Металлы платиновой группы

Металлы платиновой группы (МПГ) представляют собой шесть переходных металлических элементов, которые химически, физически и анатомически схожи. PGM включают Iridium (Ir) Osmium (Os) Палладий (Pd) Платина (Pt) Родий (Rh) Рутений (Ru) Характеристики PGM — самые плотные металлические элементы. Исключительно редко, шесть металлов, естественно, встречаются в одних и тех же рудных телах.

Металлы платиновой группы (МПГ) представляют собой шесть переходных металлических элементов, которые химически, физически и анатомически схожи. PGM включают

  • Iridium (Ir)
  • Osmium (Os)
  • Палладий (Pd)
  • Платина (Pt)
  • Родий (Rh)
  • Рутений (Ru)

Платина и палладий мягкие и пластичные. Они противостоят окислению и высокотемпературной коррозии и часто используются в качестве катализаторов. Катализаторы ускоряют химические реакции, не подвергая себя химическому изменению в процессе.

Родий и иридий труднее и труднее работать, однако химические соединения этих двух металлов оцениваются в ряде применений из сплавов. Родий оценивается как материал катализатора.

Рутений и осмий являются твердыми, хрупкими и имеют низкую устойчивость к окислению, но являются ценными добавками и катализаторами.

Применения

Некоторые примеры применения конечного применения: катализаторы для нефтяной промышленности (палладий и платина), кардиостимуляторы и другие медицинские имплантаты (иридий и платина) в качестве пятна для отпечатков пальцев и ДНК ( осмий), в производстве азотной кислоты (родий) и в химических веществах, таких как чистка жидкостей, клея и красок (рутений).

Свойства

Платина

Палладий

Родий

Иридий

Рутений

Осмий

Химический символ

Pt Pd Rh > Ir Ru Os Плотность (г / см 3
) 21. 45 12. 02 12. 41 22. 65 12. 45 22. Точка плавления (° C) 1, 769
1, 554 1, 960 2, 443 2, 310 3, 050 Виккерс твердость нет. * 40
40 101 220 240 350 Электросопротивление (микром. См при 0 ° C)
9. 85
9. 93
4. 33 4. 71 6. 80 8. 12 Теплопроводность (Вт / метр / ° C
73
76
150 148 105 87 Предел прочности при растяжении * ( кг / мм
2
) 14 17
71 112 165

Металлы платиновой группы или платиноиды, представляют собой 6 драгоценных химических элементов, благородного вида. Они располагаются в периодической системе в один ряд и являются переходными металлами 8-10 групп 5-6 периода. Внешне металлы схожи друг с другом.

К металлам платиновой группы относятся:

  1. Платина.
  2. Палладий.
  3. Родий.
  4. Рутений.
  5. Иридий.
  6. Осмий.

Главными особенностями металлов платиновой группы, являются:

  • серебристо-серый оттенок, кроме осмия (бело-голубой);
  • кристаллические свойства, способствующие ускорению химических процессов;
  • катализаторы, контролирующие скорость окисления, реакции гидрирования;
  • химически стойкие металлы по отношению к действию многих реагентов;
  • обладают высокой электропроводностью;
  • выдерживают высокие температуры;
  • тугоплавкость.

Основными источниками платиновых металлов являются минералы редких элементов. Сегодня драгоценные платиновые металлы используют в ювелирном производстве, но в разной степени, а биологически активные соединения платиновых металлов в медицине.

Платина

Платина известна издревле, а название произошло с испанского языка: «маленькое серебро». Конкистадоры, это первые европейцы, которые познакомились с платиной в середине 16 века в Южной Америке. А в 1735 году король Испании издал указ, по которому следовало топить платину в реке и не ввозить в страну. Позже речку назвали Платино-дель-Пинто. Указ был отменен только через сорок лет, для фальсифицирования золотых и серебряных монет мадридскими властями. Позже с платиной познакомились алхимики, но посчитали ее непригодной. Но во Франции она все же нашла свое применение в виде эталона метра, а затем килограмма. В России металл назвали белым золотом, найдя его в россыпном золоте.

Платина, это один из редчайших металлов, ведь в земной коре ее содержания невелико. Главными месторождениями платины являются: Россия, США (2 крупных рудника: Stillwater, East Bouder), Китай, Зимбабве (9 тонн), ЮАР (Бушвельский комплекс).

