Platingruppemetaller: oversigt, liste, egenskaber og anvendelser

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-02 13:52

Platingruppemetaller er seks ædle ædle kemiske grundstoffer, der er placeret side om side i det periodiske system. Alle er overgangsmetaller med 8-10 grupper af 5-6 perioder.

Platingruppemetaller

Gruppen består af følgende seks kemiske grundstoffer, arrangeret i stigende rækkefølge efter atomvægt:

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

Platingruppemetaller har en sølvhvid nuance, undtagen osmium, som er blålig hvid. Deres kemiske adfærd er paradoksal, idet de er meget modstandsdygtige over for de fleste reagenser, men bruges som katalysatorer, der nemt accelererer eller kontrollerer hastigheden af oxidations-, reduktions- og hydrogeneringsreaktioner.

Ruthenium og osmium krystalliserer til et sekskantet tætpakket system, mens andre har en ansigtscentreret kubisk struktur. Dette afspejles i den større hårdhed af ruthenium og osmium.

Opdagelseshistorik

Selvom platinbærende guldartefakter kan dateres tilbage til 700 f. Kr. e. tilstedeværelsen af dette metal er mere en ulykke end et mønster. Jesuitterne i det 16. århundrede nævnte tætte grå småsten forbundet med alluviale guldforekomster. Disse sten kunne ikke smeltes, men de dannede en legering med guld, mens barrerne blev sprøde, og det var ikke længere muligt at rense dem. Småstenene blev kendt som platina del Pinto, granulat af sølvfarvet materiale fra Pinto-floden, som løber ud i San Juan-floden i Colombia.

Formbar platin, som kun kan opnås efter fuldstændig oprensning af metallet, blev isoleret af den franske fysiker Chabano i 1789. Af det blev lavet en bæger, der blev præsenteret for pave Pius VI. Opdagelsen af palladium i 1802 blev rapporteret af den engelske kemiker William Wollaston, som navngav kemien. element af platinmetalgruppen til ære for asteroiden. Wollaston hævdede efterfølgende at have opdaget et andet stof til stede i platinmalm. Han kaldte det rhodium på grund af den lyserøde farve af metals altene. Opdagelserne af iridium (opkaldt efter regnbuegudinden Iris på grund af dens brogede farve) og osmium (fra det græske ord for "lugt" på grund af klorlugten af dets flygtige oxid) blev gjort af den engelske kemiker Smithson Tennant i 1803. De franske videnskabsmænd Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix og Nicolas-Louis Vauquelin isolerede de to metaller på samme tid. Ruthenium, det sidste isolerede og identificerede grundstof, modtog sit navn fra det latinske navn for Rusland fra den russiske kemiker Karl Karlovich Klaus i 1844.

Islikefra sådanne let isoleret i en relativt ren tilstand af simple brand raffinering stoffer såsom guld, sølv, platin gruppe metaller kræver kompleks vand-kemisk behandling. Disse metoder var ikke tilgængelige før i slutningen af det 19. århundrede, så identifikation og isolation af platingruppen faldt bagud med sølv og guld i tusinder af år. Derudover begrænsede det høje smeltepunkt af disse metaller deres anvendelse, indtil forskere i Storbritannien, Frankrig, Tyskland og Rusland udviklede metoder til at omdanne platin til en brugbar form. Hvordan de ædle metaller i platingruppen begyndte at blive brugt i smykker siden 1900. Selvom denne applikation forbliver relevant i dag, har den industrielle langt overgået den. Palladium blev et meget eftertragtet kontaktmateriale i telefonrelæer og andre kablede kommunikationssystemer, hvilket gav lang levetid og høj pålidelighed, mens platin på grund af dets modstand mod gnisterosion blev brugt i kampflys tændrør under Anden Verdenskrig.

Efter krigen skabte udvidelsen af molekylære konverteringsteknikker i olieraffinering en enorm efterspørgsel efter platingruppens metallers katalytiske egenskaber. I 1970'erne steg forbruget endnu mere, da emissionsstandarder for biler i USA og andre lande førte til brugen af disse kemikalier til katalytisk omdannelse af udstødningsgas.

Ores

Eksklusive små placeraflejringer af platin, palladiumog osmisk iridium (en legering af iridium og osmium), er der praktisk t alt ingen malm, hvor hovedkomponenten ville være et kemisk element - et platingruppemetal. Mineraler findes norm alt i sulfidmalme, især pentlandit (Ni, Fe)₉S₈. De mest almindelige er laurit RuS_{2, irarsite, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridium (Ir, Os), cooperite, (PtS) og braggite (Pt, Pd) S.}

Verdens største forekomst af platingruppemetaller er Bushveld-komplekset i Sydafrika. Store reserver af råmaterialer er koncentreret i Sudbury-forekomsterne i Canada og Norilsk-Talnakhskoye-forekomsten i Sibirien. I USA er de største forekomster af platingruppemineraler placeret i Stillwater, Montana, men her er de meget mindre end i Sydafrika og Rusland. Verdens største platinproducenter er Sydafrika, Rusland, Zimbabwe og Canada.

