Metale din grupa platinei: prezentare generală, listă, proprietăți și aplicații

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-02 14:01

Metalele din grupul platinei sunt șase elemente chimice prețioase nobile care sunt situate una lângă alta în tabelul periodic. Toate sunt metale de tranziție din 8–10 grupuri de 5–6 perioade.

Lista de metale din grupul platinei

Grupul este format din următoarele șase elemente chimice, dispuse în ordinea crescătoare a greutății atomice:

• Ru – ruteniu.
• Rh – rodiu.
• Pd – paladiu.
• Os – osmiu.
• Ir – iridiu.
• Pt – platină.

Metalele din grupa platinei au o nuanță albă argintie, cu excepția osmiului, care este alb albăstrui. Comportamentul lor chimic este paradoxal prin faptul că sunt foarte rezistenți la majoritatea reactivilor, dar sunt utilizați ca catalizatori, accelerând sau controlând cu ușurință viteza reacțiilor de oxidare, reducere și hidrogenare.

Ruteniul și osmiul se cristalizează într-un sistem compact hexagonal, în timp ce altele au o structură cubică centrată pe față. Acest lucru se reflectă în duritatea mai mare a ruteniului și osmiului.

Istoricul descoperirilor

Deși artefactele din aur purtând platină datează din 700 î. Hr. e., prezența acestui metal este mai mult un accident decât un model. Iezuiții din secolul al XVI-lea au menționat pietricele dense gri asociate cu zăcăminte de aur aluvionar. Aceste pietre nu puteau fi topite, dar formau un aliaj cu aurul, în timp ce lingourile deveneau casante și nu se mai putea curăța. Pietricelele au devenit cunoscute sub numele de platina del Pinto, granule de material argintiu din râul Pinto, care se varsă în râul San Juan din Columbia.

Platina maleabilă, care poate fi obținută numai după purificarea completă a metalului, a fost izolată de fizicianul francez Chabano în 1789. Din el s-a făcut un pahar prezentat Papei Pius al VI-lea. Descoperirea paladiului în 1802 a fost raportată de chimistul englez William Wollaston, care a numit chimia. element al grupului de metal platină în onoarea asteroidului. Wollaston a susținut ulterior că a descoperit o altă substanță prezentă în minereul de platină. El a numit-o rodiu din cauza culorii roz a sărurilor metalice. Descoperirile iridiului (numit după zeița curcubeului Iris datorită culorii pestrițe a sărurilor sale) și osmiului (din cuvântul grecesc pentru „miros” din cauza mirosului de clor al oxidului său volatil) au fost făcute de chimistul englez Smithson Tennant în 1803. Oamenii de știință francezi Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix și Nicolas-Louis Vauquelin au izolat cele două metale în același timp. Ruteniul, ultimul element izolat și identificat, și-a primit numele de la numele latin pentru Rusia de la chimistul rus Karl Karlovich Klaus în 1844.

Spre deosebire dedintr-o astfel de izolare ușor într-o stare relativ pură prin simple, substanțe de rafinare la foc, cum ar fi aur, argint, metale din grupa platinei necesită un tratament complex de apă-chimic. Aceste metode nu au fost disponibile până la sfârșitul secolului al XIX-lea, astfel încât identificarea și izolarea grupului de platină a rămas în urmă cu argint și aur cu mii de ani. În plus, punctul de topire ridicat al acestor metale a limitat utilizarea lor până când cercetătorii din Marea Britanie, Franța, Germania și Rusia au dezvoltat metode de transformare a platinei într-o formă funcțională. Cum metalele prețioase ale grupului de platină au început să fie folosite în bijuterii din 1900. Deși această aplicație rămâne actuală astăzi, cea industrială a depășit-o cu mult. Paladiul a devenit un material de contact foarte căutat în releele telefonice și în alte sisteme de comunicații cu fir, oferind o viață lungă și o fiabilitate ridicată, în timp ce platina, datorită rezistenței sale la eroziunea prin scânteie, a fost folosită în bujiile aeronavelor de luptă în timpul celui de-al Doilea Război Mondial.

După război, extinderea tehnicilor de conversie moleculară în rafinarea petrolului a creat o cerere uriașă pentru proprietățile catalitice ale metalelor din grupa platinei. Până în anii 1970, consumul a crescut și mai mult atunci când standardele de emisii ale automobilelor din SUA și din alte țări au condus la utilizarea acestor substanțe chimice în conversia catalitică a gazelor de eșapament.

Minereuri

Excluzând depozitele mici de platină, paladiuși iridiu osmic (un aliaj de iridiu și osmiu), practic nu există minereu în care componenta principală ar fi un element chimic - un metal din grupa platinei. Mineralele se găsesc de obicei în minereurile sulfurate, în special pentlandită (Ni, Fe)₉S₈. Cele mai comune sunt lauritul RuS_{2, irarsitul, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridiul (Ir, Os), cooperitul, (PtS) și fanfarotul (Pt, Pd) S.}

Cel mai mare depozit de metale din grupul platinei din lume este complexul Bushveld din Africa de Sud. Rezerve mari de materii prime sunt concentrate în zăcămintele Sudbury din Canada și zăcământul Norilsk-Talnakhskoye din Siberia. În SUA, cele mai mari zăcăminte de minerale din grupa platinei se află în Stillwater, Montana, dar aici sunt mult mai mici decât în Africa de Sud și Rusia. Cei mai mari producători de platină din lume sunt Africa de Sud, Rusia, Zimbabwe și Canada.

