Platinagruppens metaller: översikt, lista, egenskaper och tillämpningar

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-02 14:03

Platinagruppmetaller är sex ädla ädla kemiska grundämnen som finns sida vid sida i det periodiska systemet. Alla är övergångsmetaller med 8–10 grupper om 5–6 perioder.

platinagruppens metalllista

Gruppen består av följande sex kemiska grundämnen, arrangerade i stigande ordning efter atomvikt:

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

Platinagruppens metaller har en silvervit nyans, förutom osmium, som är blåvitt. Deras kemiska beteende är paradox alt eftersom de är mycket motståndskraftiga mot de flesta reagenser, men används som katalysatorer, som lätt accelererar eller kontrollerar hastigheten för oxidations-, reduktions- och hydreringsreaktioner.

Rutenium och osmium kristalliseras till ett sexkantigt tätpackat system, medan andra har en ansiktscentrerad kubisk struktur. Detta återspeglas i den större hårdheten hos rutenium och osmium.

Upptäcktshistorik

Även om platinabärande guldartefakter går tillbaka till 700 f. Kr. e. närvaron av denna metall är mer en olycka än ett mönster. Jesuiterna på 1500-talet nämnde täta grå stenar förknippade med alluviala guldfyndigheter. Dessa stenar kunde inte smältas, utan de bildade en legering med guld, medan tackorna blev spröda, och det gick inte längre att rengöra dem. Småstenarna blev kända som platina del Pinto, granuler av silverfärgat material från Pintofloden, som rinner ut i San Juanfloden i Colombia.

Formbar platina, som endast kan erhållas efter fullständig rening av metallen, isolerades av den franske fysikern Chabano 1789. Av den gjordes en bägare som presenterades för påven Pius VI. Upptäckten av palladium 1802 rapporterades av den engelske kemisten William Wollaston, som namngav kemikalien. element av platinametallgruppen till asteroidens ära. Wollaston påstod sig därefter ha upptäckt ett annat ämne som finns i platinamalm. Han kallade det rodium på grund av metalls alternas rosa färg. Upptäckten av iridium (uppkallad efter regnbågsgudinnan Iris på grund av den brokiga färgen på dess s alter) och osmium (från det grekiska ordet för "lukt" på grund av klorlukten av dess flyktiga oxid) gjordes av den engelske kemisten Smithson Tennant i 1803. De franska forskarna Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix och Nicolas-Louis Vauquelin isolerade de två metallerna samtidigt. Ruthenium, det sista isolerade och identifierade grundämnet, fick sitt namn från det latinska namnet för Ryssland från den ryske kemisten Karl Karlovich Klaus 1844.

Olikafrån sådana lätt isolerade i ett relativt rent tillstånd av enkla brandraffinering ämnen såsom guld, silver, platina grupp metaller kräver komplex vatten-kemisk behandling. Dessa metoder var inte tillgängliga förrän i slutet av 1800-talet, så identifieringen och isoleringen av platinagruppen föll efter silver och guld med tusentals år. Dessutom begränsade den höga smältpunkten för dessa metaller deras användning tills forskare i Storbritannien, Frankrike, Tyskland och Ryssland utvecklade metoder för att omvandla platina till en användbar form. Hur ädelmetallerna i platinagruppen började användas i smycken sedan 1900. Även om denna applikation fortfarande är relevant idag, har den industriella överträffat den vida. Palladium blev ett mycket eftertraktat kontaktmaterial i telefonreläer och andra trådbundna kommunikationssystem, vilket gav lång livslängd och hög tillförlitlighet, medan platina, på grund av sin motståndskraft mot gnisterosion, användes i stridsflygplans tändstift under andra världskriget.

Efter kriget skapade expansionen av molekylära omvandlingstekniker inom petroleumraffinering en enorm efterfrågan på de katalytiska egenskaperna hos metallerna i platinagruppen. På 1970-talet ökade förbrukningen ännu mer när standarder för bilavgaser i USA och andra länder ledde till användningen av dessa kemikalier vid katalytisk avgasomvandling.

malmer

Exklusive små avlagringar av platina, palladiumoch osmiskt iridium (en legering av iridium och osmium), finns det praktiskt taget ingen malm där huvudkomponenten skulle vara ett kemiskt element - en metall i platinagruppen. Mineraler finns vanligtvis i sulfidmalmer, särskilt pentlandit (Ni, Fe)₉S₈. De vanligaste är laurit RuS_{2, irarsite, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridium (Ir, Os), cooperite, (PtS) och braggite (Pt, Pd) S.}

Världens största fyndighet av metaller från platinagruppen är Bushveld-komplexet i Sydafrika. Stora reserver av råvaror är koncentrerade till Sudbury-fyndigheterna i Kanada och Norilsk-Talnakhskoye-fyndigheten i Sibirien. I USA finns de största fyndigheterna av platinagruppens mineraler i Stillwater, Montana, men här är de mycket mindre än i Sydafrika och Ryssland. Världens största platinaproducenter är Sydafrika, Ryssland, Zimbabwe och Kanada.

