Платина, Platinum, Pt (78)

Платина (англ. Platinum, франц. Platine, нем. Platin), вероятно, была известна еще в древности. Первое описание платины как металла весьма огнестойкого, который можно расплавить лишь с помощью "испанского искусства", сделал итальянский врач Скалингер в 1557 г. По-видимому, тогда же металл получил и свое название "платина". Оно отображает пренебрежительное отношение к металлу, как мало к чему пригодному и не поддающемуся обработке. Слово "платина" произошло от испанского названия серебра - плата (Plata) и представляет собой уменьшительную форму этого слова, которое по-русски звучит, как серебрецо, серебришко (по Менделееву - серебрец). Интересно отметить, что слово платина созвучно русскому "плата" (платить, оплата и пр.) и близко ему по смыслу. В XVII в. платина называлась Platina del Pinto, так как она добывалась в золотистом песке реки Пинто в Южной Америке; существовало и другое название подобного рода - Platina del Tinto от реки Rio del Tinto в Андалузии. Более подробно платину описал в 1748 г. де Уоллоа - испанский математик, мореплаватель и торговец. Начиная со второй половины XVIII в. платиной, ее свойствами, методами переработки и использования стали интересоваться многие химики-аналитики и технологи, в том числе и ученые Петербургской академии наук. Наиболее важные работы в этой области в первой половине XIX в.- это создание методов получения ковкой платины (Соболевский, Волластон и др.), открытие ее некоторых соединений (Мусин-Пушкин и др.) и металлов платиновой группы.

Обозначается знаком Pt.

История платины

Древний мир уже знал металлическую платину. При археологических раскопках в Египте в руинах древних Фив был найден художественной работы футляр, относимый специалистами к VII в. до н. э. В этой реликвии древнего мира находилось зерно богатой иридием платины.

В начале I в. н. э. промывальщики золотоносных песков в Испании и Португалии стали проявлять заметный интерес к полезному использованию «белого свинца», или «белого золота», как тогда называли платину. По свидетельству римского писателя Плиния Старшего (автора 37-томной книги «Естественная история»), «белый свинец » добывался из золотых россыпей Валиссии (Северо-западная Испания) и Лузитании (Португалия). Плиний рассказывает, что «белый свинец» собирался при промывке вместе с золотом на дно корзин и плавился отдельно.

Задолго до захвата Южной Америки испанскими и португальскими конкистадорами - платина добывалась культурным туземным народом - инками, не только владевшими секретом очистки и ковки этого драгоценного металла, но и умевшими искусно выделывать из него различные предметы и украшения.

Эпоха падения Римской империи знаменуется исчезновением из обихода ювелиров и торговцев драгоценностями из платины. Прошло много столетий, и только во второй половине XVIII в. платиной и ее физико-химическими свойствами начали интересоваться ученые.

В 1735 году испанский математик Антонио де-Ульоа, находясь в Экваториальной Колумбии, обратил внимание на частое нахождение совместно с золотом неизвестного ему металла, блеск которого несколько напоминал блеск серебра, но всеми прочими качествами более походившего на золото . Этот диковинный металл заинтересовал де-Ульоа, и он привез в Испанию образцы колумбийской платины.

В XVIII столетии, когда платина еще не имела промышленного применения, ее подмешивали к золоту и к золотым и серебряным изделиям. Об этой «порче» драгоценных металлов узнало испанское правительство. Опасаясь возможности массовой подделки золотой монеты, оно решило уничтожать всю платину, добываемую совместно с золотом в колониальных владениях королевства. В 1735 году был издан декрет, предписывавший уничтожать всю добывающуюся в Колумбии платину. Этот декрет действовал несколько десятилетий. Специальные чиновники в присутствии свидетелей периодически бросали наличные запасы платины в реку.

В конце XVIII в. испанские короли сами стали «портить» золотую монету, подмешивая к ней платину.

Техническое использование платины

В 1752 году директор шведского монетного двора Шеффер объявил об открытии им нового химического элемента - платины. Спутники платины - палладий, иридий, родий, рутений и осмий - были открыты значительно позднее, в XIX веке. Шесть перечисленных химических элементов, стоящих в восьмой группе периодической системы Менделеева, составляют группу, именуемую платиновыми металлами. Все эти металлы обладают многими сходными физическими и химическими свойствами и встречаются в природе большей частью совместно.

