Метали платинової групи: огляд, список, властивості і застосування

Метали платинової групи - це шість шляхетних дорогоцінних хімічних елементів, які розташовані поруч в періодичній таблиці. Всі вони є перехідними металами 8-10 груп 5-6 періоду.

Метали платинової групи: список

Група складається з наступних шести хімічних елементів, розташованих в порядку зростання атомної ваги:

• Ru - рутеній.
• Rh - родій.
• Pd - паладій.
• Os - осмій.
• Ir - іридій.
• Pt - платина.

Метали платинової групи мають сріблясто-білим відтінком, за винятком осмію, колір якого блакитно-білий. Їх хімічна поведінка парадоксально в тому, що вони мають високу стійкість до впливу більшості реагентів, але використовуються в якості каталізаторів, легко прискорюють або контролюючих швидкість окислення, відновлення і реакцій гідрування.

Рутеній і осмій кристалізуються в гексагональними щільноупакованими систему, а інші мають гранецентрованих кубічних структурою. Це виражається в більшій твердості рутенію і осмію.

Історія відкриття

Хоча платиновмісні золоті артефакти датовані 700 р. До н.е. е., присутність цього металу є, скоріше, випадковістю, ніж закономірністю. Єзуїти в XVI столітті згадували сірі щільні камені, пов`язані з алювіальними родовищами золота. Ці камінчики можна було розплавити, але вони утворювали сплав з золотом, при цьому злитки ставали ламкими, і їх вже було неможливо очистити. Камінці стали називати platina del Pinto - гранули сріблястого матеріалу з річки Пінто, що впадає річку Сан-Хуан в Колумбії.

Відео: Золото з радіодеталей

Ковка платина, яку можна отримати тільки після повного очищення металу, була виділена французьким фізиком Шабан в 1789 році. З неї був зроблений кубок, який дав папи Пія VI. Про відкриття паладію в 1802 році повідомив англійський хімік Вільям Волластон, який назвав хім. елемент групи платинових металів в честь астероїда. Волластон згодом заявляв про виявлення ще одного речовини, присутнього в платинової руді. Його він назвав родием через рожевого кольору солей металу. Відкриття іридію (по імені богині веселки Іриди через строкатою забарвлення його солей) і осмію (від грецького слова «запах» через хлорного запаху його летючого оксиду) були зроблені англійським хіміком Смітсоном Теннантом в 1803 році. Французькі вчені Іполит-Віктор Колле-Дескоті, Антуан-Франсуа Фуркруа, і Ніколя-Луї Воклен виділили два металу одночасно. Рутеній, останній ізольований і ідентифікований елемент, отримав свою назву за латинським найменуванням Росії від російського хіміка Карла Карловича Клауса в 1844 році.

На відміну від таких легко виділяються в досить чистому стані шляхом простого вогневого рафінування речовин, як золото, срібло, метали платинової групи вимагають складної водно-хімічної обробки. Ці методи не були доступні до кінця 19 століття, тому виявлення та ізоляція платинової групи відстала від срібла і золота на тисячі років. Крім того, висока температура плавлення цих металів обмежувала їх застосування, поки дослідники в Британії, Франції, Німеччини та Росії не розробили методи перетворення платини в форму, придатну для обробки. Як дорогоцінні метали платинової групи почали використовуватися в ювелірних виробах з 1900 року. Хоча таке застосування залишається актуальним і сьогодні, промислове набагато його перевершила. Паладій став дуже затребуваним матеріалом для контактів в високої частоти і інших системах провідний комунікації, забезпечуючи тривалий термін служби і високу надійність, а платина, через свою стійкості до іскровий ерозії, під час Другої світової війни стала застосовуватися в свічках запалювання бойових літаків.

Після війни розширення методів молекулярної конверсії при переробці нафти створило величезний попит на каталітичні властивості, якими володіють метали платинової групи. До 1970-х років споживання зросло ще більше, коли стандарти автомобільних викидів в США та інших країнах привело до використання даних хімічних елементів в каталітичної конверсії вихлопних газів.

руди

За винятком малих розсипних родовищ платини, паладію і осмистого іридію (сплаву іридію і осмію), практично немає руди, в якій би основним компонентом був хімічний елемент - метал платинової групи. Мінерали, як правило, містяться в сульфідних рудах, зокрема в Пентланд (Ni, Fe)₉S₈. Найбільш поширені ЛАУРИТ RuS₂, ірарсіт, (Ir, Ru, Rh, Pt) AsS, осмірідіум (Ir, Os), куперит, (PtS) і Брагг (Pt, Pd) S.

