Պլատինի խմբի մետաղներ. ակնարկ, ցանկ, հատկություններ և կիրառություններ

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-02 13:56

Պլատինի խմբի մետաղները վեց ազնիվ թանկարժեք քիմիական տարրեր են, որոնք գտնվում են պարբերական աղյուսակում կողք կողքի: Դրանք բոլորը անցումային մետաղներ են 8–10 խմբերի 5–6 ժամանակաշրջանների։

Պլատինի խմբի մետաղների ցուցակ

Խումբը բաղկացած է հետևյալ վեց քիմիական տարրերից՝ դասավորված ատոմային զանգվածի աճման կարգով.

• Ru – ռութենիում։
• Rh – ռոդիում։
• Pd – պալադիում։
• Օս – օսմիում։
• Ir – իրիդիում.
• Pt – պլատին։

Պլատինի խմբի մետաղներն ունեն արծաթափայլ սպիտակ երանգ, բացառությամբ օսմիումի, որը կապտավուն սպիտակ է։ Նրանց քիմիական վարքագիծը պարադոքսալ է նրանով, որ նրանք շատ դիմացկուն են ռեակտիվների մեծ մասի նկատմամբ, սակայն օգտագործվում են որպես կատալիզատորներ՝ հեշտությամբ արագացնելով կամ վերահսկելով օքսիդացման, նվազեցման և հիդրոգենացման ռեակցիաների արագությունը:

Ռութենիումը և օսմիումը բյուրեղանում են վեցանկյուն փակ համակարգով, մինչդեռ մյուսներն ունեն դեմքի կենտրոնացված խորանարդ կառուցվածք: Սա արտացոլվում է ռութենիումի և օսմիումի ավելի մեծ կարծրությամբ:

Հայտնաբերման պատմություն

Չնայած պլատինե կրող ոսկյա արտեֆակտները թվագրվում են մ.թ.ա. 700 թվականին: ե., այս մետաղի առկայությունը ավելի շատ պատահականություն է, քան օրինակ: 16-րդ դարում ճիզվիտները նշում էին խիտ մոխրագույն խճաքարերը, որոնք կապված էին ալյուվիալ ոսկու հանքավայրերի հետ։ Այս քարերը հնարավոր չէր հալեցնել, բայց նրանք ոսկու հետ համաձուլվածք էին կազմում, մինչդեռ ձուլակտորները դառնում էին փխրուն, և դրանք մաքրելն այլևս հնարավոր չէր։ Խճաքարերը հայտնի են դարձել որպես platina del Pinto, արծաթափայլ նյութի հատիկներ Պինտո գետից, որը հոսում է Կոլումբիայի Սան Խուան գետը::

Ճկուն պլատին, որը կարելի է ստանալ միայն մետաղի ամբողջական մաքրումից հետո, մեկուսացվել է ֆրանսիացի ֆիզիկոս Չաբանոյի կողմից 1789 թվականին: Դրանից պատրաստվել է գավաթ, որը նվիրել են Պիոս VI պապին: 1802 թվականին պալադիումի հայտնաբերման մասին հայտնել է անգլիացի քիմիկոս Ուիլյամ Վոլասթոնը, ով անվանել է քիմ. պլատինե մետաղական խմբի տարր՝ ի պատիվ աստերոիդի։ Հետագայում Վոլասթոնը հայտարարեց, որ հայտնաբերել է մեկ այլ նյութ, որը առկա է պլատինի հանքաքարում: Նա այն անվանել է ռոդիում` մետաղների աղերի վարդագույն գույնի պատճառով: Իրիդիումի (որը ստացել է ծիածանի աստվածուհու՝ Իրիսի անունը՝ նրա աղերի խայտաբղետ գույնի պատճառով) և օսմիումի (հունարեն «հոտ» բառից՝ դրա ցնդող օքսիդի քլորի հոտի պատճառով) հայտնագործությունները կատարվել են անգլիացի քիմիկոս Սմիթսոն Թենանտի կողմից։ 1803 թ. Ֆրանսիացի գիտնականներ Հիպոլիտ-Վիկտոր Կոլլե-Դեսկոտին, Անտուան-Ֆրանսուա Ֆուրկրուան և Նիկոլա-Լուի Վոկելենը մեկուսացրեցին երկու մետաղները միաժամանակ: Ռութենիումը, վերջին մեկուսացված և նույնականացված տարրը, ստացել է իր անունը Ռուսաստանի լատիներեն անվանումից ռուս քիմիկոս Կառլ Կառլովիչ Կլաուսից 1844 թվականին։

