Platinagruppmetaller: Översikt, lista, egenskaper och applikationer

Metaller av platinagruppen är sex ädla värdefulla kemiska element som ligger sida vid sida i det periodiska bordet. Alla är övergångsmetaller av 8-10 grupper i 5-6-perioden.

Metaller av platinagruppen: lista

Gruppen består av följande sex kemiska element arrangerade i ordning med ökande atomvikt:

• Ru är rutenium.
• Rh är rodium.
• Pd är palladium.
• Os är osmium.
• Ir är iridium.
• Pt är platina.

Metaller i platinagruppen har en silverfärgad nyans med undantag för osmium, vars färg är blåaktig vit. Deras kemiska beteende är paradoxalt genom att de är mycket resistenta mot de flesta reagenserna, men används som katalysatorer som enkelt accelererar eller kontrollerar graden av oxidations-, reduktions- och hydreringsreaktioner.

Ruthenium och osmium kristalliseras i ett hexagonalt nära packat system, medan andra har en ansiktscentrerad kubisk struktur. Detta uttrycks i den högre hårdheten av ruthenium och osmium.

Historien om upptäckten

Även om platinahaltiga guldartiklar är daterade till 700 BC. E., Närvaron av denna metall är mer sannolikt en olycka än en regelbundenhet. Jesuetterna i XVI-talet nämnde gråa täta småstenar i samband med alluviala guldfyndigheter. Dessa stenar kunde inte smältas, men de bildade en legering med guld, medan ingotsna blev sköra, och de var redan omöjliga att rengöra. Pebblesna blev känd som platina del Pinto, en pellet av silverliknande material från Pinto floden, som strömmar in i floden San Juan i Colombia.

Smide platina, som endast kan erhållas efter en fullständig rening av metallen, isolerades av den franska fysikisten Shabano 1789. Från det gjordes en bägare, presenterad för påven Pius VI. Upptäckten av palladium år 1802 rapporterades av den engelska kemisten William Wollaston, som namngav honom. Element av platinametallgruppen till ära av asteroiden. Wollaston tillkännagav därefter upptäckten av ett annat ämne närvarande i platinamalmen. Han kallade det rodium på grund av metallets salts rosa färg. Upptäckten av iridium (efter namnet på Iridi-regnbågsgudinnan på grund av dess saltas färgade färg) och osmium (från det grekiska ordet "lukt" på grund av klorluften av dess flyktiga oxid) gjordes av engelska kemisten Smithson Tennant 1803. Franska forskare Ippolit-Victor Kolle-Descoty, Antoine-Francois Fourcroix och Nicolas-Louis Vauquelin utpekade två metaller samtidigt. Ruthenium, det sista isolerade och identifierade elementet, fick sitt namn från det ryska latinska namnet från den ryska kemisten Karl Karlovich Klaus 1844.

Till skillnad från sådana lätt isolerade ämnen i ett relativt rent tillstånd genom enkel eldförädling, kräver guld, silver, platinagruppmetaller komplex vattenkemisk behandling. Dessa metoder var inte tillgängliga förrän i slutet av 1800-talet, så identifieringen och isoleringen av platinagruppen låg bakom silver och guld i tusentals år. Dessutom begränsades den höga smältpunkten för dessa metaller tills användarna i Storbritannien, Frankrike, Tyskland och Ryssland utvecklat metoder för att omvandla platina till en form som är lämplig för bearbetning. Som ädelmetaller från platinagruppen började användas i smycken sedan 1900. Även om en sådan ansökan är relevant idag, har industrin långt överträffat den. Palladium har blivit ett mycket eftertraktat material för kontakter i telefonreläer och andra trådkommunikationssystem, vilket ger lång livslängd och hög tillförlitlighet, och platina, på grund av dess motståndskraft mot gnistrosion, användes under andra världskriget i tändstickor av stridsflygplan.

Efter kriget skapade expansionen av molekylära omvandlingsmetoder under bearbetningen av olja en stor efterfrågan på de katalytiska egenskaper som platinagruppens metaller har. Vid 1970-talet ökade förbrukningen ytterligare när bilutsläppsstandarder i USA och andra länder ledde till användningen av dessa kemiska element vid katalytisk omvandling av avgaser.

malm

Med undantag av små alluviala avlagringar av platina, palladium och osmium iridium (en iridium-osmiumlegering) finns det praktiskt taget ingen malm där det kemiska elementet, metallet i platinagruppen, skulle vara huvudkomponenten. Mineraler finns generellt i sulfidmalmer, särskilt i pentlandit (Ni, Fe) 9S ₈ . De vanligaste är laurit RuS ₂ , irapsite, (Ir, Ru, Rh, Pt) AsS, osmiridium (Ir, Os), cuperite, (PtS) och braggit (Pt, Pd) S.

