Каталог
  

Элемент платина


ПЛАТИНА

ПЛАТИНА – химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 78, атомная масса 195,08. Серовато-белый пластичный металл, температуры плавления и кипения – 1769°С и 3800°С. Платина – один из самых тяжелых (плотность 21,5 г/см3) и самых редких металлов: среднее содержание в земной коре 5·10–7 % по массе.

При комнатной температуре весьма инертна, при нагревании в атмосфере кислорода медленно окисляется с образованием летучих оксидов. В мелкораздробленном состоянии поглощает большие количества кислорода. Платина растворяется в жидком броме и в царской водке. При нагревании реагирует с другими галогенами, пероксидами, углеродом, серой, фосфором, кремнием. Платина разрушается при нагревании со щелочами в присутствии кислорода, поэтому в платиновой посуде нельзя плавить щелочи.

Платина, особенно в мелкораздробленном состоянии, является очень активным катализатором многих химических реакций, в том числе используемых в промышленных масштабах. Например, платина катализирует реакцию присоединения водорода к ароматическим соединениям даже при комнатной температуре и атмосферном давлении водорода. Еще в 1821 немецкий химик И.В. Дёберейнер обнаружил, что платиновая чернь способствует протеканию ряда химических реакций; при этом сама платина не претерпевала изменений. Так, платиновая чернь окисляла пары винного спирта до уксусной кислоты уже при обычной температуре. Через два года Дёберейнер открыл способность губчатой платины при комнатной температуре воспламенять водород. Если смесь водорода и кислорода (гремучий газ) ввести в соприкосновение с платиновой чернью или с губчатой платиной, то сначала идет сравнительно спокойная реакция горения. Но так как эта реакция сопровождается выделением большого количества теплоты, платиновая губка раскаляется, и гремучий газ взрывается. На основании своего открытия Дёберейнер сконструировал «водородное огниво» – прибор, широко применявшийся для получения огня до изобретения спичек.

Платиновая чернь – мельчайший порошок платины с размером частиц 20–40 мкм. Как и все мелкораздробленные металлы (даже золото), платиновая чернь имеет черный цвет. Каталитическая активность платиновой черни намного выше, чем у компактного металла.

В своих соединениях платина проявляет почти все степени окисления от 0 до +8. Но наиболее характерно для платины образование многочисленных комплексных соединений, которых известно много сотен. Многие из них носят имена изучавших их химиков (соли Косса, Магнуса, Пейроне, Цейзе, Чугаева и т.д.). Большой вклад в изучение таких соединений внес русский химик Л.А.Чугаев (1973–1922), первый директор созданного в 1918 Института по изучению платины.

Необычность поведения комплексов платины можно продемонстрировать на ряде соединений платины (IV), которые были получены и исследованы еще в 19 в. Так, соединение состава PtCl4·2Nh4 в растворе практически не распадается на ионы: его водные растворы не проводят ток, а с нитратом серебра эти растворы не дают осадка. Соединение PtCl4·4Nh4 дает растворы с высокой электропроводностью, которая указывает, что в воде оно распадается на три иона; соответственно, нитрат серебра осаждает из таких растворов только два атома хлора из четырех. В соединении PtCl4·6Nh4 все четыре атома хлора осаждаются из водных растворов нитратом серебра; электропроводность растворов показывает, что соль распадается на пять ионов. Наконец, в комплексном хлориде состава PtCl4·2KCl, как и в первом соединении, нитрат серебра вовсе не осаждает хлор, однако растворы этого вещества проводят ток, причем электропроводность указывает на образование трех ионов, а обменные реакции обнаруживают ионы калия. Объясняются эти свойства разным строением комплексных соединений, в которых ионы хлора могут входить во внутреннюю или внешнюю сферу комплекса; при этом только ионы внешней сферы могут диссоциировать в водных растворах, например: [PtCl2(Nh4)4]Cl2® [PtCl2(Nh4)2]2+ + 2Cl–.

В 1827 датский химик Вильям Цейзе неожиданно для себя получил соединение платины, содержащее органическое вещество – этилен; впоследствии было установлено его строение: K[Pt(C2h5)Cl3]·h3O. В настоящее время изучено множество комплексных соединений платины с нитрилами RCN, аминами R3N, пиридином C5H5N, фосфинами R3P, сульфидами R2S, многими другими органическими соединениями. Некоторые из этих комплексов нашли практическое применение, например, для лечения злокачественных образований.

История платины весьма интересна и полна неожиданностей. Когда испанцы в середине 16 в. познакомились в Южной Америке с новым для себя металлом, внешне очень похожим на серебро (по-испански plata), они назвали его platina, что буквально означает «маленькое серебро», «серебришко». Объясняется такое несколько пренебрежительное название исключительной тугоплавкостью платины, которая не поддавалась переплавке, долгое время не находила применения и ценилась вдвое ниже, чем серебро. Но когда ювелиры обнаружили, что платина хорошо сплавляется с золотом, некоторые из них стали подмешивать сравнительно дешевый металл к золотым изделиям. Обнаружить подделку по плотности было невозможно: платина тяжелее золота, и с помощью более легкого серебра нетрудно было в точности подогнать плотность слитка к плотности золота. Кончилось это тем, что испанский король приказал прекратить ввоз платины, а все ее запасы утопить в море. Закон этот был отменен только в 1778.

В середине 18 в. химики изучили свойства платины и признали ее новым элементом. Благодаря исключительной химической стойкости платину начали использовать для изготовления химического оборудования. Так, в 1784 был изготовлен первый платиновый тигель, а в 1809 – платиновая реторта массой 13 кг; такие реторты использовали для концентрирования серной кислоты. Изделия из платины делали путем ковки или горячего прессования, поскольку электропечей, дающих достаточно высокую температуру, тогда не было. Со временем научились расплавлять платину в пламени гремучего газа, и на Лондонской выставке 1862 можно было видеть отливки из платины массой до 200 кг.

В России впервые обнаружили платину близ Екатеринбурга на Урале в 1819, а спустя 5 лет в Нижнетагильском округе были открыты платиновые россыпи. Уральские месторождения были настолько богатыми, что Россия быстро заняла первое место в мире по добыче этого металла. Так, только в 1828 в России было добыто более 1,5 тонн платины – больше, чем за 100 лет в Южной Америке. А к концу 19 в. добыча платины в России в 40 раз превышала суммарную добычу во всех остальных странах. Один из обнаруженных на Урале самородков платины имел массу 9,6 кг!

К середине 19 в. во Франции и Англии были проведены обширные исследования по аффинажу (очистке от других металлов) платины. Промышленный способ получения слитков чистой платины впервые осуществил в 1859 году французский химик А.Сент-Клер Девиль. После этого почти вся уральская платина стала закупаться иностранными фирмами и вывозиться за рубеж. Сначала ее скупали в основном французские и английские фирмы, в том числе и знаменитая «Джонсон, Маттей и К°» в Лондоне. Затем к ним присоединились американские и немецкие фирмы.

Химики, исследовавшие самородную платину, обнаружили в ней ряд новых элементов. В начале 19 в. английский химик У.Волластон, изучая ту часть сырой платины, которая растворялась в царской водке, открыл палладий и родий, а его соотечественник С.Теннант в нерастворимом остатке обнаружил иридий и осмий. Наконец, в 1844 профессор Казанского университета К.К.Клаус открыл последний элемент платиновой группы – рутений.

