Platīna grupas metāli: pārskats, saraksts, īpašības un pielietojums

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-02 13:59

Platīna grupas metāli ir seši cēli dārgakmeņi, kas periodiskajā tabulā atrodas blakus. Tie visi ir pārejas metāli no 8–10 grupām ar 5–6 periodiem.

Platīna grupas metālu saraksts

Grupu veido šādi seši ķīmiskie elementi, kas sakārtoti augošā secībā pēc atommasas:

• Ru – rutēnijs.
• Rh – rodijs.
• Pd – pallādijs.
• Os – osmium.
• Ir – irīdijs.
• Pt – platīns.

Platīna grupas metāliem ir sudrabaini b alts nokrāsa, izņemot osmiju, kas ir zilgani b alts. To ķīmiskā uzvedība ir paradoksāla, jo tie ir ļoti izturīgi pret lielāko daļu reaģentu, bet tiek izmantoti kā katalizatori, kas viegli paātrina vai kontrolē oksidācijas, reducēšanas un hidrogenēšanas reakciju ātrumu.

Rutēnijs un osmijs kristalizējas sešstūra formā, cieši iesaiņotā sistēmā, savukārt citiem ir uz seju vērsta kubiskā struktūra. Tas atspoguļojas rutēnija un osmija lielākā cietībā.

Atklājumu vēsture

Lai gan platīnu saturoši zelta artefakti ir datēti ar 700. gadu pirms mūsu ēras. e., šī metāla klātbūtne ir vairāk nelaimes gadījums, nevis modelis. Jezuīti 16. gadsimtā minēja blīvus pelēkus oļus, kas saistīti ar sanesu zelta atradnēm. Šos akmeņus nevarēja izkausēt, bet tie veidoja sakausējumu ar zeltu, savukārt lietņi kļuva trausli, un tos vairs nebija iespējams notīrīt. Oļi kļuva pazīstami kā platina del Pinto - sudraba materiāla granulas no Pinto upes, kas ietek Sanhuanas upē Kolumbijā.

Kaļamo platīnu, ko var iegūt tikai pēc pilnīgas metāla attīrīšanas, 1789. gadā izdalīja franču fiziķis Šabano. No tā tika izgatavots kauss, kas tika pasniegts pāvestam Pijam VI. Par palādija atklāšanu 1802. gadā ziņoja angļu ķīmiķis Viljams Volstons, kurš nosauca šo ķīmisko vielu. platīna metālu grupas elements par godu asteroīdam. Pēc tam Volstons apgalvoja, ka ir atklājis citu vielu, kas atrodas platīna rūdā. Viņš to sauca par rodiju metālu sāļu rozā krāsas dēļ. Iridiju (nosaukts varavīksnes dievietes Īrisas vārdā tās sāļu raibās krāsas dēļ) un osmiju (no grieķu vārda "smarža" tā gaistošā oksīda hlora smaržas dēļ) atklāja angļu ķīmiķis Smitsons Tenants gadā. 1803. gads. Franču zinātnieki Hipolits Viktors Kolē-Deskoti, Antuāns Fransuā Furruā un Nikolass Luiss Vokelins abus metālus izolēja vienlaikus. Rutēnijs, pēdējais izolētais un identificētais elements, savu nosaukumu ieguva no Krievijas latīņu nosaukuma no krievu ķīmiķa Kārļa Karloviča Klausa 1844. gadā.

