Platinumgroepmetale: oorsig, lys, eienskappe en toepassings

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2024-01-02 13:48

Platinumgroepmetale is ses edel edel chemiese elemente wat langs mekaar in die periodieke tabel geleë is. Almal van hulle is oorgangsmetale van 8–10 groepe van 5–6 periodes.

Platinumgroepmetalelys

Die groep bestaan uit die volgende ses chemiese elemente, gerangskik in stygende volgorde van atoomgewig:

• Ru – rutenium.
• Rh – rhodium.
• Pd – palladium.
• Os – osmium.
• Ir – iridium.
• Pt – platinum.

Platinumgroepmetale het 'n silwerwit tint, behalwe vir osmium, wat blouwit is. Hulle chemiese gedrag is paradoksaal deurdat hulle hoogs bestand teen die meeste reagense is, maar as katalisators gebruik word, wat die tempo van oksidasie-, reduksie- en hidrogeneringsreaksies maklik versnel of beheer.

Ruthenium en osmium kristalliseer in 'n seskantige, diggepakte stelsel, terwyl ander 'n gesiggesentreerde kubieke struktuur het. Dit word weerspieël in die groter hardheid van rutenium en osmium.

Ontdekkinggeskiedenis

Alhoewel platinum-draende goue artefakte terugdateer na 700 vC. e., die teenwoordigheid van hierdie metaal is meer 'n ongeluk as 'n patroon. Die Jesuïete het in die 16de eeu digte grys klippies genoem wat met alluviale goudafsettings verband hou. Hierdie klippe kon nie gesmelt word nie, maar hulle het 'n legering met goud gevorm, terwyl die blokke bros geword het, en dit was nie meer moontlik om dit skoon te maak nie. Die klippies het bekend geword as platina del Pinto, korrels van silweragtige materiaal van die Pinto-rivier, wat in die San Juan-rivier in Colombia vloei.

Smeedbare platinum, wat slegs verkry kan word na volledige suiwering van die metaal, is in 1789 deur die Franse fisikus Chabano geïsoleer. Daaruit is 'n beker gemaak wat aan Pous Pius VI gegee is. Die ontdekking van palladium in 1802 is gerapporteer deur die Engelse chemikus William Wollaston, wat die chemie genoem het. element van die platinummetaalgroep ter ere van die asteroïde. Wollaston het daarna beweer dat hy 'n ander stof ontdek het wat in platinumerts voorkom. Hy het dit rodium genoem vanweë die pienk kleur van die metaalsoute. Die ontdekkings van iridium (vernoem na die reënbooggodin Iris vanweë die bont kleur van sy soute) en osmium (van die Griekse woord vir "reuk" as gevolg van die chloorreuk van sy vlugtige oksied) is deur die Engelse chemikus Smithson Tennant in 1803. Franse wetenskaplikes Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix en Nicolas-Louis Vauquelin het die twee metale terselfdertyd geïsoleer. Ruthenium, die laaste geïsoleerde en geïdentifiseerde element, het sy naam van die Latynse naam vir Rusland van die Russiese chemikus Karl Karlovich Klaus in 1844 ontvang.

Onlikevan sulke maklik geïsoleer in 'n relatief suiwer toestand deur eenvoudige vuur raffinering stowwe soos goud, silwer, platinum groep metale vereis komplekse water-chemiese behandeling. Hierdie metodes was eers in die laat 19de eeu beskikbaar, so die identifikasie en isolasie van die platinumgroep het duisende jare agter silwer en goud geval. Boonop het die hoë smeltpunt van hierdie metale hul gebruik beperk totdat navorsers in Brittanje, Frankryk, Duitsland en Rusland metodes ontwikkel het om platinum in 'n werkbare vorm om te skakel. Hoe die edelmetale van die platinumgroep sedert 1900 in juweliersware gebruik is. Alhoewel hierdie toepassing vandag relevant bly, het die industriële een dit ver oortref. Palladium het 'n uiters gesogte kontakmateriaal in telefoonaflos- en ander bedrade kommunikasiestelsels geword, wat 'n lang lewe en hoë betroubaarheid bied, terwyl platinum, as gevolg van sy weerstand teen vonkerosie, tydens die Tweede Wêreldoorlog in gevegsvliegtuie se vonkproppe gebruik is.

Na die oorlog het die uitbreiding van molekulêre omskakelingstegnieke in petroleumraffinering 'n groot vraag na die katalitiese eienskappe van die platinumgroepmetale geskep. Teen die 1970's het verbruik selfs meer toegeneem toe motor-emissiestandaarde in die VSA en ander lande gelei het tot die gebruik van hierdie chemikalieë in katalitiese uitlaatgas-omskakeling.

Ores

Klein plaserafsettings van platinum, palladium uitgesluiten osmiese iridium ('n legering van iridium en osmium), is daar feitlik geen erts waarin die hoofkomponent 'n chemiese element sal wees - 'n platinumgroepmetaal. Minerale word gewoonlik in sulfiederts aangetref, veral pentlandiet (Ni, Fe)₉S₈. Die algemeenste is lauriet RuS_{2, irarsiet, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridium (Ir, Os), kooperiet, (PtS) en braggiet (Pt, Pd) S.}

Die wêreld se grootste afsetting van platinumgroepmetale is die Bosveldkompleks in Suid-Afrika. Groot reserwes van grondstowwe is gekonsentreer in die Sudbury-afsettings in Kanada en die Norilsk-Talnakhskoye-afsetting in Siberië. In die VSA is die grootste neerslae van platinumgroepminerale in Stillwater, Montana geleë, maar hier is dit baie kleiner as in Suid-Afrika en Rusland. Die wêreld se grootste platinumprodusente is Suid-Afrika, Rusland, Zimbabwe en Kanada.

