Метали платинової групи: огляд, список, властивості та застосування

Метали платинової групи – це шість благородних дорогоцінних хімічних елементів, які розташовані поруч періодичної таблиці. Всі вони є перехідними металами 8-10 груп 5-6 періоду.

Метали платинової групи: список

Група складається з наступних шести хімічних елементів, розташованих в порядку зростання атомної ваги:

Ru – рутеній.

Rh – родій.

Pd – паладій.

Os – осмій.

Ir – іридій.

Pt – платина.

Метали платинової групи мають сріблясто-білим відтінком, за винятком осмію, колір якого блакитно-білий. Їх хімічна поведінка парадоксально в тому, що вони володіють високою стійкістю до впливу більшості реагентів, але використовуються в якості каталізаторів, легко прискорюють або контролюючих швидкість окислення, відновлення і реакцій гідрування.


Рутеній і осмій кристалізуються в гексагональну плотноупакованную систему, а інші мають гранецентрованої кубічної структурою. Це виражається в більшій твердості рутенію і осмію.

Історія відкриття

Хоча платиносодержащие золоті артефакти, датовані 700 р. до н. е., присутність цього металу є, скоріше, випадковістю, ніж закономірністю. Єзуїти в XVI столітті згадували сірі щільні камінчики, пов'язані з алювіальними родовищами золота. Ці камінчики можна було розплавити, але вони утворювали сплав з золотом, при цьому зливки ставали ламкими, і їх вже було неможливо очистити. Камінчики стали називати platina del Pinto – гранули сріблястого матеріалу з річки Пінто, впадає річку Сан-Хуан в Колумбії.


Ковка платина, яку можна отримати тільки після повного очищення металу, була виділена французьким фізиком Шабано в 1789 році. З неї був зроблений кубок, піднесений папи Пія VI. Про відкриття паладію в 1802 році повідомив англійський хімік Вільям Волластон, який назвав хім. елемент групи платинових металів в честь астероїда. Волластон згодом заявляв про виявлення ще однієї речовини, присутнього в платинової руди. Його він назвав родієм з-за рожевого кольору солей металу. Відкриття іридію (по імені богині веселки Іріди з-за строкатою забарвлення його солей) і осмію (від грецького слова «запах» з-за хлорного запаху його летючого оксиду) були зроблені англійським хіміком Смітсон Теннантом в 1803 році. Французькі вчені Іполит-Віктор Колле-Дескоти, Антуан Франсуа Фуркруа, і Ніколя-Луї Воклен виділили два металу одночасно. Рутеній, останній ізольований і ідентифікований елемент, отримав свою назву по латинському найменуванню Росії від російського хіміка Карла Карловича Клауса в 1844 році. На відміну від таких легко виділяються у відносно чистому стані шляхом простого вогневого рафінування речовин, як золото, срібло, метали платинової групи вимагають складної водно-хімічної обробки. Ці методи не були доступні до кінця 19 століття, тому виявлення та ізоляція платинової групи відстала від срібла і золота на тисячі років. Крім того, висока температура плавлення цих металів обмежувала їх застосування, поки дослідники в Британії, Франції, Німеччини та Росії, не розробили методи перетворення платини в форму, придатну для обробки. Як дорогоцінні метали платинової групи почали використовуватися в ювелірних виробах з 1900 року. Хоча таке застосування залишається актуальним і сьогодні, промислове набагато перевершило його. Паладій став дуже затребуваним матеріалом для контактів в телефонних реле та інших системах провідний комунікації, забезпечуючи тривалий термін служби і високу надійність, а платина, з-за своєї стійкості до іскровий ерозії, під час Другої світової війни стала застосовуватися в свічках запалювання бойових літаків.
Після війни розширення методів молекулярної конверсії при переробці нафти створило величезний попит на каталітичні властивості, якими володіють метали платинової групи. До 1970-м років споживання зросло ще більше, коли стандарти автомобільних викидів в США та інших країнах призвела до використання даних хімічних елементів в каталітичної конверсії вихлопних газів.

Руди

За винятком малих розсипних родовищ платини, паладію і осмістий іридію (сплаву іридію і осмію), практично немає руди, в якій би основним компонентом був хімічний елемент – метал платинової групи. Мінерали, як правило, містяться в сульфідних рудах, зокрема в пентландите (Ni, Fe) 9 S 8 . Найбільш поширені лаурит RuS 2 , ирарсит, (Ir,Ru,Rh,Pt)AsS, осмиридиум (Ir,Os), куперит, (PtS) і браггит (Pt,Pd)S. Найбільше в світі родовище металів платинової групи – Бушвельдский комплекс в ПАР. Великі запаси сировини зосереджені в родовищах Садбері в Канаді і Норильско-Талнахском в Сибіру. В США найбільші поклади мінералів платинової групи розташовані в Стилуотере, Монтана, але тут вони значно менше, ніж у ПАР і Росії. Найбільшими у світі виробниками платини є Південна Африка, Росія, Зімбабве і Канада.

