Platinové skupiny kovů: přehled, seznam, vlastnosti a aplikace

Kovy platinové skupiny jsou šest vzácných drahých chemických prvků, které se nacházejí vedle sebe v periodické tabulce. Všechny jsou přechodné kovy skupin 8-10 5-6 období.

Kovy platinové skupiny: seznam

Skupina sestává z následujících šesti chemických prvků uspořádaných v pořadí zvětšení atomové hmotnosti:

• Ru je ruthenium.
• Rh je rhodium.
• Pd je paladium.
• Os je osmium.
• Ir je iridium.
• Pt je platina.

Kovy platinové skupiny mají stříbřitě bílý odstín, s výjimkou osmiové barvy, která je modro-bílá. Jejich chemické chování je paradoxní v tom, že mají vysokou odolnost vůči působení většiny činidel, ale používají se jako katalyzátory, které snadno urychlují nebo řídí rychlost oxidace, redukce a hydrogenační reakce.

Ruthenium a osmium krystalizují do šestiúhelníkového těsně uzavřeného systému, zatímco jiné mají čelní středovou strukturu. To se projevuje ve větší tvrdosti ruthenia a osmiu.

Historie objevu

Přestože zlaté artefakty obsahující platinu pocházejí z roku 700 př.nl. Přítomnost tohoto kovu je spíše nehodou než pravidelností. Jezuité v XVI. Století uvádějí šedé husté oblázky spojené s nánosy aluviálního zlata. Tyto kameny nemohly být roztaveny, ale vytvořily slitinu se zlatem, zatímco ingoty se staly křehkými a nebylo možné je očistit. Oblázky se začaly říkat platina del Pinto - granule ze stříbřitého materiálu z řeky Pinto, do níž proudí Řeka San Juan v Kolumbii.

Kování platiny, kterou lze získat pouze po úplném čištění kovu, byl v roce 1789 izolován francouzským fyzikem Shabano. Z něho byl vyroben pohár představený papeži Piovi VI. Objev paladia v roce 1802 ohlásil anglický chemik William Wollaston, který ho jmenoval. element platinové kovové skupiny na počest asteroidu. Wollaston později prohlásil, že objevil další látku přítomnou v platinové rudě. Říká se tomu rhodium kvůli růžové barvě kovových solí. Otevření iridium (pojmenované po bohyně duhy Iris kvůli rozmanitá její soli) a osmium (z řeckého slova „zápach“, protože zápach chloru jejího těkavého oxidu) byly vyrobeny podle britského chemika Smithson Tennant v roce 1803. Francouzští vědci Hippolyte Victor Collet-Deskoti, Antoine-François Fourcroy a Nicolas-Louis Vauquelin identifikovány dva kovy současně. Ruthenium, poslední izolovaný a identifikovaný prvek, dostal jeho jméno z latinského názvu Ruska od ruského chemik Karl Karlovich Klaus v 1844.

Na rozdíl od takových lehce izolovaných v relativně čistém stavu pomocí jednoduchých látek pro úpravu ohně, jako je zlato, stříbro, kovy Platinová skupina vyžaduje komplexní chemickou úpravu vody. Tyto metody nebyly k dispozici až do konce 19. století, takže identifikace a izolace platinové skupiny za tisíce let zaostávala za stříbrem a zlatou. Kromě toho vysoká teplota tání těchto kovů omezila jejich použití, dokud výzkumníci z Británie, Francie, Německa a Ruska nevyvinuli způsoby konverze platiny na formu vhodnou pro zpracování. Vzhledem k tomu, že drahé kovy platinové skupiny začaly být používány v špercích od roku 1900. Přestože taková aplikace je dnes významná, průmyslový průmysl ji překonal. Palladium se stal velmi oblíbeným materiálem pro kontakty relé systémů telefonních a dalších bezdrátových komunikací, zaručuje dlouhou životnost a vysokou spolehlivost, a platinu, protože jeho odporu vůči jiskra eroze, během druhé světové války začal být používán v zapalovacích svíček bojových letadel.

Po válce rozšíření metod molekulární konverze při zpracování ropy vyvolalo obrovský požadavek na katalytické vlastnosti kovů platinové skupiny. Do sedmdesátých let se spotřeba zvýšila ještě častěji, když emisní normy automobilů ve Spojených státech a dalších zemích vedly k použití těchto chemických prvků při katalytické konverzi výfukových plynů.

Ore

S výjimkou malých aluviálních ložisek platiny, paladia a osmiového iridiu (slitiny iridiu a osmiu) neexistuje prakticky žádná ruda, ve které by byl hlavní složkou chemický prvek, kov platinové skupiny. Minerály jsou zpravidla obsaženy v sulfidových rudách, zejména v pentlanitu (Ni, Fe)_9.S_8.. Nejběžnější laurite RuS₂, (Ir, Ru, Rh, Pt) AsS, osmiridium (Ir, Os), cuperit (PtS) a braggit (Pt, Pd) S.