Extracție și îmbogățire

Principalele zăcăminte din Africa de Sud și Canada sunt exploatate prin metoda minei. Practic, toate metalele din grupa platinei sunt recuperate din minerale de sulfură de cupru sau nichel folosind separarea prin flotație. Topirea concentratului produce un amestec care este spălat din sulfurile de cupru și nichel într-o autoclavă. Reziduul solid de levigare conține 15 până la 20% metale din grupa platinei.

Uneori, separarea gravitațională este utilizată înainte de flotare. Rezultatul este un concentrat care conține până la 50% metale de platină, eliminând nevoia de topire.

Proprietăți mecanice

Metalele din grupul platinei diferă semnificativ în ceea ce privește proprietățile mecanice. Platina și paladiul sunt destul de moi și foarte maleabile. Aceste metale și aliajele lor pot fi prelucrate atât la cald, cât și la rece. Rodiul este mai întâi prelucrat la cald și mai târziu poate fi prelucrat la rece cu recoacere destul de frecventă. Iridiul și ruteniul trebuie încălzite, nu pot fi prelucrate la rece.

Osmiul este cel mai dur din grup și are cel mai mare punct de topire, dar tendința sa de a se oxida își impune propriile limitări. Iridiul este cel mai rezistent la coroziune dintre metalele de platină, iar rodiul este apreciat pentru păstrarea temperaturii ridicate.

Aplicații structurale

Deoarece platina curată recoaptă este foarte moale, este susceptibilă la zgârieturi și deteriorare. Pentru a-i crește duritatea, este aliat cu multe alte elemente. Bijuteriile din platină sunt foarte populare în Japonia unde se numesc „hakkin” și „aur alb”. Aliajele de bijuterii conțin 90% Pt și 10% Pd, care este ușor de prelucrat și lipit. Adaosul de ruteniu crește duritatea aliajului, menținând în același timp rezistența la oxidare. Aliajele de platină, paladiu și cupru sunt folosite în forjare, deoarece sunt mai dure decât platina paladiului și sunt mai puțin costisitoare.

Cruzetele folosite pentru producerea de monocristale în industria semiconductoarelor necesită rezistență la coroziune și stabilitate la temperaturi ridicate. Pentru această aplicație, platină, platină-rodiu șiiridiu. Aliajele de platină-rodiu sunt folosite la fabricarea termocuplurilor, care sunt concepute pentru a măsura temperaturi ridicate de până la 1800 °C. Paladiul este folosit atât în formă pură, cât și în amestec în aparate electrice (50% din consum), în aliaje dentare (30%). Rodiul, ruteniul și osmiul sunt rar folosite în forma lor pură - servesc ca aditiv de aliere pentru alte metale din grupa platinei.

catalizatori

Aproximativ 42% din toată platina produsă în Occident este folosită ca catalizator. Dintre acestea, 90% sunt folosite în sistemele de evacuare a autovehiculelor, unde pelete sau faguri refractare acoperite cu platină (precum și paladiu și rodiu) ajută la transformarea hidrocarburilor nearse, monoxidului de carbon și oxizilor de azot în apă, dioxid de carbon și azot.

Un aliaj de platină și 10% rodiu sub formă de plasă metalică încinsă catalizează reacția dintre amoniac și aer pentru a produce oxizi de azot și acid azotic. Când este alimentat împreună cu un amestec de amoniac, se poate obține acidul cianhidric metan. În rafinarea petrolului, platina de pe suprafața peletelor de alumină din reactor catalizează conversia moleculelor de ulei cu lanț lung în izoparafine ramificate, care sunt de dorit în amestecurile de benzină cu octan mare.

galvanoplastie

Toate metalele din grupul platinei pot fi galvanizate. Datorită durității și strălucirii stratului rezultat, rodiul este cel mai frecvent utilizat. Desicostul este mai mare decât platina, densitatea mai mică permite utilizarea unei mase mai mici de material cu o grosime comparabilă.

Palladiul este metalul din grupul platinei care este cel mai ușor de utilizat pentru aplicații de acoperire. Datorită acestui fapt, rezistența materialului crește semnificativ. Ruteniul și-a găsit utilizare în uneltele de prelucrare cu frecare la presiune joasă.

Compuși chimici

Complecșii metalici organici din grupa platinei, cum ar fi complecșii de alchilplatină, sunt utilizați ca catalizatori în polimerizarea olefinelor, producerea de polipropilenă și polietilenă și oxidarea etilenei la acetaldehidă.

Sărurile de platină sunt din ce în ce mai folosite în chimioterapia cancerului. De exemplu, acestea fac parte din medicamente precum Carboplatin și Cisplatin. Electrozii acoperiți cu oxid de ruteniu sunt utilizați la producerea de clor și clorat de sodiu. Sulfatul și fosfatul de rodiu sunt utilizați în băile de placare cu rodiu.