Металы плацiнавай групы: агляд, спіс, ўласцівасці і прымяненне

Металы плацiнавай групы - гэта шэсць высакародных каштоўных хімічных элементаў, якія размешчаны побач у перыядычным табліцы. Усе яны з'яўляюцца пераходнымі металамі 8-10 груп 5-6 перыяду.

Металы плацiнавай групы: спіс

Група складаецца з наступных шасці хімічных элементаў, размешчаных у парадку ўзрастання атамнага вагі:

• Ru - рутэній.
• Rh - родий.
• Pd - паладый.
• Os - осмий.
• Ir - ірыдый.
• Pt - плаціна.

Металы плацiнавай групы валодаюць серабрыста-белым адценнем, за выключэннем осмия, колер якога блакітнавата-белы. Іх хімічнае паводзіны парадаксальна у тым, што яны валодаюць высокай устойлівасцю да ўздзеяння большасці рэагентаў, але выкарыстоўваюцца ў якасці каталізатараў, лёгка паскараюць або кантралюючых хуткасць акіслення, аднаўлення і рэакцый гидрирования.

Рутэній і осмий крышталізуюцца ў гексагональную плотноупакованную сістэму, а іншыя валодаюць гранецентрированной кубічнай структурай. Гэта выяўляецца ў большай цвёрдасці рутэнія і осмия.

Гісторыя адкрыцця

Хоць платиносодержащие залатыя артэфакты датаваныя 700 г. да н. э., прысутнасць гэтага металу з'яўляецца, хутчэй, выпадковасцю, чым заканамернасцю. Езуіты ў XVI стагоддзі згадвалі шэрыя шчыльныя каменьчыкі, звязаныя з алювіяльных радовішчамі золата. Гэтыя каменьчыкі нельга было расплавіць, але яны ўтваралі сплаў з золатам, пры гэтым зліткі станавіліся ломкі, і іх ужо было немагчыма ачысціць. Каменьчыкі сталі называць platina del Pinto - гранулы серабрыстага матэрыялу з ракі Пінта, якая ўпадае раку Сан-Хуан ў Калумбіі.

Кавання плаціна, якую можна атрымаць толькі пасля поўнай ачысткі металу, была выдзелена французскім фізікам Шабана ў 1789 годзе. З яе быў зроблены кубак, паднесены таце Пію VI. Аб адкрыцці паладыю у 1802 году паведаміў англійская хімік Уільям Волластон, які назваў хім. элемент групы плацінавых металаў у гонар астэроіда. Волластон пасля заяўляў пра выяўленне яшчэ аднаго рэчыва, які прысутнічае ў плацінавай рудзе. Яго ён назваў родием з-за ружовага колеру соляў металу. Адкрыцця ірыдый (па імі багіні вясёлкі Ірыды з-за стракатай афарбоўкі яго соляў) і осмия (ад грэцкага слова «пах» з-за хлоркавага паху яго лятучага вокісла) былі зробленыя ангельскай хімікам Смитсоном Тэнант ў 1803 годзе. Французскія навукоўцы Іпаліт-Віктар Кале-Дескоти, Антуан-Франсуа Фуркруа, і Нікаля-Луі Воклен выдзелілі два металу адначасова. Рутэній, апошні ізаляваны і ідэнтыфікаваны элемент, атрымаў сваю назву па лацінскай назве Расіі ад рускага хіміка Карла Карлавіча Клаўса ў 1844 годзе.

У адрозненне ад такіх лёгка выдзяляюцца ў адносна чыстым стане шляхам простага агнявога рафінавання рэчываў, як золата, срэбра, металы плацiнавай групы патрабуюць складанай водна-хімічнай апрацоўкі. Гэтыя метады не былі даступныя да канца 19 стагоддзя, таму выяўленне і ізаляцыя плацінавай групы адстала ад срэбра і золата на тысячы гадоў. Акрамя таго, высокая тэмпература плаўлення гэтых металаў абмяжоўвала іх ужыванне, пакуль даследчыкі ў Брытаніі, Францыі, Германіі і Расіі не распрацавалі метады пераўтварэння плаціны ў форму, прыдатную для апрацоўкі. Як каштоўныя металы плацiнавай групы пачалі выкарыстоўвацца ў ювелірных вырабах з 1900 года. Хоць такое прымяненне застаецца актуальным і сёння, прамысловае нашмат яго пераўзышоў. Паладый стаў вельмі запатрабаваным матэрыялам для кантактаў у тэлефонных рэле і іншых сістэмах правадной камунікацыі, забяспечваючы працяглы тэрмін службы і высокую надзейнасць, а плаціна, з-за сваёй устойлівасці да іскравыя эрозіі, падчас Другой сусветнай вайны стала ўжывацца ў свечках запальвання баявых самалётаў.

