Kovy skupiny platiny: prehľad, zoznam, vlastnosti a aplikácie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-02 14:02

Kovy skupiny platiny sú šesť ušľachtilých vzácnych chemických prvkov, ktoré sa nachádzajú vedľa seba v periodickej tabuľke prvkov. Všetky z nich sú prechodné kovy 8–10 skupín s 5–6 periódami.

Zoznam kovov platinovej skupiny

Skupina pozostáva z nasledujúcich šiestich chemických prvkov, usporiadaných vzostupne podľa atómovej hmotnosti:

• Ru – ruténium.
• Rh – rhodium.
• Pd – paládium.
• Os – osmium.
• Ir – irídium.
• Pt – platina.

Kovy skupiny platiny majú strieborný biely odtieň, s výnimkou osmia, ktoré je modrobiele. Ich chemické správanie je paradoxné v tom, že sú vysoko odolné voči väčšine činidiel, ale používajú sa ako katalyzátory, ktoré ľahko urýchľujú alebo riadia rýchlosť oxidačných, redukčných a hydrogenačných reakcií.

Ruténium a osmium kryštalizujú do šesťuholníkového uzavretého systému, zatiaľ čo iné majú kubickú štruktúru sústredenú na tvár. To sa odráža vo väčšej tvrdosti ruténia a osmia.

História objavov

Hoci zlaté artefakty s platinou pochádzajú z roku 700 pred Kristom. prítomnosť tohto kovu je skôr náhoda ako vzor. Jezuiti v 16. storočí spomínali husté sivé okruhliaky spojené s nánosmi zlata. Tieto kamene sa nedali roztaviť, ale tvorili zliatinu so zlatom, pričom ingoty skrehli a už sa nedali čistiť. Kamienky sa stali známymi ako platina del Pinto, zrnká striebristého materiálu z rieky Pinto, ktorá sa vlieva do rieky San Juan v Kolumbii.

Kujná platina, ktorú je možné získať až po úplnom vyčistení kovu, izoloval francúzsky fyzik Chabano v roku 1789. Z neho bol vyrobený pohár darovaný pápežovi Piovi VI. O objave paládia v roku 1802 informoval anglický chemik William Wollaston, ktorý túto chem. prvok skupiny platinových kovov na počesť asteroidu. Wollaston následne tvrdil, že objavil inú látku prítomnú v platinovej rude. Nazval to ródium kvôli ružovej farbe solí kovov. Objavy irídia (pomenované podľa bohyne dúhy Iris kvôli pestrej farbe jeho solí) a osmia (z gréckeho slova „vôňa“kvôli chlórovému zápachu jeho prchavého oxidu) urobil anglický chemik Smithson Tennant v r. 1803. Francúzski vedci Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix a Nicolas-Louis Vauquelin izolovali dva kovy súčasne. Ruténium, posledný izolovaný a identifikovaný prvok, dostal svoj názov z latinského názvu pre Rusko od ruského chemika Karla Karlovicha Klausa v roku 1844.

Na rozdiel odz takých sa ľahko izolujú v relatívne čistom stave jednoduchým ohňom rafinácie látok, ako je zlato, striebro, kovy skupiny platiny, vyžadujú komplexné vodno-chemické spracovanie. Tieto metódy neboli dostupné až do konca 19. storočia, takže identifikácia a izolácia skupiny platiny zaostávala za striebrom a zlatom o tisíce rokov. Okrem toho vysoká teplota topenia týchto kovov obmedzovala ich použitie, kým výskumníci v Británii, Francúzsku, Nemecku a Rusku nevyvinuli metódy na premenu platiny na spracovateľnú formu. Ako sa drahé kovy skupiny platiny začali používať v šperkoch od roku 1900. Zatiaľ čo táto aplikácia zostáva aktuálna aj dnes, priemyselná ju ďaleko prekonala. Paládium sa stalo veľmi vyhľadávaným kontaktným materiálom v telefónnych relé a iných káblových komunikačných systémoch, poskytuje dlhú životnosť a vysokú spoľahlivosť, zatiaľ čo platina sa vďaka svojej odolnosti voči erózii iskrou používala v zapaľovacích sviečkach bojových lietadiel počas druhej svetovej vojny.

Po vojne vyvolalo rozšírenie techník molekulárnej konverzie pri rafinácii ropy obrovský dopyt po katalytických vlastnostiach kovov skupiny platiny. V sedemdesiatych rokoch sa spotreba ešte zvýšila, keď emisné normy pre automobily v USA a iných krajinách viedli k používaniu týchto chemikálií pri katalytickej konverzii výfukových plynov.

Ores

S výnimkou malých nánosov platiny, paládiaa osmic irídium (zliatina irídia a osmia), prakticky neexistuje ruda, v ktorej by hlavnou zložkou bol chemický prvok – kov skupiny platiny. Minerály sa zvyčajne nachádzajú v sulfidových rudách, najmä v pentlandite (Ni, Fe)₉S₈. Najbežnejšie sú laurit RuS_{2, irarzit, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmirídium (Ir, Os), kooperit, (PtS) a braggit (Pt, Pd) S.}

Najväčšie svetové ložisko kovov skupiny platiny je komplex Bushveld v Južnej Afrike. Veľké zásoby surovín sú sústredené v ložiskách Sudbury v Kanade a ložisku Norilsk-Talnakhskoye na Sibíri. V USA sa najväčšie ložiská nerastov platinovej skupiny nachádzajú v Stillwater v Montane, tu sú však oveľa menšie ako v Juhoafrickej republike a Rusku. Najväčšími svetovými producentmi platiny sú Južná Afrika, Rusko, Zimbabwe a Kanada.

extrakcia a obohacovanie

Hlavné juhoafrické a kanadské ložiská sú prevádzkované banskou metódou. Prakticky všetky kovy platinovej skupiny sa získavajú z minerálov medi alebo sulfidu niklu pomocou flotačnej separácie. Tavením koncentrátu vzniká zmes, ktorá sa vymýva zo sulfidov medi a niklu v autokláve. Pevný zvyšok výluhu obsahuje 15 až 20 % kovov platinovej skupiny.