В 1826 петербургский инженер П.Г.Соболевский разработал способ получения ковкой платины. Для этого самородную платину растворяли в царской водке и получали гексахлороплатиновую (IV) кислоту: 3Pt + 4HNO3 + 18HCl ® 3h3[PtCl6] + 4NO + 8h3O. Из этого раствора после его нейтрализации оса,ждали практически нерастворимый гексахлороплатинат аммония, который промывали и прокаливали: (Nh5)2[PtCl6] ® Pt + 2Nh5Cl + 2Cl2. Полученный порошок платины («платиновую губку») далее можно было путем холодного и горячего прессования и ковки превращать в различные изделия высокого качества. Так в России были получены первые платиновые изделия – тигли, чашки, медали, проволока. Процесс получил мировую известность, им заинтересовался даже Николай I, посетивший лабораторию и лично наблюдавший за очисткой платины. Подобный метод обработки тугоплавких металлов, так называемая порошковая металлургия, не потерял своего значения и по сей день.

Работа Соболевского вскоре получила неожиданное продолжение. Большое количество добываемой на Урале платины не находило достойного практического применения. И тогда по предложению министра финансов Е.Ф.Канкрина с 1828 в России впервые в мировой истории начали выпускать платиновые монеты достоинством 3,6 и 12 рублей. Такие странные номиналы объясняются тем, что по диаметру эти монеты соответствовали привычным российским монетам достоинством 1 рубль, 50 и 25 копеек. При этом 12-рублевая монета имела массу 41,41 г, а в рублевой монете чистого серебра было 18 г. Таким образом, по стоимости металла платиновые монеты были дороже серебряных в 5,2 раза, что как раз соответствовало ценам на платину в те годы.

За 17 лет было выпущено 1 372 000 трехрублевых монет, 17582 шестирублевых и 3303 двенадцатирублевых общей массой 14,7 тонны! Это – уникальный случай в мировой финансовой системе. Русские платиновые монеты 19 в. – большая редкость: цена 12-рублевой монеты превышает 5000 долларов.

Владельцы же рудников – Демидовы извлекали большую выгоду от продажи своей платины правительству. В 1840 было добыто уже 3,4 тонны драгоценного металла. Однако в 1845 по настоянию нового министра финансов Ф.П.Вронченко выпуск платиновых монет был прекращен, и все монеты были срочно изъяты из обращения. Причины этой панической меры называют разные. Говорят, что боялись подделки этих монет за границей (где платина была якобы дешевле) и их тайного ввоза в Россию. Однако, ни одной поддельной монеты среди изъятых из обращения не обнаружили. По другой версии, более правдоподобной, спрос на платину и ее цена в Европе выросли настолько, что металл в монетах стал дороже их номинала. Но тогда уже следовало бояться другого: тайного вывоза монет из России, их переплавки и продажи слитков. Интересно, что Майкл Фарадей на своей популярной лекции о платине, прочитанной 22 февраля 1861 показывал русские платиновые монеты; проанализировав их состав, он нашел, что в монетах содержится 97% платины, 1,2% иридия, 0,5% родия, 0,25% палладия, а также примеси меди и железа. Фарадей отдал должное российским мастерам, сумевшим отчеканить монеты из недостаточно очищенной и потому довольно хрупкой платины.

После прекращения чеканки монет из платины ее добыча резко (почти в 20 раз) упала, но затем вновь начала расти. И в 1915 на долю России приходилось 95% от общего количества платины, добываемой в мире (остальные 5% получала Колумбия). Однако в России она практически не находила спроса и почти вся шла на экспорт. Так, в 1867 Англия скупила весь запас платины в России – более 16 тонн. К концу 19 в. добыча платины в России достигла 4,5 тонн в год, а в настоящее время во всем мире ее добывается примерно 100 тонн в год. Кроме России, платина добывается в Южной Африке, Канаде, США.

До Первой мировой войны второй после России страной по масштабам добычи платины была Колумбия; с 1930-х ею стала Канада, а после Второй мировой войны – Южная Африка. Например, в 1952 в Колумбии было добыто всего 0,75 тонны платины, в США – 0,88 т, в Канаде 3,75 т, а в Южноафриканском Союзе – 7,2 т (в СССР данные по добыче платины, как и других стратегических материалов, были засекречены).

Примерно до середины 20 в. большая часть платины шла на ювелирные изделия. В настоящее время платина используется в основном в технических целях. Основная область применения платины и ее сплавов – автомобилестроение (катализаторы дожига выхлопных газов), электротехника (тугоплавкую и химически стойкую платиновую спираль или ленту в электропечах можно разогреть почти до белого каления), нефтехимический и органический синтез (получение бензинов с высоким октановым числом, разнообразные реакции гидрирования, изомеризации, циклизации, окисления органических соединений), синтез аммиака. Платина – конструкционный материал стекловаренных печей для производства высококачественного оптического стекла. Из платины и ее сплавов изготовлены фильеры для получения стекловолокна, высокотемпературные термопары и термометры сопротивления, электроды в электролизных аппаратах, лабораторная посуда и оборудование, кислото- и жароупорная аппаратура химических заводов.

Платина во всем мире используется в точных приборах. Из тонкой платиновой проволоки делают термометры сопротивления, по ним можно измерять температуру с высокой точностью и в очень широком интервале. Широко используются и термопары из платинородиевых сплавов, содержащих от 60 до 99% платины; они позволяют измерять температуру вплоть до 2000 К. А в Венгрии изобрели зажигалку с катализатором из тончайшей платиновой проволочки. Такая зажигалка дает острое устойчивое пламя, которое не боится ветра.

Масса платины во всех этих в этих изделиях невелика. Но есть производства, которые требуют больших количеств этого драгоценного металла. Например, на знаменитых чешских стекловаренных заводах расплавленную стекломассу в платиновом тигле перемешивают винтообразной мешалкой из платины. Несмотря на высокую стоимость, применение платинового оборудования оправдывает себя, так как позволяет получать высококачественные стекла для микроскопов, биноклей и других оптических приборов.

В 19 в. из сплава платины и иридия были изготовлены эталоны метра и килограмма, по образцу которых изготовлялись национальные эталоны разных стран (в настоящее время эталоном метра служит расстояние, проходимое светом в вакууме за определенное время). Первые эталоны метра и килограмма были изготовлены фирмой «Джонсон, Маттеи и К°» в Лондоне из сплава, содержащего 90% платины и 10% иридия, который обладает очень высокой твердостью. Эти эталоны были помещены в специальное хранилище в Международном бюро мер и весов во Франции. Эталон метра имел вид бруска длиной 102 см, имеющего в поперечном сечении форму буквы Х, вписанной в квадрат со стороной 2 см. На двух концах бруска на отполированных местах нанесены тончайшие штрихи, расстояние между которыми и было принято за эталон метра. А эталон килограмма из этого же сплава имел форму прямого цилиндра диаметром и высотой 3,9 см (платина – тяжелый металл!).

В течение длительного времени платина использовалась также для определения эталона силы света, испускаемого 1 см2 поверхности расплавленной чистой платины при температуре ее затвердевания.