Atšķirībā no Patīkno tādiem, kurus viegli izolēt salīdzinoši tīrā stāvoklī ar vienkāršām uguns attīrīšanas vielām, piemēram, zeltu, sudrabu, platīna grupas metāliem, nepieciešama sarežģīta ūdens ķīmiska apstrāde. Šīs metodes nebija pieejamas līdz 19. gadsimta beigām, tāpēc platīna grupas identificēšana un izolācija atpalika no sudraba un zelta par tūkstošiem gadu. Turklāt šo metālu augstā kušanas temperatūra ierobežoja to izmantošanu, līdz pētnieki Lielbritānijā, Francijā, Vācijā un Krievijā izstrādāja metodes, kā pārvērst platīnu izmantojamā formā. Kā platīna grupas dārgmetālus sāka izmantot juvelierizstrādājumos kopš 1900. gada. Lai gan šī lietojumprogramma joprojām ir aktuāla šodien, rūpnieciskā ir daudz pārspējusi to. Pallādijs kļuva par ļoti pieprasītu kontaktmateriālu telefonu relejos un citās vadu sakaru sistēmās, nodrošinot ilgu kalpošanas laiku un augstu uzticamību, savukārt platīns, pateicoties tā izturībai pret dzirksteļu eroziju, Otrā pasaules kara laikā tika izmantots kaujas lidmašīnu aizdedzes svecēs.

Pēc kara molekulārās konversijas metožu paplašināšanās naftas pārstrādē radīja milzīgu pieprasījumu pēc platīna grupas metālu katalītiskajām īpašībām. Līdz 1970. gadiem patēriņš pieauga vēl vairāk, kad automobiļu emisiju standarti ASV un citās valstīs izraisīja šo ķīmisko vielu izmantošanu katalītiskajā izplūdes gāzu pārveidē.

rūdas

Izņemot nelielas platīna, pallādija nogulsnesun osmiskais iridijs (irīdija un osmija sakausējums), praktiski nav rūdas, kurā galvenā sastāvdaļa būtu ķīmiskais elements - platīna grupas metāls. Minerāli parasti ir atrodami sulfīdu rūdās, jo īpaši pentlandītā (Ni, Fe)₉S₈. Visizplatītākie ir laurīts RuS_{2, irarsīts, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmirīdijs (Ir, Os), kooperīts, (PtS) un braggīts (Pt, Pd) S.}

Pasaulē lielākā platīna grupas metālu atradne ir Bušveldas komplekss Dienvidāfrikā. Lielas izejvielu rezerves ir koncentrētas Sadberijas atradnēs Kanādā un Noriļskas-Talnakhskoje atradnēs Sibīrijā. ASV lielākās platīna grupas derīgo izrakteņu atradnes atrodas Stilvoterā, Montānā, taču šeit tās ir krietni mazākas nekā Dienvidāfrikā un Krievijā. Pasaulē lielākie platīna ražotāji ir Dienvidāfrika, Krievija, Zimbabve un Kanāda.

Ieguve un bagātināšana

Galvenās Dienvidāfrikas un Kanādas atradnes tiek izmantotas ar raktuvju metodi. Praktiski visi platīna grupas metāli tiek reģenerēti no vara vai niķeļa sulfīda minerāliem, izmantojot flotācijas atdalīšanu. Koncentrāta kausēšana rada maisījumu, kas tiek izskalots no vara un niķeļa sulfīdiem autoklāvā. Cietais izskalošanās atlikums satur 15 līdz 20% platīna grupas metālu.

Dažreiz pirms flotācijas tiek izmantota gravitācijas atdalīšana. Rezultāts ir koncentrāts, kas satur līdz 50% platīna metālu, tādējādi novēršot kausēšanas nepieciešamību.

Mehāniskās īpašības

Platīna grupas metāli būtiski atšķiras pēc mehāniskajām īpašībām. Platīns un pallādijs ir diezgan mīksti un ļoti kaļami. Šos metālus un to sakausējumus var apstrādāt gan karsti, gan auksti. Rodiju vispirms apstrādā karsti, un vēlāk to var apstrādāt aukstā veidā ar diezgan biežu atlaidināšanu. Iridijs un rutēnijs ir jākarsē, tos nevar apstrādāt auksti.

Osmijs ir cietākais no grupas, un tam ir visaugstākā kušanas temperatūra, taču tā tieksme oksidēties nosaka savus ierobežojumus. Iridijs ir visizturīgākais pret koroziju no platīna metāliem, un rodijs tiek novērtēts tā augstās temperatūras noturības dēļ.

