Platinum Group Metals: Pregled, popis, svojstva i aplikacije

Metali grupe platine su šest plemenitih plemenitih kemijskih elemenata koji se nalaze u redovnom stolu. Svi oni su prijelazni metali skupina 8-10 u razdoblju od 5-6.

Metali skupine platine: popis

Skupina se sastoji od sljedećih šest kemijskih elemenata raspoređenih po povećanju atomske težine:

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

Metali skupine platine imaju srebrno bijelu boju, s iznimkom osmijuma, čija je boja plavkasto-bijela. Njihova kemijska paradoksalno ponašanje koji su vrlo otporni na većinu reagense, a koriste se kao katalizatori ili ubrzanje lako kontrolira brzinu oksidacije, redukcije i reakcije hidriranja.

Rutenij i osmij kristaliziraju u heksagonalni zatvoreni sustav, dok drugi imaju kubnu strukturu usmjerenu na lice. To se izražava u većoj tvrdoći rutenij i osmij.

Povijest otkrića

Iako su zlatni artefakti koji sadrže platine datirani do 700. godine prije Krista. Prisutnost ovog metala je, naprotiv, nesreća nego regularnost. Isusovci u XVI. Stoljeću spominju sive guste šljunke povezane s aluvijalnim zlatnim naslagama. Ove se kamenje nije moglo rastopiti, ali oni su oblikovali leguru sa zlatom, a ingoti su postali krhki i već ih je bilo nemoguće očistiti. Kljunovi su počeli zovu platina del Pinto - granule srebrnog materijala iz rijeke Pinto, koja ulazi u Rijeke San Juan u Kolumbiji.

Kovan platine, koji se može dobiti samo nakon potpunog čišćenja metala, izdvojen od strane francuskog fizičara Shaba 1789. godine. Iz nje je izrađen komad pape Pija VI. Otkriće paladija 1802. godine je izvijestio engleski kemičar William Wollaston, koji ga je nazvao. element platinske metalne skupine u čast asteroida. Kasnije je Wollaston tvrdio da je otkrio drugu tvar koja je prisutna u platonskoj rudi. Nazvao ga je rodijem zbog ružičaste boje metalnih soli. Otvaranje iridij (nazvan po božici duge Iris zbog šarolik njene soli) i osmij (od grčke riječi „mirisa” zbog klora miris svoje nestalne oksida) izradio britanski kemičar Smithson Tennant 1803. Francuski znanstvenici Hippolyte Victor Collet-Deskoti, Antoine-Francois Fourcroy, Nicolas Louis Vauquelin identificirati dva metala istovremeno. Rutenij, izoliran i identificiran je posljednji element je dobio ime od latinske ime ruski ruski kemičar Karl Karlovich Klaus 1844. godine.

Za razliku od tako lako izoliranih u relativno čistom stanju jednostavnim tvarima za pročišćavanje vatre, poput zlata, srebro, metali Platinumska skupina zahtijeva kompleksno kemijsko liječenje vodom. Ove metode nisu bili dostupni do kraja 19. stoljeća, pa je identifikacija i izolacija platine skupine zaostaje za srebro i zlato već tisućama godina. Osim toga, visoka talište od tih metala ima ograničene njihovo korištenje dok istraživači u Velikoj Britaniji, Francuskoj, Njemačkoj i Rusiji nisu razvili metode za platine prenamjene u obliku prikladnom za obradu. Budući da su plemeniti metali skupine platine počeli koristiti u nakitima od 1900. Iako takva primjena ostaje relevantna i danas, industrija ga je nadmašila. Paladij je postao vrlo popularan materijal za kontakte u telefon relejnih sustava i drugih bežičnih komunikacija, osiguravajući dug vijek trajanja i visoku pouzdanost i platine, zbog svoje otpornosti na iskra erozije, za vrijeme Drugog svjetskog rata počeo se koristiti u svjećice borbenih zrakoplova.

Nakon rata, širenje metoda molekularne konverzije u preradi nafte stvorilo je ogromnu potražnju za katalitičkim svojstvima koja posjeduju metali platine. Do 70-ih godina potrošnja je još više porasla kada su standardi emisija u automobilu u Sjedinjenim Američkim Državama i drugim zemljama doveli do uporabe ovih kemijskih elemenata u katalitičkoj pretvorbi ispušnih plinova.

ruda

Osim malih nanosa od platine, paladija i osmiridium (legure iridija i osmij), gotovo bez rudača, koji su glavni sastojak kemijski element - metal grupe platine. Minerali, u pravilu, sadržani su u sulfidnim rudama, posebno u pentlandit (Ni, Fe)₉S₈. Najčešći lauritis RuS₂, irarsite, (Ir, Ru, Rh, Pt) ASS, osmiridium (Ir, Os), cooperite (PTS) i Bragg (Pt, Pd) S.