Niekedy sa pred flotáciou používa gravitačná separácia. Výsledkom je koncentrát obsahujúci až 50 % platinových kovov, čím sa eliminuje potreba tavenia.

Mechanické vlastnosti

Kovy skupiny platiny sa výrazne líšia v mechanických vlastnostiach. Platina a paládium sú celkom mäkké a veľmi poddajné. Tieto kovy a ich zliatiny je možné spracovávať za tepla aj za studena. Ródium sa najskôr spracováva za tepla a neskôr sa môže spracovávať za studena s pomerne častým žíhaním. Irídium a ruténium sa musia zahriať, nemožno ich spracovávať za studena.

Osmium je najtvrdší zo skupiny a má najvyššiu teplotu topenia, ale jeho tendencia oxidovať si ukladá svoje vlastné obmedzenia. Irídium je najodolnejšie voči korózii z platinových kovov a ródium je cenené pre svoju vysokú teplotu.

Štrukturálne aplikácie

Pretože čistá žíhaná platina je veľmi mäkká, je náchylná na poškriabanie a poškodenie. Pre zvýšenie jeho tvrdosti je legovaný mnohými ďalšími prvkami. Platinové šperky sú veľmi populárne v Japonsku, kde sa nazývajú „hakkin“a „biele zlato“. Zliatiny šperkov obsahujú 90% Pt a 10% Pd, ktoré sa ľahko opracujú a spájkujú. Prídavok ruténia zvyšuje tvrdosť zliatiny pri zachovaní odolnosti voči oxidácii. Zliatiny platiny, paládia a medi sa používajú vo výkovkoch, pretože sú tvrdšie ako platinové paládium a sú lacnejšie.

Tégliky používané na výrobu monokryštálov v polovodičovom priemysle vyžadujú odolnosť proti korózii a stabilitu pri vysokých teplotách. Pre túto aplikáciu sa používa platina, platina-ródium airídium. Zliatiny platiny a ródia sa používajú pri výrobe termočlánkov, ktoré sú určené na meranie zvýšených teplôt až do 1800 °C. Paládium sa používa v čistej aj zmiešanej forme v elektrických zariadeniach (50 % spotreby), v dentálnych zliatinách (30 %). Ródium, ruténium a osmium sa zriedkavo používajú v čistej forme – slúžia ako legovacia prísada pre iné kovy zo skupiny platiny.

Katalyzátory

Asi 42 % všetkej platiny vyrobenej na Západe sa používa ako katalyzátor. Z toho 90 % sa používa v automobilových výfukových systémoch, kde platinové (rovnako ako paládium a ródium) potiahnuté žiaruvzdorné pelety alebo voštinové plásty pomáhajú premieňať nespálené uhľovodíky, oxid uhoľnatý a oxidy dusíka na vodu, oxid uhličitý a dusík.

Zliatina platiny a 10% ródia vo forme rozžeravenej kovovej sieťky katalyzuje reakciu medzi amoniakom a vzduchom za vzniku oxidov dusíka a kyseliny dusičnej. Keď sa privádza spolu so zmesou amoniaku, môže sa získať kyselina metánovodíková. Pri rafinácii ropy, platina na povrchu peliet oxidu hlinitého v reaktore katalyzuje premenu molekúl oleja s dlhým reťazcom na rozvetvené izoparafíny, ktoré sú žiaduce vo vysokooktánových benzínových zmesiach.

Elektrogalvanické pokovovanie

Všetky kovy skupiny platiny môžu byť galvanicky pokovované. Kvôli tvrdosti a lesku výsledného povlaku sa najčastejšie používa ródium. Hoci tocena je vyššia ako u platiny, nižšia hustota umožňuje použitie menšieho množstva materiálu s porovnateľnou hrúbkou.

Paládium je kov skupiny platiny, ktorý sa najjednoduchšie používa na nátery. Vďaka tomu sa výrazne zvyšuje pevnosť materiálu. Ruténium našlo využitie v nízkotlakových trecích obrábacích nástrojoch.

Chemické zlúčeniny

Organické komplexy kovov platinovej skupiny, ako sú komplexy alkylplatiny, sa používajú ako katalyzátory pri polymerizácii olefínov, výrobe polypropylénu a polyetylénu a oxidácii etylénu na acetaldehyd.

Soli platiny sa čoraz častejšie používajú pri chemoterapii rakoviny. Sú napríklad súčasťou liekov ako Carboplatin a Cisplatin. Elektródy potiahnuté oxidom ruténia sa používajú pri výrobe chlóru a chlorečnanu sodného. Síran ródia a fosforečnan sa používajú v kúpeľoch na pokovovanie ródiom.