Metali platine skupine: Pregled, seznam, lastnosti in aplikacije

Kovine v platinasti skupini so šest plemenitih plemenitih kemičnih elementov, ki se nahajajo drug ob drugem v periodni tabeli. Vse so prehodne kovine skupine 8-10 v obdobju 5-6.

Kovine iz platinske skupine: seznam

Skupino sestavljajo naslednjih šest kemičnih elementov, razporejenih glede na povečanje atomske teže:

• Ru je rutenij.
• Rh je rodij.
• Pd je paladij.
• Os je osmij.
• Ir je iridij.
• Pt je platina.

Kovine v platinasti skupini imajo srebrno belo barvo, z izjemo osmija, katerega barva je modrikasto bela. Njihovo kemično vedenje je paradoksno, ker imajo visoko odpornost na delovanje večine reagentov, vendar se uporabljajo kot katalizatorji, ki enostavno pospešijo ali nadzirajo hitrost oksidacije, redukcije in reakcij hidrogeniranja.

Rutenij in osmij kristalizirajo v heksagonalni zaprti embalažni sistem, drugi pa imajo kocko strukturo, osredotočeno na obraz. To je izraženo v večji trdoti rutenijuma in osmija.

Zgodovina odkritja

Čeprav so zlati artefakti, ki vsebujejo platino, datirani do 700 pr. N. Št. Prisotnost te kovine je namreč nesreča kot pravilnost. Jezuiti so v XVI. Stoletju navedli sive goste kamenčke, povezane z aluvialnimi zlatimi nanosi. Te kamne ni bilo mogoče topiti, ampak so oblikovale zlitino z zlatom, medtem ko so ingoti postali krhki in jih je bilo že nemogoče čistiti. Kamen se je začel imenovati platina del Pinto - granule srebrovega materiala iz reke Pinto, ki se pretaka v Reka San Juan v Kolumbiji.

Prilagodljiva platine, ki se lahko pridobi šele po popolni čiščenje kovin, je izpostavil francoske fizika Shaba leta 1789. Iz njega je postal pečen papež Pij VI. Na odprtju paladija v 1802, je dejal angleški kemik William Wollaston, ki je imenovan kemikalije. element platinske kovinske skupine v čast asteroida. Wollaston je kasneje trdil, da je odkril drugo snov, ki je prisotna v platinasti rudi. Rodij je poimenoval zaradi roza barve kovinskih soli. Odpiranje iridij (imenovan po boginji mavrice Iris zaradi pestre njegove soli) in osmij (iz grške besede "vonjem" zaradi klora vonj hlapnih oksida) je izdelal britanski kemik Smithson Tennant leta 1803. Francoski znanstveniki Hippolyte Victor Collet-Deskoti, Antoine-François Fourcroy, Nicolas-Louis Vauquelin identificirali dva kovine hkrati. Rutenij, izolirani in označene z zadnjega elementa dobila ime iz latinskega imena za ruski ruski kemik Karl Karlovich Klaus leta 1844.

V nasprotju s takšnimi enostavno izoliranimi v relativno čistem stanju s preprostimi ogljikovimi spojinami, kot so zlato, srebro, kovine Platinasta skupina zahtevajo kompleksno vodno-kemično obdelavo. Te metode niso bile na voljo do konca 19. stoletja, tako da je identifikacija in izolacija platine skupine zaostajala za srebro in zlato, za tisoče let. Poleg tega je visoko tališče teh kovin omejiti njihovo uporabo, dokler so raziskovalci v Veliki Britaniji, Franciji, Nemčiji in Rusiji ni razvila metode za pretvorbo platine v obliki, primerni za obdelavo. Ker so se plemenite kovine iz platinske skupine začele uporabljati v nakitu od leta 1900. Čeprav je taka vloga danes še vedno pomembna, je industrijska industrija to presegla. Paladij je postal zelo priljubljen material za stike v sistemih rele telefonskih in drugih brezžičnih komunikacij, ki zagotavlja dolgo življenjsko dobo in visoko zanesljivost in platine, zaradi svoje odpornosti na prisilni erozijo, med drugo svetovno vojno se je začel uporabljati v iskro svečke bojno letalo.

Po vojni je širitev metod molekularne pretvorbe pri predelavi nafte ustvarila veliko povpraševanje po katalitičnih lastnostih, ki jih imajo kovine iz platinske skupine. Do 1970-ih se je poraba še povečala, ko so standardi avtomobilskih emisij v ZDA in drugih državah povzročili uporabo teh kemičnih elementov pri katalitični pretvorbi izpušnih plinov.

Ore

Z izjemo majhnih aluvialnih nanosov platine, paladija in osmijevega iridija (iridij in osmijeva zlitina) praktično ni rude, v kateri bi bil glavni element sestavni del kemičnega elementa kovinske platine. Minerali so praviloma vsebovani v sulfidnih rudah, zlasti v pentlanditu (Ni, Fe)₉S_{8. mesto}. Najpogostejši laurit RuS₂, (Ir, Ru, Rh, Pt) AsS, osmiridium (Ir, Os), cuperit, (PtS) in braggit (Pt, Pd) S.

