Logam berat
Pembentukan, kelimpahan, keterjadian, dan ekstraksi

Lihat pula: Nukleosintesis dan Kelimpahan unsur
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
 
Logam berat dalam kerak bumi:
kelimpahan dan kemunculan atau sumber utama
|  | 1 | 2 | 3 |  | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
| 1  | H |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | He |
| 2  | Li | Be |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | B | C | N | O | F | Ne |
| 3  | Na | Mg |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | Al | Si | P | S | Cl | Ar |
| 4  | K | Ca | Sc |  | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr |
| 5  | Rb | Sr | Y |  | Zr | Nb | Mo |  | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe |
| 6  | Cs | Ba | La |  | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi |  |  |  |
7 : 

|  |  |  |  |  | Ce | Pr | Nd |  | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu |  |
|  |  |  |  |  | Th |  | U |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
 
|  |    Paling melimpah (56.300 ppm berat) |    Paling melimpah (56.300 ppm berat) |    Paling melimpah (56.300 ppm berat) |    Paling melimpah (56.300 ppm berat) |    Paling melimpah (56.300 ppm berat) |    Paling melimpah (56.300 ppm berat) |    Paling melimpah (56.300 ppm berat) |    Paling melimpah (56.300 ppm berat) |    Paling melimpah (56.300 ppm berat) |    Paling melimpah (56.300 ppm berat) |    Jarang (0,01–0,99 ppm) |    Jarang (0,01–0,99 ppm) |    Jarang (0,01–0,99 ppm) |    Jarang (0,01–0,99 ppm) |    Jarang (0,01–0,99 ppm) |    Jarang (0,01–0,99 ppm) |    Jarang (0,01–0,99 ppm) |    Jarang (0,01–0,99 ppm) |    Jarang (0,01–0,99 ppm) |
|  |    Melimpah (100–999 ppm) |    Melimpah (100–999 ppm) |    Melimpah (100–999 ppm) |    Melimpah (100–999 ppm) |    Melimpah (100–999 ppm) |    Melimpah (100–999 ppm) |    Melimpah (100–999 ppm) |    Melimpah (100–999 ppm) |    Melimpah (100–999 ppm) |    Melimpah (100–999 ppm) |    Langka (0,0001–0,0099 ppm) |    Langka (0,0001–0,0099 ppm) |    Langka (0,0001–0,0099 ppm) |    Langka (0,0001–0,0099 ppm) |    Langka (0,0001–0,0099 ppm) |    Langka (0,0001–0,0099 ppm) |    Langka (0,0001–0,0099 ppm) |    Langka (0,0001–0,0099 ppm) |    Langka (0,0001–0,0099 ppm) |
|  |    Tidak umum (1–99 ppm) |    Tidak umum (1–99 ppm) |    Tidak umum (1–99 ppm) |    Tidak umum (1–99 ppm) |    Tidak umum (1–99 ppm) |    Tidak umum (1–99 ppm) |    Tidak umum (1–99 ppm) |    Tidak umum (1–99 ppm) |    Tidak umum (1–99 ppm) |    Tidak umum (1–99 ppm) |   |   |   |   |   |   |   |   |   |
 : 
Logam berat di sebelah kiri garis pemisah terjadi (atau bersumber) terutama sebagai litofili; yang di sebelah kanan, sebagai kalkofili kecuali emas (siderofili) dan timah (litofili).
Logam berat sampai sekitar besi (dalam tabel periodik) sebagian besar terbentuk melalui nukleosintesis bintang. Dalam proses ini, unsur yang lebih ringan mulai dari hidrogen hingga silikon mengalami reaksi fusi berturut-turut di dalam bintang, melepaskan cahaya dan panas dan membentuk unsur yang lebih berat dengan nomor atom yang lebih tinggi.
Logam berat yang lebih berat biasanya tidak terbentuk melalui cara ini karena reaksi fusi yang melibatkan inti tersebut akan lebih mengkonsumsi energi daripada melepaskan energi. Sebaliknya, sebagian besar disintesis (dari unsur dengan nomor atom yang lebih rendah) melalui penangkapan neutron, dengan dua moda utama penangkapan berulang ini adalah proses s dan proses r. Dalam proses s ("s" singkatan dari "slow", lambat), tangkapan tunggal dipisahkan oleh tahun atau dekade, sehingga inti yang tidak stabil mengalami peluruhan beta, Sementara dalam proses r ("rapid", cepat), tangkapan terjadi lebih cepat daripada peluruhan nuklir. Oleh karena itu, proses s membutuhkan jalur yang kurang lebih jelas: sebagai contoh, inti kadmium-110 yang stabil dibombardir secara berturut-turut oleh neutron bebas di dalam bintang sampai membentuk inti kadmium-115 yang tidak stabil dan meluruh membentuk indium-115 (yang hampir stabil, dengan waktu paruh 30.000 kali usia alam semesta). Inti ini menangkap neutron dan membentuk indium-116, yang tidak stabil, dan meluruh membentuk timah-116, dan seterusnya. Sebaliknya, tidak ada jalur seperti itu dalam proses r. Proses s berhenti di bismut karena dua unsur berikutnya, polonium dan astatin, memiliki waktu paruh pendek, yang meluruh menjadi bismut atau timbal. Proses r sangat cepat sehingga bisa melewati zona ketidakstabilan ini dan terus membentuk unsur yang lebih berat seperti thorium dan uranium.
