Platinagruppemetaller: oversikt, liste, egenskaper og bruksområder

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2024-01-02 14:00

Platinagruppemetaller er seks edle, edle kjemiske grunnstoffer som er plassert side om side i det periodiske system. Alle er overgangsmetaller med 8–10 grupper på 5–6 perioder.

platinagruppemetallliste

Gruppen består av følgende seks kjemiske elementer, arrangert i stigende rekkefølge etter atomvekt:

• Ru – ruthenium.
• Rh – rhodium.
• Pd – palladium.
• Os – osmium.
• Ir – iridium.
• Pt – platina.

Platinagruppemetaller har en sølvhvit fargetone, bortsett fra osmium, som er blåhvit. Deres kjemiske oppførsel er paradoksal ved at de er svært motstandsdyktige mot de fleste reagenser, men brukes som katalysatorer, som lett akselererer eller kontrollerer hastigheten på oksidasjons-, reduksjons- og hydrogeneringsreaksjoner.

Ruthenium og osmium krystalliserer til et sekskantet tettpakket system, mens andre har en ansiktssentrert kubisk struktur. Dette gjenspeiles i den større hardheten til rutenium og osmium.

Oppdagelseshistorikk

Selv om platinabærende gullartefakter dateres tilbake til 700 f. Kr. e. tilstedeværelsen av dette metallet er mer en ulykke enn et mønster. Jesuittene på 1500-tallet nevnte tette grå rullesteiner knyttet til alluviale gullforekomster. Disse steinene kunne ikke smeltes, men de dannet en legering med gull, mens blokkene ble sprø, og det var ikke lenger mulig å rense dem. Småsteinene ble kjent som platina del Pinto, granuler av sølvfarget materiale fra Pinto-elven, som renner ut i San Juan-elven i Colombia.

Formbar platina, som bare kan oppnås etter fullstendig rensing av metallet, ble isolert av den franske fysikeren Chabano i 1789. Av den ble det laget en beger presentert for pave Pius VI. Oppdagelsen av palladium i 1802 ble rapportert av den engelske kjemikeren William Wollaston, som k alte kjemikalien. element av platinametallgruppen til ære for asteroiden. Wollaston hevdet senere å ha oppdaget et annet stoff som finnes i platinamalm. Han k alte det rhodium på grunn av den rosa fargen på metalls altene. Oppdagelsene av iridium (oppk alt etter regnbuegudinnen Iris på grunn av den spraglete fargen på s altene) og osmium (fra det greske ordet for "lukt" på grunn av klorlukten av dets flyktige oksid) ble gjort av den engelske kjemikeren Smithson Tennant i 1803. Franske forskere Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix og Nicolas-Louis Vauquelin isolerte de to metallene på samme tid. Ruthenium, det siste isolerte og identifiserte grunnstoffet, fikk navnet sitt fra det latinske navnet for Russland fra den russiske kjemikeren Karl Karlovich Klaus i 1844.

Ulikefra slike lett isolert i en relativt ren tilstand av enkle brannraffinering stoffer som gull, sølv, platina gruppe metaller krever kompleks vann-kjemisk behandling. Disse metodene var ikke tilgjengelige før på slutten av 1800-tallet, så identifiseringen og isolasjonen av platinagruppen f alt bak sølv og gull med tusenvis av år. I tillegg begrenset det høye smeltepunktet til disse metallene deres bruk inntil forskere i Storbritannia, Frankrike, Tyskland og Russland utviklet metoder for å konvertere platina til en brukbar form. Hvordan edle metaller i platinagruppen begynte å bli brukt i smykker siden 1900. Selv om denne applikasjonen fortsatt er relevant i dag, har den industrielle langt overgått den. Palladium ble et svært ettertraktet kontaktmateriale i telefonreléer og andre kablede kommunikasjonssystemer, og ga lang levetid og høy pålitelighet, mens platina, på grunn av motstanden mot gnisterosjon, ble brukt i tennplugger til kampfly under andre verdenskrig.

Etter krigen skapte utvidelsen av molekylære konverteringsteknikker innen petroleumsraffinering en enorm etterspørsel etter de katalytiske egenskapene til platinagruppens metaller. På 1970-tallet økte forbruket enda mer da utslippsstandarder for biler i USA og andre land førte til bruk av disse kjemikaliene i katalytisk avgasskonvertering.

Ores

Unntatt små plasseringsavsetninger av platina, palladiumog osmisk iridium (en legering av iridium og osmium), er det praktisk t alt ingen malm der hovedkomponenten ville være et kjemisk element - et platinagruppemetall. Mineraler finnes vanligvis i sulfidmalm, spesielt pentlanditt (Ni, Fe)₉S₈. De vanligste er lauritt RuS_{2, irarsite, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridium (Ir, Os), cooperite, (PtS) og braggitt (Pt, Pd) S.}

Verdens største forekomst av metaller fra platinagruppen er Bushveld-komplekset i Sør-Afrika. Store reserver av råvarer er konsentrert i Sudbury-forekomstene i Canada og Norilsk-Talnakhskoye-forekomsten i Sibir. I USA er de største forekomstene av platinagruppemineraler lokalisert i Stillwater, Montana, men her er de mye mindre enn i Sør-Afrika og Russland. Verdens største platinaprodusenter er Sør-Afrika, Russland, Zimbabwe og Canada.