В России данный металл МПГ обладает уникальной базой, с огромным количеством месторождений, основной из которых расположен в Зареченске (Мурманской области).

Добыча платины это трудоемкий процесс, двух видов:

  1. Открытый способ добычи: на вторичных россыпных месторождениях. Там платина концентрируется в результате разрушений первичной породы.
  2. Закрытый способ добычи: на первичных месторождениях, с постройкой шахт, просверливанием отверстий в породах, закладке взрывчатки и самого взрыва.

Платина это драгоценный металл, который используют в ювелирном деле и промышленности. Свойства платины широки:

  • тяжелее, чем золото и серебро;
  • не окисляется;
  • не вступает в реакции с другими элементами при нагреве;
  • пластичный металл;
  • обладает хорошей электропроводностью;
  • не растворяется под воздействием кислот;
  • высокая температура плавления;
  • хорошая ковкость.

Область применения платины достаточно широкое и не ограничивается ювелирным производством, ведь она обладает уникальной красотой и благородством. В настоящее время рост на металл растет, так как используют ее и в промышленности. Итак, применения платины:

  • ювелирное производство, для изготовления разного вида украшений;
  • медицина;
  • химическая индустрия;
  • судостроение;
  • авиастроение;
  • космическая сфера;
  • стекольная отрасль;
  • банковское дело.

Палладий

На сегодня, палладий самый дорогой металл платиновой группы, который используется в промышленности.

В конце 17 века бразильские горнодобывающие рабочие нашли сплав, похожий на содержание золота или платины. Химик У. Волластон проработал взаимодействие неочищенной платиной с соляной и азотной кислотами, и добавкой цианида ртути. После выпал желтый осадок, который он нагрел с серой и бурой. Получив шарики из металла и, назвав металл — палладий.

Название металл получил в честь астероида. Этот металл платиновой группы встречается в природе очень редко в чистом в виде. А чаще в комплексе с другими металлами (золото, серебро, платина).

Добывают металл также двумя способами:

  • на коренных (первичных) месторождениях;
  • на россыпи, в виде самородка и составляют всего 2% от всей добычи металла.

Главные месторождения палладия:

  • Канада;
  • США;
  • Колумбия;
  • Австрия;
  • ЮАР.

В России также происходит добыча палладия, сконцентрированная на Урале. Главными свойствами палладия являются:

  • низкая плотность;
  • химическая инертность;
  • внешне напоминает серебро;
  • высокая ковкость;
  • эластичность, что позволяет использовать в изготовлении украшений;
  • температура плавления 1555 градусов;
  • поддается обработке;
  • непрочный металл при механическом воздействии;
  • растворяется при воздействии смеси серной и азотной кислот;
  • может образовывать соединения с иными химическими элементами ( бор, хлор, сера, кремний);
  • не вступает в реакции;
  • не окисляется в природе.

Области применения палладия

  • Ювелирная сфера, добавляя металл в сплавы;
  • производство катализаторов для автомобилей, для дожигания выхлопных газов по нормам ЕС;
  • медицина: изготовление элементов для кардиостимуляторов, инструментов, посуды;
  • химическая отрасль: изготавливают колбы и емкости, а также для очищения водорода;
  • электронная сфера: военно-аэрокосмическая техника;
  • инвестиционная деятельность: покупка слитков.

Родий

Следом за открытием палладия, Волластон открыл еще один металл платиновой группы — родий, путем растворения неочищенной платины в царской водке (смесь соляной и азотной кислот) и нейтрализации избытка кислоты едким натром. Осадив платину хлористым аммонием, палладий — цианистой ртутью. Полученный фильтрат был обработан соляной кислотой (чтобы удалить избыток цианистой ртути) и выпарен до сухого состояния. А осадок, обработанный алкоголем, выглядел как темно-красный порошок двойной натриевородиевой соли соляной кислоты. А уже в свою очередь при прокаливании порошка в токе водорода, получил металл.

Родий получил свое название с греческого языка: роза. Добыча родия производится вместе с платиной/золотом. Основными источниками родия являются золотые месторождения Мексики, залежи родиевого Невьянскита.

Родий представляет собой металл серебристо-белого оттенка и относится к благородным металлам платиновой группы.