ՉհավանելՆմանից համեմատաբար մաքուր վիճակում պարզ հրդեհային զտիչ նյութերից, ինչպիսիք են ոսկին, արծաթը, պլատինե խմբի մետաղները, պահանջում են բարդ ջրաքիմիական մշակում: Այս մեթոդները հասանելի չէին մինչև 19-րդ դարի վերջը, ուստի պլատինե խմբի նույնականացումը և մեկուսացումը հազարավոր տարիներով հետ մնաց արծաթից և ոսկուց: Բացի այդ, այս մետաղների հալման բարձր ջերմաստիճանը սահմանափակեց դրանց օգտագործումը, մինչև Բրիտանիայի, Ֆրանսիայի, Գերմանիայի և Ռուսաստանի հետազոտողները չմշակեցին պլատինը աշխատունակ ձևի վերածելու մեթոդներ: Ինչպես 1900 թվականից սկսած պլատինե խմբի թանկարժեք մետաղները սկսեցին օգտագործվել ոսկերչության մեջ: Թեև այս հավելվածը մնում է արդիական այսօր, արդյունաբերականը զգալիորեն գերազանցել է այն: Պալադիումը դարձավ շատ պահանջված կոնտակտային նյութ հեռախոսային ռելեներում և այլ լարային կապի համակարգերում՝ ապահովելով երկար կյանք և բարձր հուսալիություն, մինչդեռ պլատինը, կայծային էրոզիայի նկատմամբ իր դիմադրության շնորհիվ, օգտագործվում էր Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ մարտական ինքնաթիռների կայծային մոմերում:

Պատերազմից հետո նավթի վերամշակման մեջ մոլեկուլային փոխակերպման տեխնիկայի ընդլայնումը ստեղծեց պլատինի խմբի մետաղների կատալիտիկ հատկությունների հսկայական պահանջարկ: 1970-ականներին սպառումն ավելի մեծացավ, երբ ԱՄՆ-ում և այլ երկրներում ավտոմեքենաների արտանետումների ստանդարտները հանգեցրին այս քիմիական նյութերի օգտագործմանը արտանետվող գազերի կատալիտիկ փոխակերպման մեջ:

Օրես

Բացառությամբ պլատինի, պալադիումի փոքր տեղաբաշխմանև osmic iridium (իրիդիումի և օսմիումի համաձուլվածք), գործնականում չկա հանքաքար, որի հիմնական բաղադրիչը կլինի քիմիական տարրը` պլատինե խմբի մետաղը: Հանքանյութերը սովորաբար հանդիպում են սուլֆիդային հանքաքարերում, մասնավորապես պենտլանդիտում (Ni, Fe)₉S₈: Առավել տարածված են լաուրիտ RuS_{2, irarsite, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridium (Ir, Os), cooperite, (PtS) և braggite (Pt, Pd) S.}

Պլատինի խմբի մետաղների աշխարհի ամենամեծ հանքավայրը Բուշվելդի համալիրն է Հարավային Աֆրիկայում: Հումքի մեծ պաշարներ են կենտրոնացված Կանադայի Սադբերիի և Սիբիրում՝ Նորիլսկ-Տալնախսկոյե հանքավայրերում։ ԱՄՆ-ում պլատինի խմբի օգտակար հանածոների ամենամեծ հանքավայրերը գտնվում են Մոնտանայի Սթիլուոթերում, բայց այստեղ դրանք շատ ավելի փոքր են, քան Հարավային Աֆրիկայում և Ռուսաստանում: Պլատինի աշխարհի ամենամեծ արտադրողներն են Հարավային Աֆրիկան, Ռուսաստանը, Զիմբաբվեն և Կանադան:

Արտահանում և հարստացում

Հարավաֆրիկյան և Կանադայի հիմնական հանքավայրերը շահագործվում են հանքային մեթոդով: Պլատինի խմբի գրեթե բոլոր մետաղները վերականգնվում են պղնձի կամ նիկելի սուլֆիդային հանքանյութերից՝ օգտագործելով ֆլոտացիոն տարանջատում: Խտանյութի հալման արդյունքում ստացվում է խառնուրդ, որը լվանում է պղնձի և նիկելի սուլֆիդներից ավտոկլավում: Պինդ տարրալվացման մնացորդը պարունակում է 15-ից 20% պլատինե խմբի մետաղներ։

Երբեմն գրավիտացիոն տարանջատումն օգտագործվում է ֆլոտացիայից առաջ: Ստացվում է մինչև 50% պլատինե մետաղներ պարունակող խտանյութ՝ վերացնելով հալման անհրաժեշտությունը։

Մեխանիկական հատկություններ

Պլատինի խմբի մետաղները զգալիորեն տարբերվում են մեխանիկական հատկություններով։ Պլատինն ու պալադիումը բավականին փափուկ են և շատ ճկուն: Այս մետաղները և դրանց համաձուլվածքները կարելի է մշակել ինչպես տաք, այնպես էլ սառը վիճակում: Ռոդիումը սկզբում մշակվում է տաք վիճակում, իսկ հետո այն կարող է սառը մշակվել՝ բավականին հաճախակի եռացնելով: Իրիդիումը և ռութենիումը պետք է տաքացվեն, դրանք չեն կարող սառը մշակվել։

Օսմիումը խմբում ամենադժվարն է և ունի հալման ամենաբարձր կետը, սակայն նրա օքսիդացման միտումը պարտադրում է իր սահմանափակումները: Իրիդիումը պլատինե մետաղներից առավել կոռոզիոն դիմացկունն է, և ռոդիումը գնահատվում է բարձր ջերմաստիճանի պահպանման համար:

