Metali platinaste grupe: pregled, popis, svojstva i primjena

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-02 13:56

Metali platinaste grupe šest su plemenitih plemenitih kemijskih elemenata koji se nalaze jedan pored drugog u periodnom sustavu. Svi su to prijelazni metali od 8-10 skupina od 5-6 razdoblja.

popis metala platinaste grupe

Grupa se sastoji od sljedećih šest kemijskih elemenata, poredanih uzlaznim redoslijedom atomske težine:

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

Metali platinaste skupine imaju srebrnobijelu nijansu, osim osmija, koji je plavkastobijel. Njihovo kemijsko ponašanje je paradoksalno po tome što su vrlo otporni na većinu reagensa, ali se koriste kao katalizatori, koji lako ubrzavaju ili kontroliraju brzinu reakcija oksidacije, redukcije i hidrogenacije.

Rutenij i osmij kristaliziraju se u heksagonalni zbijeni sustav, dok drugi imaju kubičnu strukturu usmjerenu na lice. To se očituje u većoj tvrdoći rutenija i osmija.

Povijest otkrića

Iako zlatni artefakti koji sadrže platinu datiraju iz 700. pr. e., prisutnost ovog metala je više nesreća nego uzorak. Isusovci u 16. stoljeću spominju guste sive oblutke povezane s aluvijalnim nalazištima zlata. Ovo kamenje se nije moglo rastopiti, ali je formiralo leguru sa zlatom, dok su ingoti postali krhki, te ih više nije bilo moguće očistiti. Šljunak je postao poznat kao platina del Pinto, granule srebrnog materijala iz rijeke Pinto, koja se ulijeva u rijeku San Juan u Kolumbiji.

Kovanu platinu, koja se može dobiti samo nakon potpunog pročišćavanja metala, izolirao je francuski fizičar Chabano 1789. godine. Od njega je napravljen pehar koji je darovan papi Piju VI. O otkriću paladija 1802. izvijestio je engleski kemičar William Wollaston, koji je dao ime kem. element grupe metala platine u čast asteroida. Wollaston je nakon toga tvrdio da je otkrio još jednu tvar prisutnu u rudi platine. Nazvao ga je rodij zbog ružičaste boje soli metala. Otkrića iridija (nazvanog po duginoj božici Iris zbog šarolike boje njezinih soli) i osmija (od grčke riječi za "miris" zbog mirisa klora u njegovom hlapljivom oksidu) napravio je engleski kemičar Smithson Tennant godine. 1803. godine. Francuski znanstvenici Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix i Nicolas-Louis Vauquelin izolirali su dva metala u isto vrijeme. Rutenij, posljednji izolirani i identificirani element, dobio je ime prema latinskom nazivu za Rusiju od ruskog kemičara Karla Karloviča Klausa 1844.

Za razlikuiz takvih lako izoliranih u relativno čistom stanju jednostavnim vatrom rafinirajućih tvari kao što su zlato, srebro, metali platinske skupine zahtijevaju složenu vodeno-kemijski tretman. Ove metode nisu bile dostupne sve do kasnog 19. stoljeća, pa je identifikacija i izolacija skupine platine zaostala za srebrom i zlatom tisućama godina. Osim toga, visoka točka taljenja ovih metala ograničila je njihovu upotrebu sve dok istraživači u Britaniji, Francuskoj, Njemačkoj i Rusiji nisu razvili metode za pretvaranje platine u obradiv oblik. Kako su se plemeniti metali platinaste skupine počeli koristiti u nakitu od 1900. godine. Iako je ova primjena i danas aktualna, industrijska ju je daleko nadmašila. Paladij je postao vrlo tražen kontaktni materijal u telefonskim relejima i drugim žičanim komunikacijskim sustavima, osiguravajući dug životni vijek i visoku pouzdanost, dok se platina, zbog svoje otpornosti na eroziju iskri, koristila u svjećicama za borbene zrakoplove tijekom Drugog svjetskog rata.

Nakon rata, širenje tehnika molekularne pretvorbe u rafiniranju nafte stvorilo je veliku potražnju za katalitičkim svojstvima metala platinske skupine. Do 1970-ih, potrošnja se još više povećala kada su standardi automobilskih emisija u SAD-u i drugim zemljama doveli do upotrebe ovih kemikalija u katalitičkoj pretvorbi ispušnih plinova.

Rude

Isključujući male naslage platine, paladijai osmičkog iridija (slitina iridija i osmija), praktički nema rude u kojoj bi glavna komponenta bio kemijski element – metal skupine platine. Minerali se obično nalaze u sulfidnim rudama, posebice pentlanditu (Ni, Fe)₉S₈. Najčešći su laurit RuS_{2, irarsit, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridij (Ir, Os), kooperit, (PtS) i braggit (Pt, Pd) S.}

Najveće svjetsko nalazište metala platinske skupine je kompleks Bushveld u Južnoj Africi. Velike rezerve sirovina koncentrirane su u ležištima Sudbury u Kanadi i ležištu Norilsk-Talnakhskoye u Sibiru. U SAD-u se najveća nalazišta minerala platinske skupine nalaze u Stillwateru u Montani, ali su ovdje puno manja nego u Južnoj Africi i Rusiji. Najveći svjetski proizvođači platine su Južna Afrika, Rusija, Zimbabve i Kanada.