Свойства родия

  • Растворяется в перекиси водорода, серной кислоте;
  • растворяется при кипячении в смеси соляной и азотной кислот;
  • высокая химическая устойчивость;
  • взаимодействует с неметаллами лишь при температуре красного каления;
  • окисление происходит при высокой температуре;
  • стойкий металл к коррозийным средам.

Так как родий, это драгоценный и уникальный металл, то и область его применения различна:

  • в качестве катализатора (каталитических фильтрах для нейтрализации выхлопных газов);
  • является конструкционным материалом, для изготовления зеркал, стекол;
  • при сплаве родия с платиной, получается эффективный катализатор при производстве азотной кислоты по средствам окисления аммиака воздухом;
  • производство термопаров (при сплаве с иридием или платиной);
  • придают износостойкость и устойчивость к коррозии ювелирным изделиям.

Рутений

Рутений был открыт в Казани в 1844 году К. Клаусом. Он анализировал заводские платиновые осадки из Петербургского монетного двора.

Он извлек из руды платину и некоторые платиновые металлы, после чего сплавил остатки с селитрой, извлекая растворимую в воде часть. А нерастворимый в воде осадок, взаимодействовал с царской водкой и высушил. К. Клаус обработал сухой остаток после дистилляции кипящей водой, добавил избыток поташа. Отделив осадок гидроокиси железа, он обнаружил элемент неизвестного происхождения темно-пурпурного оттенка раствора осадка в соляной кислоте. Рутений был назван в честь России (Ruthenia — Россия).

Добыча рутения всегда сопровождает добычу платины на россыпных и коренных месторождениях. Присутствует в качестве примесей в составе никелевой руды, медной руды. Также существуют искусственные источники добычи рутения, т.е. отходы ядерной промышленности. Основное месторождение данного металла платиновой группы, это ЮАР, Канада, Россия, Зимбабве.

Основные характеристики рутения:

  • серебристо-белый блестящий или матовый цвет;
  • обладает твердостью;
  • тугоплавок;
  • при сильном прокаливании на воздухе переходит в газовую фазу;
  • растворяется медленно соляной кислотой при обычной температуре, при высокой температуре — быстро;
  • газопоглотительная способность.

Область применения металла

  • Производство катализаторов;
  • защитные покрытия;
  • декоративные покрытия;
  • в виде добавок к украшениям;
  • добавка в элитные эмали и другое.

Иридий

В начале 19 века химики были заинтересованы неочищенной платиной и всеми возможными элементами содержащиеся в ней. Тогда Дескотиль, Фуркруа и Вокелен стали изучать сырой металл, сплавив его с едким кали, получив частично растворимые в воде соединения неизвестных металлов. Теннант пошел этим же способом, и смог выделит два новых металла: иридий и осмий.

Иридий получил свое название с греческого: радуга, благодаря тому, что соединения данного металла были окрашены в разные цвета. Осмий же в связи с растворение щелочного сплава осмиридия в кислоте (или в воде) сопровождался сильным запахом. С греческого языка, получив название: запах.

Иридий очень редкий металл платиновой группы, который добыть практически невозможно. Добыча его сопровождается попутчиками: платиной или осмием и рутением или палладием. Он встречается в медных и никелевых рудах. Место добывания иридия: Канада (Британская Колумбия), США (Калифорния), ЮАР (Трансвааль), Остров Тасмания, Новая Гвинея, остров Калимантан.

Характеристики иридия:

  • красивый металл бело-серебристого оттенка;
  • твердый и долговечный металл;
  • высокая плотность и прочность;
  • воздействия осуществляются за счет нагревания металла;
  • укрепляет любой состав, делая его износоустойчивым;
  • химическая стойкость;
  • стойкий к коррозиям;
  • стойкость к окислению и всяческому разрушению, даже под воздействием температуры.

Область применения:

  • химическая промышленность;
  • ювелирное дело;
  • вместе с иными металлами является компонентом для автомобильных свечей;
  • сплавы с иридием используют в медицине, для производства инструментов;
  • в научной деятельности, металл не очень востребован.

Осмий

Чистого осмия в природе нет, он находится в комплексе с родием. Месторождения осмия сконцентрированы в: Африке (юг), Тасмании, Австралии, США, Канаде, Россие, Колумбия, ЮАР (самые большие запасы).