Найбільше в світі родовище металів платинової групи - Бушвельдскій комплекс в ПАР. Великі запаси сировини зосереджені в родовищах Садбері в Канаді і Норильськ-Талнахском в Сибіру. У США найбільші поклади мінералів платинової групи розташовані в Стилуотер, Монтана, але тут вони значно менше, ніж в ПАР і Росії. Найбільшими у світі виробниками платини є Південна Африка, Росія, Зімбабве і Канада.

Видобуток і збагачення

Основні південноафриканські і канадські родовища експлуатуються шахтним способом. Практично всі метали платинової групи витягуються з мідних або нікелевихсульфідних мінералів за допомогою флотаційного сепарації. Плавка концентрату виробляє суміш, яка вимивається з міді і сульфідів нікелю в автоклаві. Твердий залишок вилуговування містить від 15 до 20% металів платинової групи.

Іноді до флотації використовується гравітаційне розділення. В результаті виходить концентрат, що містить до 50% платинових металів, що позбавляє від необхідності виплавки.

Механічні властивості

Метали платинової групи значно відрізняються механічними властивостями. Платина і паладій досить м`які і дуже ковкие. З цими металами і їх сплавами можна працювати як в гарячому, так і в холодному стані. Родій спочатку обробляють гарячим, а пізніше його можна обробляти холодним з досить частим відпалом. Іридій і рутеній повинні бути нагріті, холодної обробці вони не піддаються.

Осмій - самий твердий з групи і має найбільш високу температуру плавлення, але його схильність до окислення накладає свої обмеження. Іридій найбільш коррозионностойкий з платинових металів, а родій цінується за збереження своїх властивостей при високих температурах.

Відео: видобуток металів

структурні застосування

Оскільки дочиста відпалена платина дуже м`яка, вона сприйнятлива до подряпин і псування. Для збільшення твердості її сплавляють з безліччю інших елементів. Платинові коштовності дуже популярні в Японії, де її називається «Хаккінен» і «біле золото». Сплави для ювелірних виробів містять 90% Pt і 10% Pd, який легко обробляти і паяти. Додавання рутенію підвищує твердість сплаву, зберігаючи стійкість до окислення. Сплави платини, паладію і міді використовуються в кованих виробах, так як вони твердіше платино-паладієвих і менш затратні.

Тиглі, використовувані для виробництва монокристалів в напівпровідникової промисловості, вимагають корозійної стійкості і стабільності при високих температурах. Для цього застосування найкраще підходять платина, платина-родій і іридій. Платинородієві сплави використовуються у виробництві термопар, які призначені для вимірювання підвищених температур до 1800 ° C. Паладій застосовують як в чистому, так і в змішаному вигляді в електричних пристроях (50% споживання), в стоматологічних сплавах (30%). Родій, рутеній і осмій рідко використовуються в чистому вигляді - вони служать легуючої добавкою для інших металів платинової групи.

каталізатори

Близько 42% всієї платини, виробленої на Заході, використовується в якості каталізатора. З них 90% застосовується в автомобільних вихлопних системах, де тугоплавкі гранули, стільникові конструкції з платиновим покриттям (а також паладієвим і родієвим) сприяють перетворенню незгорілих вуглеводнів, окису вуглецю та окислів азоту в воду, вуглекислий газ і азот.

Сплав платини і 10% родію у вигляді розпеченої до червоного металевої сітки служить каталізатором в реакції між аміаком і повітрям для отримання оксидів азоту та азотної кислоти. При подачі разом із сумішшю аміаку метану можна отримати синильну кислоту. При переробці нафти платина на поверхні гранул оксиду алюмінію в реакторі є каталізатором перетворення довголанцюжкових молекул нафти в розгалужені ізопарафінов, які бажані в суміші високооктанових бензинів.

Гальваніка

Всі метали платинової групи можна наносити гальванически. Через твердості і блиску одержуваного покриття найбільш часто застосовується родій. Хоча його вартість вище, ніж платини, менша щільність дозволяє використовувати меншу масу матеріалу при порівнянній товщині.

Паладій - метал платинової групи, який найпростіше використовувати для нанесення покриттів. Завдяки цьому міцність матеріалу значно підвищується. Рутеній знайшов застосування в інструментах, призначених для обробки тертям при низькому тиску.

хімічні сполуки

Органічні комплекси металів платинової групи, такі як комплекси алкілплатіни, використовуються в якості каталізаторів в процесі полімеризації олефінів, виробництві поліпропілену і поліетилену, а також при окисленні етилену в ацетальдегід.

Солі платини знаходять все більш широке застосування в хіміотерапії раку. Наприклад, вони входять до складу таких ліків, як "карбоплатин" і "цисплатин". Покриті оксидом рутенію електроди використовуються у виробництві хлору і хлората натрію. Сульфат і фосфат родію застосовуються в родієвого гальванічних ваннах.