Največji depozit kovin iz platinske skupine na svetu je kompleks Bushveld v Južni Afriki. Velike zaloge surovin so koncentrirane na depozite Sudbury v Kanadi in Norilsk-Talnakh v Sibiriji. V ZDA so največje količine mineralov iz platinskih mineralov v Stillwateru v Montani, a tukaj so precej manjše kot v Južni Afriki in Rusiji. Največji svetovni proizvajalci platine so Južna Afrika, Rusija, Zimbabve in Kanada.

Ekstrakcija in obdelava

Rudarske metode izkoriščajo glavne južnoafriške in kanadske nasade. Skoraj vsi kovinski materiali iz platinske skupine se pridobivajo iz bakrovih ali nikelj-sulfidnih mineralov s flotacijsko ločitvijo. Taljenje koncentrata proizvede mešanico, ki se iz avtoplašča izpira iz bakrovih in nikljevih sulfidov. Ostanek trdne raztopine vsebuje od 15 do 20% kovin platinske skupine.

Včasih se pred flotacijo uporablja gravitacijska ločitev. Tako dobimo koncentrat, ki vsebuje do 50% platinske kovine, kar odpravlja potrebo po taljenju.

Mehanske lastnosti

Kovine v platinasti skupini so bistveno drugačne pri mehanskih lastnostih. Platina in paladij sta precej mehka in zelo voljna. S temi kovinami in njihovimi zlitinami je mogoče delati tako v vročem kot hladnem stanju. Rodij najprej obdelamo vroče, kasneje pa jo lahko zdravimo z mrazom s precej pogostim žarjenjem. Iridij in rutenij morata biti ogrevana, hladna obdelava, ne posodi.

Osmij je najtežji v skupini in ima najvišjo točko taljenja, vendar njena težnja k oksidaciji nalaga njene omejitve. Iridium je najbolj proti koroziji odporen na platine kovin, rodij pa je vrednoten za ohranjanje svojih lastnosti pri visokih temperaturah.

Konstrukcijske aplikacije

Ker je žarjena platina zelo mehka, je dovzetna za praske in kvarjenje. Če želite povečati trdoto, se zlije s številnimi drugimi elementi. Platinasti nakit je zelo priljubljen na Japonskem, kjer se imenuje "hakkin" in "belo zlato". Zlitine za nakit vsebujejo 90% Pt in 10% Pd, ki je enostaven za uporabo in spajkanje. Dodajanje rutenijuma poveča trdoto zlitine, hkrati pa ohranja svojo odpornost proti oksidaciji. Zlitine platine, paladija in bakra se uporabljajo pri ponarejenih izdelkih, saj so težje kot platin-paladij in cenejše.

Kokile, ki se uporabljajo za proizvodnjo monokristalov v industriji polprevodnikov, zahtevajo odpornost na korozijo in stabilnost pri visokih temperaturah. Za to aplikacijo so najbolj primerna platina, platina-rodij in iridij. Platinum-rodijeve zlitine se uporabljajo pri proizvodnji termoelementov, ki so namenjeni za merjenje povišanih temperatur do 1800 ° C. Palladium se uporablja v čisti in mešani obliki v električnih napravah (50% porabe), v zobnih zlitinah (30%). Rodij, rutenij in osmij se redko uporabljajo v čisti obliki - služijo kot legirni aditiv za druge kovine iz platinske skupine.

Katalizatorji

Približno 42% celotne proizvedene platine na Zahodu se uporablja kot katalizator. Od tega je 90% uporablja v avtomobilskih izpušnih sistemov, kjer ognjevzdržen pelete ali satovje prevlečene s platino (in paladija in rodija) spodbujanje pretvorbo nezgorelih ogljikovodikov, ogljikovega monoksida in dušikovih oksidov v vodo, ogljikov dioksid in dušik.

Zlitina platine in 10% rodija v obliki rdeče vroče kovinske mreže služi kot katalizator v reakciji med amoniakom in zrakom za proizvodnjo dušikovih oksidov in dušikove kisline. Pri dobavi mešanice amoniaka lahko metan proizvede cianid. Pri rafiniranju olja je platina na površini aluminijevih zrn v reaktorju katalizator za pretvorbo molekul olja dolgih verig v razvejane izoparafine, ki so zaželene v mešanici visokokotanskih bencina.

Galvanizacija

Vse kovine platinaste skupine lahko uporabimo galvansko. Zaradi trdote in sijaja pridobljenega premaza se najpogosteje uporablja rodij. Čeprav so njegovi stroški višji od stroškov platine, manjša gostota omogoča uporabo manjše mase materiala pri primerljivi debelini.

Paladij je kovina iz platinske skupine, ki jo je najlažje uporabiti za premaze. Zaradi tega se močno poveča moč materiala. Rutenij je našel uporabo orodij, namenjenih za trenje pri nizkem tlaku.

Kemične spojine

Organski kompleksi platinske kovine, kot alkilplatiny kompleksov, ki se uporabljajo kot katalizator v polimerizacijo olefinov, proizvodnjo polipropilena in polietilena ter oksidacijo etilena do acetaldehida.

Platinske soli se vedno bolj uporabljajo pri kemoterapiji raka. Na primer, so del takih zdravil, kot so "Carboplatinum" in "Cisplatinum". Elektrode s prevleko iz rotenena se uporabljajo pri proizvodnji klora in natrijevega klorata. Rodij sulfat in fosfat se uporabljajo v rodiju galvanske kopeli.