Характеристики осмия:

  • серебристо-голубые кристаллы;
  • резкий запах, при взаимодействии с веществами;
  • не растворяется в щелочах и кислотах, смеси соляной и азотной кислот;
  • химическая инертность;
  • порошковый осмий — сырье для продукции, медленно подвержен к растворению;
  • твердый и хрупкий;
  • тугоплавкий;
  • высокая плотность: самый тяжелый металл.

Область применения

  • Медицина: кардиостимуляторы, импланты;
  • промышленность: для измерительной техники, часовые механизмы;
  • тетра оксид осмия используют в электронной микроскопии.

Металлы платиновой группы, редкие и уникальные металлы, которые не так часто встречаются в природе, но широко и активно применяются в разных сферах жизни, тем самым помогая человечеству.

СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ

Платина (Pt) открыта в 1783 г. Название элемента происходит от испанского слова «плата» — серебрецо, серебряный за внешнее сходство с серебром.

Палладий (Pd) открыт в 1803 г. и назван по имени малой планеты Паллада, обнаруженной за год до открытия элемента.

Родий (Rh) — металл серебристо-голубого цвета, напоминающий алюминий. Элемент открыт в 1803 г. Название его происходит от греческого слова «родос»— розовый (цвет за розовую окраску своих солей).

Иридий (Ir) открыт в 1803 г. Название элемента происходит от греческого слова «иридис» — радуга за яркие и .пестрые окраски его солей.

Осмий (Os) открыт в 1803 г. Название элемента происходит от греческого слова «осме» — пахнущий за резкий запах осмиевого ангидрида.

Рутений (Ru) — серебристо-белый металл, похожий на платину. Элемент открыт в 1884 г. русским химиком Клауссом и назван им в честь России, латинское название которой — Рутения.

Четыреххлористая платина при растворении в соляной кислоте образует платино- хлористоводородную кислоту. Соли этой кислоты — хлороплатинаты. Хлороплатинат аммония (NH4)2 мало растворим в водных растворах и очень малорастворим в растворах хлористого аммония, что имеет большое значение при аффинаже платиновых металлов. При диссоциации в результате термического разложения из хлор- платината удаляется хлористый аммоний и хлор в виде газов, а платина остается в виде металлической губки.

Палладий при растворении в царской водке образует хлористый палладий, который с соляной кислотой дает палладохло- ристоводородную кислоту H2PtCl6. Соль — хлорпалладозамин , которая

ТАБЛИЦА. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ

Показатели

Атомная масса

195,09

192,2

190,2

106,4

102,91

101,1

Плотность, кг/ м3 · 10-3

21,45

22,41

22,48

12,16

12,41

12,2

Температура, °С:плавления

Температура, °С:кипения

Теплота плавления, кал/г

27,8

37,8

Удельная теплоемкость при 20°С,Кал/(г*град)

0,0317

0,0309

0,031

0,0586

0,0604

0,057

Теплопроводность, кал/ (см · сек · град)

0,165

0,141

0,161

0,213

Удельное электросопротивление при 25°С, мком/см

10,3

5,40

9,66

9,96

4,9

7,427

Платина и палладий обладают хорошей пластичностью при комнатной температуре и легко обрабатываются давлением, пластичность их сохраняется при высоких степенях обжатия. Иридий и родий непластичны при комнатной температуре и могут быть прокатаны и протянуты в проволоку лишь при 1200—1400°С. Рутений и осмий непластичны даже при 1500°С.

Платина, так же как золото и серебро, не окисляется на воздухе даже при плавлении; осмий и рутений при нагревании на воздухе легко окисляются. Иридий, палладий и родий при нагревании на воздухе также окисляются, но в меньшей степени, чем осмий и рутений.

Иридий, рутений и родий не растворяются в кислотах и в кипящей царской водке. Платина устойчива в кислотах, но растворяется в царской водке. Палладий корродирует под действием горячих азотной, соляной и серной кислот. При нагревании металлы платиновой группы образуют хрупкие сплавы с углеродом.

На платину воздействуют расплавленные едкие щелочи и фосфор. С серой платина образует сернистую и двусернистую платину— PtS и PtS2. С хлором платина образует четыреххлористую платину PtCl4, устойчивую до 370°С. При более высокой температуре она переходит в PtCl3, а нагревание до 435°С приводит к образованию хлористой платины PtCl2. При температурах >582°С двухвалентная платина разлагается с выделением металлической платины· PtCl2-*»Pt+Cl2.