Onttrekking en verryking

Die belangrikste Suid-Afrikaanse en Kanadese afsettings word volgens die mynmetode bedryf. Feitlik alle platinumgroepmetale word uit koper- of nikkelsulfiedminerale herwin deur gebruik te maak van flotasieskeiding. Die smelt van die konsentraat produseer 'n mengsel wat in 'n outoklaaf uit die koper- en nikkelsulfiede gewas word. Vaste logresidu bevat 15 tot 20% platinumgroepmetale.

Soms word swaartekragskeiding gebruik voor flotasie. Die resultaat is 'n konsentraat wat tot 50% platinummetale bevat, wat die behoefte aan smelt uitskakel.

Meganiese eienskappe

Metale van die platinumgroep verskil aansienlik in meganiese eienskappe. Platinum en palladium is redelik sag en baie smeebaar. Hierdie metale en hul legerings kan beide warm en koud bewerk word. Rhodium word eers warm gewerk en kan later koud bewerk word met redelik gereelde uitgloeiing. Iridium en rutenium moet verhit word, hulle kan nie koud bewerk word nie.

Osmium is die hardste van die groep en het die hoogste smeltpunt, maar sy neiging om te oksideer stel sy eie beperkings. Iridium is die mees korrosiebestande van die platinummetale, en rodium word geprys vir sy hoë temperatuurbehoud.

Struktuurtoepassings

Omdat skoon uitgegloeide platinum baie sag is, is dit vatbaar vir skrape en agteruitgang. Om sy hardheid te verhoog, word dit met baie ander elemente gelegeer. Platinum-juweliersware is baie gewild in Japan waar dit "hakkin" en "witgoud" genoem word. Juweliersware-legerings bevat 90% Pt en 10% Pd, wat maklik is om te masjineer en te soldeer. Die byvoeging van rutenium verhoog die hardheid van die legering terwyl oksidasieweerstand gehandhaaf word. Legerings van platinum, palladium en koper word in smeewerk gebruik omdat dit harder as platinum palladium is en goedkoper is.

Crucibles wat gebruik word vir die vervaardiging van enkelkristalle in die halfgeleierbedryf vereis korrosiebestandheid en stabiliteit by hoë temperature. Vir hierdie toepassing, platinum, platinum-rhodium eniridium. Platinum-rhodium-legerings word gebruik in die vervaardiging van termokoppels, wat ontwerp is om verhoogde temperature tot 1800 °C te meet. Palladium word beide in suiwer en gemengde vorm gebruik in elektriese toestelle (50% van verbruik), in tandheelkundige legerings (30%). Rhodium, rutenium en osmium word selde in hul suiwer vorm gebruik - dit dien as 'n legeringsadditief vir ander platinumgroepmetale.

Catalysts

Ongeveer 42% van alle platinum wat in die Weste vervaardig word, word as 'n katalisator gebruik. Hiervan word 90% in motoruitlaatstelsels gebruik, waar platinum (sowel as palladium en rodium) bedekte vuurvaste korrels of heuningkoeke help om onverbrande koolwaterstowwe, koolstofmonoksied en stikstofoksiede in water, koolstofdioksied en stikstof om te skakel.

'n Legering van platinum en 10% rodium in die vorm van 'n rooiwarm metaalgaas kataliseer die reaksie tussen ammoniak en lug om stikstofoksiede en salpetersuur te produseer. Wanneer dit saam met 'n mengsel van ammoniak gevoer word, kan metaanwatersuursuur verkry word. In petroleumraffinering kataliseer platinum op die oppervlak van alumina-korrels in die reaktor die omskakeling van langketting-oliemolekules in vertakte isoparaffiene, wat wenslik is in hoë-oktaan petrolmengsels.

Elektroplatering

Alle platinumgroepmetale kan elektroplateer word. As gevolg van die hardheid en glans van die gevolglike deklaag, word rodium die meeste gebruik. Alhoewel ditdie koste is hoër as platinum, die laer digtheid laat die gebruik van 'n kleiner massa materiaal met 'n vergelykbare dikte toe.

Palladium is die platinumgroepmetaal wat die maklikste is om vir deklaagtoepassings te gebruik. As gevolg hiervan word die sterkte van die materiaal aansienlik verhoog. Ruthenium het gebruik gevind in laedrukwrywingbewerkingsgereedskap.

Chemiese verbindings

Organiese platinumgroepmetaalkomplekse, soos alkielplatinumkomplekse, word as katalisators gebruik in die polimerisasie van olefiene, die produksie van polipropileen en poliëtileen, en die oksidasie van etileen na asetaldehied.

Platinumsoute word toenemend in kankerchemoterapie gebruik. Hulle is byvoorbeeld deel van middels soos Carboplatin en Cisplatin. Ruteniumoksiedbedekte elektrodes word gebruik in die vervaardiging van chloor en natriumchloraat. Rhodiumsulfaat en fosfaat word in rodiumplateringsbaddens gebruik.