В небольшом количестве платина идет на изготовление очень красивых юбилейных и памятных монет, предназначенных для коллекционеров. В 1977–1980 из платины 999 пробы были изготовлены монеты номиналом 150 рублей, посвященные Олимпийским играм в Москве. Всего было изготовлено 14 7378 этих монет. Другие выпуски платиновых монет были скромнее. Например, в 1993 в России было отчеканено всего 750 таких монет, посвященных русскому балету. Платиновые монеты в конце 20 в. чеканились и в других странах, причем не в самых крупных – таких, как Гибралтар (британское владение), Заир, Лесото, Макао, Панама, Папуа – Новая Гвинея, Сингапур, Тонга.

Медики из штата Огайо (США) разработали новый метод анестезии, в котором платине отведена важная роль. С помощью платиновой пластинки спинной мозг оперируемого пациента соединяется с электрическим стимулятором. Посылая в нужный момент в мозг электрические сигналы, стимулятор блокирует болевые ощущения.

Кристаллы тетрацианоплатината бария Ba[Pt(CN)4]·4h3O (раньше его называли платиносинеродистым барием) имеют интересные свойства: под действием рентгеновского и радиоактивного излучения они ярко светятся желто-зеленым светом. Раньше экраны, покрытые составом из этого соединения, широко использовали в научных исследованиях; ими пользовались Конрад Рентген, Эрнст Резерфорд и многие другие знаменитые физики и химики

Мировое потребление платины (более 100 тонн в год) нередко превышает ее добычу. В таком случае оно покрывается за счет старых запасов, а также регенерации платины из отработавших свой ресурс катализаторов. Больше всего платины (десятки тонн в год) расходуется на катализаторы дожигания выхлопных газов автомобилей. Во многих странах большинство выпускаемых автомобилей снабжается такими каталитическими устройствами (в Швеции уже в 80-х число таких автомобилей приблизилось к 100%).

Очень много платины идет на украшения. Интересно, что львиную долю ювелирной платины потребляет сравнительно небольшая страна – Япония. В то же время химическая и нефтехимическая промышленность расходуют всего несколько процентов всей платины, примерно столько же – стекольная, чуть больше (около 6%) – электротехническая.

В некоторых странах платина, наряду с золотом, хранится в банках; для этой цели из нее отливают бруски массой 0,5 и 1 кг.

Цены на платину на мировом рынке колеблются, иногда вплотную приближаясь к ценам на золото (так было, например, в феврале 1988), а иногда заметно превышая их (например, 1 грамм золота в феврале 2003 стоил около 12 долларов, а платины – более 22!). Химиков же, в основном, интересуют цены на платину и ее соединения как реактивы для научных исследований. Цена же эта зависит от трех факторов: чистоты (например, судя по каталогу известной немецкой фирмы Fluka, грамм платиновой проволоки диаметром 1 мм стоит около 120 евро при чистоте 99,9%, и около 160 евро при чистоте 99,99%); формы выпуска (порошок, дробь, фольга, проволока, сетка и т.п.); приобретаемого количества (скидка при увеличении закупки; например, грамм платиновой фольги толщиной 0,5 мм и чистотой 99,99% при закупке 7 г обойдется вдвое дешевле, чем при закупке 2 г). В общем, очищенные металлы – реактивы, а также содержащие их химические соединения (например, ацетилацетонат платины (II), оксид платины (IV), гексахлороплатинат (IV) аммония и др.) стоят значительно дороже «валютной» платины.

Илья Леенсон

www.krugosvet.ru

Платина

  Платина — минерал, природная Pt из группы платины класса самородых элементов, Обычно содержит Pd, Ir, Fe, Ni. Чистая платина встречается весьма редко, большинство образцов представлены железистой разновидностью (поликсеном), а нередко и интерметаллидами: изоферроплатиной (Pt,Fe)3Fe и тетраферроплатиной (Pt,Fe)Fе. Платина, представленная поликсеном, является наиболее распространённым в земной коре из минералов платиновой подгруппы.  

СТРУКТУРА

Кристаллическая решетка платины принадлежит к кубической системе. Молекула циклогексена имеет форму правильного шестиугольника. В рассматриваемой реакционной системе атомная структура катализатора и реагирующие молекулы обладают одним общим качеством — элементами симметрии третьего порядка. В кристалле платины такой порядок расположения атомов присущ только октаэдрической грани. В узлах расположены атомы платины. а = 0,392 нм, Z = 4, пространственная группа Fm3m

СВОЙСТВА

Цвет поликсена от серебряно-белого до стально-черного. Черта металлическая стально-серая. Блеск типичный металлический. Отражательная способность в полированных шлифах высокая — 65-70. Твердость 4-4,5, у богатых иридием разностей — до 6-7. Обладает ковкостью. Излом крючковатый. Спайность обычно отсутствует. Уд. вес-15-19. Подмечена связь пониженного удельного веса с наличием пустот, занятых природными газами, а также включениями посторонних минералов. Обладает магнитностью, парамагнетик. Хорошо проводит электричество. Платина является одним из самых инертных металлов. Она нерастворима в кислотах и щелочах, за исключением царской водки. Платина также непосредственно реагирует с бромом, растворяясь в нём.

При нагревании платина становится более реакционноспособной. Она реагирует с пероксидами, а при контакте с кислородом воздуха — с щелочами. Тонкая платиновая проволока горит во фторе с выделением большого количества тепла. Реакции с другими неметаллами (хлором, серой, фосфором) происходят менее активно. При более сильном нагревании платина реагирует с углеродом и кремнием, образуя твёрдые растворы, аналогично металлам группы железа.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Платина является одним из самых редких металлов: её среднее содержание в земной коре (кларк) составляет 5·10−7% по массе. Даже так называемая самородная платина является сплавом, содержащим от 75 до 92 процентов платины, до 20 процентов железа, а также иридий, палладий, родий, осмий, реже медь и никель.

Разведанные мировые запасы металлов платиновой группы составляют около 80 000 т и распределены, в основном, между ЮАР (87,5%), Россией (8,3%) и США (2,5%).

В России основными месторождениями металлов платиновой группы являются: Октябрьское, Талнахское и Норильск-1 сульфидно-медно-никелевые в Красноярском крае в районе Норильска (более 99% разведанных и более 94% оцененных российских запасов), Фёдорова Тундра (участок Большой Ихтегипахк) сульфидно-медно-никелевое в Мурманской области, а также россыпные Кондёр в Хабаровском крае, Левтыринываям в Камчатском крае, реки Лобва и Выйско-Исовское в Свердловской области. Крупнейшим платиновым самородком, найденным в России, является «Уральский гигант» массой 7860,5г, обнаруженный в 1904г. на Исовском прииске.

Самородную платину добывают на приисках, менее богаты рассыпные месторождения платины, которые разведываются, в основном, способом шлихового опробования.

