-pohjaiset seokset tai sinkki ytimellä päällystettynä), ja joissain tapauksissa on kokeiltu myös kevyempiä metalleja kuten alumiinia.
Luonnossa esiintyminen ja esiintymät
Kupari, hopea ja kulta esiintyvät sekä metallisina malmeina että sulfidi- tai oksidimuodostumina. Ne ovat tärkeitä kaivosteollisuudelle ja geopoliittisesti merkittäviä luonnonvaroja. Metallien taloudellinen arvostus vaihtelee; kulta on usein turvasatama sijoittajille, kun taas kupari on teollisuuden määräävä hyödyke.
Turvallisuus ja ympäristö
Vaikka kulta ja hopea ovat yleensä kemiallisesti vähemmän reaktiivisia ja turvallisia käsitellä, kupariyhdisteet voivat olla myrkyllisiä vesieliöille ja ihmisille suurina pitoisuuksina. Kaivostoiminta ja metallien jalostus voivat aiheuttaa ympäristöhaasteita, joten kierrätys ja rikastuksen ympäristöystävälliset menetelmät ovat tärkeitä.
Yhteenvetona: kupari, hopea ja kulta muodostavat ryhmän 11 fyysisesti ja kemiallisesti mielenkiintoisia ja käytännöllisiä metalleja, kun taas röntgenium edustaa saman ryhmän raskaampaa ja tutkimuksellista päätä — yhdenmukaisuuksia esiintyy, mutta raskaiden alkuaineiden ominaisuuksiin vaikuttavat voimakkaat relativistiset efektit, jotka muuttavat niiden kemiallista käyttäytymistä.
Historia
Röntgeniumia lukuun ottamatta kaikki ryhmän alkuaineet on tunnettu jo esihistoriallisista ajoista lähtien, sillä ne kaikki esiintyvät luonnossa metallisessa muodossa, eikä niiden tuottamiseksi tarvitse käyttää louhintametallurgiaa.
Ominaisuudet
Kuten muissakin ryhmissä, tämän perheen jäsenillä on elektronikonfiguraatiossaan, erityisesti uloimmissa kuorissa, malleja, jotka johtavat kemiallisen käyttäytymisen suuntauksiin:
| Z | ||
| 29 | kupari | 2, 8, 18, 1 |
| 47 | hopea | 2, 8, 18, 18, 1 |
| 79 | kulta | 2, 8, 18, 32, 18, 1 |
| 111 | Röntgenium | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 1 |
Ne ovat kaikki suhteellisen inerttejä, korroosionkestäviä metalleja. Kupari ja kulta ovat värillisiä.
Näillä elementeillä on alhainen sähköinen resistiivisyys, joten niitä käytetään johdotukseen. Kupari on halvin ja yleisimmin käytetty. Integroitujen piirien sidoslangat ovat yleensä kultaa. Hopeisia ja hopeoituja kuparijohtoja käytetään joissakin erikoissovelluksissa.
Sovellukset
Näillä metalleilla, erityisesti hopealla, on epätavallisia ominaisuuksia, jotka tekevät niistä välttämättömiä teollisissa sovelluksissa niiden raha- tai koristearvon lisäksi. Ne kaikki johtavat erinomaisesti sähköä. Kaikista metalleista johtavimpia ovat hopea, kupari ja kulta tässä järjestyksessä. Hopea on myös lämpöä parhaiten johtava ja valoa parhaiten heijastava alkuaine. Hopealla on myös se epätavallinen ominaisuus, että hopeaan muodostuva tahra on edelleen hyvin sähköä johtava.
Kuparia käytetään laajalti sähköjohdoissa ja -piireissä. Kultaisia koskettimia käytetään joskus tarkkuuslaitteissa, koska ne pysyvät korroosionkestävinä. Hopeaa käytetään laajalti kriittisissä sovelluksissa sähkökontakteina, ja sitä käytetään myös valokuvauksessa (koska hopeanitraatti muuttuu metalliseksi, kun se altistuu valolle), maataloudessa, lääketieteessä, audiofiilisissä ja tieteellisissä sovelluksissa.
Kulta, hopea ja kupari ovat melko pehmeitä metalleja, joten ne vahingoittuvat helposti päivittäisessä kolikkokäytössä. Jalometallit voivat myös helposti kulua ja kulua pois käytössä. Numismaattisissa tehtävissä näitä metalleja on seostettava muiden metallien kanssa, jotta kolikot olisivat kestävämpiä. Seostaminen muiden metallien kanssa tekee tuloksena syntyvistä kolikoista kovempia, ne muuttuvat harvemmin epämuodostuneiksi ja kestävät paremmin kulumista.