Пасля вайны пашырэнне метадаў малекулярнай канверсіі пры перапрацоўцы нафты стварыла велізарны попыт на каталітычныя ўласцівасці, якімі валодаюць металы плацiнавай групы. Да 1970-м гадам спажыванне вырасла яшчэ больш, калі стандарты аўтамабільных выкідаў у ЗША і іншых краінах прывяло да выкарыстання дадзеных хімічных элементаў у каталітычнай канверсіі выхлапных газаў.

руды

За выключэннем малых россыпных радовішчаў плаціны, паладыю і осмистого ірыдый (сплаву ірыдый і осмия), практычна няма руды, у якой бы асноўным кампанентам быў хімічны элемент - метал плацінавай групы. Мінералы, як правіла, утрымліваюцца ў сульфидных рудах, у прыватнасці ў пентландите (Ni, Fe) ₉ S _8. Найбольш распаўсюджаныя Лаура RuS _2, ирарсит, (Ir, Ru, Rh, Pt) AsS, осмиридиум (Ir, Os), Купера, (PtS) і браггит (Pt, Pd) S.

Найбуйнейшае ў свеце радовішча металаў плацінавай групы - Бушвельдский комплекс у Паўднёва-Афрыканскай Рэспублікі. Вялікія запасы сыравіны сканцэнтраваны ў радовішчах Садбери ў Канадзе і Нарыльскім-Талнахском ў Сібіры. У ЗША найбольшыя паклады мінералаў плацінавай групы размешчаныя ў Стилуотере, Мантана, але тут яны значна менш, чым у ПАР і Расіі. Найбуйнейшымі ў свеце вытворцамі плаціны з'яўляюцца Паўднёвая Афрыка, Расія, Зімбабвэ і Канада.

Здабыча і ўзбагачэнне

Асноўныя паўднёваафрыканскія і канадскія радовішча эксплуатуюцца шахтавым спосабам. Практычна ўсе металы плацiнавай групы здабываюцца з медных або нікелевых сульфидных мінералаў з дапамогай флотационной сепарацыі. Плаўленне канцэнтрату вырабляе сумесь, якая вымываецца з медзі і сульфідаў нікеля ў аўтаклаве. Цвёрды рэшту вылугаванне утрымлівае ад 15 да 20% металаў плацінавай групы.

Часам да флотации выкарыстоўваецца гравітацыйнае падзел. У выніку атрымліваецца канцэнтрат, які змяшчае да 50% плацінавых металаў, што пазбаўляе ад неабходнасці выплаўлення.

механічныя ўласцівасці

Металы плацiнавай групы значна адрозніваюцца механічнымі ўласцівасцямі. Плаціна і паладый даволі мяккія і вельмі кавання. З гэтымі металамі і іх сплавамі можна працаваць як у гарачым, так і ў халодным стане. Родий спачатку апрацоўваюць гарачым, а пазней яго можна апрацоўваць халодным з даволі частым адпалам. Ірыдый і рутэній павінны быць нагрэтыя, халоднай апрацоўцы яны не паддаюцца.

Осмий - самы цвёрды з групы і мае найбольш высокую тэмпературу плаўлення, але яго схільнасць да акіслення накладвае свае абмежаванні. Ірыдый найбольш каразійнастойкія з плацінавых металаў, а родий цэніцца за захаванне сваіх уласцівасцяў пры высокіх тэмпературах.