Видобуток і збагачення

Основні південноафриканські і канадські родовища експлуатуються шахтним способом. Практично всі метали платинової групи витягуються з мідних або нікелевих сульфідних мінералів з допомогою флотаційної сепарації. Плавка концентрату виробляє суміш, яка вимивається з міді і сульфідів нікелю в автоклаві. Твердий залишок вилуговування містить від 15 до 20% металів платинової групи.
Іноді до флотації використовується гравітаційне розділення. У результаті виходить концентрат, що містить до 50% платинових металів, що позбавляє від необхідності виплавки.

Механічні властивості

Метали платинової групи значно відрізняються механічними властивостями. Платина і паладій досить м'які і дуже ковкие. З цими металами та їхніми сплавами можна працювати як в гарячому, так і в холодному стані. Родій спочатку обробляють гарячим, а пізніше його можна обробляти холодним з досить частим відпалом. Іридій і рутеній повинні бути нагріті, холодній обробці не піддаються. Осмій – самий твердий з групи і має найбільш високу температуру плавлення, але його схильність до окислення накладає свої обмеження. Іридій найбільш корозійностійкий з платинових металів, а родій цінується за збереження своїх властивостей при високих температурах.

Структурні застосування

Оскільки дочиста відпалений платина дуже м'яка, вона сприйнятлива до подряпин і псування. Для збільшення твердості її сплавляють з безліччю інших елементів. Платинові коштовності дуже популярні в Японії, де її називається «хаккінен» і «біле золото». Сплави для ювелірних виробів містять 90% Pt і 10% Pd, який легко обробляти і паяти. Додавання рутенія підвищує твердість сплаву, зберігаючи стійкість до окислення. Сплави платини, паладію і міді використовуються в кованих виробах, так як вони твердіше платино-паладієвих і менш затратні. Тиглі, використовувані для виробництва монокристалів в напівпровідникової промисловості, вимагають корозійної стійкості і стабільності при високих температурах. Для застосування цього найкраще підходять платина, платина-родій і іридій. Платинородиевые сплави використовуються у виробництві термопар, які призначені для вимірювання підвищених температур до 1800 °C. Паладій застосовують як у чистому, так і в змішаному вигляді в електричних пристроях (50% споживання), в стоматологічних сплавах (30%). Родій, рутеній і осмій рідко застосовуються у чистому вигляді – вони служать легуючу добавку для інших металів платинової групи.

Каталізатори

Близько 42% всієї платини, виробленої на Заході, використовується в якості каталізатора. З них 90% застосовується в автомобільних вихлопних системах, де тугоплавкі гранули або стільникові конструкції з платиновим покриттям (а також паладієвим і родієвим) сприяють перетворенню незгорілих вуглеводнів, окису вуглецю та окислів азоту у воду, вуглекислий газ і азот. Сплав платини і 10% родію у вигляді розпеченої червоного металевої сітки служить каталізатором реакції між аміаком і повітрям для отримання оксидів азоту та азотної кислоти. При подачі разом з сумішшю аміаку метану можна отримати синильну кислоту. При переробці нафти платина на поверхні гранул оксиду алюмінію в реакторі є каталізатором перетворення довголанцюгових молекул нафти в розгалужені изопарафины, які бажані в суміші високооктанових бензинів.

Гальваніка

Всі метали платинової групи можна наносити гальванічно. Через твердості і блиску одержуваного покриття найбільш часто застосовується родій. Хоча його вартість вище, ніж платини, менша щільність дозволяє використовувати меншу масу матеріалу при порівнянній товщині. Паладій – метал платинової групи, який простіше всього використовувати для нанесення покриттів. Завдяки цьому міцність матеріалу значно підвищується. Рутеній знайшов застосування в інструментах, призначених для обробки тертям при низькому тиску.

Хімічні сполуки

Органічні комплекси металів платинової групи, такі як комплекси алкилплатины, використовуються в якості каталізаторів у процесі полімеризації олефінів, виробництві поліпропілену і поліетилену, а також при окисленні етилену в оцтовий альдегід. Солі платини знаходять все більш широке застосування в хіміотерапії раку. Наприклад, вони входять до складу таких ліків, як "Карбоплатин" і "Цисплатин". Покриті оксидом рутенія електроди використовуються у виробництві хлору і хлорату натрію. Сульфат і фосфат родію застосовуються в родиевых гальванічних ваннах.