Platinum Group Metals: omówienie, lista, właściwości i zastosowania

Metale z grupy platynowej to sześć szlachetnych cennych pierwiastków chemicznych, które są umieszczone obok siebie w układzie okresowym. Wszystkie z nich są metalami przejściowymi z grup 8-10 okresu 5-6.

Metale z grupy platynowej: lista

Grupa składa się z następujących sześciu elementów chemicznych ułożonych w porządku rosnącej masy atomowej:

• Ru jest rutenem.
• Rh oznacza rod.
• Pd oznacza pallad.
• Os to osm.
• Ir to iryd.
• Pt to platyna.

Istnieją metale z grupy platynowejsrebrzystobiałym odcień, z wyjątkiem osm, które jest koloru niebieskawo-białej. Ich chemiczne zachowanie się paradoksalne, że są one bardzo odporne na większość odczynników, lecz są one wykorzystywane jako katalizatory lub przyspieszania łatwo kontrolowania szybkości reakcji utleniania, redukcji i uwodornienia.

Ruten, osm krystalizuje się w sześciokątnym gęstego upakowania systemu, podczas gdy inne mają strukturę regularną ściennie centrowaną. Znajduje to odzwierciedlenie w większej twardości rutenu i osmu.

Historia odkrycia

Chociaż artefakty złote zawierają platynędatowane na 700 pne. Obecność tego metalu jest raczej przypadkiem niż regularnością. Jezuici w XVI wieku wymieniali szare gęste kamyki związane z aluwialnymi złoceniami złota. Kamienie te nie mogły się stopić, ale tworzyły stop ze złotem, podczas gdy wlewki stały się kruche i już nie można było ich wyczyścić. Kamyki zaczęto nazywać platina del Pinto - granulki srebrzystego materiału z rzeki Pinto, która wpada do rzeki San Juan w Kolumbii.

Zanurzenie platyny, którą można uzyskaćpo całkowitym oczyszczeniu metalu został wyróżniony przez francuskiego fizyka Shabano w 1789 roku. Z niego powstał kielich przedstawiony papieżowi Piusowi VI. Odkrycie palladu w 1802 r. Zgłosił angielski chemik William Wollaston, który go nazwał. element grupy platynowo-metalowej na cześć asteroidy. Wollaston twierdził później, że odkrył inną substancję obecną w rudzie platyny. Nazwał go rodem z powodu różowego koloru soli metali. Otwarcie iryd (nazwany na cześć bogini tęczy Iris ze względu na różnorodny jego sole) i osm (od greckiego słowa „zapachu” ze względu na zapach chloru jego lotnego tlenku) zostały wykonane przez brytyjskiego chemika Tennant Smithson w 1803 roku. Francuscy naukowcy Hippolyte Victor Collet-Deskoti Antoine-François Fourcroy i Nicolas-Louis Vauquelin zidentyfikowano dwa metale jednocześnie. Ruten, wyizolowany i zidentyfikowany przez ostatni element ma swoją nazwę od łacińskiej nazwy rosyjskiego rosyjski chemik Karl Karlovich Klaus w 1844 roku.

W przeciwieństwie do takich łatwo rozpoznawalnychstosunkowo czysty stan za pomocą prostych środków uszlachetniających pożarowym, takie jak złoto, srebro, metale z grupy platynowców, wymagają skomplikowanego wodnej obróbce chemicznej. Metody te nie były dostępne dopiero pod koniec 19 wieku, więc identyfikacja i izolacja z grupy platynowców nadąża za srebro i złoto od tysięcy lat. Ponadto wysoka temperatura topnienia tych metali ograniczył ich zastosowanie, aż naukowcy w Wielkiej Brytanii, Francji, Niemiec i Rosji nie opracowali metody konwersji platyny w postaci nadającej się do dalszego przetwarzania. Jako metali szlachetnych z grupy platyny zaczęto używać w biżuterii od 1900 roku. Chociaż takie zastosowanie jest aktualne, przemysł przemysłowy przekroczył go. Palladium stał się bardzo popularny materiał do kontaktów w systemach przekaźników telefonicznych i innych sposobów komunikacji bezprzewodowej, zapewniając długą żywotność i wysoką niezawodność i platynę, ze względu na jego odporność iskra erozji, w czasie II wojny światowej zaczął być używany w świec zapłonowych samolotów bojowych.

Po wojnie ekspansja molekularnakonwersja w przetwarzaniu ropy stworzyła ogromne zapotrzebowanie na właściwości katalityczne, jakie posiadają metale z grupy platyny. W latach 70. konsumpcja wzrosła jeszcze bardziej, gdy normy emisji samochodów w Stanach Zjednoczonych i innych krajach doprowadziły do ​​zastosowania tych pierwiastków w katalitycznej konwersji gazów spalinowych.

Ruda

Z wyjątkiem niewielkich złóż aluwialnychIryd platyny, palladu i osmu (stop irydu i osmu), praktycznie nie ma rudy, w której pierwiastek główny byłby pierwiastkiem chemicznym, metalem z grupy platyny. Minerały z reguły znajdują się w rudach siarczkowych, w szczególności w pentlandzie (Ni, Fe)₉S₈. Najbardziej rozpowszechnione laurytowe RuS₂, Irsit, (Ir, Ru, Rh, Pt) AsS, Osmoridium (Ir, Os), Cooperite, (PtS) i Braggite (Pt, Pd) S.