структурныя прымянення

Паколькі дачыста отожженной плаціна вельмі мяккая, яна ўспрымальная да драпін і псуце. Для павелічэння цвёрдасці яе сплаўляюць са мноствам іншых элементаў. Плацінавыя каштоўнасці вельмі папулярныя ў Японіі, дзе яе называецца «хаккин» і «белае золата». Сплавы для ювелірных вырабаў ўтрымліваюць 90% Pt і 10% Pd, які лёгка апрацоўваць і літаваць. Даданне рутэнія павышае цвёрдасць сплаву, захоўваючы ўстойлівасць да акіслення. Сплавы плаціны, паладыю і медзі выкарыстоўваюцца ў кованых вырабах, так як яны цвярдзей плаціны-палладиевых і менш затратным.

Ціглі, якія выкарыстоўваюцца для вытворчасці монакрышталяў ў паўправадніковай прамысловасці, патрабуюць каразійнай устойлівасці і стабільнасці пры высокіх тэмпературах. Для гэтага прымянення лепш за ўсё падыходзяць плаціна, плаціна-родий і ірыдый. Платинородиевые сплавы выкарыстоўваюцца ў вытворчасці тэрмапар, якія прызначаны для вымярэння падвышаных тэмператур да 1800 ° C. Паладый ўжываюць як у чыстым, так і ў мяшаным выглядзе ў электрычных прыладах (50% спажывання), у стаматалагічных сплавах (30%). Родий, рутэній і осмий рэдка выкарыстоўваюцца ў чыстым выглядзе - яны служаць легіравальных дадаткам для іншых металаў плацінавай групы.

каталізатары

Каля 42% усёй плаціны, вырабленай на Захадзе, выкарыстоўваецца ў якасці каталізатара. З іх 90% ўжываецца ў аўтамабільных выхлапных сістэмах, дзе тугаплаўкія гранулы або сотавыя канструкцыі з плацінавым пакрыццём (а таксама палладиевым і родиевым) садзейнічаюць пераўтварэнню несгоревшего вуглевадародаў, вокісу вугляроду і вокіслаў азоту ў ваду, вуглякіслы газ і азот.

Сплаў плаціны і 10% родыя ў выглядзе распаленай да чырвані металічнай сеткі служыць каталізатарам у рэакцыі паміж аміякам і паветрам для атрымання вокіслаў азоту і азотнай кіслаты. Пры падачы разам з сумессю аміяку метану можна атрымаць сінільная кіслату. Пры перапрацоўцы нафты плаціна на паверхні гранул аксіду алюмінія ў рэактары з'яўляецца каталізатарам пераўтварэнні длинноцепочечных малекул нафты ў разгалінаваныя изопарафины, якія пажаданыя ў сумесі высокаактанавых бензінаў.

гальваніка

Усе металы плацiнавай групы можна наносіць гальванічна. З-за цвёрдасці і бляску атрымоўванага пакрыцця найбольш часта ўжываецца родий. Хоць яго кошт вышэй, чым плаціны, малодшая шчыльнасць дазваляе выкарыстоўваць меншую масу матэрыялу пры супастаўнай таўшчыні.

Паладый - метал плацінавай групы, які прасцей за ўсё выкарыстоўваць для нанясення пакрыццяў. Дзякуючы гэтаму трываласць матэрыялу значна павышаецца. Рутэній знайшоў прымяненне ў інструментах, прызначаных для апрацоўкі трэннем пры нізкім ціску.

хімічныя злучэнні

Арганічныя комплексы металаў плацінавай групы, такія як комплексы алкилплатины, выкарыстоўваюцца ў якасці каталізатараў ў працэсе полімерызацыі алефінаў, вытворчасці поліпрапілена і поліэтылену, а таксама пры акісленні этылену ў ацэтальдэгід.

Солі плаціны знаходзяць усё больш шырокае прымяненне ў хіміятэрапіі рака. Напрыклад, яны ўваходзяць у склад такіх лекаў, як "Карбоплатин" і "Цисплатин". Пакрытыя аксідам рутэнія электроды выкарыстоўваюцца ў вытворчасці хлору і хлората натрыю. Сульфат і фасфат родыя прымяняюцца ў родиевых гальванічных ваннах.