Производство платины в виде порошка началось в 1805 году английским ученым У. Х. Волластоном из южноамериканской руды. Сегодня платину получают из концентрата платиновых металлов. Концентрат растворяют в царской водке, после чего добавляют этанол и сахарный сироп для удаления избытка HNO3. При этом иридий и палладий восстанавливаются до Ir3+ и Pd2+. Последующим добавлением хлорида аммония выделяют гексахлороплатинат(IV) аммония (Nh5)2PtCl6. Высушенный осадок прокаливают при 800—1000 °C Получаемую таким образом губчатую платину подвергают дальнейшей очистке повторным растворением в царской водке, осаждением (Nh5)2PtCl6 и прокаливанием остатка. Затем очищенную губчатую платину переплавляют в слитки. При восстановлении растворов солей платины химическим или электрохимическим способом получают мелкодисперсную платину — платиновую чернь.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Минералы платиновой группы в большинстве случаев встречаются в типичных магматических месторождениях, генетически связаннных с ультраосновными изверженными породами. Эти минералы в рудных телах выделяются в числе последних (после силикатов и окислов) в моменты, отвечающие гидротермальной стадии магматического процесса. Минералы платины, бедные палладием (поликсен, иридистая платина и др.), встречаются в месторождениях среди дунитов — оливиновых бесполевошпатовых пород, богатых магнезией и бедных кремнезёмом. При этом парагенетически они чрезвычайно тесно связаны с хромшпинелидами. Палладистая в никеле-палладистая платина преимущественно распространена в основных изверженных горных породах (норитах, габбро-норитах) и ассоциирует обычно с сульфидами: пирротином, халькопиритом и пентландитом. В экзогенных условиях в процессе разрушения коренных месторождений и пород образуются платиноносные россыпи. Большинство минералов подгруппы платины в этих условиях химически устойчивы. Платина в россыпях встречается в виде самородков, чешуек, пластин, лепёшек, конкреций, а также скелетных форм и губчатых выделений размером от 0,05 до 5 мм., иногда до 12 мм. Уплощенные и пластинчатые зёрна платины указывают на значительное удаление от коренных источников и переотложение. Дальность переноса платины в россыпях обычно не превышает 8 км., в косовых россыпях она больше. Палладистая и медистая разновидности платины в зоне гипергенеза могут «облагораживаться», теряя Pd, Cu, Ni. Содержание Cu и Ni, по А.Г. Бетехтину, в платине из россыпей может сокращаться более чем в 2 раза по сравнению с платиной коренного источника. В россыпях многих районов мира описаны новообразованная химически чистая платина и паладистая платина в виде натёчных форм радиально-лучистого строения.

ПРИМЕНЕНИЕ

Соединения платины (преимущественно, амминоплатинаты) применяются как цитостатики при терапии различных форм рака. Первым в клиническую практику был введен цисплатин (цис-дихлородиамминплатина(II)), однако в настоящее время применяются более эффективные карбоксилатные комплексы диамминплатины — карбоплатин и оксалиплатин.

Платина и её сплавы широко используются для производства ювелирных изделий.

Первые в мире платиновые монеты были выпущены и находились в обращении в Российской империи с 1828 по 1845 год. Чеканка началась с трехрублевиков. В 1829 г. «были учреждены платиновые дуплоны» (шестирублевики), а в 1830 г.— «квадрупли» (двенадцатирублевики). Были отчеканены следующие номиналы монет: достоинством 3, 6 и 12 рублей. Трехрублевиков было отчеканено 1 371 691 шт., шестирублевиков — 14 847 шт. и двенадцатирублевиков — 3474 шт.

Платина применялась при изготовлении знаков отличия за выдающиеся заслуги: из платины сделано изображение В. И. Ленина на советском ордене Ленина; из неё изготавливались советские орден «Победа», орден Суворова 1-й степени и орден Ушакова 1-й степени.

  • С первой четверти XIX века применялась в России в качестве легирующей добавки для производства высокопрочных сталей.
  • Платина применяется как катализатор (чаще всего в сплаве с родием, а также в виде платиновой черни — тонкого порошка платины, получаемой восстановлением её соединений).
  • Из платины изготавливают сосуды и мешалки, используемые при варке оптических стёкол.
  • Для изготовления стойкой химически и к сильному нагреву лабораторной посуды (тигли, ложки и др.).
  • Для изготовления постоянных магнитов с высокой коэрцитивной силой и остаточной намагниченностью (сплав трёх частей платины и одной части кобальта ПлК-78).
  • Специальные зеркала для лазерной техники.
  • Для изготовления долговечных и стабильных электрических контактов в виде сплавов с иридием, например, контактов электромагнитных реле (сплавы ПлИ-10, ПлИ-20, ПлИ-30).
  • Гальванические покрытия.
  • Перегонные реторты для производства плавиковой кислоты, получение хлорной кислоты.
  • Электроды для получения перхлоратов, перборатов, перкарбонатов, пероксодвусерной кислоты (фактически использование платины обуславливает все мировое производство перекиси водорода: электролиз серной кислоты — пероксодвусерная кислота — гидролиз — отгонка перекиси водорода).
  • Нерастворимые аноды в гальванотехнике.
  • Нагревательные элементы печей сопротивления.
  • Изготовление термометров сопротивления.
  • Покрытия для элементов СВЧ-техники (волноводы, аттенюаторы, элементы резонаторов).

Платина (англ. Platinum) — Pt

КЛАССИФИКАЦИЯ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

mineralpro.ru

Платина

Платина Свойства атома Химические свойства Термодинамические свойства простого вещества Кристаллическая решётка простого вещества
Атомный номер 78
Внешний вид простого вещества Тяжёлый мягкий серебристо-белый металл
Атомная масса (молярная масса) 195,08 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 139 пм
Энергия ионизации (первый электрон) 868,1(9,00) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d9 6s1
Ковалентный радиус 130 пм
Радиус иона (+4e) 65 (+2e) 80 пм
Электроотрицательность (по Полингу) 2,28
Электродный потенциал Pt←Pt2+ 1,20В
Степени окисления 4, 2, 0
Плотность 21,45 г/см³
Молярная теплоёмкость 25,85[1] Дж/(K·моль)
Теплопроводность 71,6 Вт/(м·K)
Температура плавления 2045 K
Теплота плавления 21,76 кДж/моль
Температура кипения 4100 K
Теплота испарения ~470 кДж/моль
Молярный объём 9,10 см³/моль
Структура решётки кубическая гранецентрированая
Параметры решётки 3,920 Å
Отношение c/a n/a
Температура Дебая 230,00 K
Pt 78
195,08
4f145d96s1
Платина

Платина — 78 элемент периодической таблицы, атомная масса 195,08; благородный металл серо-стального цвета. В Старом Свете платина не была известна, однако цивилизации Анд (инки и чибча) добывали и использовали её с незапамятных времён. В Европе платина была неизвестна до XVIII века.

В 1735 году испанский король издаёт указ, повелевающей платину впредь в Испанию не ввозить. При разработке россыпей в Колумбии повелевалось тщательно отделять её от золота и топить под надзором королевских чиновников в глубоких местах речки Рио-дель-Пинто, которую стали именовать Платино-дель-Пинто. А ту платину, которая уже привезена в Испанию, повелевалось всенародно и торжественно утопить в море. В 1748 году испанский математик и мореплаватель А. де Ульоа первым привез на европейский континент образцы самородной платины, найденной в Перу. Впервые в чистом виде из руд платина была получена английским химиком У. Волластоном в 1803 году итальянский химик Джилиус Скалигер в 1835 году открыл неразложимость платины и таким образом доказал, что она является независимым химическим элементом.

