Платина тобының металдары: шолу, тізім, қасиеттері және қолданылуы

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-02 13:58

Платина тобындағы металдар - периодтық жүйеде қатар орналасқан алты асыл бағалы химиялық элементтер. Олардың барлығы 5–6 периодты 8–10 топтағы өтпелі металдар.

Платина тобындағы металдар тізімі

Топ атом салмағының өсу ретімен орналасқан келесі алты химиялық элементтен тұрады:

• Ru – рутений.
• Rh – родий.
• Pd – палладий.
• Os – осмий.
• Ir – иридий.
• Pt – платина.

Платина тобындағы металдар көкшіл ақ осмийден басқа күмістей ақ реңкке ие. Олардың химиялық әрекеті парадоксалды, өйткені олар көптеген реагенттерге өте төзімді, бірақ катализаторлар ретінде пайдаланылады, тотығу, тотықсыздану және гидрлеу реакцияларының жылдамдығын оңай жылдамдатады немесе бақылайды.

Рутений мен осмий алтыбұрышты тығыз оралған жүйеге кристалданады, ал басқалары бетке бағытталған текше құрылымына ие. Бұл рутений мен осмийдің қаттырақтығынан көрінеді.

Табу тарихы

Құрамында платина бар алтын артефактілер біздің дәуірімізге дейінгі 700 жылдарға жатады. е., бұл металдың болуы үлгіден гөрі апат. 16 ғасырдағы иезуиттер аллювийлік алтын кен орындарымен байланысты тығыз сұр тастарды атады. Бұл тастарды балқыту мүмкін емес еді, бірақ олар алтынмен құйма түзді, ал құймалар сынғыш болды, енді оларды тазалау мүмкін болмады. Малтатастар Колумбиядағы Сан-Хуан өзеніне құятын Пинто өзенінен алынған күміс түсті материалдың түйіршіктері платина дель Пинто деп аталды.

Металды толық тазартқаннан кейін ғана алуға болатын иілгіш платинаны 1789 жылы француз физигі Шабано бөліп алған. Одан Рим папасы Пий VI-ға сыйға тартылған тостаған жасалды. 1802 жылы палладийдің ашылғанын ағылшын химигі Уильям Волластон хабарлады, ол хим. астероид құрметіне платина металдар тобының элементі. Кейіннен Уолластон платина рудасында бар басқа затты тапты деп мәлімдеді. Металл тұздарының қызғылт түсті болуына байланысты оны родий деп атады. Иридий (тұздарының алуан түсті болуына байланысты кемпірқосақ құдайы Иристің атымен аталған) және осмийдің (оның ұшқыш оксидінің хлор иісіне байланысты гректің «иіс» деген сөзінен шыққан) ашылуын ағылшын химигі Смитсон Теннант жылы ашқан. 1803. Француз ғалымдары Ипполит-Виктор Колле-Дескоти, Антуан-Франсуа Фуркруа және Николас-Луи Вокелен екі металды бір уақытта бөліп алды. Рутений, соңғы оқшауланған және сәйкестендірілген элемент, өз атауын 1844 жылы орыс химигі Карл Карлович Клаустың Ресейдің латын атауынан алған.

Ұнатпауалтын, күміс, платина тобындағы металдар сияқты қарапайым отпен тазарту арқылы салыстырмалы түрде таза күйде оңай оқшауланған заттардан күрделі су-химиялық өңдеу қажет. Бұл әдістер 19 ғасырдың аяғына дейін қол жетімді болмады, сондықтан платина тобын анықтау және оқшаулау мыңдаған жылдар бойы күміс пен алтыннан артта қалды. Сонымен қатар, бұл металдардың жоғары балқу температурасы Ұлыбритания, Франция, Германия және Ресейдегі зерттеушілер платинаны жұмысқа жарамды түрге айналдыру әдістерін жасағанға дейін оларды пайдалануды шектеді. Платина тобындағы асыл металдар 1900 жылдан бастап зергерлік бұйымдарда қалай қолданыла бастады. Бұл қолданба бүгінгі күні өзекті болып қала берсе де, өнеркәсіптік қолданба одан әлдеқайда асып түсті. Палладий ұзақ қызмет ету мерзімі мен жоғары сенімділікті қамтамасыз ететін телефон релелері мен басқа сымды байланыс жүйелерінде өте сұранысқа ие байланыс материалына айналды, ал платина ұшқын эрозиясына төзімділігіне байланысты Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде жауынгерлік ұшақтардың ұшқын шамдарында қолданылды.

Соғыстан кейін мұнай өңдеудегі молекулалық түрлендіру әдістерінің кеңеюі платина тобындағы металдардың каталитикалық қасиеттеріне үлкен сұраныс тудырды. 1970 жылдарға қарай АҚШ және басқа елдердегі автомобиль шығарындылары стандарттары осы химиялық заттардың каталитикалық пайдаланылған газды түрлендіруде қолданылуына әкелген кезде тұтыну одан да артты.

Кендер

Платинаның, палладийдің шағын шөгінділерін қоспағандажәне осмикалық иридий (иридий мен осмий қорытпасы), оның негізгі құрамдас бөлігі химиялық элемент – платина тобының металы болатын кен іс жүзінде жоқ. Минералдар әдетте сульфидті кендерде, атап айтқанда пентландитте (Ni, Fe)₉S₈ кездеседі. Ең көп таралғандары: лаурит RuS_{2, ирарсит, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, осмиридий (Ir, Os), кооперит, (PtS) және браггит (Pt, Pd) С.}

Платина тобындағы металдардың әлемдегі ең үлкен кен орны Оңтүстік Африкадағы Бушвелд кешені болып табылады. Шикізаттың үлкен қоры Канададағы Садбери кен орындарында және Сібірдегі Норильск-Тальнахское кен орындарында шоғырланған. АҚШ-та платина тобындағы минералдардың ең үлкен кен орындары Монтана штатындағы Стиллуотер қаласында орналасқан, бірақ мұнда олар Оңтүстік Африка мен Ресейге қарағанда әлдеқайда аз. Әлемдегі ең ірі платина өндірушілері – Оңтүстік Африка, Ресей, Зимбабве және Канада.