На заре внедрения платины в технику ученые занимались ею большей частью из одного любопытства, но по мере углубленного изучения свойств платины она довольно быстро начала находить широкое применение, особенно в химической промышленности. Оказалось, что платина растворима только в царской водке, нерастворима в кислотах и постоянна при накаливании.

Вслед за появлением первых образцов химической посуды, изготовленной из платины, ее начали применять для изготовления перегонных аппаратов для серной кислоты. С этого момента стал резко увеличиваться рост обработки платины, так как ею стали пользоваться в производстве кислотоупорной и жароустойчивой лабораторной химической аппаратуры, инструментов и различных приборов (тиглей, колб, котлов, щипцов и т. д).

В пирометрии используют исключительную устойчивость платины и ее сплавов к высоким температурам.

Ценные, а порой незаменимые свойства платины и палладия уже давно используются в каталитических процессах. Значительное количество платины расходуется на изготовление контакта для сернокислотных заводов, где она служит катализатором при окислении сернистого газа в серный ангидрид. Платина в виде сетки служит катализатором при окислении аммиака в аппаратах различных систем. Многочисленные органические синтезы также требуют применения платинового катализатора. Палладиевый катализатор применяется в производстве синтетического аммиака и при получении некоторых органических препаратов. В производстве синтетического аммиака по Габеру-Росеннолю применяется также осмий.

В электротехнике платиновые металлы, как правило, применяются в виде сплавов. Вот далеко не полный список деталей электроаппаратов, где используются платиновые сплавы: иглы для выжигания, приборы для электрических измерений, электроды (катоды и антикатоды для рентгеновских трубок), проволоки и ленты для сопротивлений электрических печей, контакты магнето (автомобили, двигатели внутреннего сгорания), контактные точки (телеграфия, телефония), наконечники громоотводов и т. д.

В электрохимии платина применяется при получении различных электролитических продуктов. Медицина и зубоврачевание являются одними из старейших потребителей платины. Отметим также применение платины для хирургии в виде наконечников приборов, служащих для прижигания, шприцев для впрыскивания и вливания и т. п.

Ювелирное искусство занимает ведущее положение как потребитель платины в виде сплавов. Платиновые оправы для драгоценных камней дают лучший блеск и более чистую воду, чем оправы из других благородных металлов.

Наконец, в виде солей платина и ее спутники требуются для фотографии, для изготовления лекарственных препаратов (соли родия и рутения) и для приготовления красок по фарфору (родий, иридий - черная краска, палладий - серебристая).

Платина используется и в военном доле, например для изготовления контактов, служащих для производства детонации при взрыве мин, и т. п.

Применение платины

Добыча платины

Первое место в мировой добыче платины принадлежит району Онтарио в Канаде. Здесь в 1856 году были открыты крупные месторождения медно-никелевых руд Сюдбери, в которых на ряду с золотом и серебром присутствует и платина.

До первой мировой войны канадская платина не привлекала к себе внимания, и практический интерес к ней возник только в 1919 году, когда вследствие гражданской войны на Урале добыча русской платины сильно упала, и мировой рынок стал ощущать большой недостаток в этом ценном металле. С 1919 года шламы медно-никелевого производства Сюдбери стали подвергать тщательной переработке с целью извлечения металлов платиновой группы, тем более что себестоимость попутной добычи платины и ее спутников очень низка.

Второе место в мире по добыче платины занимает Россия. Заметные количества платины добываются в Колумбии. Из других стран, производящих платину, можно указать Эфиопию и Конго. Добытая непосредственно из недр платина, а также платина, полученная из руд, подвергается специальной обработке или аффинажу. Аффинаж состоит из обычных процессов, применяемых в небольших масштабах в практике аналитических лабораторий - растворения, выпаривания, фильтрования, осаждения и т. д. В результате этих операций получается чистая платина и раздельно ее спутники.