Extraktion och berikning

De viktigaste sydafrikanska och kanadensiska fyndigheterna drivs med gruvmetoden. Praktiskt taget alla metaller i platinagruppen utvinns från koppar- eller nickelsulfidmineraler med hjälp av flotationsseparation. Smältning av koncentratet ger en blandning som tvättas ur koppar- och nickelsulfiderna i en autoklav. Fast lakrester innehåller 15 till 20 % platinagruppmetaller.

Ibland används gravitationsseparation före flotation. Resultatet är ett koncentrat som innehåller upp till 50 % platinametaller, vilket eliminerar behovet av smältning.

Mekaniska egenskaper

Metaller i platinagruppen skiljer sig markant i mekaniska egenskaper. Platina och palladium är ganska mjuka och mycket formbara. Dessa metaller och deras legeringar kan bearbetas både varma och kalla. Rhodium bearbetas först varm och kan senare kallbearbetas med ganska frekvent glödgning. Iridium och rutenium måste värmas, de kan inte kallbearbetas.

Osmium är den hårdaste i gruppen och har den högsta smältpunkten, men dess tendens att oxidera medför sina egna begränsningar. Iridium är den mest korrosionsbeständiga av platinametallerna, och rodium är uppskattat för sin kvarhållning vid höga temperaturer.

Strukturella applikationer

Eftersom ren glödgat platina är mycket mjuk, är den känslig för repor och förslitning. För att öka dess hårdhet är den legerad med många andra element. Platinasmycken är mycket populära i Japan där de kallas för "hakkin" och "vitt guld". Smyckeslegeringar innehåller 90 % Pt och 10 % Pd, vilket är lätt att bearbeta och löda. Tillsatsen av rutenium ökar legeringens hårdhet samtidigt som oxidationsbeständigheten bibehålls. Legeringar av platina, palladium och koppar används i smide eftersom de är hårdare än platinapalladium och är billigare.

Deglar som används för tillverkning av enkristaller i halvledarindustrin kräver korrosionsbeständighet och stabilitet vid höga temperaturer. För denna applikation, platina, platina-rhodium ochiridium. Platina-rodiumlegeringar används vid tillverkning av termoelement, som är utformade för att mäta förhöjda temperaturer upp till 1800 °C. Palladium används både i ren och blandad form i elektriska apparater (50% av förbrukningen), i dentala legeringar (30%). Rodium, rutenium och osmium används sällan i sin rena form - de fungerar som en legeringstillsats för andra metaller i platinagruppen.

Catalysts

Omkring 42 % av all platina som produceras i väst används som katalysator. Av dessa används 90 % i bilavgassystem, där platina (liksom palladium och rodium) belagda eldfasta pellets eller bikakor hjälper till att omvandla oförbrända kolväten, kolmonoxid och kväveoxider till vatten, koldioxid och kväve.

En legering av platina och 10 % rodium i form av ett glödhett metallnät katalyserar reaktionen mellan ammoniak och luft för att producera kväveoxider och salpetersyra. När den tillförs tillsammans med en blandning av ammoniak kan metancyanvätesyra erhållas. Vid petroleumraffinering katalyserar platina på ytan av aluminiumoxidpellets i reaktorn omvandlingen av långkedjiga oljemolekyler till grenade isoparaffiner, vilket är önskvärt i högoktaniga bensinblandningar.

galvanisering

Alla metaller från platinagruppen kan elektropläteras. På grund av hårdheten och briljansen hos den resulterande beläggningen är rodium vanligast. Även om detkostnaden är högre än platina, den lägre densiteten tillåter användning av en mindre massa material med en jämförbar tjocklek.

Palladium är den platinagruppmetall som är lättast att använda för beläggningstillämpningar. På grund av detta ökar materialets styrka avsevärt. Ruthenium har funnit användning i lågtrycksfriktionsbearbetningsverktyg.

Kemiska föreningar

Organiska metallkomplex av platinagrupp, såsom alkylplatinakomplex, används som katalysatorer vid polymerisation av olefiner, framställning av polypropen och polyeten och oxidation av eten till acetaldehyd.

Platinas alter används alltmer i cancerkemoterapi. Till exempel är de en del av läkemedel som Carboplatin och Cisplatin. Ruteniumoxidbelagda elektroder används vid tillverkning av klor och natriumklorat. Rodiumsulfat och fosfat används i rodiumpläteringsbad.