Platinum Group Metals: yleiskatsaus, luettelo, ominaisuudet ja sovellukset

Platinaryhmän metallit ovat kuusi jaloa kallisarvoista kemiallista elementtiä, jotka sijaitsevat rinnakkain jaksottaisessa taulukossa. Kaikki nämä ovat 5-6-vaiheen 8-10 ryhmien siirtymämetalleja.

Platinan ryhmän metallit: luettelo

Ryhmä koostuu seuraavista kuudesta kemiallisesta elementistä, jotka on järjestetty lisääntyvän atomipainon mukaan:

• Ru on rutenium.
• Rh on rodiumia.
• Pd on palladiumia.
• Os on osmiumia.
• Ir on iridium.
• Pt on platinaa.

Platinaryhmämetalleilla on hopeavärinen sävy, lukuun ottamatta osmiumia, jonka väri on sinertävävalkoinen. Niiden kemiallinen käyttäytyminen on paradoksaalista, koska ne ovat erittäin resistenttejä useimpiin reagensseihin, mutta niitä käytetään katalyytteinä, jotka nopeuttavat tai säätelevät helposti hapettumisen, vähentämisen ja hydrausreaktioiden nopeutta.

Rutenium ja osmium kiteytyvät kuusikulmioon lähelle pakattuun järjestelmään, kun taas toisilla on kasvokeskeinen kuutiomainen rakenne. Tämä ilmaistaan ruteniumin ja osmiumin kovemmassa kovuusasteessa.

Löydön historia

Vaikka platinaa sisältävät kullanviljelyt ovat päivätty 700: een eKr. E., Tämän metallin läsnäolo on todennäköisemmin onnettomuus kuin säännöllisyys. 1600-luvun jesuiitit mainitsivat harmaita tiheitä kiviä, jotka liittyivät alluviallisiin kultausaineisiin. Näitä kiviä ei voitu sulata, mutta ne muodostivat metalliseoksesta kultaa, kun taas valanteet muuttuivat hauraaksi, ja ne olivat jo mahdotonta puhdistaa. Kiviä kutsuttiin nimellä platina del Pinto, Pinto-joen hopeamateriaalin pelletti, joka virtaa Kolumbian San Juan -joelle .

Taonta-platinaa, joka voidaan saada metallin täydellisen puhdistuksen jälkeen, eristettiin ranskalainen fyysikko Shabano vuonna 1789. Siitä tehtiin pikari, joka esitettiin paavi Pius VI: lle. Palladiumin löydöksestä 1802 ilmestyi englantilainen kemisti William Wollaston, joka nimesi hänet. Platinan metalliryhmän elementti asteroidin kunniaksi. Wollaston ilmoitti myöhemmin, että toinen aine löytyy platinamalmista. Hän kutsui sitä rodiumiksi metallisuolojen vaaleanpunaisen värin vuoksi. Englannin kemisti Smithson Tennant teki vuonna 1803 iridiumin (Iridin sateenkaaren jumalatar nimensä jälkeen sen suolojen vaihtelevan värin vuoksi) ja osmiumin (kreikkalaisen sanan "haju" johtuen haihtuvan oksidinsa kloorin hajun vuoksi). Ranskalaiset tutkijat Ippolit-Victor Kolle-Descoty, Antoine-Francois Fourcroix ja Nicolas-Louis Vauquelin erottivat kaksi metallia samanaikaisesti. Ruutenium, viimeinen eristetty ja tunnistettu elementti, sai nimensä Venäjän latinankielisestä nimestä venäläisestä kemisti Karl Karlovich Klausista vuonna 1844.