Добыча платины

Месторождения платины в России

Главной платиноносной провинцией Урала является западная зона глубинных изверженных пород, непрерывно прослеживающихся на протяжении 300 км в области Среднего Урала. Месторождения платины в этой зоне связаны, главным образом, с изверженными породами. При выветривании и разрушении этих пород и при перемывании продуктов выветривания реками образуются чисто платиновые россыпи, представляющие исключительную особенность Урала и давшие главную массу добытой до сих пор платины.

В области восточной зоны глубинных изверженных пород находится ряд менее ценных месторождений платины. Здесь платина встречается совместно с золотом и осмистым иридием. Благодаря разрушению и размыванию этих пород образуются смешанные золото-платиновые и золото-осмисто-иридиево-платиновые россыпи, менее ценные с точки зрения добычи платины, которая является здесь лишь примесью к золоту.

Уральская платина до войны 1914-1918 гг. занимала первое место на мировом рынке. В первой половине XIX в. (с 1828 по 1839 г.) в России из уральской платины чеканилась монета. Однако чеканка такой монеты была прекращена вследствие неустойчивости курса на платину и ввоза в Россию поддельной монеты.

Несмотря на то, что в России аффинажем платины начали заниматься тотчас же после открытия на Урале платиновых месторождений. до революции количество перерабатывавшейся в нашей стране платины составляло всего 10-13% добываемого металла. Большая часть сырой платины и полупродукты аффинажа вывозились за границу.

В Москве уже боле 100 лет существует аффинажный завод, где занимаются механической переработкой аффинированной платины и сплавов. Здесь же производят ковку, прокатку, протяжку проволоки, изготовление химической посуды, сетки электродов, контактов, пирометров, электронагревательных приборов и других изделий.

Московский аффинажный завод

ПЛАТИНА (лат. Platinum)

Общие сведения

Химический элемент таблицы Менделеева, металл.
Символ элемента : Pt.
Атомный номер : 78.
Положение в таблице : 6-й период, группа - VIIIB(10).
Относительная атомная масса : 195,083.
Степени окисления : +2, +3, +4, +6 и редко +5.
валентности : II, III, IV, V, VI.
Электроотрицательность : 2,2.
Электронная конфигурация : 5s 2 p 6 d 9 6 s 1 .
Платина состоит из четырех стабильных изотопов 194 Pt (32,9%), 195 Pt (33,8%), 196 Pt (25,2%), 198 Pt (7,2%) и двух слабо радиоактивных 190 Pt (0,013 %, период полураспадаТ 1/2 = 6,9·10 11 лет), 192 Pt (0,78 %,Т 1/2 = 10 15 лет).

Строение атома

Число электронов : 78.
Радиус атома 0,138 нм, ионный радиус иона Pt 2+ — 0,074 (координационное число 4), Pt 2+ — 0,094 (6), Pt 4+ — 0,0765 (6), Pt 5+ — 0.071 нм (6). Энергии ионизации Pt 0 — Pt + — Pt 2+ — Pt 3+ равны 9,0, 18,56, 23,6 эВ.

История открытия

Платина известна человечеству с древнейших времен. Изделия, содержащие платину, найдены при раскопках древнеегипетских гробниц и древнеиндейских поселений в Колумбии. Первое описание платины в Европе сделал А. де Ульолоа, который участвовал во французской экспедиции в 1736 с целью определения длины экватора. В его записях упоминается благородный металл platina, найденный в колумбийских золотых рудниках.
В 1741 южноамериканские образцы металла были доставлены в Европу, где сначала платину рассматривали как «белое золото». В середине 18 века была установлена элементарная природа платины. В настоящее время «белым золотом» называют сплавы золота и платины. Расплавить чистую платину удалось в 1783 А. Л. Лавуазье.

