Метали от платинена група: преглед, списък, свойства и приложения

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-02 13:50

Металите от платинената група са шест благородни скъпоценни химически елемента, които са разположени един до друг в периодичната таблица. Всички те са преходни метали от 8–10 групи от 5–6 периода.

списък с метали от платинената група

Групата се състои от следните шест химични елемента, подредени във възходящ ред на атомното тегло:

• Ru – рутений.
• Rh – родий.
• Pd – паладий.
• Os – osmium.
• Ir – иридий.
• Pt – платина.

Металите от платинената група имат сребристо бял оттенък, с изключение на осмия, който е синкаво бял. Химичното им поведение е парадоксално, тъй като те са силно устойчиви на повечето реагенти, но се използват като катализатори, лесно ускоряващи или контролиращи скоростта на реакциите на окисление, редукция и хидрогениране.

Рутений и осмий кристализират в хексагонална плътно опакована система, докато други имат лицево-центрирана кубична структура. Това се отразява в по-голямата твърдост на рутения и осмия.

История на откриването

Въпреки че златните артефакти, съдържащи платина, датират от 700 г. пр.н.е. д., наличието на този метал е по-скоро инцидент, отколкото модел. Йезуитите през 16 век споменават плътни сиви камъчета, свързани с алувиални златни находища. Тези камъни не можеха да се стопят, но образуваха сплав със злато, докато слитъците станаха крехки и вече не беше възможно да се почистят. Камъчетата станаха известни като platina del Pinto, гранули от сребрист материал от река Пинто, която се влива в река Сан Хуан в Колумбия.

Ковката платина, която може да се получи само след пълно пречистване на метала, е изолирана от френския физик Шабано през 1789 г. От него е направен бокал, подарен на папа Пий VI. Откриването на паладий през 1802 г. е докладвано от английския химик Уилям Воластън, който нарече хим. елемент от групата на платинените метали в чест на астероида. Впоследствие Уоластън твърди, че е открил друго вещество, присъстващо в платинената руда. Той го нарече родий заради розовия цвят на металните соли. Откритията на иридий (наречен на богинята на дъгата Ирис поради пъстрия цвят на неговите соли) и осмий (от гръцката дума за „миризма“поради миризмата на хлор на неговия летлив оксид) са направени от английския химик Смитсън Тенант през 1803 г. Френските учени Иполит-Виктор Коле-Дескоти, Антоан-Франсоа Фуркроа и Никола-Луи Вокелен изолират двата метала едновременно. Рутеният, последният изолиран и идентифициран елемент, получава името си от латинското име за Русия от руския химик Карл Карлович Клаус през 1844 г.

За разлика отот такива лесно изолирани в относително чисто състояние чрез обикновен огън, рафиниращи вещества като злато, сребро, метали от платиновата група изискват сложна водно-химическа обработка. Тези методи не са били достъпни до края на 19-ти век, така че идентифицирането и изолирането на платинената група изостава от среброто и златото с хиляди години. В допълнение, високата точка на топене на тези метали ограничава използването им, докато изследователи от Великобритания, Франция, Германия и Русия разработят методи за превръщане на платината в работеща форма. Как благородните метали от платинената група започват да се използват в бижутата от 1900 г. Въпреки че това приложение остава актуално днес, индустриалното далеч го надмина. Паладият стана много търсен контактен материал в телефонните релета и други кабелни комуникационни системи, осигурявайки дълъг живот и висока надеждност, докато платината, поради устойчивостта си на искрова ерозия, беше използвана в свещите за бойни самолети по време на Втората световна война.

След войната разширяването на техниките за молекулярно преобразуване в рафинирането на петрол създава огромно търсене на каталитичните свойства на металите от платиновата група. До 70-те години на миналия век потреблението нарасна още повече, когато стандартите за автомобилни емисии в САЩ и други страни доведоха до използването на тези химикали при каталитично преобразуване на отработените газове.

Руди

С изключение на малки отлагания на платина, паладийи осмичен иридий (сплав от иридий и осмий), практически няма руда, в която основният компонент да бъде химичен елемент - метал от платиновата група. Минералите обикновено се намират в сулфидни руди, по-специално пентландит (Ni, Fe)₉S₈. Най-често срещаните са лаурит RuS_{2, ирарсит, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, осмиридий (Ir, Os), кооперит, (PtS) и брагит (Pt, Pd) S.}

Най-голямото в света находище на метали от платинена група е комплексът Бушвелд в Южна Африка. Големи запаси от суровини са съсредоточени в находищата Съдбъри в Канада и Норилск-Талнахското находище в Сибир. В САЩ най-големите находища на минерали от платиновата група се намират в Стилуотър, Монтана, но тук те са много по-малки, отколкото в Южна Африка и Русия. Най-големите производители на платина в света са Южна Африка, Русия, Зимбабве и Канада.