Алу және байыту

Оңтүстік Африка мен Канаданың негізгі кен орындары шахта әдісімен жұмыс істейді. Іс жүзінде барлық платина тобындағы металдар мыс немесе никель сульфидті минералдарынан флотациялық бөлу арқылы алынады. Концентратты балқыту кезінде автоклавта мыс пен никель сульфидтерінен жуылатын қоспа алынады. Қатты шайманың қалдығы құрамында 15-20% платина тобындағы металдар бар.

Кейде гравитациялық бөлу флотация алдында қолданылады. Нәтижесінде балқыту қажеттілігін болдырмайтын 50%-ға дейін платина металдары бар концентрат алынады.

Механикалық қасиеттері

Платина тобындағы металдар механикалық қасиеттері бойынша айтарлықтай ерекшеленеді. Платина мен палладий өте жұмсақ және өте иілгіш. Бұл металдар мен олардың қорытпаларын ыстықта да, суықта да өңдеуге болады. Родий алдымен ыстық күйде өңделеді, ал кейінірек жиі жасыту арқылы суықта өңделеді. Иридий мен рутенийді жылыту керек, оларды суық өңдеуге болмайды.

Осмий топтың ең қиыны және ең жоғары балқу температурасына ие, бірақ оның тотығуға бейімділігі өз шектеулерін қояды. Иридий - платина металдарының коррозияға ең төзімдісі, ал родий жоғары температураны сақтайтыны үшін бағаланады.

Құрылымдық қолданбалар

Таза күйдірілген платина өте жұмсақ болғандықтан, ол сызаттар мен тозуға бейім. Оның қаттылығын арттыру үшін оны көптеген басқа элементтермен легирлейді. Платинадан жасалған зергерлік бұйымдар Жапонияда өте танымал, оны «хаккин» және «ақ алтын» деп атайды. Зергерлік бұйымдар қорытпаларында 90% Pt және 10% Pd бар, олар өңдеуге және дәнекерлеуге оңай. Рутенийді қосу тотығуға төзімділігін сақтай отырып, қорытпаның қаттылығын арттырады. Платина, палладий және мыс қорытпалары соғуда пайдаланылады, себебі олар платина палладийінен қаттырақ және арзанырақ.

Жартылай өткізгіш өнеркәсібінде монокристалдарды өндіру үшін қолданылатын тигельдер жоғары температурада коррозияға төзімділік пен тұрақтылықты қажет етеді. Бұл қолдану үшін платина, платина-родий жәнеиридий. Платина-родий қорытпалары 1800 °C-қа дейінгі жоғары температураны өлшеуге арналған термопарларды өндіруде қолданылады. Палладий таза және аралас күйде электр құрылғыларында (тұтынудың 50%), стоматологиялық қорытпаларда (30%) қолданылады. Родий, рутений және осмий таза күйінде сирек қолданылады - олар платина тобындағы басқа металдар үшін легирленген қоспа ретінде қызмет етеді.

Катализаторлар

Батыста өндірілетін барлық платинаның шамамен 42%-ы катализатор ретінде пайдаланылады. Олардың 90%-ы платинамен (сонымен қатар палладий мен родиймен) қапталған отқа төзімді түйіршіктер немесе бал ұялары жанбаған көмірсутектер, көміртек тотығы және азот оксидтерін суға, көмірқышқыл газына және азотқа айналдыруға көмектесетін автомобиль шығару жүйелерінде қолданылады.

Қызыл-ыстық металл тор түріндегі платина мен 10% родий қорытпасы азот оксидтері мен азот қышқылын өндіру үшін аммиак пен ауа арасындағы реакцияны катализдейді. Аммиак қоспасымен бірге қоректендіргенде, метан гидроциан қышқылын алуға болады. Мұнай өңдеуде реактордағы алюминий тотығы түйіршіктерінің бетіндегі платина ұзақ тізбекті мұнай молекулаларының жоғары октанды бензин қоспаларында қажет болатын тармақталған изопарафиндерге айналуын катализдейді.

Электропластика

Платина тобындағы барлық металдарды электрлік жалатуға болады. Алынған жабынның қаттылығы мен жылтырлығына байланысты родий жиі қолданылады. Дегенменқұны платинадан жоғары, төмен тығыздық салыстырмалы қалыңдығы бар материалдың кішірек массасын пайдалануға мүмкіндік береді.

Палладий - платина тобындағы металл, оны жабын қолданбалары үшін пайдалану оңай. Осының арқасында материалдың беріктігі айтарлықтай артады. Рутений төмен қысымды үйкеліспен өңдеу құралдарында қолданылды.

Химиялық қосылыстар

Алкилплатина кешендері сияқты органикалық платина тобындағы металл кешендері катализаторлар ретінде олефиндерді полимерлеуде, полипропилен мен полиэтиленді өндіруде және этиленді сірке альдегидіне тотығуда қолданылады.

Платина тұздары ісікке қарсы химиотерапияда көбірек қолданылуда. Мысалы, олар Carboplatin және Cisplatin сияқты препараттардың бөлігі болып табылады. Рутений оксидімен қапталған электродтар хлор мен натрий хлоратын өндіруде қолданылады. Родий сульфаты мен фосфат родиймен қапталған ванналарда қолданылады.