Logam berat memadat di planet-planet sebagai hasil proses evolusi dan destruksi bintang. Bintang kehilangan sebagian besar massa mereka saat terlontar di akhir masa hidup mereka, dan kadang-kadang, sebagai hasil penggabungan bintang neutron, akan meningkatkan kelimpahan unsur yang lebih berat daripada helium di media antar bintang. Ketika daya tarik gravitasi menyebabkan materi ini menyatu dan runtuh, terbentuklah bintang dan planet baru.
Kerak bumi terbuat dari kira-kira 5% logam berat, dengan 95%nya (dari 5% tersebut) adalah besi. Sedangkan 95% sisanya adalah logam ringan (~20%) dan non-logam (~75%). Meskipun logam berat secara keseluruhan langka, ia dapat terkonsentrasi dalam jumlah yang dapat diekstraksi secara ekonomis akibat pembentukan gunung, erosi, atau proses geologi lainnya.
Logam berat terutama ditemukan sebagai litofil (kecenderungan menyatu dengan batu) atau kalkofil (kecenderungan menyatu dengan mineral). Logam berat litofil terutama adalah unsur-unsur blok-f dan blok-d yang lebih reaktif. Mereka memiliki afinitas yang kuat terhadap oksigen dan sebagian besar berada sebagai mineral silikat dengan densitas relatif rendah. Logam berat kalkofil terutama adalah unsur-unsur blok d yang kurang reaktif, dan logam blok-p periode 4-6 serta metaloid. Mereka biasanya ditemukan dalam mineral sulfida yang tidak larut. Kalkofil lebih padat daripada litofil, sehingga tenggelam lebih rendah ke dalam kerak pada saat pemadatannya, ia cenderung kurang melimpah dibandingkan dengan litofil.
Di sisi lain, emas adalah unsur siderofil, atau cenderung menyatu dengan besi. Ia tidak mudah membentuk senyawa dengan oksigen maupun belerang. Pada saat pembentukan bumi, dan sebagai logam yang paling mulia (inert), emas tenggelam ke dalam inti karena kecenderungannya untuk membentuk logam paduan densitas tinggi. Konsekuensinya, ini adalah logam yang relatif langka. Beberapa logam berat (kurang) mulia lainnya—molibdenum, rhenium, logam golongan platina (ruthenium, rhodium, paladium, osmium, iridium, dan platina), germanium, dan timah—dapat diperhitungkan sebagai siderofil tapi hanya dalam hal kejadian utama mereka di bumi (inti, mantel, dan kerak), bukan kerak bumi. Logam-logam ini dinyatakan terjadi di kerak bumi, dalam jumlah kecil, terutama sebagai kalkofil (jarang yang berada dalam bentuk aslinya).
Konsentrasi logam berat di bawah kerak bumi umumnya lebih tinggi, sebagian besar ditemukan dalam inti besi-silikon-nikel. Platina, misalnya, menyusun sekitar 1 bagian per miliar kerak sedangkan konsentrasinya pada intinya diperkirakan hampir 6.000 kali lebih tinggi. Spekulasi terkini menunjukkan bahwa uranium (dan torium) dalam inti bumi dapat menghasilkan panas dalam jumlah besar yang mendorong lempeng tektonik dan (akhirnya) menopang medan magnet bumi.
Untuk memperoleh logam berat dari bijihnya cukup kompleks karena harus memperhatikan jenis bijih, sifat kimia logam yang terlibat, dan nilai ekonomis dari berbagai metode ekstraksi yang tersedia. Negara dan pengolahan yang berbeda mungkin menggunakan proses yang berbeda, termasuk yang berbeda dari yang dikupas di sini.
Secara garis besar, dan dengan beberapa pengecualian, logam berat litofil dapat diekstraksi dari bijihnya dengan memberi perlakuan listrik atau kimia, sedangkan logam berat kalkofil diperoleh dengan memanggang bijih sulfida mereka untuk menghasilkan oksida yang sesuai, dan kemudian memanaskannya untuk mendapatkan logam mentah. Radium terjadi dalam jumlah yang terlalu kecil untuk ditambang ekonomis malah dapat diperoleh dari pemakaian bahan bakar nuklir. Kalkofil logam golongan platina (PGM) terutama terjadi dalam jumlah kecil (campuran) dengan bijih kalkofil lainnya. Bijih yang terlibat perlu dilebur, dipanggang, lalu dilindi (leaching) dengan asam sulfat untuk menghasilkan residu PGM. Ini kemudian disuling secara kimia untuk mendapatkan masing-masing logam dalam bentuk murni mereka. Dibandingkan logam lainnya, PGM relatif mahal karena kelangkaannya dan biaya produksinya yang tinggi.
Emas, suatu siderofil, paling umum diperoleh dengan melarutkan bijihnya dalam larutan sianida. Emas membentuk disianoaurat(I), misalnya:
Seng ditambahkan ke dalam campuran dan, karena lebih reaktif daripada emas, mengusir emas:
Emas mengendap dalam larutan sebagai lumpur, dan dipisahkan dari larutannya dengan cara disaring, kemudian dilelehkan.