получается после последовательной обработки палладохлористоводородной кислоты и образующихся при этом соединений, имеет малую растворимость и поэтому используется для выделения палладия из растворов. При термическом разложении хлорпалладоза(М1ин диссоциирует, при этом хлористый аммоний и хлористый водород удаляются в газовую фазу, а палладий остается в виде металлической губки.

Иридий при температурах красного каления взаимодействует с хлором, в результате чего получается хлорный и хлористый иридий — 1гС14 и 1гС13. Этим соединениям соответствуют иридиевохлористоводородная кислота Н21гС16 и иридистохлористоводо- родная кислота Н31гС1б. При добавлении к раствору Н21гС1б избытка хлористого аммония выпадает хлороиридат аммония (NH4)2IrCl6, который имеет незначительную растворимость в растворах хлористого аммония. Это используют при разделении платиновых металлов. Хлороиридат аммония при обработке сернистым водородом, щавелевой кислотой и другими восстановителями переходит в хлороиридит, что позволяет отделить иридий от платины, которая не образует подобного типа соединений.

Осмий при сплавлении его со смесью щелочи и перекиси натрия или бария образует сплав, растворяющийся в воде. При обработке этого раствора спиртом образуется осминат натрия Na2.

При восстановлении гипосульфитом раствора осмии а та натрия и обработкой хлористым аммонием получают осмилтетрамиихлорид Cl2, который является исходным соединением для получения порошка осмия.

В тонкоизмельченном состоянии осмий при прокаливании в атмосфере воздуха образует четырехокись осмия 0s04, которая испаряется при 120°С и обладает специфическим запахом. Водородом она восстанавливается до двуокиси ОэОг.

Рутений с кислородом образует летучую четырехокись Ru04, которая имеет едкий запах и испаряется при 65°С. Четырехокись рутения —сильный окислитель и при соприкосновении с концентрированным аммиаком или спиртом восстанавливается с сильным взрывом. При растворении Ru04 в соляной кислоте и воздействии на раствор хлористого калия получают легко растворимую соль хлористого рутения K2. Из растворов этой соли при действии хлористого аммиака или калия выпадают малорастворимые гексахлорорутенаты (ЫН4)г , K2.

Металлы платиновой группы находят самое широкое применение в технике и промышленности.

Платину применяют для изготовления лабораторной посуды и аппаратуры для химических Лабораторий, в качестве нерастворимых анодов в производстве перекиси водорода, перхлоратов ή др., в качестве защитного покрытия для плакировки реакторов, используемых в производстве особо чистых продуктов, при переработке фторсодержащих материалов, в пищевой промышленности. Платиновые катализаторы используют в основной химии для реакций гидрогенизации и дегидрогенизации, восстановления нитросоединений и галоидных соединений, в производстве серной кислоты контактным способом, при получении синильной кислоты, а также в процессах пиролиза газообразных углеводородов, каталитической полимеризации, гидрогенизации, алкилировавния, крекинг- и реформинг-процессов очистки от серы.

В производстве аммиака и азотной кислоты применяют катализаторные сетки, изготовленные из сплавов платины с родием и палладием, а в производстве синильной кислоты — сетки из сплава платины с родием.

При гидрировании целлюлозы или полисахаридов в качестве катализатора применяют рутений, а при гидрировании некоторых органических соединений — осмий. Палладиевые покрытия применяют для изготовления сосудов для перегонки плавиковой кислоты.

Платину, платиновые металлы и их сплавы широко используют при изготовлении кантактов, катодов и антикатодов рентгеновских трубок, электросопротивлений, плавких предохранителей, деталей астрономических приборов, аппаратуры связи, термопар.

Высокую отражательную способность родия используют для покрытия рефлекторов. Рутениевые покрытия, нанесенные на вольфрамовые нити, значительно увеличивают срок их службы. Рутений применяют также в приборостроении при изготовлении деталей, требующих высокой прочности. Сплав палладия с 18% 1г обладает большой упругостью, поэтому из него в авиационном приборостроении изготовляют пружинящие контакты. Сплавы осмия с иридием используют в приборостроении для изготовления некоторых деталей морских точных приборов. Мощные постоянные магниты делают из магнитного сплава платина- кобальт.

Добавить комментарий

Закрыть меню