Strukturālie lietojumi

Tā kā tīri atlaidināts platīns ir ļoti mīksts, tas ir jutīgs pret skrāpējumiem un nolietošanos. Lai palielinātu tā cietību, tas ir leģēts ar daudziem citiem elementiem. Platīna rotaslietas ir ļoti populāras Japānā, kur tās sauc par "hakkin" un "b alto zeltu". Juvelierizstrādājumu sakausējumi satur 90% Pt un 10% Pd, ko ir viegli apstrādāt un lodēt. Rutēnija pievienošana palielina sakausējuma cietību, vienlaikus saglabājot izturību pret oksidēšanu. Platīna, pallādija un vara sakausējumi tiek izmantoti kalumos, jo tie ir cietāki par platīna pallādiju un ir lētāki.

Tīģeļiem, ko izmanto monokristālu ražošanai pusvadītāju rūpniecībā, ir nepieciešama izturība pret koroziju un stabilitāte augstās temperatūrās. Šim lietojumam platīna, platīna-rodija unirīdijs. Platīna-rodija sakausējumus izmanto termopāru ražošanā, kas paredzēti paaugstinātas temperatūras mērīšanai līdz 1800 °C. Palādiju izmanto gan tīrā, gan jauktā veidā elektroierīcēs (50% no patēriņa), zobārstniecības sakausējumos (30%). Rodiju, rutēniju un osmiju tīrā veidā izmanto reti – tie kalpo kā leģējoša piedeva citiem platīna grupas metāliem.

Katalizatori

Apmēram 42% no visa Rietumos saražotā platīna tiek izmantoti kā katalizators. No tiem 90% tiek izmantoti automobiļu izplūdes sistēmās, kur ar platīnu (kā arī ar pallādiju un rodiju) pārklātas ugunsizturīgas granulas vai šūnveida šūnas palīdz pārvērst nesadegušos ogļūdeņražus, oglekļa monoksīdu un slāpekļa oksīdus ūdenī, oglekļa dioksīdā un slāpeklī.

Platīna un 10% rodija sakausējums karsta metāla sieta veidā katalizē reakciju starp amonjaku un gaisu, veidojot slāpekļa oksīdus un slāpekļskābi. Barojot kopā ar amonjaka maisījumu, var iegūt metāna ciānūdeņražskābi. Naftas rafinēšanā platīns uz alumīnija oksīda granulu virsmas reaktorā katalizē garās ķēdes eļļas molekulu pārvēršanos sazarotos izoparafīnos, kas ir vēlami benzīna maisījumos ar augstu oktānskaitli.

galvanizācija

Visus platīna grupas metālus var galvanizēt. Iegūtā pārklājuma cietības un mirdzuma dēļ visbiežāk izmanto rodiju. Lai gan tasizmaksas ir augstākas nekā platīnam, mazāks blīvums ļauj izmantot mazāku materiāla masu ar salīdzināmu biezumu.

Pallādijs ir platīna grupas metāls, kas ir visvieglāk lietojams pārklāšanai. Pateicoties tam, materiāla izturība ir ievērojami palielināta. Rutēnijs ir izmantots zemspiediena berzes apstrādes instrumentos.

Ķīmiskie savienojumi

Organiskie platīna grupas metālu kompleksi, piemēram, alkilplatīna kompleksi, tiek izmantoti kā katalizatori olefīnu polimerizācijā, polipropilēna un polietilēna ražošanā un etilēna oksidēšanā līdz acetaldehīdam.

Platīna sāļus arvien vairāk izmanto vēža ķīmijterapijā. Piemēram, tie ir daļa no tādām zālēm kā karboplatīns un cisplatīns. Ar rutēnija oksīdu pārklātus elektrodus izmanto hlora un nātrija hlorāta ražošanā. Rodija sulfātu un fosfātu izmanto rodija pārklājuma vannās.