Platinové skupiny kovů: přehled, seznam, vlastnosti a aplikace

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

Kovy platinové skupiny: seznam

Skupina sestává z následujících šesti chemických prvků uspořádaných v pořadí podle vzrůstající 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 osmiového, jehož barva je modro-bílá. Jejich chemické chování je paradoxní v tom, že jsou vysoce odolné vůči většině 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. E., Přítomnost tohoto kovu je spíše nehoda než pravidelnost. Jezuité v XVI. Století uvádějí šedé husté oblázky spojené s nánosy aluviálního zlata. Tyto kameny nemohly být roztaveny, ale tvořily slitinu se zlatem, zatímco ingoty byly křehké a nebylo možné je očistit. Oblázky se staly známými jako platina del Pinto, peleta stříbřitého materiálu z řeky Pinto, která se táhne do řeky San Juan v Kolumbii.

Kování platiny, kterou lze získat pouze po úplném čištění kovu, byl izolován francouzským fyzikem Shabano v roce 1789. Z něho byl vyroben pohár, který byl představen papeži Piovi VI. Objev paladia v roce 1802 byl hlášen anglickým chemikem Williamem Wollastonem, který ho jmenoval. Prvek platinové kovové skupiny na počest asteroidu. Wollaston následně oznámil objev další látky přítomné v platinové rudě. Říká se tomu rhodium kvůli růžové barvě kovových solí. Objevují se iridium (po jménu Iridi duhové bohyně kvůli různorodé barvě jeho solí) a osmiu (z řeckého slova "vůně" kvůli vůni chlóru jeho těkavého oxidu) vyrobil anglický chemik Smithson Tennant v roce 1803. Francouzští vědci Ippolit-Victor Kolle-Descoty, Antoine-Francois Fourcroix a Nicolas-Louis Vauquelin vybrali dva kovy najednou. 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 snadno izolovaných látek v relativně čistém stavu jednoduchým ohněm, jako zlato, stříbro, kovy platinové skupiny vyžadují komplexní chemicko-chemické ošetření. Tyto metody nebyly k dispozici až do konce 19. století, takže identifikace a izolace platinové skupiny za tisíce let zaostávala za stříbrem a zlata. Navíc vysoká teplota tání těchto kovů omezila jejich použití, dokud výzkumníci z Británie, Francie, Německa a Ruska nevyvinuli metody pro konverzi platiny na formu vhodnou pro zpracování. Vzhledem k tomu, že drahé kovy skupiny platiny začaly být používány v špercích od roku 1900. Přestože je tato aplikace stále relevantní, průmysl ji daleko předčil. Palladium se stalo vyhledávaným materiálem pro kontakty v telefonních relé a jiných drátových komunikačních systémech, které poskytují dlouhou životnost a vysokou spolehlivost a platina byla díky své odolnosti proti erozi jisker použita během druhé světové války v zapalovacích svíčkách bojových letounů.

Po válce rozšíření metod molekulární konverze během zpracování oleje vyvolalo obrovskou poptávku po katalytických vlastnostech, které mají kovy platinové skupiny. Do sedmdesátých let se spotřeba zvýšila ještě častěji, když normy pro emise automobilů v USA a dalších zemích vedly k použití těchto chemických prvků při katalytické konverzi výfukových plynů.

Ore

S výjimkou malých aluviálních ložisek platiny, palladia a osmiového iridiu (slitiny iridium-osmium) neexistuje prakticky žádná ruda, ve které by byl hlavní složkou chemický prvek, kov platinové skupiny. Minerály se obvykle nacházejí v sulfidových rudách, zejména v pentlanitu (Ni, Fe) ₉ S8. Nejčastěji se vyskytují laurite RuS ₂ , irapsit (Ir, Ru, Rh, Pt) AsS, osmiridium (Ir, Os), měďnatý (PtS) a braggit (Pt, Pd)

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

Těžba a zpracování

Hlavní ložiště Jihoafrické republiky a Kanady jsou provozovány metodou dolů. Prakticky všechny kovy platinové skupiny se extrahují z mědi nebo minerálních sulfidů niklu odlučováním 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 před flotací používá gravitační separace. Výsledkem je koncentrát obsahující až 50% platinových kovů, který eliminuje potřebu tavení.

Mechanické vlastnosti

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

Osmium je nejtvrdší ze skupiny a má nejvyšší teplotu tání, ale jeho tendence k oxidaci ukládá své omezení. Iridium je nejvíce odolné proti korozi platinových kovů a rhodium je ceněno pro zachování jeho vlastností při vysokých teplotách.

Strukturální aplikace

Vzhledem k tomu, že žíhaná platina je velmi měkká, je náchylná k poškrábání a znehodnocení. Pro zvýšení tvrdosti je spojena 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 odolnosti proti 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 se nejlépe hodí 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 je 90% používáno v automobilových výfukových systémech, kde žáruvzdorné pelety nebo platinové plástové konstrukce (stejně jako palladium a rhodium) pomáhají při přeměně 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 pelet oxidů hliníku v reaktoru katalyzátorem pro přeměnu molekul oleje s dlouhým řetězcem na rozvětvené isoparafiny, 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 s porovnatelnou tloušťkou.

Palladium je kov z platinové skupiny, který je nejlépe použitelný pro potahování. Díky tomu je síla materiálu výrazně zvýšena. Ruthenium nalezl uplatnění v nástrojích určených pro třecí úpravu při nízkém tlaku.

Chemické sloučeniny

Organické komplexy kovů platinové skupiny, jako jsou komplexy alkylplatin, se používají jako katalyzátory při polymeraci olefinů, při výrobě polypropylenu a polyethylenu a také při oxidaci ethylenu na acetaldehyd.

Platinové soli se stále častěji používají při chemoterapii rakoviny. Například jsou součástí drog typu "Carboplatinum" a "Cisplatinum". Na výrobu chloru a chlorečnanu sodného se používají elektrody z oxidu ruthenového. V rhodiových lázních se používá síranu ronnatého a fosfátu .