Metali platinaste grupe: pregled, lista, svojstva i primjene

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-02 13:51

Metali platinaste grupe su šest plemenitih plemenitih hemijskih elemenata koji se nalaze jedan pored drugog u periodnom sistemu. Svi su to prelazni metali od 8-10 grupa od 5-6 perioda.

lista metala platinaste grupe

Grupa se sastoji od sljedećih šest hemijskih elemenata, raspoređenih u rastućem redoslijedu atomske težine:

• Ru – rutenijum.
• Rh – rodij.
• Pd – paladij.
• Os – osmijum.
• Ir – iridijum.
• Pt – platina.

Metali platinaste grupe imaju srebrnasto bijelu nijansu, osim osmijuma, koji je plavkasto bijeli. Njihovo hemijsko ponašanje je paradoksalno po tome što su veoma otporni na većinu reagensa, ali se koriste kao katalizatori, koji lako ubrzavaju ili kontrolišu brzinu reakcija oksidacije, redukcije i hidrogenacije.

Rutenijum i osmijum kristalizuju se u heksagonalni zbijeni sistem, dok drugi imaju kubičnu strukturu usredsređenu na lice. Ovo se ogleda u većoj tvrdoći rutenija i osmijuma.

Historija otkrića

Iako zlatni artefakti koji sadrže platinu datiraju iz 700. godine prije Krista. e., prisustvo ovog metala je više slučajnost nego obrazac. Jezuiti su u 16. veku pominjali guste sive oblutke povezane sa aluvijalnim nalazištima zlata. Ovo kamenje se nije moglo rastopiti, ali je formiralo leguru sa zlatom, dok su ingoti postali lomljivi, 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, izolovao je francuski fizičar Chabano 1789. godine. Od njega je napravljen pehar poklonjen papi Piju VI. O otkriću paladijuma 1802. godine izvestio je engleski hemičar William Wollaston, koji je dao ime hem. element metalne grupe platine u čast asteroida. Wollaston je kasnije tvrdio da je otkrio još jednu supstancu prisutnu u rudi platine. Nazvao ga je rodijum zbog ružičaste boje soli metala. Otkrića iridija (nazvanog po boginji duge Iris zbog šarene boje njenih soli) i osmijuma (od grčke riječi za "miris" zbog mirisa hlora njegovog isparljivog oksida) napravio je engleski kemičar Smithson Tennant godine. 1803. Francuski naučnici Hipolit-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix i Nicolas-Louis Vauquelin izolovali su dva metala u isto vrijeme. Rutenijum, poslednji izolovani i identifikovani element, dobio je ime po latinskom nazivu za Rusiju od ruskog hemičara Karla Karloviča Klausa 1844.

Za razlikuiz takvih lako izolovanih u relativno čistom stanju jednostavnim vatrom rafinirajućih supstanci kao što su zlato, srebro, metali platinske grupe zahtijevaju složen vodeno-hemijski tretman. Ove metode nisu bile dostupne sve do kasnog 19. veka, tako da je identifikacija i izolacija grupe platine zaostala za srebrom i zlatom hiljadama godina. Osim toga, visoka tačka topljenja ovih metala ograničavala 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 grupe počeli koristiti u nakitu od 1900. Iako je ova aplikacija i danas relevantna, industrijska ju je daleko nadmašila. Paladij je postao veoma tražen kontaktni materijal u telefonskim relejima i drugim žičanim komunikacionim sistemima, obezbeđujući dug životni vek i visoku pouzdanost, dok se platina, zbog svoje otpornosti na eroziju varnicom, koristila u svjećicama za borbene avione tokom Drugog svjetskog rata.

Posle rata, ekspanzija tehnika molekularne konverzije u preradi nafte stvorila je ogromnu potražnju za katalitičkim svojstvima metala platinske grupe. Do 1970-ih, potrošnja se još više povećala kada su standardi automobilske emisije u SAD-u i drugim zemljama doveli do upotrebe ovih kemikalija u katalitičkoj konverziji izduvnih plinova.