Udvinding og berigelse

De vigtigste sydafrikanske og canadiske forekomster drives efter minemetoden. Stort set alle platingruppemetaller genvindes fra kobber- eller nikkelsulfidmineraler ved hjælp af flotationsseparation. Smeltning af koncentratet producerer en blanding, der vaskes ud af kobber- og nikkelsulfiderne i en autoklave. Fast udvaskningsrester indeholder 15 til 20 % platingruppemetaller.

Nogle gange bruges gravitationsseparation før flotation. Resultatet er et koncentrat, der indeholder op til 50 % platinmetaller, hvilket eliminerer behovet for smeltning.

Mekaniske egenskaber

Metaller i platingruppen adskiller sig væsentligt i mekaniske egenskaber. Platin og palladium er ret bløde og meget formbare. Disse metaller og deres legeringer kan bearbejdes både varmt og koldt. Rhodium bearbejdes først varmt og kan senere koldbearbejdes med ret hyppig udglødning. Iridium og ruthenium skal opvarmes, de kan ikke koldbearbejdes.

Osmium er det hårdeste i gruppen og har det højeste smeltepunkt, men dets tendens til at oxidere pålægger sine egne begrænsninger. Iridium er det mest korrosionsbestandige af platinmetallerne, og rhodium er værdsat for dets fastholdelse ved høje temperaturer.

Strukturelle applikationer

Fordi rent udglødet platin er meget blødt, er det modtageligt for ridser og forringelse. For at øge dens hårdhed er den legeret med mange andre elementer. Platinsmykker er meget populære i Japan, hvor de kaldes "hakkin" og "hvidguld". Smykkelegeringer indeholder 90 % Pt og 10 % Pd, som er let at bearbejde og lodde. Tilsætningen af ruthenium øger legeringens hårdhed, samtidig med at oxidationsmodstanden opretholdes. Legeringer af platin, palladium og kobber bruges i smedegods, fordi de er hårdere end platinpalladium og er billigere.

Digler, der bruges til fremstilling af enkeltkrystaller i halvlederindustrien, kræver korrosionsbestandighed og stabilitet ved høje temperaturer. Til denne anvendelse, platin, platin-rhodium ogiridium. Platin-rhodium-legeringer bruges til fremstilling af termoelementer, som er designet til at måle forhøjede temperaturer op til 1800 °C. Palladium bruges både i ren og blandet form i elektriske apparater (50% af forbruget), i dentale legeringer (30%). Rhodium, ruthenium og osmium bruges sjældent i deres rene form - de tjener som legeringsadditiv til andre platingruppemetaller.

Catalysts

Omkring 42 % af al platin produceret i Vesten bruges som katalysator. Af disse bruges 90 % i biludstødningssystemer, hvor platin (såvel som palladium og rhodium) coatede ildfaste pellets eller honeycombs hjælper med at omdanne uforbrændte kulbrinter, kulilte og nitrogenoxider til vand, kuldioxid og nitrogen.

En legering af platin og 10 % rhodium i form af et rødglødende metalnet katalyserer reaktionen mellem ammoniak og luft for at producere nitrogenoxider og salpetersyre. Når det tilføres sammen med en blanding af ammoniak, kan methancyansyre opnås. Ved petroleumsraffinering katalyserer platin på overfladen af aluminiumoxidpellets i reaktoren omdannelsen af langkædede oliemolekyler til forgrenede isoparaffiner, hvilket er ønskeligt i højoktanbenzinblandinger.

galvanisering

Alle platingruppemetaller kan galvaniseres. På grund af hårdheden og glansen af den resulterende belægning er rhodium mest almindeligt anvendt. Selvom detprisen er højere end platin, den lavere densitet tillader brugen af en mindre masse materiale med en sammenlignelig tykkelse.

Palladium er det platingruppemetal, der er det nemmeste at bruge til belægningsapplikationer. På grund af dette øges materialets styrke betydeligt. Ruthenium har fundet anvendelse i lavtryksfriktionsbearbejdningsværktøjer.

Kemiske forbindelser

Organiske platingruppemetalkomplekser, såsom alkylplatinkomplekser, anvendes som katalysatorer ved polymerisation af olefiner, fremstilling af polypropylen og polyethylen og oxidation af ethylen til acetaldehyd.

Platins alte bliver i stigende grad brugt i cancerkemoterapi. For eksempel er de en del af lægemidler som Carboplatin og Cisplatin. Rutheniumoxidbelagte elektroder bruges til fremstilling af klor og natriumchlorat. Rhodiumsulfat og fosfat bruges i rhodiumbelægningsbade.