Kovine platinaste skupine: pregled, seznam, lastnosti in aplikacije

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-02 14:02

Kovine platinaste skupine so šest plemenitih dragocenih kemičnih elementov, ki se nahajajo drug ob drugem v periodnem sistemu. Vse so prehodne kovine iz 8–10 skupin po 5–6 obdobij.

seznam kovin skupine platinaste

Skupino sestavlja naslednjih šest kemičnih elementov, razporejenih v naraščajočem vrstnem redu atomske teže:

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

Kovine platinaste skupine imajo srebrno bel odtenek, razen osmija, ki je modrikasto bel. Njihovo kemično obnašanje je paradoksalno, saj so zelo odporni na večino reagentov, vendar se uporabljajo kot katalizatorji, ki zlahka pospešujejo ali nadzorujejo hitrost oksidacijskih, redukcijskih in hidrogenacijskih reakcij.

Rutenij in osmij kristalizirata v šesterokoten tesno zapakiran sistem, drugi pa imajo obrazno osredotočeno kubično strukturo. To se odraža v večji trdoti rutenija in osmija.

zgodovina odkritij

Čeprav zlati artefakti, ki vsebujejo platino, segajo v leto 700 pr. e., prisotnost te kovine je bolj nesreča kot vzorec. Jezuiti so v 16. stoletju omenjali goste sive prodnike, povezane z aluvialnimi nahajališči zlata. Teh kamnov ni bilo mogoče stopiti, ampak so tvorili zlitino z zlatom, medtem ko so ingoti postali krhki in jih ni bilo več mogoče očistiti. Kamenčki so postali znani kot platina del Pinto, zrnca srebrnega materiala iz reke Pinto, ki se izliva v reko San Juan v Kolumbiji.

Težko platino, ki jo je mogoče pridobiti šele po popolnem čiščenju kovine, je leta 1789 izoliral francoski fizik Chabano. Iz njega je bil izdelan pehar, ki so ga podarili papežu Piju VI. O odkritju paladija leta 1802 je poročal angleški kemik William Wollaston, ki ga je poimenoval. element platinaste kovinske skupine v čast asteroidu. Wollaston je nato trdil, da je odkril drugo snov, prisotno v platinovi rudi. Poimenoval ga je rodij zaradi rožnate barve kovinskih soli. Odkritja iridija (imenovanega po mavrični boginji Iris zaradi pestre barve njenih soli) in osmija (iz grške besede za "vonj" zaradi vonja po kloru njegovega hlapljivega oksida) je izvedel angleški kemik Smithson Tennant leta 1803. Francoski znanstveniki Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix in Nicolas-Louis Vauquelin so obe kovini izolirali hkrati. Rutenij, zadnji izoliran in identificiran element, je dobil ime po latinskem imenu za Rusijo od ruskega kemika Karla Karloviča Klausa leta 1844.

Za razliko odiz takšnih zlahka izoliranih v razmeroma čistem stanju s preprostim ognjenim rafiniranjem snovi, kot so zlato, srebro, kovine platinske skupine, zahtevajo kompleksno vodo-kemično obdelavo. Te metode niso bile na voljo do poznega 19. stoletja, zato je identifikacija in izolacija skupine platine za tisoče let zaostala za srebrom in zlatom. Poleg tega je visoko tališče teh kovin omejilo njihovo uporabo, dokler raziskovalci v Veliki Britaniji, Franciji, Nemčiji in Rusiji niso razvili metod za pretvorbo platine v uporabno obliko. Kako so se plemenite kovine platinaste skupine začele uporabljati v nakitu od leta 1900. Čeprav je ta aplikacija še danes aktualna, jo je industrijska daleč presegla. Paladij je postal zelo iskan kontaktni material v telefonskih relejih in drugih ožičenih komunikacijskih sistemih, ki zagotavlja dolgo življenjsko dobo in visoko zanesljivost, medtem ko je bila platina zaradi svoje odpornosti proti eroziji isker uporabljena v vžigalnih svečkah za bojna letala med drugo svetovno vojno.

Po vojni je širitev tehnik molekularne pretvorbe v rafiniranju nafte ustvarila veliko povpraševanje po katalitskih lastnostih kovin platinske skupine. Do sedemdesetih let prejšnjega stoletja se je poraba še povečala, ko so avtomobilski emisijski standardi v ZDA in drugih državah privedli do uporabe teh kemikalij pri katalitski pretvorbi izpušnih plinov.

rude

Razen majhnih usedlin platine, paladijain osmični iridij (zlitina iridija in osmija), praktično ni rude, v kateri bi bila glavna sestavina kemični element - kovina platinske skupine. Minerale običajno najdemo v sulfidnih rudah, zlasti pentlanditu (Ni, Fe)₉S₈. Najpogostejši so laurit RuS_{2, irarsit, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridij (Ir, Os), kooperit, (PtS) in braggit (Pt, Pd) S.}

Največje nahajališče kovin platinske skupine na svetu je kompleks Bushveld v Južni Afriki. Velike zaloge surovin so skoncentrirane v nahajališčih Sudbury v Kanadi in nahajališčih Norilsk-Talnakhskoye v Sibiriji. V ZDA se največja nahajališča mineralov platinske skupine nahajajo v Stillwateru v Montani, tukaj pa so veliko manjša kot v Južni Afriki in Rusiji. Največji svetovni proizvajalci platine so Južna Afrika, Rusija, Zimbabve in Kanada.