Rude

Isključujući male naslage platine, paladijumai osmičkog iridijuma (legura iridija i osmijuma), praktično ne postoji ruda u kojoj bi glavna komponenta bio hemijski element - metal platinske grupe. Minerali se obično nalaze u sulfidnim rudama, posebno pentlanditu (Ni, Fe)₉S₈. Najčešći su laurit RuS_{2, irarsit, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridijum (Ir, Os), kooperit, (PtS) i braggit (Pt, Pd) S.}

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

Ekstrakcija i obogaćivanje

Glavna južnoafrička i kanadska ležišta upravljaju se rudarskom metodom. Gotovo svi metali platinske grupe se dobijaju iz minerala bakra ili nikl sulfida pomoću flotacijske separacije. Topljenjem koncentrata nastaje mješavina koja se u autoklavu ispire iz sulfida bakra i nikla. Čvrsti ostatak luženja sadrži 15 do 20% metala platinske grupe.

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

Mehanička svojstva

Metali platinaste grupe značajno se razlikuju po mehaničkim svojstvima. Platina i paladijum su prilično mekani i veoma savitljivi. Ovi metali i njihove legure mogu se obrađivati i toplo i hladno. Rodijum se prvo obrađuje vruće, a kasnije se može hladno obrađivati uz prilično često žarenje. Iridijum i rutenijum se moraju zagrevati, ne mogu se hladno obrađivati.

Osmijum je najtvrđi u grupi i ima najvišu tačku topljenja, ali njegova sklonost oksidaciji nameće svoja ograničenja. Iridijum je najotporniji na koroziju od metala platine, a rodijum je cenjen zbog zadržavanja visoke temperature.

Strukturalne primjene

Pošto je čista žarena platina vrlo meka, podložna je ogrebotinama i propadanju. Da bi se povećala njegova tvrdoća, legira se mnogim drugim elementima. Nakit od platine je veoma popularan u Japanu gde ga zovu "hakkin" i "belo zlato". Legure za nakit sadrže 90% Pt i 10% Pd, koji se lako obrađuju i lemljuju. Dodatak rutenija povećava tvrdoću legure uz održavanje otpornosti na oksidaciju. Legure platine, paladijuma i bakra se koriste u otkovcima jer su tvrđe od platinastog paladija i jeftinije.

Tagle koje se koriste za proizvodnju monokristala u industriji poluprovodnika zahtijevaju otpornost na koroziju i stabilnost na visokim temperaturama. Za ovu primjenu, platina, platina-rodij iiridijum. Legure platine i rodijuma koriste se u proizvodnji termoparova, koji su projektovani za merenje povišenih temperatura do 1800 °C. Paladij se koristi u čistom i mješovitom obliku u električnim uređajima (50% potrošnje), u dentalnim legurama (30%). Rodijum, rutenijum i osmijum se retko koriste u svom čistom obliku - služe kao aditivi za legiranje za druge metale platinske grupe.

Katalizatori

Oko 42% sve platine proizvedene na Zapadu koristi se kao katalizator. Od toga, 90% se koristi u automobilskim izduvnim sistemima, gde vatrostalne pelete ili saće obložene platinom (kao i paladijumom i rodijumom) pomažu u pretvaranju neizgorelih ugljovodonika, ugljen-monoksida i azotnih oksida u vodu, ugljen-dioksid i azot.

Legura platine i 10% rodijuma u obliku usijane metalne mreže katalizuje reakciju između amonijaka i vazduha za proizvodnju azotnih oksida i azotne kiseline. Kada se hrani zajedno sa mješavinom amonijaka, može se dobiti metan cijanovodonična kiselina. U preradi nafte, platina na površini kuglica glinice u reaktoru katalizuje pretvaranje molekula ulja dugog lanca u razgranate izoparafine, koji su poželjni u visokooktanskim benzinskim mješavinama.

Galvanizacija

Svi metali platinske grupe mogu biti galvanizovani. Zbog tvrdoće i sjaja rezultirajućeg premaza najčešće se koristi rodij. Iako jecijena je veća od platine, manja gustina omogućava korištenje manje mase materijala uporedive debljine.

Paladijum je metal grupe platine koji je najlakši za upotrebu za oblaganje. Zbog toga se čvrstoća materijala značajno povećava. Rutenijum je pronašao upotrebu u alatima za mašinsku obradu sa niskim pritiskom.

Hemijska jedinjenja

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

Soli platine se sve više koriste u hemoterapiji raka. Na primjer, oni su dio lijekova kao što su Carboplatin i Cisplatin. Elektrode obložene rutenijum oksidom koriste se u proizvodnji hlora i natrijum hlorata. Rodijum sulfat i fosfat se koriste u kupkama za oblaganje rodijumom.