Platinum Group Metals: Prezentare generală, listă, proprietăți și aplicații

Metalele grupului de platină sunt șase elemente chimice prețioase nobile care sunt situate una lângă alta în tabelul periodic. Toate acestea sunt metale tranzitorii din grupele 8-10 din perioada 5-6.

Metalele din grupul de platină: lista

Grupul constă din următoarele șase elemente chimice aranjate în ordinea cresterii greutății atomice:

• Ru este ruteniu.
• Rh este rodiu.
• Pd este paladiu.
• Os este osmiu.
• Ir este iridiu.
• Pt este platină.

Metalele grupului de platină au o nuanță argintie albă, cu excepția osmiului, a cărui culoare este albăstrui. Comportamentul lor chimic este paradoxal prin faptul că acestea au o rezistență ridicată la acțiunea majorității reactivilor, dar sunt utilizați ca catalizatori care accelerează sau controlează ușor reacția de oxidare, reducere și hidrogenare.

Ruthenium și osmiul cristalizează într-un sistem hexagonal închis, în timp ce alții au o structură cubică centrat pe față. Acest lucru este exprimat în duritatea mai mare a ruteniului și a osmiului.

Istoria descoperirii

Deși artefactele de aur care conțin platină sunt datate în anul 700 î.Hr. Prezența acestui metal este mai degrabă un accident decât o regularitate. Iezuiții din secolul al XVI-lea au menționat pietricele cenușii dense asociate cu depozitele de aur aluvionar. Aceste pietre nu au putut fi topite, dar au format un aliaj cu aur, în timp ce lingourile au devenit fragile și au fost deja imposibil de curățat. Pietricele au început să se numească platina del Pinto - granule de material argintiu din râul Pinto, care se varsă în Râul San Juan în Columbia.

platină maleabil, care poate fi obținută numai după o curățare completă de metal, a fost nominalizat de către fizicianul francez Shaba în 1789. Din aceasta a fost făcută o potiră prezentată papei Pius al VI-lea. Descoperirea paladiului în 1802 a fost raportată de chimistul englez William Wollaston, care la numit. element al grupului de metal platină în onoarea asteroidului. Wollaston a susținut mai târziu că a descoperit o altă substanță prezentă în minereul de platină. El a numit rodiul din cauza culorii roz a sărurilor metalice. Deschiderea iridiu (numit dupa zeita curcubeului Iris, din cauza pestriț sărurile sale) și osmiu (de la cuvântul „mirosul“ grecesc din cauza mirosului de clor din oxidul său volatil) au fost făcute de către chimistul englez Smithson Tennant în 1803. Cercetătorii francezi Hippolyte Victor Collet-Deskoti, Antoine-François Fourcroy, și Nicolas-Louis Vauquelin a identificat două metale simultan. Ruteniu, izolat și identificat de către ultimul element a primit numele de la numele latin al rusului chimistului rus Karl Karlovich Klaus în 1844.

Spre deosebire de astfel de usor izolat într-o stare relativ pură prin substanțe simple de rafinare a focului, cum ar fi aurul, argint, metale Grupul de platină necesită tratament complex chimic în apă. Aceste metode nu erau disponibile până la sfârșitul secolului al XIX-lea, astfel încât identificarea și izolarea grupului de platină a rămas în urma argintului și aurului de mii de ani. În plus, punctul de topire ridicat al acestor metale a limitat utilizarea lor, pana cand cercetatorii din Marea Britanie, Franța, Germania și Rusia nu au dezvoltat metode de conversie de platină într-o formă adecvată pentru prelucrare. Deoarece metalele prețioase ale grupului de platină au început să fie folosite în bijuterii încă din 1900. Deși o astfel de aplicație rămâne relevantă astăzi, industria industrială a depășit-o. Palladium a devenit un material foarte popular pentru contacte în sistemele releu de telefonie și alte comunicații fără fir, asigurând o viață lungă de serviciu și fiabilitate ridicată, și platină, datorită rezistenței sale la scânteie eroziune, în timpul al doilea război mondial a început să fie utilizate în bujiilor de avioane de luptă.

După război, extinderea metodelor de conversie moleculară în procesarea uleiului a creat o cerere imensă pentru proprietățile catalitice pe care le posedă metalele grupului de platină. Până în anii 1970, consumul a crescut și mai mult atunci când standardele privind emisiile de automobile din Statele Unite și din alte țări au condus la utilizarea acestor elemente chimice în conversia catalitică a gazelor de eșapament.

minereu

Cu excepția mici depozite aluvionare de platină, paladiu și osmiridium (un aliaj de iridiu și osmiu), practic nici un minereu, care au fost un element major chimic component - un metal din grupa platinei. Mineralele, de regulă, sunt cuprinse în minereurile de sulfuri, în special în pentlanditul (Ni, Fe)₉S₈. Cel mai comun laurite RuS₂, (Ir, Ru, Rh, Pt) AsS, osmiridiu (Ir, Os), cuperit (PtS) și braggit (Pt, Pd) S.