Największy na świecie depozyt metaligrupa platynowa - kompleks Bushveld w Republice Południowej Afryki. Duże rezerwy surowców koncentrują się w złożach Sudbury w Kanadzie i Norylsku-Talnakh na Syberii. W Stanach Zjednoczonych największe złoża minerałów z grupy platyny znajdują się w Stillwater w stanie Montana, ale tutaj są znacznie mniejsze niż w Afryce Południowej i Rosji. Największymi producentami platyny na świecie są RPA, Rosja, Zimbabwe i Kanada.

Ekstrakcja i przetwarzanie

Major Republiki Południowej Afryki i Kanadydepozyty prowadzone są metodą kopalni. Praktycznie wszystkie metale z grupy platyny są ekstrahowane z minerałów siarczkowych miedzi lub niklu poprzez separację flotacyjną. Topienie koncentratu daje mieszaninę wymytą z siarczków miedzi i niklu w autoklawie. Stałe pozostałości po ługowaniu zawierają od 15 do 20% metali z grupy platyny.

Czasami separacja grawitacyjna jest używana przed flotacją. W rezultacie otrzymuje się koncentrat zawierający do 50% metali platynowych, co eliminuje potrzebę wytapiania.

Właściwości mechaniczne

Metale z grupy platyny są znacząco różnewłaściwości mechaniczne. Platyna i pallad są raczej miękkie i bardzo plastyczne. Dzięki tym metalom i ich stopom można pracować zarówno w stanie gorącym, jak i zimnym. Rod najpierw traktuje się na gorąco, a później można go poddać obróbce na zimno z dość częstym wyżarzaniem. Iridium i ruten muszą być podgrzewane, przetwarzane na zimno, nie nadają się same.

Osmium jest najtrudniejszą grupą i ma najwięcejwysoka temperatura topnienia, ale jego tendencja do utleniania narzuca swoje ograniczenia. Iridium jest najbardziej odpornym na korozję metalem platynowym, a ród jest ceniony za zachowanie swoich właściwości w wysokich temperaturach.

Aplikacje strukturalne

Ponieważ wyżarzana platyna jest bardzomiękkie, jest podatne na zadrapania i zepsucia. Aby zwiększyć jej twardość, łączy się z wieloma innymi elementami. Biżuteria platynowa jest bardzo popularna w Japonii, gdzie nazywa się ją "hakkin" i "białe złoto". Stopy do biżuterii zawierają 90% Pt i 10% Pd, który jest łatwy w obsłudze i lutowaniu. Dodatek rutenu zwiększa twardość stopu, przy zachowaniu jego odporności na utlenianie. Stopy platyny, palladu i miedzi są stosowane w wyrobach kutych, ponieważ są twardsze niż platyna-pallad i są mniej kosztowne.

Tygle używane do produkcjimonokryształy w przemyśle półprzewodników wymagają odporności na korozję i stabilności w wysokich temperaturach. Do tego zastosowania najlepiej nadają się platyna, platyna-rod i iryd. Stopy platynowo-rodowe stosuje się do produkcji termopar, które są przeznaczone do pomiaru podwyższonych temperatur do 1800 ° C. Pallad jest stosowany w postaci czystej i mieszanej w urządzeniach elektrycznych (50% zużycia), w stopach dentystycznych (30%). Rod, ruten i osm są rzadko używane w czystej postaci - służą jako dodatek stopowy do innych metali z grupy platyny.

Katalizatory

Około 42% całej platyny produkowanej na Zachodzie,Jest on stosowany jako katalizator. Spośród nich, 90% są stosowane w systemach spalin samochodowych, znamienny tym, że granulat lub opornych na plastrach pokryte platyną (i pallad i rod) wywołać konwersję niespalone węglowodory, tlenek węgla i tlenki azotu, do wody, dwutlenku węgla i azotu.

Stop platyny i 10% rodu w postaci gorącej czerwienirozpalona metalowa siatka służy jako katalizator w reakcji amoniaku z powietrzem w celu wytworzenia tlenków azotu i kwasu azotowego. W przypadku, gdy jest dostarczany z mieszaniną amoniaku, metan może wytwarzać cyjanek. W rafinacji oleju, platyna na powierzchni ziaren tlenku glinu w reaktorze jest katalizatorem do konwersji długołańcuchowych cząsteczek oleju w rozgałęzione izoparafiny, które są pożądane w mieszaninie wysokooktanowych benzyn.

Galwanizacja

Można stosować wszystkie metale z grupy platynowcówgalwanicznie. Ze względu na twardość i połysk uzyskanej powłoki najczęściej stosuje się rod. Chociaż jego koszt jest wyższy niż platyny, niższa gęstość umożliwia zastosowanie mniejszej masy materiału przy porównywalnej grubości.

Pallad jest metalem z grupy platyny, któranajłatwiej go użyć do powlekania. Dzięki temu znacznie wzrasta wytrzymałość materiału. Ruten znalazł zastosowanie w narzędziach przeznaczonych do obróbki ciernej przy niskim ciśnieniu.

Związki chemiczne

Ekologiczne kompleksy metali platynowychgrupy takie jak kompleksy alkiloplatyny są stosowane jako katalizatory w polimeryzacji olefin, produkcji polipropylenu i polietylenu oraz w utlenianiu etylenu do aldehydu octowego.

Coraz częściej stosuje się sole platynyw chemioterapii raka. Na przykład są one częścią takich leków, jak "Carboplatinum" i "Cisplatinum". Elektrody powlekane rutenem są wykorzystywane do produkcji chloru i chloranu sodu. Siarczan rodu i fosforan są stosowane w kąpielach rodowanych.