Izvlačenje i obogaćivanje

Glavna južnoafrička i kanadska ležišta upravljaju se rudarskom metodom. Gotovo svi metali platinske skupine dobivaju se iz bakrenih ili nikal sulfidnih minerala korištenjem flotacijske separacije. Taljenjem koncentrata nastaje smjesa koja se ispire iz bakrenih i nikalnih sulfida u autoklavu. Čvrsti ostatak luženja sadrži 15 do 20% metala platinske skupine.

Ponekad se koristi gravitacijsko odvajanje prije plutanja. Rezultat je koncentrat koji sadrži do 50% metala platine, eliminirajući potrebu za topljenjem.

Mehanička svojstva

Metali platinaste skupine značajno se razlikuju po mehaničkim svojstvima. Platina i paladij su prilično mekani i vrlo savitljivi. Ovi metali i njihove legure mogu se obrađivati toplo i hladno. Rodij se prvo obrađuje vruće, a kasnije se može hladno obrađivati uz prilično često žarenje. Iridij i rutenij se moraju zagrijavati, ne mogu se hladno obrađivati.

Osmij je najtvrđi u skupini i ima najvišu točku taljenja, ali njegova sklonost oksidaciji nameće vlastita ograničenja. Iridij je najotporniji na koroziju od metala platine, a rodij je cijenjen zbog zadržavanja visoke temperature.

Strukturalne primjene

Budući da je čista žarena platina vrlo meka, osjetljiva je na ogrebotine i propadanje. Kako bi se povećala njegova tvrdoća, legira se s mnogim drugim elementima. Platinasti nakit vrlo je popularan u Japanu gdje ga zovu "hakkin" i "bijelo zlato". Legure za nakit sadrže 90% Pt i 10% Pd, što se lako obrađuje i lemi. Dodatak rutenija povećava tvrdoću legure uz održavanje otpornosti na oksidaciju. Legure platine, paladija i bakra koriste se u otkovcima jer su tvrđe od platinastog paladija i jeftinije.

Toglice koje se koriste za proizvodnju monokristala u industriji poluvodiča zahtijevaju otpornost na koroziju i stabilnost na visokim temperaturama. Za ovu primjenu, platina, platina-rodij iiridij. Legure platine i rodija koriste se u proizvodnji termoelementa koji su predviđeni za mjerenje povišenih temperatura do 1800 °C. Paladij se koristi u čistom i miješanom obliku u električnim uređajima (50% potrošnje), u dentalnim legurama (30%). Rodij, rutenij i osmij rijetko se koriste u svom čistom obliku - služe kao aditivi za legiranje za druge metale platinske skupine.

Katalizatori

Oko 42% sve platine proizvedene na Zapadu koristi se kao katalizator. Od toga se 90% koristi u ispušnim sustavima automobila, gdje vatrostalne pelete ili saće obložene platinom (kao i paladijem i rodijem) pomažu u pretvaranju neizgorjelih ugljikovodika, ugljičnog monoksida i dušikovih oksida u vodu, ugljični dioksid i dušik.

Legura platine i 10% rodija u obliku užarene metalne mreže katalizira reakciju između amonijaka i zraka za proizvodnju dušikovih oksida i dušične kiseline. Kada se hrani zajedno sa mješavinom amonijaka, može se dobiti metan cijanovodonična kiselina. U rafiniranju nafte, platina na površini kuglica glinice u reaktoru katalizira pretvorbu dugolančanih molekula ulja u razgranate izoparafine, koji su poželjni u visokooktanskim mješavinama benzina.

Galvanizacija

Svi metali platinske skupine mogu se galvanizirati. Zbog tvrdoće i sjaja dobivenog premaza najčešće se koristi rodij. Iako jecijena je veća od platine, niža gustoća omogućuje korištenje manje mase materijala usporedive debljine.

Paladij je metal grupe platine koji je najlakši za korištenje za primjenu premaza. Zbog toga se čvrstoća materijala značajno povećava. Rutenij je pronašao upotrebu u alatima za obradu niskog tlaka trenja.

Kemijski spojevi

Kompleksi organskih metala platinske skupine, kao što su kompleksi alkilplatine, koriste se kao katalizatori u polimerizaciji olefina, proizvodnji polipropilena i polietilena i oksidaciji etilena u acetaldehid.

Soli platine sve se više koriste u kemoterapiji raka. Na primjer, oni su dio lijekova kao što su Carboplatin i Cisplatin. Elektrode obložene rutenijevim oksidom koriste se u proizvodnji klora i natrijevog klorata. Rodij sulfat i fosfat se koriste u kupkama za oblaganje rodija.