В России еще в 1819 году в россыпном золоте, добытом на Урале был обнаружен «новый сибирский металл». Сначала его называли белым золотом, платина встречалась на Верх-Исетских, а затем и на Невьянских и Билимбаевских приисках. Богатые россыпи платины были открыты во второй половине 1824 года, а на следующий год в России началась ее добыча.

Происхождение названия

Название платине было дано испанскими конкистадорами, которые в середине XVI в. впервые познакомились в Южной Америке (на территории современной Колумбии) с новым металлом, внешне похожим на серебро (plata). Слово исп. Platina буквально означает «маленькое серебро», «серебришко» (платина против серебра стоила вдвое дешевле). Объясняется такое пренебрежительное название исключительной тугоплавкостью платины, которая не поддавалась переплавке, долгое время не находила применения и ценилась вдвое ниже, чем серебро.

Получение

Самородную платину добывают на приисках (см. подробнее в статье Благородные металлы)

Производство платины в виде порошка началось в 1805 английским ученым У. Х. Волластоном из южноамериканской руды. Сегодня платину получают из концентрата платиновых металлов. Концентрат растворяют в царской водке, после чего добавляют этанол и сахарный сироп для удаления избытка HNO3. При этом иридий и палладий восстанавливаются до Ir3+ и Pd2+. Последующим добавлением хлорида аммония выделяют (Nh5)2PtCl6. Высушенный осадок прокаливают при 800-1000°C: (Nh5)2PtCl6 = N2 + 6HCl + Pt + h3. Получаемую таким образом губчатую платину подвергают дальнейшей очистке повторным растворением в царской водке, осаждением (Nh5)2PtCl6 и прокаливанием остатка. Затем очищенную губчатую платину переплавляют в слитки. При восстановлении платиновых растворов химическим или электрохимическим способом получают мелкодисперсную платину — платиновую чернь.

Физические свойства

Серовато-белый пластичный металл, температуры плавления и кипения — 1769 °C и 3800 °C, удельное электрическое сопротивление — 0,098 мкОм•м. Платина — один из самых тяжелых (плотность 21,5 г/см³; атомная плотность 6.62•1022 ат/см³) и самых редких металлов: среднее содержание в земной коре 5•10−7% по массе.

Химические свойства

По химическим свойствам платина похожа на палладий, но проявляет большую химическую устойчивость. Реагирует только с горячей царской водкой: 3Pt + 4HNO3 + 18HCl = 3h3[PtCl6] + 4NO + 8h3O

Платина медленно растворяется в горячей серной кислоте и жидком броме. Она не взаимодействует с другими минеральными и органическими кислотами. При нагревании реагирует со щелочами и пероксидом натрия, галогенами (особенно в присутствии галогенидов щелочных металлов): Pt + 2Cl2 + 2NaCl = Na2[PtCl6]. При нагревании платина реагирует с серой, селеном, теллуром, углеродом и кремнием. Как и палладий, платина может растворять молекулярный водород, но объем поглощаемого водорода меньше и способность его отдавать при нагревании у платины меньше.

При нагревании платина реагирует с кислородом с образованием летучих оксидов. Выделены следующие оксиды платины: черный PtO, коричневый PtO2, красновато-коричневый PtO3, а также Pt2O3 и Pt3O4.

Для платины известны гидроксиды Pt(OH)2 и Pt(OH)4. Получают их при щелочном гидролизе соответствующих хлорплатинатов, например: Na2PtCl4 + 2NaOH = 4NaCl + Pt(OH)2I, Na2PtCl6 + 4NaOH = 6NaCl + Pt(OH)4I. Эти гидроксиды проявляют амфотерные свойства: Pt(OH)2 + 2NaOH = Na2[Pt(OH)4], Pt(OH)2 +4HCl = h3[PtCl4] + 2h3O, Pt(OH)4 + 6HCl = h3[PtCl6] + 4h3O, Pt(OH)4 + 2NaOH = Na2[Pt(OH)6]. Гексафторид PtF6 — один из сильнейших окислителей, способный окислить молекулы кислорода, ксенона или NO: O2 + PtF6 = O2+[PtF6]-.

C обнаруженного Н. Бартлеттом взаимодействия между Хе и PtF6, приводящего к образованию XePtF6, началась химия инертных газов. PtF6 получают фторированием платины при 1000 °C под давлением. Фторирование платины при нормальным давлении и температуре 350—400 °C даёт фторид Pt(IV): Pt + 2F2 = PtF4 Фториды платины гигроскопичны и разлагаются водой. Тетрахлорид платины (IV) с водой образует гидраты PtCl4·nh3O, где n = 1, 4, 5 и 7. Растворением PtCl4 в соляной кислоте получают платинохлористоводородные кислоты H[PtCl5] и h3[PtCl6]. Синтезированы такие галогениды платины как PtBr4, PtCl2, PtCl2·2PtCl3, PtBr2 и PtI2. Для платины характерно образование комплексных соединений состава [PtX4]2— и [PtX6]2-. Изучая комплексы платины, А. Вернер сформулировал теорию комплексных соединений и объяснил природу возникновения изомеров в комплексных соединениях.

Реакционная способность

Монета 3 рубля, 1834

Платина является одним из самых инертных металлов. Она нерастворима в кислотах и щелочах, за исключением царской водки. Платина также непосредственно реагирует с бромом, растворяясь в нём.

При нагревании платина становится более реакционноспособной. Она реагирует с пероксидами, а при контакте с кислородом воздуха — с щелочами. Тонкая платиновая проволока горит во фторе с выделением большого количества тепла. Реакции с другими неметаллами (хлором, серой, фосфором) происходят менее охотно. При более сильном нагревании платина реагирует с углеродом и кремнием, образуя твёрдые растворы, аналогично металлам группы железа.

В своих соединениях платина проявляет почти все степени окисления от 0 до +8, из которых наиболее устойчивы +2 и +4. Для платины характерно образование многочисленных комплексных соединений, которых известно много сотен. Многие из них носят имена изучавших их химиков (соли Косса, Магнуса, Пейроне, Цейзе, Чугаева и т. д.). Большой вклад в изучение таких соединений внес русский химик Л. А. Чугаев (1873−1922), первый директор созданного в 1918 году Института по изучению платины.

Гексафторид платины PtF6 является одним из сильнейших окислителей среди всех известных химических соединений. С помощью него, в частности, канадский химик Нейл Бартлетт в 1962 году получил первое настоящее химическое соединение ксенона XePtF6.

Катализатор

Платина, особенно в мелкодисперсном состоянии, является очень активным катализатором многих химических реакций, в том числе используемых в промышленных масштабах. Например, платина катализирует реакцию присоединения водорода к ароматическим соединениям даже при комнатной температуре и атмосферном давлении водорода. Еще в 1821 немецкий химик И. В.Дёберейнер обнаружил, что платиновая чернь способствует протеканию ряда химических реакций; при этом сама платина не претерпевала изменений. Так, платиновая чернь окисляла пары винного спирта до уксусной кислоты уже при обычной температуре. Через два года Дёберейнер открыл способность губчатой платины при комнатной температуре воспламенять водород. Если смесь водорода и кислорода (гремучий газ) ввести в соприкосновение с платиновой чернью или с губчатой платиной, то сначала идет сравнительно спокойная реакция горения. Но так как эта реакция сопровождается выделением большого количества теплоты, платиновая губка раскаляется, и гремучий газ взрывается. На основании своего открытия Дёберейнер сконструировал «водородное огниво» — прибор, широко применявшийся для получения огня до изобретения спичек.