Cel mai mare depozit de metale din grupul de platină din lume este complexul Bushveld din Africa de Sud. Rezervele mari de materii prime sunt concentrate în depozitele Sudbury din Canada și Norilsk-Talnakh în Siberia. În SUA, cele mai mari depozite de minerale din grupul de platină sunt situate în Stillwater, Montana, dar aici sunt mult mai mici decât în ​​Africa de Sud și Rusia. Cei mai mari producători de platină din lume sunt Africa de Sud, Rusia, Zimbabwe și Canada.

Extracție și prelucrare

Principalele depozite din Africa de Sud și Canadian sunt exploatate prin metoda minelor. Practic toate metalele din grupa de platină sunt extrase din minerale de cupru sau sulfură de nichel prin separarea flotării. Topirea concentratului produce un amestec care este spălat din cupru și sulfuri de nichel într-o autoclavă. Reziduul solid de scurgere conține între 15 și 20% din metalele grupului de platină.

Uneori separarea gravitațională este utilizată înainte de flotare. Ca rezultat, se obține un concentrat care conține până la 50% metale de platină, ceea ce elimină necesitatea topirii.

Proprietăți mecanice

Metalele din grupa de platină sunt semnificativ diferite în ceea ce privește proprietățile mecanice. Platina și paladiul sunt destul de moi și foarte maleabile. Cu aceste metale și aliajele lor este posibil să se lucreze atât în ​​stare fierbinte, cât și în stare rece. Rhodiu este tratat mai întâi fierbinte, iar mai târziu poate fi tratat la rece cu o recoacere destul de frecventă. Iridiul și ruteniul trebuie să fie încălzite, prelucrate la rece, ele nu se pretează.

Osmiul este cel mai greu al grupului și are cel mai înalt punct de topire, dar tendința sa de oxidare impune limitările sale. Iridiul este cel mai rezistent la coroziune al metalelor de platină, iar rodiul este evaluat pentru păstrarea proprietăților sale la temperaturi ridicate.

Aplicații structurale

Din moment ce platina recoascută este foarte moale, este susceptibilă la zgârieturi și la deteriorare. Pentru a-și spori duritatea, este combinată cu multe alte elemente. Bijuteria din platină este foarte populară în Japonia, unde se numește "hakkin" și "aur alb". Aliajele pentru bijuterii conțin 90% Pt și 10% Pd, ușor de manevrat și de lipit. Adăugarea de ruteniu mărește duritatea aliajului, menținând în același timp rezistența la oxidare. Aliajele de platină, paladiu și cupru sunt folosite în produsele forjate, deoarece sunt mai grele decât platina-paladiu și mai puțin costisitoare.

Creuzele utilizate pentru producerea de cristale unice în industria semiconductorilor necesită rezistență la coroziune și stabilitate la temperaturi ridicate. Pentru această aplicație, platina, platina-rodiu și iridiu sunt cele mai potrivite. Platan-aliajele de rodiu sunt utilizate în producția de termocupluri, care sunt proiectate să măsoare temperaturi ridicate până la 1800 ° C. Paladiul este utilizat atât în ​​formă pură, cât și în amestec, în dispozitivele electrice (50% din consum), în aliajele dentare (30%). Rhodiu, ruthenium și osmiu sunt rareori utilizate în formă pură - ele servesc drept aditiv de aliere pentru alte metale din grupul de platină.

catalizatorii

Aproximativ 42% din toată platina produsă în Occident este utilizată ca un catalizator. Dintre acestea, 90% este utilizat în sistemele de evacuare pentru automobile, în care granulele refractare sau faguri acoperite cu platină (și paladiu și rodiu) promovează conversia hidrocarburilor nearse, monoxid de carbon și oxizi de azot în apă, dioxid de carbon și azot.

Aliajul de platină și 10% rodiu sub formă de plasă metalică roșie servește drept catalizator în reacția dintre amoniac și aer pentru a produce oxizi de azot și acid azotic. Când este furnizat cu un amestec de amoniac, metanul poate produce cianură. În rafinarea uleiului, platina de pe suprafața boabelor de alumină din reactor este un catalizator pentru conversia moleculelor de petrol cu ​​catenă lungă în izoparafine ramificate, care sunt de dorit într-un amestec de gazoline cu cifră înaltă.

Galvanizare

Toate metalele din grupa de platină pot fi aplicate galvanic. Datorită durității și strălucirii stratului de acoperire obținut, cel mai adesea se utilizează rodiu. Deși costul său este mai mare decât cel al platinei, o densitate mai mică face posibilă utilizarea unei mase mai mici de material la o grosime comparabilă.

Paladiul este un metal din grupul de platină, care este cel mai ușor de utilizat pentru acoperire. Datorită acestui fapt, rezistența materialului este foarte mare. Ruthenium a găsit aplicații în uneltele proiectate pentru tratarea prin frecare la presiune scăzută.

Compuși chimici

Complexe organici ai metalelor din grupa platinei, cum ar fi alkilplatiny complecși utilizați drept catalizatori în polimerizarea olefinelor, producția de polipropilenă și polietilenă, precum și oxidarea etilenei la acetaldehidă.

Sarurile de platină sunt utilizate din ce în ce mai mult în chimioterapia cancerului. De exemplu, ele fac parte din medicamente precum "Carboplatinum" și "Cisplatinum". Electrozii cu acoperire cu ruteniu sunt utilizați în producția de clor și clorat de sodiu. Sulfatul de sodiu și fosfatul se utilizează în rodiu băi galvanice.