Utvinning og berikelse

De viktigste sørafrikanske og kanadiske forekomstene drives etter gruvemetoden. Praktisk t alt alle platinagruppemetaller utvinnes fra kobber- eller nikkelsulfidmineraler ved bruk av flotasjonsseparasjon. Smelting av konsentratet gir en blanding som vaskes ut av kobber- og nikkelsulfidene i en autoklav. Fast utlutingsrester inneholder 15 til 20 % platinagruppemetaller.

Noen ganger brukes gravitasjonsseparasjon før flotasjon. Resultatet er et konsentrat som inneholder opptil 50 % platinametaller, noe som eliminerer behovet for smelting.

Mekaniske egenskaper

Metaller i platinagruppen skiller seg betydelig ut i mekaniske egenskaper. Platina og palladium er ganske myke og veldig formbare. Disse metallene og deres legeringer kan bearbeides både varme og kalde. Rhodium bearbeides først varmt og kan senere kaldbearbeides med ganske hyppig gløding. Iridium og ruthenium må varmes opp, de kan ikke kaldbearbeides.

Osmium er den hardeste i gruppen og har det høyeste smeltepunktet, men dets tendens til å oksidere setter sine egne begrensninger. Iridium er den mest korrosjonsbestandige av platinametallene, og rhodium er verdsatt for sin høye temperaturretensjon.

Strukturelle applikasjoner

Fordi ren glødet platina er veldig myk, er den utsatt for riper og forringelse. For å øke hardheten er den legert med mange andre elementer. Platinasmykker er veldig populære i Japan hvor det kalles "hakkin" og "hvitt gull". Smykkelegeringer inneholder 90 % Pt og 10 % Pd, som er lett å maskinbearbeide og lodde. Tilsetning av rutenium øker legeringens hardhet samtidig som oksidasjonsmotstanden opprettholdes. Legeringer av platina, palladium og kobber brukes i smiing fordi de er hardere enn platina palladium og er rimeligere.

Digler som brukes til produksjon av enkeltkrystaller i halvlederindustrien krever korrosjonsbestandighet og stabilitet ved høye temperaturer. For denne applikasjonen, platina, platina-rhodium ogiridium. Platina-rhodium-legeringer brukes til fremstilling av termoelementer, som er designet for å måle forhøyede temperaturer opp til 1800 °C. Palladium brukes både i ren og blandet form i elektriske apparater (50 % av forbruket), i dentale legeringer (30 %). Rhodium, rutenium og osmium brukes sjelden i sin rene form - de fungerer som legeringsadditiv for andre metaller fra platinagruppen.

Catalysts

Omtrent 42 % av all platina produsert i Vesten brukes som katalysator. Av disse brukes 90 % i bileksossystemer, der platina (så vel som palladium og rhodium) belagte ildfaste pellets eller honeycombs bidrar til å omdanne uforbrente hydrokarboner, karbonmonoksid og nitrogenoksider til vann, karbondioksid og nitrogen.

En legering av platina og 10 % rhodium i form av et rødglødende metallnett katalyserer reaksjonen mellom ammoniakk og luft for å produsere nitrogenoksider og salpetersyre. Når den tilføres sammen med en blanding av ammoniakk, kan metan-blåsyre oppnås. Ved petroleumsraffinering katalyserer platina på overflaten av aluminapellets i reaktoren omdannelsen av langkjedede oljemolekyler til forgrenede isoparaffiner, som er ønskelig i høyoktan bensinblandinger.

galvanisering

Alle metaller fra platinagruppen kan galvaniseres. På grunn av hardheten og glansen til det resulterende belegget, er rhodium mest brukt. Selv om detkostnaden er høyere enn platina, den lavere tettheten tillater bruk av en mindre masse materiale med en sammenlignbar tykkelse.

Palladium er metallet i platinagruppen som er det enkleste å bruke til belegg. På grunn av dette økes styrken til materialet betydelig. Ruthenium har funnet bruk i maskinverktøy for lavtrykksfriksjon.

Kjemiske forbindelser

Organiske platinagruppemetallkomplekser, slik som alkylplatinakomplekser, brukes som katalysatorer ved polymerisering av olefiner, produksjon av polypropylen og polyetylen, og oksidasjon av etylen til acetaldehyd.

Platinas alter blir i økende grad brukt i kreftkjemoterapi. For eksempel er de en del av legemidler som Carboplatin og Cisplatin. Rutheniumoksidbelagte elektroder brukes i produksjonen av klor og natriumklorat. Rhodiumsulfat og fosfat brukes i rhodiumpletteringsbad.