Производство

До 1748 г. платина добывалась и производилась только на территории Америки и в Старом Свете не была известна.

Когда платину стали завозить в Европу её цена была вдвое ниже серебра. Ювелиры очень быстро обнаружили, что платина хорошо сплавляется с золотом, а так как плотность платины выше чем у золота, то незначительные добавки серебра позволила изготавливать подделки, которые невозможно было отличить от золотых изделий. Такого рода подделки получили столь широкое распространение, что испанский король приказал прекратить ввоз платины, а оставшиеся запасы утопить в море. Этот закон просуществовал до 1778 года. После отмены закона потребность в платине была небольшой, её использовали в основном для создания химического оборудования, приспособлений и в качестве катализаторов. Добываемой в Америке платины для этих целей было достаточно. Ни о каком значимом промышленном производстве говорить не приходится.

В 1819 году платину впервые обнаружили на Урале близ Екатеринбурга, а в 1824 г. были открыты платиновые россыпи в Нижнетагильском округе. Разведанные запасы платины были столь велики, что Россия почти сразу заняла первое место в мире по добыче этого метала. Только в 1828 году в России было добыто 1,5 т платины — больше, чем за 100 лет в Южной Америке. К концу XIX века в России добывалось платины в 40 раз больше чем во всех остальных странах мира. Причем, представлена она была и весьма увесистыми самородками. Например, один из найденных на Урале самородков весил 9,6 кг.

К середине XIX в. в Англии и Франции были проведены обширные исследования по аффинажу платины. В 1859 году французский химик Анри Этьен Сент-Клер Девиль впервые разработал промышленный способ получения слитков чистой платины. С этого времени, почти вся добываемая на Урале платина скупалась английскими и французскими фирмами, в частности, «Джонсон, Маттей и К°». Позже к закупкам платины у России подключились американские и немецкие компании.

Даже после значительных зарубежных закупок, большая часть добываемой Россией платины не находила достойного применения. Поэтому, начиная с 1828 года, по предложения министра финансов Егора Канкрина, в России начали выпускать платиновые монеты номиналом 3,6 и 12 рублей. При этом, 12-рублевая платиновая монета имела массу 41,41 г, а в рублевой серебряной монете было 18 г чистого серебра. То есть по стоимости металла платиновые монеты были дороже серебряных в 5,2 раза. С 1828 по 1845 гг. было выпушено 1 372 000 трехрублевых монет, 17 582 шестирублевых и 3 303 двенадцатирублевых общей массой 14,7 т. Основную выгоду от добычи получали владельцы рудников — Демидовы. Оцените, — только в 1840 было добыто 3,4 т платины. В 1845 году, по настоянию министра финансов Фёдора Вронченко выпуск платиновых монет был прекращён и все они были срочно изъяты из обращения. Основной версией столь поспешного шага считается повышение европейских цен на платину, в результате которого монеты стали дороже номинала. После прекращения чеканки монет производство платины в России упало в 20 раз и к 1915 году на долю России приходилось лишь 95 % от мирового производства платины. Оставшиеся 5 % производила Колумбия. Причем, почти вся российская платина поступала на экспорт. Например, в 1867 году Англия скупила весь запас российской платины — более 16 т.

К концу XIX в. Россия производила 4,5 т. платины в год.

До Первой мировой войны второй после России страной по объемам добычи платины была Колумбия; с 1930-х гг. стала Канада, а после Второй мировой войны — Южная Африка.

В 1952 году Колумбия добыла 0,75 т платины, США — 0,88 т, в Канада — 3,75 т, а Южно-Африканский Союз — 7,2 т. В СССР данные по добыче платины были засекречены.

В 2007 году в мире было добыто 213 т платины, а в 2008 году — 200 т. Лидерами добычи были: ЮАР (в 2007 году добыто 166,0 т, а в 2008 году — 153,0 т), Россия (27,0/25,0), Канада (6,2/7,2), Зимбабве (5,3/5,6), США (3,9/3,7), Колумбия (1,4/1,7).[3]

Лидером добычи платины в России является ГМК «Норильский никель».

Разведанные мировые запасы металлов платиновой группы составляют около 80 000 т и распределены, в основном, между Южной Африкой (87,5 %), Россией (8,3 %) и США (2,5 %).

Применение

В технике

  • С первой четверти XIX века применялась в России в качестве легирующей добавки для производства высокопрочных сталей[4]
  • Платина применяется как катализатор (чаще всего в сплаве с родием, а также в виде платиновой черни — тонкого порошка платины, получаемой восстановлением ее соединений).
  • Платина применяется в ювелирном и зубоврачебном деле, а также в медицине.
  • Изготовление стойкой химически и к нагреванию лабораторной посуды.
  • Изготовление миниатюрных магнитов огромной силы (сплав платина-кобальт, ПлК-78).
  • Специальные зеркала для лазерной техники.
  • Чрезвычайно долговечные и стабильные электроконтакты и сплавы для радиотехники (ПлИ-10, ПлИ-20, ПлИ-30 (платина-иридий).
  • Гальванические покрытия.
  • Перегонные реторты для производства плавиковой кислоты.
  • Электроды для получения перхлоратов, перборатов, перкарбонатов, пероксодвусерной кислоты (фактически на платине держится все мировое производство перекиси водорода: электролиз серной кислоты — пероксодвусерная кислота — гидролиз — отгонка перекиси водорода).
  • Нерастворимые аноды в гальванотехнике.
  • Анодные штанги для защиты от коррозии корпусов подводных лодок.
  • Нагревательные элементы печей сопротивления.

В медицине

Соединения платины (преимущественно, тетрахлорплатинаты) применяются, как цитостатики («цис-платина»). Однако в настоящее время имеются более эффективные противораковые лекарственные средства.

В ювелирном деле

Платина и её сплавы широко используются для производства ювелирных изделий.

Ежегодно мировая ювелирная промышленность потребляет около 50 тонн платины. До 2001 года большая часть ювелирных изделий из платины потреблялась в Японии. С 2001 года на долю Китая приходится примерно 50 % мировых продаж. В 1980 г. Китай потреблял около 1 % ювелирных изделий из платины. В настоящее время в Китае ежегодно продаётся около 10 млн изделий из платины общей массой около 25 тонн.

Российский спрос на ювелирную платину составляет 0,1 % от мирового уровня.

Монетарная функция

Основная статья: Платиновые монеты

Платиновая монета 1835 года номиналом 12 рублей.

Платина, золото и серебро — основные металлы, выполняющие монетарную функцию. Однако платину стали использовать для изготовления монет на несколько тысячелетий позже золота и серебра.