Pridobivanje in obogatitev

Glavna južnoafriška in kanadska nahajališča se upravljajo po rudarski metodi. Skoraj vse kovine platinske skupine se pridobivajo iz mineralov bakrovega ali nikljevega sulfida z uporabo flotacijske separacije. S taljenjem koncentrata nastane zmes, ki se v avtoklavu izpere iz bakrovih in nikljevih sulfidov. Trden izlužek vsebuje 15 do 20 % kovin skupine platine.

Včasih se pred flotacijo uporablja gravitacijsko ločevanje. Rezultat je koncentrat, ki vsebuje do 50 % platinastih kovin, kar odpravlja potrebo po taljenju.

Mehanske lastnosti

Kovine platinaste skupine se bistveno razlikujejo po mehanskih lastnostih. Platina in paladij sta precej mehka in zelo upogljiva. Te kovine in njihove zlitine je mogoče obdelati tako vroče kot hladno. Rodij se najprej obdeluje vroče, kasneje pa ga lahko hladno obdelamo s precej pogostim žarjenjem. Iridij in rutenij je treba segreti, ni mogoče hladno obdelati.

Osmij je najtrši v skupini in ima najvišje tališče, vendar njegova nagnjenost k oksidaciji nalaga svoje omejitve. Iridij je najbolj odporna na korozijo platinasta kovina, rodij pa je cenjen zaradi zadrževanja visoke temperature.

strukturne aplikacije

Ker je čista žarjena platina zelo mehka, je občutljiva na praske in kvarjenje. Za povečanje njegove trdote je legiran s številnimi drugimi elementi. Platinasti nakit je zelo priljubljen na Japonskem, kjer ga imenujejo "hakkin" in "belo zlato". Zlitine za nakit vsebujejo 90 % Pt in 10 % Pd, kar je enostavno obdelati in spajkati. Dodatek rutenija poveča trdoto zlitine, hkrati pa ohranja odpornost proti oksidaciji. Zlitine platine, paladija in bakra se uporabljajo v odkovkih, ker so trše od platinskega paladija in so cenejše.

Tilinci, ki se uporabljajo za proizvodnjo monokristalov v polprevodniški industriji, zahtevajo odpornost proti koroziji in stabilnost pri visokih temperaturah. Za to aplikacijo, platina, platina-rodij iniridij. Zlitine platina-rodij se uporabljajo pri izdelavi termoelementov, ki so zasnovani za merjenje povišanih temperatur do 1800 °C. Paladij se uporablja v čisti in mešani obliki v električnih napravah (50 % porabe), v zobnih zlitinah (30 %). Rodij, rutenij in osmij se redko uporabljajo v svoji čisti obliki – služijo kot legirni aditiv za druge kovine platinske skupine.

katalizatorji

Približno 42 % vse platine, proizvedene na Zahodu, se uporablja kot katalizator. Od tega se 90 % uporablja v avtomobilskih izpušnih sistemih, kjer ognjevzdržne pelete ali satovje prevlečene s platino (kot tudi paladij in rodij) pomagajo pretvoriti neizgorele ogljikovodike, ogljikov monoksid in dušikove okside v vodo, ogljikov dioksid in dušik.

Zlitina platine in 10 % rodija v obliki rdeče vroče kovinske mreže katalizira reakcijo med amoniakom in zrakom za tvorbo dušikovih oksidov in dušikove kisline. Ko ga hranimo skupaj z mešanico amoniaka, lahko dobimo metan cianovodikovo kislino. Pri rafiniranju nafte platina na površini aluminijevih peletov v reaktorju katalizira pretvorbo dolgoverižnih oljnih molekul v razvejane izoparafine, ki so zaželeni v visokooktanskih bencinskih mešanicah.

Galvanizacija

Vse kovine platinske skupine so lahko galvanizirane. Zaradi trdote in sijaja nastale prevleke se najpogosteje uporablja rodij. Čeprav jecena je višja od platine, manjša gostota omogoča uporabo manjše mase materiala s primerljivo debelino.

Paladij je kovina platinaste skupine, ki jo je najlažje uporabiti za nanašanje premazov. Zaradi tega se močno poveča trdnost materiala. Rutenij je našel uporabo v nizkotlačnih obdelovalnih orodjih s trenjem.

kemijske spojine

Kovinski kompleksi organske platinske skupine, kot so kompleksi alkilplatine, se uporabljajo kot katalizatorji pri polimerizaciji olefinov, proizvodnji polipropilena in polietilena ter oksidaciji etilena v acetaldehid.

Soli platine se vse pogosteje uporabljajo pri kemoterapiji raka. Na primer, so del zdravil, kot sta Carboplatin in Cisplatin. Elektrode, prevlečene z rutenijevim oksidom, se uporabljajo pri proizvodnji klora in natrijevega klorata. Rodijev sulfat in fosfat se uporabljata v kopelih s prevleko iz rodija.