Världens största deponering av platinagruppmetaller är Bushveld-komplexet i Sydafrika. Stora reserver av råmaterial är koncentrerade i Sudbury-insättningar i Kanada och Norilsk-Talnakh i Sibirien. I USA ligger de största deponierna av platinagruppmineraler i Stillwater, Montana, men här är de mycket mindre än i Sydafrika och Ryssland. Världens största platinaproducenter är Sydafrika, Ryssland, Zimbabwe och Kanada.

Utvinning och bearbetning

De viktigaste sydafrikanska och kanadensiska insättningarna drivs av gruvmetoden. Praktiskt taget alla metaller från platinagruppen extraheras från koppar- eller nickelsulfidmineraler genom flotationsseparation. Smältningen av koncentratet ger en blandning som tvättas ut ur koppar och nickelsulfider i en autoklav. Den fasta läckningsresten innehåller från 15 till 20% av metallerna i platinagruppen.

Ibland används gravitationsseparation före flotation. Som ett resultat erhålls ett koncentrat innehållande upp till 50% platinmetaller vilket eliminerar behovet av smältning.

Mekaniska egenskaper

Metaller av platinagruppen är signifikant olika i mekaniska egenskaper. Platina och palladium är ganska mjuka och mycket formbara. Med dessa metaller och deras legeringar är det möjligt att arbeta både i varmt och kallt tillstånd. Rhodium behandlas först hett, och senare kan det behandlas kallt med ganska frekvent glödgning. Iridium och ruthenium måste värmas, kall bearbetning, de lånar inte sig själva.

Osmium är den svåraste i gruppen och har den högsta smältpunkten, men dess tendens till oxidation ålägger dess begränsningar. Iridium är den mest korrosionsbeständiga av platina-metaller, och rhodium värderas för att bibehålla dess egenskaper vid höga temperaturer.

Strukturella tillämpningar

Eftersom den annealed platina är mycket mjuk, är den känslig för repor och förstöring. För att öka hårdheten smälter den med många andra element. Platina smycken är mycket populär i Japan, där den kallas "hakkin" och "vitt guld". Legeringar för smycken innehåller 90% Pt och 10% Pd, vilket är lätt att hantera och lödda. Tillsatsen av ruthenium ökar legeringens hårdhet, samtidigt som dess motståndskraft mot oxidation upprätthålls. Legeringar av platina, palladium och koppar används i smidda produkter, eftersom de är hårdare än platina-palladium och mindre kostsamma.

Kryvlar som används för produktion av enkristaller i halvledarindustrin kräver korrosionsbeständighet och stabilitet vid höga temperaturer. För denna applikation är platina, platina-rhodium och iridium bäst lämpade. Platin-rhodiumlegeringar används vid tillverkning av termoelement, vilka är konstruerade för att mäta förhöjda temperaturer upp till 1800 ° C. Palladium används i både ren och blandad form i elektriska apparater (50% av förbrukningen), i dentala legeringar (30%). Rhodium, ruthenium och osmium används sällan i ren form - de fungerar som legeringsadditiv för andra metaller av platinagruppen.

katalysatorer

Ungefär 42% av all platin som produceras i väst används som katalysator. Av dessa används 90% i bilutblåsningssystem, där eldfasta pellets eller platinpläterade bikakestrukturer (såväl som palladium och rodium) bidrar till omvandling av oförbrända kolväten, kolmonoxid och kväveoxider till vatten, koldioxid och kväve.

Legeringen av platina och 10% rhodium i form av metall med röd het metall fungerar som en katalysator i reaktionen mellan ammoniak och luft för att producera kväveoxider och salpetersyra. När den levereras med en blandning av ammoniak kan metan producera cyanid. Vid oljeraffinering är platina på ytan av aluminiumoxidpellets i reaktorn en katalysator för omvandling av långkedjiga oljemolekyler till förgrenade isoparaffiner, vilka är önskvärda i en blandning av högoktan-gasoliner.

galvanisering

Alla metaller av platinagruppen kan appliceras galvaniskt. På grund av hårdheten och glansen hos den erhållna beläggningen används rodium oftast. Även om kostnaden är högre än platina, gör en lägre densitet det möjligt att använda en mindre massa material med jämförbar tjocklek.

Palladium är en metall av platinagruppen, som är lättast att använda för beläggning. På grund av detta ökar materialets styrka avsevärt. Ruthenium har hittat applikation i verktyg konstruerade för friktionsbehandling vid lågt tryck.

Kemiska föreningar

Organiska komplex av platinagruppmetaller, såsom alkylplatinkomplex, används som katalysatorer under processen med olefinpolymerisation, produktion av polypropen och polyeten, och även vid oxidering av eten till acetaldehyd.

Platinsalter används alltmer vid cancerkemoterapi. De är till exempel en del av sådana läkemedel som "Carboplatinum" och "Cisplatinum". Täckt med rutheniumoxidelektroder används vid produktion av klor och natriumklorat. Rhodiumsulfat och fosfat används i rhodiumpläteringsbad.