Toisin kuin helposti eristetyt aineet suhteellisen puhtaassa tilassa yksinkertaisella tulenkäsittelyllä, kuten kulta, hopea, platinaryhmän metallit vaativat monimutkaista veden kemiallista käsittelyä. Nämä menetelmät eivät olleet saatavilla vasta 1800-luvun loppuun asti, joten platinaryhmän tunnistaminen ja eristäminen oli jäljessä hopeaa ja kultaa tuhansia vuosia. Lisäksi näiden metallien korkea sulamispiste rajoitti niiden käyttöä, kunnes tutkijat Britanniassa, Ranskassa, Saksassa ja Venäjällä kehittivät menetelmiä platinan muuntamiseksi jalostukseen sopivaksi muotoon. Koska platinaryhmän jalometalleja alettiin käyttää koruissa vuodesta 1900 lähtien. Vaikka tällainen sovellus pysyy ajan tasalla, teollisuus on selvästi ylittänyt sen. Palladiumista on tullut erittäin haluttu materiaali puhelinliittimiin ja muihin langattomiin viestintäjärjestelmiin, jotka tarjoavat pitkän käyttöiän ja korkean luotettavuuden, ja platinaa käytettiin toisen maailmansodan aikana sytytystulppien torjumiseksi sytytystulppien sytytystulppien vuoksi sen kipinöintiherotuksen vuoksi.

Sodan jälkeen molekyylimuunnosmenetelmien laajentaminen öljyn käsittelyn aikana loi suuren kysynnän katalyyttisille ominaisuuksille, joita platinaryhmän metalleilla on. 1970-luvulla kulutus kasvoi entisestään, kun autojen päästönormit Yhdysvalloissa ja muissa maissa johtivat näiden kemiallisten tekijöiden käyttöön pakokaasujen katalyyttisessä muuntamisessa.

malmi

Paitsi platinan, palladiumin ja osmium-iridiumin (iridium-osmium-seos) pienet alluvijärjestelmät, käytännössä ei ole malmia, jossa platinaryhmän metallin kemiallinen elementti olisi tärkein komponentti. Mineraaleja löytyy yleensä sulfidimalmista, erityisesti pentlodiitista (Ni, Fe) 9S8. Yleisimpiä ovat lauriitti RuS ₂ , irapsiitti, (Ir, Ru, Rh, Pt) AsS, osmiridium (Ir, Os), siperiitti (PtS) ja braggiitti (Pt, Pd) S.

Maailman suurin platinaryhmämetallien talletus on Bushveld-kompleksi Etelä-Afrikassa. Suuret raaka-aineet ovat keskittyneet Sudburyn talletuksiin Kanadassa ja Norilsk-Talnakhissa Siperiassa. Yhdysvalloissa suurimmat platinaryhmän mineraalien talletukset sijaitsevat Stillwaterissa Montanassa, mutta täällä ne ovat paljon pienemmät kuin Etelä-Afrikassa ja Venäjällä. Maailman suurimmat platinantuottajat ovat Etelä-Afrikka, Venäjä, Zimbabwe ja Kanada.

Uuttaminen ja käsittely

Tärkeimmät eteläafrikkalaiset ja kanadalaiset talletukset hoidetaan kaivoksen menetelmällä. Lähes kaikki platinaryhmän metallit uutetaan kupari- tai nikkelisulfidimineraaleista flotaation erotuksella. Konsentraation sulaminen tuottaa seosta, joka pestään kuparista ja nikkelisulfideista autoklaavissa. Kiinteä uutosjäännös sisältää 15 - 20% platinaryhmän metalleja.

Joskus gravitaation erotusta käytetään ennen vaahdotusta. Tuloksena saadaan rikaste, joka sisältää enintään 50% platinaryhmää, mikä sulkee sulatuksen tarpeen.

Mekaaniset ominaisuudet

Platinaryhmän metallit eroavat merkittävästi mekaanisissa ominaisuuksissa. Platina ja palladium ovat melko pehmeitä ja hyvin muokattavissa. Näiden metallien ja niiden seosten kanssa on mahdollista työskennellä sekä kuumana että kylmänä. Rodiumia käsitellään ensin kuumana, ja sen jälkeen sitä voidaan hoitaa kylmällä melko usein hehkuttamalla. Iridiumia ja ruteniumia on lämmitettävä, kylmäkäsittely, ne eivät lainata itseään.

Osmium on ryhmän vaikein ja sillä on korkein sulamispiste, mutta sen hapettumisen taipumus asettaa sen rajoitukset. Iridium on platinametallien korroosionkestävämpi, ja rodiumia arvostetaan ylläpitämään sen ominaisuuksia korkeissa lämpötiloissa.