Կառուցվածքային հավելվածներ

Քանի որ մաքուր հալված պլատինը շատ փափուկ է, այն ենթակա է քերծվածքների և քայքայման: Իր կարծրությունը բարձրացնելու համար այն համաձուլվում է բազմաթիվ այլ տարրերի հետ։ Պլատինե զարդերը շատ տարածված են Ճապոնիայում, որտեղ այն կոչվում է «հակին» և «սպիտակ ոսկի»: Ոսկերչական համաձուլվածքները պարունակում են 90% Pt և 10% Pd, ինչը հեշտ է մշակել և զոդել: Ռութենիումի ավելացումը մեծացնում է համաձուլվածքի կարծրությունը՝ միաժամանակ պահպանելով օքսիդացման դիմադրությունը: Պլատինի, պալադիումի և պղնձի համաձուլվածքները օգտագործվում են դարբնագործության մեջ, քանի որ դրանք ավելի կարծր են, քան պլատինի պալադիումը և ավելի էժան են:

Կիսահաղորդչային արդյունաբերության մեջ միայնակ բյուրեղների արտադրության համար օգտագործվող կարասները պահանջում են կոռոզիոն դիմադրություն և կայունություն բարձր ջերմաստիճաններում: Այս հավելվածի համար պլատին, պլատին-ռոդիում ևիրիդիում. Պլատին-ռոդիումի համաձուլվածքները օգտագործվում են ջերմազույգերի արտադրության մեջ, որոնք նախատեսված են մինչև 1800 °C բարձր ջերմաստիճանը չափելու համար։ Պալադիումը օգտագործվում է ինչպես մաքուր, այնպես էլ խառը տեսքով էլեկտրական սարքերում (սպառման 50%), ատամնաբուժական համաձուլվածքներում (30%)։ Ռոդիումը, ռութենիումը և օսմիումը հազվադեպ են օգտագործվում իրենց մաքուր տեսքով. դրանք ծառայում են որպես համաձուլվածքային հավելում պլատինե խմբի այլ մետաղների համար:

Կատալիզատորներ

Արևմուտքում արտադրված ամբողջ պլատինի մոտ 42%-ը օգտագործվում է որպես կատալիզատոր: Դրանցից 90%-ն օգտագործվում է ավտոմեքենաների արտանետման համակարգերում, որտեղ պլատինե (ինչպես նաև պալադիում և ռոդիում) պատված հրակայուն գնդիկները կամ մեղրախորիսխները օգնում են չայրված ածխաջրածինները, ածխածնի երկօքսիդը և ազոտի օքսիդները վերածել ջրի, ածխածնի երկօքսիդի և ազոտի։:

Պլատինի և 10% ռոդիումի համաձուլվածքը շիկացած մետաղական ցանցի տեսքով կատալիզացնում է ամոնիակի և օդի ռեակցիան՝ առաջացնելով ազոտի օքսիդներ և ազոտաթթու: Ամոնիակի խառնուրդի հետ միասին սնվելիս կարելի է ստանալ մեթանի հիդրոցյանաթթու։ Նավթի վերամշակման ժամանակ ռեակտորում ալյումինի կարկուտների մակերեսին հայտնված պլատինը կատալիզացնում է երկար շղթայական յուղի մոլեկուլների վերածումը ճյուղավորված իզոպարաֆինների, որոնք ցանկալի են բարձր օկտանային բենզինի խառնուրդներում::

էլեկտրապատում

Պլատինի խմբի բոլոր մետաղները կարող են էլեկտրապատվել: Ստացված ծածկույթի կարծրության և փայլի պատճառով ռոդիումը առավել հաճախ օգտագործվում է: Չնայած դաարժեքը ավելի բարձր է, քան պլատինը, ցածր խտությունը թույլ է տալիս օգտագործել համեմատելի հաստությամբ ավելի փոքր զանգված:

Պալադիումը պլատինե խմբի մետաղ է, որն ամենահեշտն է օգտագործել ծածկույթների համար: Դրա շնորհիվ նյութի ուժը զգալիորեն ավելանում է: Ռութենիումը գտել է կիրառություն ցածր ճնշման շփման հաստոցներում:

Քիմիական միացություններ

Օրգանական պլատինի խմբի մետաղական կոմպլեքսները, ինչպիսիք են ալկիլպլատինի կոմպլեքսները, օգտագործվում են որպես կատալիզատորներ օլեֆինների պոլիմերացման, պոլիպրոպիլենի և պոլիէթիլենի արտադրության և էթիլենի ացետալդեհիդ օքսիդացման մեջ:

Պլատինի աղերն ավելի ու ավելի են օգտագործվում քաղցկեղի քիմիաթերապիայի մեջ: Օրինակ, դրանք այնպիսի դեղամիջոցների մի մասն են, ինչպիսիք են Կարբոպլատինը և Սիսպլատինը: Ռութենիումի օքսիդով պատված էլեկտրոդները օգտագործվում են քլորի և նատրիումի քլորատի արտադրության մեջ։ Ռոդիումի սուլֆատը և ֆոսֆատը օգտագործվում են ռոդիումապատման լոգանքների մեջ: