ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.
 
Всё о Химии - Ximia.org

ПЛАТИНОВЫЕ МЕТАЛЛЫ


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


ПЛАТИНОВЫЕ МЕТАЛЛЫ (платиноиды), семейство из 6 хим. элементов VIII гр. периодич. системы, включающее рутений (ат. н. 44), родий (45), палладий (46), осмий (76), иридий (77), платину (78). Вместе с Au и Ag составляют группу благородных металлов. Подразделяются на легкие (Ru-Pd) и тяжелые (Os-Pt).

Распространенность в природе и природные источники. Содержание П.м. в земной коре (% по массе): Pt 5·10-7, Pd 1·10-6, Ir 1·10-7, Rh 1·10-7, Os 5·10-6, Ru 5·10-7 (по Виноградову). Руды П. м. бывают коренные и россыпные, а по составу - собственно платиновые и комплексные (мн. коренные месторождения медных и медно-никелевых сульфидных руд, россыпные месторождения Au с Pt, а также Au с осмистым Ir). Известно более 100 минералов П.м., они бывают двух типов. В россыпях встречаются самородные Pd и Pt и разл. сплавы, в т.ч. с другими П.м., Fe, реже-с Au (содержат также и др. металлы), капр. палладиевая платина, железистая платина (Pt, Fe), изоферроплатина Pt3Fe, плати-нистый палладий, осмистый иридий, иридиевая платина Pt4Ir2Fe, платинистый иридий Ir4Pt, осмистый иридий Ir2Os, ауроосмид (Ir, Os, Au) и др. Минералы второго типа-разл. соединения П.м. с S, Fe, As, Bi, Pb, напр, спериллит PtAs2, куперит PtS, брэгтит (Pt, Pd, Ni)S, стибиопалладинит Pd3Sb, лаурит RuS2, холлингуореит (Rh, Pt, Pd, Ir)(AsS)2 и др. Минералы этого типа встречаются в виде твердых р-ров в медно-никелевых сульфидных рудах, являющихся осн. пром. источником П.м. На долю вторичных источников П.м. (лом, отработанные катализаторы и др.) приходится от 10 до 33% ежегодного мирового произ-ва этих металлов. Нек-рые изотопы Pd, Ru и Rh накапливаются в продуктах деления U и Pu в ядерных реакторах.

ХАРАКТЕРИСТИКА ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ

Показатель

Ru

Rh

Pd

Os

Ir

Pt

Конфигурация внеш. электронных оболочек атома







М0

4d75s1

4d85s1

4d10

5d66s2

5d76s2

5d96s1

Атомный и ионный радиусы*, нм







М0

0,134

0,1342

0,137

0,135

0,135

0,138

M4 +

0,076

0,074

0,076

0,077

0,077

0,077

T. пл., 0C

2334

1963

1554

3027

2447

1769

T. кип., 0C

4077

3727

2937

5027

~4380

-3800

Плотн., г/см3

12,45

12,41

12,02

22,61

22,65

21,45

С0p, Дж/(моль·К)

24,0

24,95

25,8

24,7

25,1

25,85

S0298, Дж/(моль·К)

28,56

31,48

37,65

32,6

35,54

41,6

3552-9.jpg , кДж/моль

38,3

21,53

16,7

31,8

26

20

3552-10.jpg , кДж/моль

647,4

495,3

353

747,4

667,8

510

* Ионные радиусы даны по Шеннону при координац. числе 6.

** DHпл и DHисп приведены при т-рах соотв. плавления и кипения.

Мировые прогнозные ресурсы П.м. (без социалистич. стран) оцениваются в 75050 т (1985), в т.ч. в ЮАР 62000, США 9300, Зимбабве 3100, Канаде 500, Колумбии 150 т. В осн. это запасы Pt (65%) и Pd (30-32%).

Свойства. П. м.-светло-серые или серебристые тугоплавкие, труднолетучие металлы (см. табл.); Rh, Pd, Ir, Pt кристаллизуются в гранецентрир. кубич. решетке, Os и Ru- в гексагональной плотноупакованной. По мех. св-вам П.м. заметно различаются: Pt-мягкая, пластичная, легко вытягивается в тончайшую проволоку и прокатывается в фольгу, почти так же пластичен Pd; Os и Ru-хрупкие, Ir-твердый и прочный.

Наиб. характерные степени окисления для палладия +2, платины +2 и +4, иридия +2 и +3, осмия +4, +6 и +8, родия +3, рутения +3, +4 и +8. П.м. обладают исключительно высокой каталитич. активностью, чаще других как катализаторы используют Pt и Pd. Палладий и в меньшей степени Pt хорошо растворяют H2, Pd растворяет H2 лучше всех металлов (до 800 объемов).

П.м. отличаются хим. инертностью, наиб. химически стойка Pt. Палладий раств. в горячих конц. HNO3 и H2SO4, Pt и Pd и в меньшей степени RU- в царской водке, Ru в присут. окислителей взаимод. с H2SO4 и HClO4, Rh медленно реагирует с конц. H2SO4, HBr, Pt медленно взаимод. с кипящей H2SO4 и горячей HNO3, медленно раств. в конц. HBr и HI. Все П. м. раств. в царской водке после оглавления с KHSO4 или спекания с неорг. пероксидами. П. м. взаимод. при нагр. со щелочами в присут. O2. С O2 воздуха П.м. образуют тончайшие оксидные пленки на пов-сти: Os при 500-6000C, Ru выше 4500C, Pt при 900-10000C, Ir и Rh ок. 2000 0C. Os может гореть на воздухе, a HNO3 окисляется до OsO4.

Известны сотни простых и тысячи комплексных соединений П.м. В р-рах существуют только комплексные ионы П.м. Устойчивость высоких степеней окисления П.м. в комплексных соед. уменьшается в рядах Ru > Rh > Pd и Os > Ir > Pt. П. м., особенно в низких степенях окисления, представляют собой мягкие льюисовские к-ты по Пирсону; в водных р-рах устойчивость галргенидных комплексов уменьшается в ряду F - <Cl - < Вг - <I -, а в случае многоатомных лигандов, в т.ч. органических,-в ряду донорных атомов О < N < S3552-11.jpgС. Одна из особенностей химии П. м.-кинетич. инертность комплексов этих металлов в р-циях замещения лигандов в координац. сфере. Инертность комплексов в существ. степени зависит от степени окисления П. м. и природы лиганда, но в целом уменьшается в ряду Ir > Rh > Pt > Ru > Os > Pd.

Получение. Способ извлечения и разделения П. м. существенно зависит от типа исходного сырья. Переработка россыпей сводится к добыче песка и его обогащению гравитац. методами. Переработка медно-никелевых сульфидных руд обычно включает операции мех. и флотац. обогащения, пирометаллургич. переработки концентратов и гидрометаллургич. рафинирования (аффинаж).

При переработке медно-никелевых сульфидных руд П.м. концентрируются в разл. полупродуктах произ-ва; большая часть, особенно Pd и Pt, концентрируется в анодных шламах (после электролитич. рафинирования Cu и Ni); из них получают концентраты П.м., к-рые направляют на аффинажные заводы. Схемы аффинажа П.м. включают после-доват. операции обработки концентрата хим. реагентами. Напр., для выделения Pd и Pt концентраты П. м. обрабатывают царской водкой. К фильтрату, содержащему Pt, Pd и Au, добавляют FeSO4 и осаждают Au. Из р-ра, содержащего Pd и Pt в виде [PtCl6]2- и [PdCl4]2-, добавлением NH4Cl осаждают (NH4)2[PtCl6], к-рый прокаливают до платиновой губки, затем повторяют растворение в царской водке, осаждение и прокаливание. Р-р, содержащий Pd, обрабатывают водным NH3 и соляной к-той, при этом осаждается Pd(NH3)2Cl2; переосаждение повторяют до получения чистого в-ва, к-рое прокаливают до палладиевой губки. Из оставшегося после обработки царской водкой концентрата, используя последоват. операции сплавления, растворения и осаждения, получают чистые (NH4)3[RhCl6], (NH4)3[RuCl6], (NH4)2[IrCl6], к-рые прокаливают в атмосфере H2 до Rh, Ru, Ir. В ряде схем аффинажа используют экстракц. методы. Высокочистые П. м. получают методом зонной плавки, вытягиванием монокристаллов из расплава.

Определение. При анализе проб, содержащих от 10-8-10-7 до ~10% П. м., часто необходимо предварит. кон-центрирование и разделение П.м. Чаще всего для этого используются метод пробирной плавки (см. Пробирный анализ), сорбц. и экстракц. концентрирование. Метод пробирной плавки основан на высокотемпературном извлечении П. м. расплавленными Pb, Ag, Cu, сплавами Pb с Ag, Cu с Ni, NiS.

При сорбц. методах концентрирования наиб. применение находят сорбенты с комплексообразующими группами. Для разделения П.м. в виде заряженных комплексов с неорг. и орг. лигандами используют хроматографич. методы. Экстракц. методы основаны на избират. извлечении орг. р-рит о-лями из водных р-ров соединений П.м. с экстрагентами. Для концентрирования Ru и Os используют избират. отгонку и экстракцию оксидов MO4.

Для анализа проб с низким содержанием П.м. (горные породы, руды и продукты их переработки, технол. р-ры, морская вода и рассолы, речная вода, сбросные воды, реактивы) используют нейтронно-активац., атомно-эмиссионный, атомно-абсорбц., ренттенофлуоресцентный, спект-рофотометрич. методы анализа. Для сплавов, концентратов П. м., отработанных катализаторов, вторичного сырья П. м. применяют рентгенофлуоресцентный, кулонометрич., атомно-абсорбц., гравиметрич. методы. Примеси благородных и неблагородных металлов в П. м. определяют масс-спектро-метрич., атомно-эмиссионным и атомно-абсорбционными методами.

Применение. П.м. применяют в виде индивидуальных металлов и их сплавов друг с другом, а также с Au, Ag, Со, Cu и др. Сплавы П.м. обладают большей твердостью, прочностью и устойчивостью к коррозии по сравнению с индивидуальными металлами. Осн. области применения П. м. и их сплавов: катализаторы гидрирования, дегидрирования, окисления, дожигания выхлопных газов автомобилей, в топливных элементах; легирующие добавки в сплавах; материалы для высокотемпературных термопар, термометров сопротивления, электрич. печей сопротивления, химически стойкой посуды, электродов, электрич. контактов, мед. инструментов, стеклоплавильных аппаратов; осн. компонентов резистивных и конденсаторных материалов; тугоплавкие припои; компоненты постоянных магнитов (напр., сплав Pt-Co); защитные покрытия на металлах; ювелирная пром-сть.

История открытия П.м. началась в сер. 18 в., когда испанцы в Южной Америке обнаружили, что при промывке песка вместе с золотом отмывались тяжелые серебристые песчинки, к-рых иногда было больше золота. Такой "песок" загрязнял золото, т. к. по внеш. виду он напоминал серебро и в то же время был полностью "бесполезен", его уничижительно назвали серебришком (plata - по-испански серебро). Однако послед. исследование образцов "тяжелого песка" позволило выделить пять новых элементов. На рубеже 18 и 19 вв. в Великобритании (У. Волластон, С. Теннант), России (А. А. Мусин-Пушкин) и Франции (Л. Воклен, А. Фуркруа) разработаны методы получения ковкой платины, в 1803 Волластон получил Pd, в 1804 он же выделил Rh, а Теннант -Ir и Os. Значительно позднее, в 1844, после четырех лет исследований уральской руды профессор Казанского университета К. К. Клаус выделил новый металл, к-рый он назвал рутением в честь России (ср.-век. лат. Ruthenia-Россия).


===
Исп. литература для статьи «ПЛАТИНОВЫЕ МЕТАЛЛЫ»:
Аналитическая химия платиновых металлов, M., 1972; Ливинг-стон С., Химия рутения, родия, палладия, осмия, иридия, платины, пер. с англ., M., 1978; Пробоотбирание и анализ благородных металлов. Справочник, 2 изд., M., 1978; Платина, ее сплавы и композиционные материалы, M., 1980; Юделевич И. Г., Старцевa E. А., Атомно-абсорбционное определение благородных металлов, Новосиб., 1981; Благородные металлы. Справочник, M., 1984; Металлургия благородных металлов, 2 изд., M., 1987; Griffith W. R., The chemistry of the rares platinum metals (Os, Ru, Ir and Rh), ed. by A. Cotton, G. Wilkinson, L., 1967. O. M. Петрухин.

Страница «ПЛАТИНОВЫЕ МЕТАЛЛЫ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

 

Всё о Химии для учеников, учителей, студентов и просто химиков