Platinum Group Metals: Общ преглед, списък, свойства и приложения

Металите от платиновата група са шест благородни скъпоценни химически елемента, които са разположени един до друг в периодичната таблица. Всички те са преходни метали от групите 8-10 от периода 5-6.

Метали от платиновата група: списък

Групата се състои от следните шест химически елемента, подредени по ред на нарастване на атомното тегло:

• Ru е рутений.
• Rh е родий.
• Pd е паладий.
• Ос е осмий.
• Ir е иридий.
• Pt е платина.

Металите от платиновата група имат сребрист бял оттенък, с изключение на осмий, чийто цвят е синкавобял. Химичното им поведение е парадоксално, тъй като те имат висока устойчивост на действието на повечето реагенти, но се използват като катализатори, които лесно ускоряват или контролират скоростта на окисляване, редукция и реакции на хидрогениране.

Рутений и осмиум кристализират в шестоъгълна близка система, докато други имат лицева центрирана кубична структура. Това се изразява в по-голямата твърдост на рутений и осмий.

История на откритието

Въпреки че златните артефакти, съдържащи платина, датират от 700 г. пр. Хр. Наличието на този метал е по-скоро инцидент, отколкото редовност. Йезуитите в XVI век споменават сиви плътни камъчета, свързани с алувиални златни находища. Тези камъни не може да се стопи, но те представляват сплав от злато на кюлчета става чуплива, и това беше невъзможно да се почисти. Камъчетата започнаха да се наричат ​​"платина дел Пинто" - гранули от сребърен материал от река Пинто, която се влива в Река Сан Хуан в Колумбия.

Ковачеството платина, което може да се получи само след пълно пречистване на метала, беше изолирано от френския физик Шабано през 1789 г. От него се изработва чаша, представена на папа Пий VI. Откриването на паладий през 1802 г. е съобщено от английския химик Уилям Уоластън, който го е нарекъл. елемент от платиновата метална група в чест на астероида. По-късно Уоластън твърди, че е открил друго вещество, присъстващо в платиновата руда. Нарича го родий поради розовия цвят на металните соли. Откриване иридий (името на богинята на дъгата Iris поради пъстри нейните соли) и осмиев (от гръцката дума "миризма" поради хлор миризмата на своята летлив окис) са направени от британски химик Smithson Tennant през 1803. Френските учени Иполит Виктор Цангови-Deskoti, Антоан-Франсоа Fourcroy и Никола-Луи Vauquelin идентифицирани два метала едновременно. Рутений, последният изолиран и идентифициран елемент, получава името си от латинското име на Русия от руския химик Карл Карлович Клаус през 1844 г.

За разлика от такива лесно се изолират в относително чисто състояние чрез обикновени вещества за рафиниране на огън, като злато, сребро, метали Платиновата група изисква сложно водно-химично третиране. Тези методи не са били налични до края на XIX век, така че идентифицирането и изолирането на платиновата група изоставаше от сребро и злато в продължение на хиляди години. В допълнение, с висока точка на топене на тези метали е ограничено използването им, докато учените във Великобритания, Франция, Германия и Русия не са се развили методи за платина преобразуване във форма, подходяща за преработка. Тъй като благородните метали на платиновата група започват да се използват в бижута от 1900 г. насам. Макар че подобно приложение остава актуално днес, индустриалната индустрия го е надминала. Palladium е станал много популярен материал за контакти в системи за разпространяване на телефонни и други безжични комуникации, като се гарантира дълъг живот и висока надеждност и платина, заради своята съпротива да предизвика ерозия, по време на Втората световна война започва да се използва в свещите бойни самолети.

След войната разширяването на методите на молекулно превръщане в преработката на нефт създава огромно търсене на каталитичните свойства, които металите от платиновата група притежават. До 70-те години потреблението се е увеличило още повече, когато стандартите за емисиите на автомобили в САЩ и други страни доведоха до използването на тези химически елементи при каталитичната конверсия на отработените газове.

руда

С изключение на малки наноси от платина, паладий и осмиридий (сплав от иридий и осмиев), на практика няма руда, които са били основен компонент химически елемент - платиновата група метал. Минерали обикновено се съдържат в сулфидни руди, особено пентландит (Ni, Fe)₉S₈. Най-често срещаните laurite RuS₂, (Ir, Ru, Rh, Pt) AsS, осмиридий (Ir, Os), кумерит (PtS) и брагит (Pt, Pd) S.