Первые в мире платиновые монеты были выпущены и находились в обращении в Российской империи с 1828 по 1845 год. Чеканка началась с трехрублевиков. В 1829 г. «были учреждены платиновые дуплоны» (шестирублевики), а в 1830 г.— «квадрупли» (двенадцати-рублевики). Были отчеканены следующие номиналы монет: достоинством 3, 6 и 12 рублей. Трехрублевиков было отчеканено 1 371 691 шт., шестирубле-виков — 14 847 шт. и двенадцатирублевиков — 3474 шт.[2]

В 1846 г. чеканка платиновой монеты была прекращена, хотя к этому году добыча уральской платины составила около 2000 пудов или 32 000 кг, из которых в монету было перечеканено 14 669 кг. Громадной количество платины, скопившейся на Петербургском монетном дворе частью в виде монеты, а частью в необработанном виде (по разным данным от 720 до 2000 пудов), было продано английской фирме Джонсон, Маттэ и Ко. В результате Англия, которая не добывала ни одного грамма платины, долго была в этой отрасли монополистом.[5]

После 1846 года ни одна страна не позволяла себе «роскоши» вводить в обращение платиновые монеты. Выпускаемые разными странами в настоящее время платиновые монеты являются инвестиционными монетами. В период с 1992 по 1995 год инвестиционные платиновые монеты номиналами 25, 50 и 150 рублей выпускал Банк России.

Биологическая роль

Интересные факты

  • Самым крупным существующим в настоящий момент платиновым самородком является «Уральский гигант» весом 7 кг 860,5 г. Хранится в Алмазном фонде Московского Кремля.
  • В Южной Америке в XVII веке платину считали «поддельным серебром» и однажды её запасы для предотвращения фальшивомонетничества утопили в океане.
  • Первые в мире монеты из платины были выпущены в России (см. Платиновые монеты).
  • В цикле рассказов Айзека Азимова «Я, робот» и других его произведениях позитронный мозг роботов сделан из губчатой платины (точнее — сплава платины и иридия).

Дополнительная информация

Металлы платиновой группы

himsnab-spb.ru

§ 2. Платиновые металлы

Все платиновые металлы относятся к числу мало распространенных элементов. Содержание каждого из них в земной коре оценивается следующими величинами (в %):

Скопления платиновых металлов встречаются очень редко и содержат их почти исключительно в самородном состоянии, как незначительную примесь к другим продуктам выветривания горных пород. Количество самой платины в подобных россыпях (аналогичных золотым) обычно бывает гораздо больше, чем остальных металлов платиновой группы. Отделение последних от платины и друг от друга представляет значительные трудности, чем отчасти и обусловлена высокая стоимость рассматриваемых элементов.

1) Ежегодная мировая добыча платиновых металлов составляет около 25 т. Значительные количества палладия (и платины) получают не из платиновых месторождений, а как побочный продукт при переработке никелевых руд. Размеры добычи платины и палладия гораздо больше, чем остальных платиновых металлов.

В свободном состоянии элементы платиновой группы представляют собой тугоплавкие и труднолетучие металлы, по плотности разделяемые иногда на легкие (Ru, Rh, Pd) и тяжелые (Os, Ir, Pt). Их важнейшие константы сопоставлены ниже:

Палладий и платина хорошо поддаются механической обработке, тогда как Ru, Rh, Os и Ir более тверды и хрупки. Для большинства элементов платиновой группы характерна способность поглощать некоторые газы, в частности водород.

2) Наименее активен по отношению к водороду осмий, в компактном состоянии практически не поглощающий этого газа. Наиболее активен палладий, один объем которого способен при обычной температуре поглотить более 700 объемов водорода. Металл при этом вспучивается, становится хрупким и покрывается трещинками. Растворимость водорода в платине гораздо меньше, чем в палладии (причем заметна лишь при повышенных –температурах). Напротив, кислород платина растворяет лучше палладия: при 450 °С один объем платины может поглотить около 70 объемов кислорода, а один объем палладия – 0,07 объема.

По отношению к химическим воздействиям элементы платиновой группы чрезвычайно устойчивы. В виде компактных металлов большинство из них (кроме Pd и Pt) нерастворимо не только в обычных кислотах, но и в царской водке. Последняя легко растворяет платину, а палладий растворим также в HNO3 .

Даже наиболее активные металлоиды при обычных температурах на компактные платиновые металлы не действуют. Более или менее энергичное взаимодействие может быть вызвано нагреванием, причем наблюдаются интересные индивидуальные особенности отдельных элементов: по отношению к кислороду устойчивее других металлов платина, по отношению к сере – рутений, по отношению к хлору – иридий, по отношению к фтору – родий. Наиболее энергично реакции протекают у осмия, тонкий порошок которого медленно окисляется на воздухе (до OsO4 ) даже при обычных условиях. Меньшая химическая устойчивость в очень мелко раздробленном состоянии {в виде «черни») по сравнению с компактным характерна и для других платиновых металлов.

Наибольшее практическое значение из элементов платиновой группы имеет сама платина. Она служит для выработки отдельных частей аппаратуры химических заводов, нагревательной обмотки электрических печей, приборов для измерения высоких температур и т. д. Весьма важное применение находит она также в качестве катализатора при различных производственных процессах химической промышленности. Однако около половины всей мировой добычи платины тратится малопроизводительно путем использования ее в ювелирном и зубоврачебном деле.

Соединения элементов платиновой группы сколько–нибудь значительного практического применения пока не находят. Они весьма многочисленны и разнообразны по типам, так как у отдельных металлов известны производные, отвечающие самым различным валентностям – от I до VIII. Однако некоторые из последних малохарактерны и встречаются лишь как исключения. Все элементы платиновой группы отличаются чрезвычайно сильно выражений тенденцией к комплексообразованию.

Производные двухвалентных элементов особенно характерны для палладия и отчасти платины. Последняя образует очень большое число комплексных соединений, но лишь немного простых. Напротив, для палладия двухвалентное состояние является наиболее устойчивым и в том и в другом случае.

Из простых соединений Pd2+наиболее важны его соли, большая часть которых легкорастворима. В растворе уже при обычной температуре PdCl2 легко восстанавливается до металла под действием окиси углерода:

PdCl2 + Н2 О + СО = СО2 + 2НСl + Pd

На этом основано его применение для открытия СО.

Комплексные производные двухвалентных палладия и платины весьма многочисленны и разнообразны по составу. Наиболее устойчивым из них является платиносинеродистая кислота – h3 [Pt(CN)4 ]. Весьма характерны для платины также хлороплатиниты – соли комплексной кислоты h3 [PtCl4 ].

Соединения трехвалентных элементов наиболее характерны для родия и иридия. Их гидроокиси – желтая Rh(OH)3 и зеленая Ir(ОН)3 – практически нерастворимы в воде. Обе они характеризуются слабо выраженными основными свойствами, а при нагревании легко теряют воду, переходя в черные окислы Э2 О3 . Помимо обычных солей, для обоих элементов известно очень много разнообразных комплексных соединений.