Rakenteelliset sovellukset

Koska hehkutettu platina on erittäin pehmeä, se on alttiina naarmuuntumiselle ja pilaantumiselle. Kovuuden lisäämiseksi se yhdistetään monien muiden elementtien kanssa. Platina koruja on hyvin suosittu Japanissa, jossa sitä kutsutaan "hakkiniksi" ja "valkokultaksi". Jalokivet sisältävät 90% Pt ja 10% Pd, joka on helppo käsitellä ja juottaa. Ruteniumin lisääminen lisää metalliseoksen kovuutta säilyttäen samalla sen hapettumiskestävyyden. Platinan, palladiumin ja kuparin seoksia käytetään taottutuotteissa, koska ne ovat kovempia kuin platina-palladium ja edullisempi.

Puolijohdeteollisuudessa yksittäisten kiteiden valmistukseen käytettävät ristisulakkeet vaativat korroosionkestävyyttä ja stabiilisuutta korkeissa lämpötiloissa. Tätä sovellusta varten parhaiten soveltuvat platina, platina-rodium ja iridium. Platinum-rodiumseoksia käytetään lämpöparien tuottamiseen, jotka on suunniteltu mittaamaan kohotettuja lämpötiloja jopa 1800 ° C: seen. Palladiumia käytetään sekä puhtaassa että sekoitetussa muodossa sähkölaitteissa (50% kulutuksesta), hammassekoitteissa (30%). Rodiumia, ruteniumia ja osmiumia käytetään harvoin puhtaassa muodossa - ne toimivat lejeeristelisäaineena platinaryhmän muista metalleista.

katalyyttejä

Noin 42 prosenttia lännestä tuotetusta platinaa käytetään katalyyttinä. Näistä 90% käytetään autojen pakokaasujärjestelmissä, joissa tulenkestävät pelletit tai platinalla pinnoitetut kennorakenteet (kuten palladium ja rodium) auttavat palamattomia hiilivetyjä, hiilimonoksidia ja typpioksideja muuntamiseen veteen, hiilidioksidiin ja typpiin.

Platinan seos ja 10% rodium punaisen kuuman metalliverkon muodossa toimivat katalyyttinä ammoniakin ja ilman välisessä reaktiossa typen oksidien ja typpihapon tuottamiseksi. Kun mukana toimitetaan ammoniakin seosta, metaani voi tuottaa syanidia. Öljynjalostuksessa platinan alumiinioksidipellettien pinnalla reaktorissa on katalysaattori pitkäketjuisten öljymolekyylien muuntamiseksi haarautuneiksi isoparafiineiksi, jotka ovat toivottavia korkean oktaanisen bensiinien seoksessa.

Galvanointi

Kaikki platinaryhmän metalleja voidaan käyttää galvaanisesti. Käytetyn päällysteen kovuus ja kiilto johtuvat useimmiten rodiumista. Vaikka sen kustannukset ovat korkeammat kuin platinan, alempi tiheys mahdollistaa pienemmän massan käyttämisen vertailukelpoisella paksuudella.

Palladium on platinaryhmän metalli, joka on helpoin käyttää päällystämiseen. Tämän ansiosta materiaalin lujuus kasvaa merkittävästi. Rutenium on löytänyt sovelluksen työkaluissa, jotka on suunniteltu kitkakäsittelyyn alhaisessa paineessa.

Kemialliset yhdisteet

Platinaryhmämetallien, kuten alkyylipla- tinumkompleksien, orgaanisia komplekseja käytetään katalyytteinä olefiinipolymeroinnin, polypropeenin ja polyetyleenin tuotannon prosesseissa ja myös eteenin hapetuksessa asetaldehydiksi.

Platinumsuoloja käytetään yhä enemmän syövän kemoterapiassa. He ovat esimerkiksi sellaisia lääkkeitä kuin "Carboplatinum" ja "Cisplatinum". Ruteniumoksidielektrodeja käytetään kloridin ja natriumkloraatin tuotannossa. Rodium-sulfaattia ja fosfaattia käytetään rodium- pinnoituskylpyissä.