Извличане и обогатяване

Основните южноафрикански и канадски находища се експлоатират по минния метод. На практика всички метали от платиновата група се извличат от медни или никелови сулфидни минерали чрез флотационно разделяне. При топенето на концентрата се получава смес, която се отмива от медните и никелови сулфиди в автоклав. Твърдият остатък от излугването съдържа 15 до 20% метали от платинената група.

Понякога се използва гравитационно разделяне преди флотация. Резултатът е концентрат, съдържащ до 50% платинени метали, елиминирайки необходимостта от топене.

Механични свойства

Металите от платинената група се различават значително по механични свойства. Платината и паладият са доста меки и много ковки. Тези метали и техните сплави могат да се обработват както горещо, така и студено. Родият първо се обработва горещо и по-късно може да бъде студено обработен с доста често отгряване. Иридий и рутений трябва да се нагряват, не могат да се обработват на студено.

Осмият е най-твърдият от групата и има най-висока точка на топене, но склонността му към окисление налага свои собствени ограничения. Иридият е най-устойчивият на корозия от платинените метали, а родият е ценен заради задържането му при висока температура.

Структурни приложения

Тъй като чистата отгрявана платина е много мека, тя е податлива на надраскване и влошаване. За да се увеличи твърдостта му, той е легиран с много други елементи. Платинените бижута са много популярни в Япония, където се наричат "хакин" и "бяло злато". Бижутерските сплави съдържат 90% Pt и 10% Pd, които са лесни за обработка и запояване. Добавянето на рутений повишава твърдостта на сплавта, като същевременно поддържа устойчивостта на окисляване. Сплавите от платина, паладий и мед се използват в изковките, защото са по-твърди от платинения паладий и са по-евтини.

Тигелите, използвани за производството на монокристали в полупроводниковата индустрия, изискват устойчивост на корозия и стабилност при високи температури. За това приложение, платина, платина-родий ииридий. Сплавите платина-родий се използват при производството на термодвойки, които са предназначени за измерване на повишени температури до 1800 °C. Паладият се използва както в чиста, така и в смесена форма в електрически устройства (50% от потреблението), в стоматологични сплави (30%). Родий, рутений и осмий рядко се използват в чиста форма - те служат като легираща добавка за други метали от платиновата група.

Катализатори

Около 42% от цялата платина, произведена на Запад, се използва като катализатор. От тях 90% се използват в автомобилните изпускателни системи, където огнеупорни пелети или пчелна пита с покритие от платина (както и паладий и родий) помагат за превръщането на неизгорели въглеводороди, въглероден оксид и азотни оксиди във вода, въглероден диоксид и азот.

Сплав от платина и 10% родий под формата на нажежена метална мрежа катализира реакцията между амоняк и въздух за производство на азотни оксиди и азотна киселина. Когато се подава заедно със смес от амоняк, може да се получи метанова циановодородна киселина. При рафинирането на нефт платината на повърхността на алуминиевите пелети в реактора катализира превръщането на дълговерижни маслени молекули в разклонени изопарафини, които са желателни в смеси с високо октанови бензини.

Галванопластика

Всички метали от платинената група могат да бъдат галванични. Поради твърдостта и блясъка на полученото покритие най-често се използва родий. Въпреки че ецената е по-висока от платината, по-ниската плътност позволява използването на по-малка маса материал със сравнима дебелина.

Паладият е металът от платинената група, който е най-лесният за използване за приложения за покритие. Поради това здравината на материала се увеличава значително. Рутеният е намерил приложение в инструментите за обработка с ниско налягане с триене.

Химически съединения

Органичните метални комплекси от платинова група, като алкилплатиновите комплекси, се използват като катализатори при полимеризацията на олефини, производството на полипропилен и полиетилен и окисляването на етилена до ацеталдехид.

Платинените соли все повече се използват в химиотерапията на рак. Например, те са част от лекарства като Carboplatin и Cisplatin. Електродите с покритие от рутениев оксид се използват при производството на хлор и натриев хлорат. Родиевият сулфат и фосфатът се използват във вани с родиево покритие.