Najveći svjetski talog metalnih platinskih grupa je Bushveld kompleks u Južnoj Africi. Velike rezerve sirovina koncentrirane su u Sudburyovim depozitima u Kanadi i Norilsk-Talnakh u Sibiru. U SAD-u najveći depoziti minerala platinske grupe nalaze se u Stillwater, Montana, ali ovdje su mnogo manji nego u Južnoj Africi i Rusiji. Najveći svjetski proizvođači platine su Južna Afrika, Rusija, Zimbabve i Kanada.

Vađenje i prerada

Glavni nasljednici Južnoafričke i Kanade iskorištavaju se metodom mina. Gotovo svi metali iz skupine platine se ekstrahiraju iz bakrenih ili nikalnih sulfidnih minerala odvajanjem s flotacijom. Taljenje koncentrata proizvodi smjesu koja se ispire iz bakra i nikal sulfida u autoklavu. Kruti ostatak vode sadržava od 15 do 20% metala platinske grupe.

Ponekad se gravitacijsko odvajanje koristi prije flotiranja. Kao rezultat toga, dobiva se koncentrat koji sadrži do 50% platinskih metala, što eliminira potrebu za taljenjem.

Mehanička svojstva

Metali platinske grupe značajno su različiti u mehaničkim svojstvima. Platina i paladij su prilično mekani i vrlo kobni. S tim metalima i njihovim legurama moguće je raditi iu toplom i hladnom stanju. Rodium se najprije tretira vrućim, a kasnije se može tretirati hladno s prilično čestim žarom. Iridij i rutenij moraju biti grijani, hladna obrada, oni se ne mogu posuditi.

Osmij je najteži u skupini i ima najvišu točku topljenja, ali njegova tendencija oksidacije nameće svoja ograničenja. Iridij je najrašireniji od platinskih metala, a rodij je cijenjen za očuvanje njegovih svojstava pri visokim temperaturama.

Strukturne primjene

Budući da je žarena platina vrlo meka, osjetljiva je na ogrebotine i kvarenje. Da bi se povećala njegova tvrdoća, spojena je s mnogim drugim elementima. Platinski nakit je vrlo popularan u Japanu, gdje se zove "hakkin" i "bijelo zlato". Legure za nakit sadrže 90% Pt i 10% Pd, što je lako za rukovanje i lemljenje. Dodavanje rutenij povećava tvrdoću legure, istovremeno održavajući otpornost na oksidaciju. Slitine od platine, paladija i bakra se koriste u kovani proizvodima, budući da su tvrđe od platine-paladija i manje su skupi.

Isječci koji se koriste za proizvodnju pojedinačnih kristala u industriji poluvodiča zahtijevaju otpornost na koroziju i stabilnost pri visokim temperaturama. Za ovu primjenu najprikladnija su platina, platina-rodij i iridij. U proizvodnji termoparova koriste se legure platine-rodija, koje su dizajnirane za mjerenje povišenih temperatura do 1800 ° C. Paladij se koristi u čistom i miješanom obliku u električnim uređajima (50% potrošnje), u zubnim legurama (30%). Rodium, rutenij i osmij rijetko se koriste u čistom obliku - oni služe kao aditivi za slitinu za druge metale platinske grupe.

katalizatori

Oko 42% svih platina proizvedenih na Zapadu koristi se kao katalizator. Od tih, 90% se koristi u automobilskoj ispuha, naznačena time da su postojani pelete ili šupljina obloženi platine i paladija (i) rodij promovirati konverziju neizgorenih ugljikovodici, ugljični monoksid i dušičnih oksida u vodu, ugljični dioksid i dušik.

Legura platine i rodija 10% je u obliku metalne mreže užarenom služi kao katalizator u reakciji između amonijaka i zraka za proizvodnju dušikovih oksida i dušičnu kiselinu. Kada se isporučuje s mješavinom amonijaka, metan može proizvesti cijanid. Kada preciziranje platine na površini alumina granule u reaktoru je katalizator za konverziju dugolančanih razgranate molekule ulje izoparafine koje željene u smjesi visoke benzinom.

galvansko

Svi se metali platinske grupe mogu nanositi galvano. Zbog tvrdoće i sjajnog premaza dobiva se najčešće rodij. Iako je njezin trošak veći od platine, manja gustoća omogućava upotrebu manje mase materijala u usporedivoj debljini.

Paladij je metal platinske grupe, koji je najjednostavniji za premazivanje. Zbog toga se snaga materijala uvelike povećava. Rutenium je pronašao primjenu u alatima dizajniranim za trenje pri niskom tlaku.

Kemijski spojevi

Organski kompleksi platine skupine metala, kao što su kompleksi alkilplatiny se koriste kao katalizatori u postupku polimerizacije olefina, proizvodnje polipropilen i polietilen, kao i oksidacija etilena u acetaldehid.

Platinske soli se sve više koriste u kemoterapiji raka. Na primjer, oni su dio takvih lijekova kao što su "Carboplatinum" i "Cisplatinum". Ruthenium-premazane elektrode koriste se u proizvodnji klora i natrijevog klorata. Rodium sulfat i fosfat se koriste u rodij galvanske kupke.