Най-големият депозит на метали от групата на платина в света е комплексът Bushveld в Южна Африка. Големи запаси от суровини са съсредоточени в судабските депозити в Канада и Norilsk-Talnak в Сибир. В САЩ най-големите депозити на минерали от платиновата група се намират в Стилуотър, Монтана, но тук те са много по-малки, отколкото в Южна Африка и Русия. Най-големите производители на платина в света са Южна Африка, Русия, Зимбабве и Канада.

Добив и преработка

Основните депа на Южна Африка и Канада се експлоатират чрез минния метод. Почти всички метали от платиновата група се извличат от медни или никелови сулфидни минерали чрез флотационно разделяне. Топенето на концентрата дава смес, която се измива от мед и никелови сулфиди в автоклав. Твърдият излугващ остатък съдържа от 15 до 20% от металите на платиновата група.

Понякога гравитационното отделяне се използва преди флотация. В резултат се получава концентрат, съдържащ до 50% платинени метали, което елиминира необходимостта от топене.

Механични свойства

Металите от платиновата група са значително по-различни в механичните свойства. Платината и паладият са доста меки и много ковък. С тези метали и техните сплави е възможно да се работи както в горещо, така и в студено състояние. Родийът първо се обработва горещо, а по-късно той може да бъде обработен на студено с доста често отгряване. Иридий и рутений трябва да се нагряват, обработват студено, те не се поддават на себе си.

Осмият е най-тежкият от групата и има най-високата точка на топене, но неговата тенденция към окисляване налага своите ограничения. Иридийът е най-устойчив на корозия на платиновите метали, а родият се оценява за запазване на неговите свойства при високи температури.

Структурни приложения

Тъй като изкуствената платина е много мека, тя е податлива на драскотини и разваляне. За да увеличи твърдостта си, той се слива с много други елементи. Платинумните бижута са много популярни в Япония, където се наричат ​​"хакин" и "бяло злато". Сплавите за бижута съдържат 90% Pt и 10% Pd, което е лесно за манипулиране и спояване. Добавянето на рутений увеличава твърдостта на сплавта, като същевременно запазва своята устойчивост на окисляване. Сплави от платина, паладий и мед се използват във фалшиви продукти, тъй като те са по-твърди от платина-паладий и по-малко скъпи.

Тигелите, използвани за производството на единични кристали в производството на полупроводници, изискват устойчивост на корозия и стабилност при високи температури. За това приложение платина, платина-родий и иридий са най-подходящи. Платинум-родиеви сплави се използват при производството на термодвойки, предназначени за измерване на повишени температури до 1800 ° С. Паладият се използва както в чиста, така и в смесена форма, в електрически уреди (50% от потреблението), в зъбни сплави (30%). Родий, рутений и осмий се използват рядко в чиста форма - те служат като сплава за други метали от платиновата група.

катализатори

Около 42% от всички платини, произведени на Запад, се използват като катализатор. От тях, 90% се използва в изпускателните системи коли, където огнеупорни пелети или питите покрити с платина (и паладий и родий) насърчаване на превръщане на неизгорели въглеводороди, въглероден оксид и азотни оксиди във вода, въглероден диоксид и азот.

Сплавта от платина и 10% родий под формата на червена гореща метална мрежа служи като катализатор в реакцията между амоняк и въздух за получаване на азотни оксиди и азотна киселина. Когато се доставя смес от амоняк, метанът може да произведе цианид. При рафинирането на нефт, платината върху повърхността на зърна от двуалуминиев триокис в реактора е катализатор за превръщането на маслени молекули с дълга верига в разклонени изопарафини, които са желателни в смес от високооктанови бензини.

галванопластика

Всички метали от платиновата група могат да се използват галванично. Поради твърдостта и блясъка на полученото покритие най-често се използва родий. Въпреки че цената му е по-висока от тази на платината, по-ниската плътност позволява да се използва по-малка маса материал със сравнима дебелина.

Паладият е метал от платиновата група, който е най-лесният за употреба за нанасяне на покритие. Поради това силата на материала се увеличава значително. Рутений е намерил приложение в инструменти, предназначени за третиране при триене при ниско налягане.

Химични съединения

Органични комплекси от платиновата група метали като alkilplatiny комплекси, използвани като катализатори в полимеризацията на олефини, производство на полипропилен и полиетилен, както и окисление на етилен до ацеталдехид.

Платиновите соли се използват все по-често при химиотерапия при рак. Например, те са част от лекарства като "Carboplatinum" и "Cisplatinum". Електродите с покритие с рутений се използват при производството на хлор и натриев хлорат. Родиев сулфат и фосфат се използват в родий галванични вани.