Отвечающие четырехвалентным элементам двуокиси ЭО2 известны для всех платиновых металлов (частично – лишь в форме гидратов). Другие производные этой валентности особенно характерны для самой платины. Красно–коричневая Pt(OH)4 растворима ив кислотах и в сильных щелочах, причем продуктами взаимодействия являются, как правило, не простые соли, а комплексные соединения. Например, взаимодействие с NaOH и НСl протекает по схемам:

2NaOH + Pt(OH)4 = Na2 [Pt(OH)6 ]

Pt(OH)4 + 6HCl = h3 [PtCl6 ] + 4h3 O

Образование комплексных аммиакатов характерно лишь для платины, причем большинство их отвечает типам [Pt(Nh4 )6 ]X4 и [Pt(Nh4) 4X2 ]X2 . Напротив, анионные комплексы общей формулы М2 [ЭХ6 ] (где X большей частью галоид) известны для всех металлов платиновой группы. Устойчивость их наибольшая у производных платины.

Являющаяся обычным продажным препаратом этого элемента свободная платинохлористоводородная кислота (h3 [PtCl6 ]) может быть получена растворением платины в насыщенной хлором соляной кислоте:

Pt + 2Сl2 + 2НСl = h3 [PtCl6 ]

Образованием желтых осадков труднорастворимых хлороплатинатов Nh5 +, K+, Rb+и Cs+пользуются иногда для открытия перечисленных катионов.

Производные шестивалентных элементов наиболее характерны для осмия и рутения. Оба металла при сплавлении их со щелочами в присутствии окислителей образуют соли осмиевой или рутениевой кислоты общей формулы М2 ЭО4 по схеме, например:

Э + 3KNO3 + 2КОН = К2 ЭО4 + 3KNO2 + Н2 О

Как осматы, так и рутенаты в обычных условиях довольно неустойчивы, однако типичный для них характер изменений существенно различен. Рутенаты легко восстанавливаются до RuO2 , которая является наиболее устойчивым кислородным соединением рутения. Напротив, осматы легко окисляются до OsO4 .

Соединения восьмивалентных элементов известны только для осмия и рутения. Взаимодействие порошка металлического осмия с фтором около 250°С ведет к образованию бесцветных паров OsF4 , при охлаждении сгущающихся в лимонно–желтые кристаллы (т. пл. 34 °С, т. кип. 48 °С). С химической стороны восьми–фтористый осмий характеризуется резко выраженными окислительными свойствами. Водой он постепенно разлагается по уравнению:

OsF8 + 4Н2 О = 8HF + OsO4

Четырехокись осмия является наиболее устойчивым при обычных условиях окислом этого элемента и медленно образуется из мелко раздробленного металла и его соединений уже при хранении на воздухе. Четырехокись рутения может быть получена обработкой раствора K2 RuO4 избытком хлора (K2 RuO4 + Cl2 = 2KCl + RuO4 ). Обе четырехокиси представляют собой легколетучие кристаллические вещества бледно–желтого (OsO4 ) или золотисто–желтого (RuO4 ) цвета. В воде они довольно хорошо растворимы, причем растворы не показывают кислой реакции на лакмус.

Хотя сильными окислителями являются обе четырехокиси, однако различие их устойчивости проявляется довольно отчетливо. В то время как OsO4 кипит при 131 °С без разложения, четырехокись рутения при нагревании до 108 °С со взрывом распадается на RuO2 и кислород. При обычных условиях и без соприкосновения с восстановителями OsO4 изменениям не подвергается, тогда как RuO4 может сохраняться только в отсутствие света и влаги. Четырехокись осмия хорошо растворима в спирте, причем восстанавливается им до OsO2 лишь медленно, a RuO4 при соприкосновении со спиртом взрывает. В общем, следовательно, RuO4 значительно менее устойчива, чем OsO4 , и ее окислительные свойства выражены резче. Пары обеих четырехокисей весьма ядовиты.

При всем многообразии образуемых элементами платиновойгруппы соединений основное для химии их практическое использование связано с каталитическими свойствами самих металлов. Ускоряя разнообразные химические процессы, они иногдаособенно способствуют реакциям, протекающим при участии газообразного водорода. Наиболее интересен с этой стороны палладий, в присутствии которого водород уже на холоду и в темноте восстанавливает хлор, бром, иод и кислород, переводит SO2 в h3 S, СlO3 в Cl–, FeCl3 в FeCl2 и т. д. При одновременном наличии кислорода и воды насыщенный водородом палладий способен превращать N2 в Nh5 NO2 , т. е. осуществлять связывание свободного азота в обычных условиях температуры и давления.

3) Так как каталитическая активность металла тем больше, чем сильнее развита его поверхность, при изготовлении катализаторов стараются по возможности ее увеличить. С этой целью металл часто осаждают на каком–нибудь индифферентном пористом материале, например асбесте. В частности, платинированный асбест может быть получен пропиткой асбеста разбавленным (1–2%) раствором h3 [PtCl6 ] с последующим его прокаливанием (что вызывает распад по уравнению:

h3 [PtCl6 ] = 2HCl + 2Cl2 + Pt).

Однако металлические катализаторы часто готовят и без индифферентной основы. Та или иная наиболее удобная для каждого конкретного случая степень дробления металла достигается при этом применением различных методов его выделения. Например, губчатая платина может быть получена слабым прокаливанием (Nh5 )2 [PtCl6 ], содержащая более мелко раздробленный металл платиновая чернь – восстановлением раствора h3 [PtCl6 ] металлическим цинком

h3 [PtCl6 ] + 3Zn = 3ZnCl2 + h3 + Pt)

а еще более раздробленная коллоидная платина – восстановлением того же раствора хлористым оловом

h3 [PtCl6 ] + 2SnCl2 = 2SnCl4 + 2HCl + Pt

Несмотря на многие отдельные различия, платиновые металлы в общем похожи на элементы семейства железа. И те и другие являются серебристо–белыми или серыми металлами, характеризующимися трудной летучестью, причем их температуры плавления в группе изменяются довольно закономерно, уменьшаясь при переходе снизу вверх и слева направо (наиболее тугоплавок осмий, наименее – никель) Для всех металлов VIII группы характерна высокая каталитическая активность. Их ионы проявляют сильно выраженную тенденцию к комплексообразованию. Производящиеся от них соединения в подавляющем большинстве окрашены.

Почти все элементы VIII группы образуют соединения, отвечающие нескольким различным валентностям, причем изменение последних осуществляется сравнительно легко. При переходе в группе снизу вверх и слева направо наиболее типичная для того или иного элемента валентность в общем, как это видно из приводимого сопоставления, понижается:

Между элементами вертикальных столбцов проявляются отдельные черты и более близкого сходства. Например, для всехкленов ряда Со, Rh, Ir (в противоположность остальным элементам группы) характерно образование аммиакатов типа [Э(NН3 )6 ]Х3 . Члены ряда Fe, Ru, Os являются особенно активными катализаторами при синтезе аммиака из элементов, a Ni, Pd и Pt – при реакциях присоединения водорода к органическим соединениям. Для Fe, Ru и Os кислородные соединения характернее сернистых, тогда как в ряду Ni, Pd, Pt наблюдается обратное. В этом, равно как и в некоторых других отношениях, Fe, Ru и Os похожи на Мn, Тс и Re, a Ni, Pd и Pt – на Cu, Ag и Au. По своим химическим свойствам члены VIII группы являются таким образом переходными между примыкающими к ним элементами подгруппы марганца, с одной стороны, и подгруппы меди – с другой.

Еще по теме:

  • ПЛАТИНОВЫЕ МЕТАЛЛЫ - химическая энциклопедия
___

www.xumuk.ru


Смотрите также