Největší ložisko platinových kovů na světě je komplex Bushveld v Jižní Africe. Velké zásoby surovin jsou soustředěny v Sudbury v Kanadě a Norilsk-Talnakh na Sibiři. V USA jsou největší ložiska platinových skupin minerálů umístěny v Stillwater, Montana, ale zde jsou mnohem menší než v Jižní Africe a Rusku. Největšími producenty platiny na světě jsou Jižní Afrika, Rusko, Zimbabwe a Kanada.

Těžba a zpracování

Hlavní důl jihoafrických a kanadských ložisek využívá důlní metoda. Prakticky všechny kovy platinové skupiny se extrahují z mědi nebo niklových sulfidových minerálů oddělením flotací. Tavení koncentrátu produkuje směs, která se v autoklávu omyje z mědi a sulfidů niklu. Pevný výluhový zbytek obsahuje od 15 do 20% kovů platinové skupiny.

Někdy se gravitační separace používá před flotací. Výsledkem je koncentrát obsahující až 50% platinových kovů, což eliminuje potřebu tavení.

Mechanické vlastnosti

Kovy platinové skupiny jsou výrazně odlišné v mechanických vlastnostech. Platina a paladium jsou poměrně měkké a velmi tvárné. S těmito kovy a jejich slitinami je možné pracovat jak v horkém, tak v chladném stavu. Rhodium se nejdříve zpracuje za tepla a později se může ošetřit za studena s poměrně častým žíháním. Iridium a ruthenium musí být vyhřívány, zpracovávány za studena.

Osmium je nejtěžší ze skupiny a má nejvyšší teplotu tání, ale jeho tendence k oxidaci ukládá omezení. Iridium je nejvíce korozivzdorné vůči platinovým kovům a rhodium je ceněno pro zachování jeho vlastností při vysokých teplotách.

Strukturální aplikace

Protože žíhaná platina je velmi měkká, je náchylná k poškrábání a znehodnocení. Pro zvýšení tvrdosti je spojen s mnoha dalšími prvky. Platinové šperky jsou velmi populární v Japonsku, kde se nazývají "hakkin" a "bílé zlato". Slitiny pro šperky obsahují 90% Pt a 10% Pd, které lze snadno manipulovat a pájit. Přidání ruthenia zvyšuje tvrdost slitiny při zachování její odolnosti vůči oxidaci. Slitiny platiny, palladia a mědi se používají v kovaných produktech, protože jsou tvrdší než platina-palladium a jsou méně nákladné.

Kelímky používané k výrobě monokrystalů v polovodičovém průmyslu vyžadují odolnost proti korozi a stabilitu při vysokých teplotách. Pro tuto aplikaci jsou nejvhodnější platina, platina-rhodium a iridium. Slitiny platina a rhodia se používají při výrobě termočlánků, které jsou určeny k měření zvýšených teplot až do 1800 ° C. Palladium se používá v čisté i smíšené formě v elektrických zařízeních (50% spotřeby), v zubních slitinách (30%). Rhodium, ruthenium a osmium jsou zřídka používány v čisté formě - slouží jako legovací přísada pro jiné kovy platinové skupiny.

Katalyzátory

Přibližně 42% platiny vyráběné na západě se používá jako katalyzátor. Z nich 90% se používá v automobilových výfukových systémů, vyznačující se tím, že žáruvzdorné pelety nebo voštiny povlečené platinou (a palladium a rhodium) podporují konverzi nespálených uhlovodíků, oxidu uhelnatého a oxidů dusíku na vodu, oxid uhličitý a dusík.

Slitina platiny a 10% rhodia ve formě červené horké kovové sítě slouží jako katalyzátor při reakci mezi čpavkem a vzduchem za vzniku oxidů dusíku a kyseliny dusičné. Při dodávání směsi amoniaku může methan produkovat kyanid. Při rafinování ropy je platina na povrchu zrna oxidu hlinitého v reaktoru katalyzátorem pro konverzi molekul oleje s dlouhým řetězcem na rozvětvené izoparafiny, které jsou žádoucí ve směsi vysokooktanových benzinů.

Galvanické pokovování

Všechny kovy platinové skupiny lze galvanicky aplikovat. Vzhledem k tvrdosti a lesku získaného povlaku se nejčastěji používá rhodium. Ačkoli její cena je vyšší než cena platiny, nižší hustota umožňuje použít menší hmotnost materiálu při srovnatelné tloušťce.

Palladium je kov platinové skupiny, který je nejlépe použitelný k povlékání. Z tohoto důvodu je síla materiálu značně zvýšena. Ruthenium nalezl použití v nástrojích určených pro třecí úpravu při nízkém tlaku.

Chemické sloučeniny

Organické komplexy kovů skupiny platiny, jako je alkilplatiny komplexy použité jako katalyzátory při polymeraci olefinů, při výrobě polypropylenu a polyethylenu, stejně jako oxidaci ethylenu na acetaldehyd.

Platinové soli se stále častěji používají při chemoterapii rakoviny. Například jsou součástí drog typu "Carboplatinum" a "Cisplatinum". Elektrody pokryté rutheniem se používají při výrobě chloru a chlorečnanu sodného. Síran rhodia a fosfát se používají v rhodiu galvanické vany.