Kultakolikot: Kultakolikot valmistetaan yleensä 90-prosenttisena kultana (esim. ennen vuotta 1933 valmistuneet yhdysvaltalaiset kolikot) tai 22 karaatin (92 %) kultana (esim. nykyiset keräilykolikot ja Krugerrandit), ja kupari ja hopea muodostavat kummassakin tapauksessa loppupainon. Bullion-kultakolikoita valmistetaan jopa 99,999-prosenttisesta kullasta (Kanadan Gold Maple Leaf -sarjassa).
Hopeakolikot: Hopeakolikot valmistetaan tyypillisesti joko 90-prosenttisena hopeana, kun kyseessä ovat ennen vuotta 1965 Yhdysvalloissa lyödyt kolikot (joita on kierrätetty monissa maissa), tai sterlinghopeana (92,5 %), kun kyseessä ovat ennen vuotta 1920 Ison-Britannian kansainyhteisön kolikot ja muut hopeakolikot, ja kupari muodostaa kummassakin tapauksessa loppupainon.
Kuparikolikot: Kuparikolikot ovat usein melko puhtaita, noin 97-prosenttisia, ja niihin on yleensä seostettu pieniä määriä sinkkiä ja tinaa.
Inflaatio on aiheuttanut sen, että kolikoiden nimellisarvo on laskenut alle historiallisesti käytettyjen metallien kovan valuutta-arvon. Tämä on johtanut siihen, että useimmat nykyaikaiset kolikot on valmistettu epäjaloista metalleista - kupari-nikkeli (noin 80:20, hopeanvärinen) on suosittu, samoin kuin nikkeli-messinki (kupari (75), nikkeli (5) ja sinkki (20), kullanvärinen), mangaanimessinki (kupari, sinkki, mangaani ja nikkeli), pronssi tai pelkkä pinnoitettu teräs.
Aiheeseen liittyvät sivut
| Oikeanpuoleisen jaksollisen järjestelmän viipaleen selitys: | Siirtymämetallit | mustalla merkityt atomiluvut ovat kiinteitä aineita | kiinteät rajat ovat Maata vanhempia (alkuaineet). | katkoviivoilla ei ole maapalloa vanhempia isotooppeja. |
| Layouts |
|
| Luettelo elementeistä |
|
| Tietosivut |
|
| Ryhmät |
|
| Muut elementtiluokat |
|
| |
| |
| Luokka:Jaksollinen järjestelmä | |
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mistä elementeistä ryhmä 11 koostuu?
A: Ryhmä 11 koostuu siirtymämetalleista kupari (Cu), hopea (Ag) ja kulta (Au). Röntgenium (Rg) kuuluu myös tähän ryhmään elektronisen konfiguraationsa perusteella.
K: Millä nimellä näitä alkuaineita yleisesti kutsutaan?
V: Näistä alkuaineista käytetään usein satunnaisessa puhekielessä nimitystä "kolikkometallit".
Kysymys: Onko muita metalleja, joita on käytetty kolikoissa, ryhmän 11 metallien lisäksi?
V: Kyllä, eri kulttuureissa on käytetty kolikoissa monia muita metalleja, kuten alumiinia, lyijyä, nikkeliä, ruostumatonta terästä ja sinkkiä.
K: Kuinka kauan roentgenium kestää?
V: Röntgeniumin puoliintumisaika on lyhyt, 22,8 sekuntia, ja sitä voidaan havaita vain laboratorio-olosuhteissa.
K: Kuuluuko roentgenium fysikaalisten tai kemiallisten ominaisuuksiensa vuoksi ryhmään 11?
V: Röntgenium kuuluu ryhmään 11 sen elektronisen konfiguraation perusteella.
Kysymys: Ovatko kaikki ryhmän 11 alkuaineet luonnossa esiintyviä vai onko joitakin niistä luotu keinotekoisesti?
V: Kaikki ryhmän 11 alkuaineet esiintyvät luonnossa lukuun ottamatta röntgeniumia, joka on keinotekoisesti luotu ja havaittu vain laboratorio-olosuhteissa.
K: Minkä tyyppinen alkuaine kuuluu ryhmään 11?
V: Ryhmä 11 koostuu siirtymämetalleista, jotka tunnetaan perinteisesti kolikkometalleina.