Получение

Производство платины в виде порошка началось в 1805 англичанином У. Х. Волластоном из южноамериканской руды.
В настоящее время платину получают из концентрата платиновых металлов. Концентрат растворяют в царской водке, после чего добавляют этанол и сахарный сироп для удаления избытка HNO 3 . При этом иридий и палладий восстанавливаются до Ir 3+ и Pd 2+ . Последующим добавлением хлорида аммония выделяют (NH 4) 2 PtCl 6 . Высушенный осадок прокаливают при 800-1000°C:
(NH 4) 2 PtCl 6 = N 2 + 6HCl + Pt + H 2 .
Получаемую таким образом губчатую платину подвергают дальнейшей очистке повторным растворением в царской водке, осаждением (NH 4) 2 PtCl 6 и прокаливанием остатка. Затем очищенную губчатую платину переплавляют в слитки. При восстановлении платиновых растворов химическим или электрохимическим способом получают мелкодисперсную платину — платиновую чернь.

Нахождение в природе

Платина — один из наиболее редких элементов, ее содержание в земной коре 5·10 -7 % по массе. Она встречается в природе в сульфидных, медно-никелевых и медно-молибденовых рудах, в виде самородков и самородных сплавов с иридием или палладием. Минералы платины: PtAs 2 (сперрилит), PtS (куперит), (Pt,Pd,Ni)S (брэггит).

Физические и химические свойства

Платина — тугоплавкий тяжелый (плотность при 20°C 21,45 г/см 3) серебристо-белый металл. Имеет кубическую гранецентрированную решетку,a = 0,392 нм. Температура плавления 1769°C, кипения 4170°C. Проявляет свойства парамагнетика. Металлическая платина хорошо поддается прокату и сварке. В ряду стандартных потенциалов платина расположена правее водорода и с неокисляющими кислотами и водой не реагирует.
По химическим свойствам платина похожа на палладий, но проявляет большую химическую устойчивость. Реагирует только с горячей царской водкой:
3Pt + 4HNO 3 +18HCl = 3H 2 + 4NO + 8H 2 O
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 + 2Cl 2 + 2NaCl = Na 2 .
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 PtO 2 , красновато-коричневый PtO 3 , а также Pt 2 O 3 и Pt 3 O 4 .
Для платины известны гидроксиды Pt(OH) 2 и Pt(OH) 4 . Получают их при щелочном гидролизе соответствующих хлорплатинатов, например:
Na 2 PtCl 4 + 2NaOH = 4NaCl + Pt(OH) 2 (осадок) ,
Na 2 PtCl 6 + 4NaOH = 6NaCl + Pt(OH) 4 (осадок) .
Эти гидроксиды проявляют амфотерные свойства:
Pt(OH) 2 + 2NaOH = Na 2 ,
Pt(OH) 2 +4HCl = H 2 + 2H 2 O,
Pt(OH) 4 + 6HCl = H 2 + 4H 2 O,
Pt(OH) 4 + 2NaOH = Na 2 .
Гексафторид PtF 6 — один из сильнейших окислителей, способный окислить молекулы кислорода, ксенона или NO:
O 2 + PtF 6 = O 2 + - .
C обнаруженного Н. Бартлеттом взаимодействия между Хе и PtF 6 , приводящего к образованию XePtF 6 , началась химия инертных газов. PtF 6 получают фторированием платины при 1000 °C под давлением.
Фторирование платины при нормальным давлении и температуре 350-400 °C дает фторид Pt(IV):
Pt + 2F 2 = PtF 4
Фториды платины гигроскопичны и разлагаются водой.
Тетрахлорид платины (IV) с водой образует гидраты PtCl 4 ·nH 2 O, где n = 1, 4, 5 и 7. Растворением PtCl 4 в соляной кислоте получают платинохлористоводородные кислоты H и H 2 .
Синтезированы такие галогениды платины как PtBr 4 , PtCl 2 , PtCl 2 ·2PtCl 3 , PtBr 2 и PtI 2 .
Для платины характерно образование комплексных соединений состава 2- и 2- . Изучая комплексы платины, А. Вернер сформулировал теорию комплексных соединений и объяснил природу возникновения изомеров в комплексных соединениях.

Применение

Основное применение платина, ее сплавы и соединения находят в автомобилестроении (30-65%), в качестве катализатора для дожигания выхлопных газов автомобилей. 7-12% платины используется в нефтеперерабатывающей промышленности и органическом синтезе (в процессах гидрирования углеводородов), 7-13% — в электротехнике и электронике, 3-17% — в стекольной и керамической промышленности, 2-35% — для изготовления зубных протезов и ювелирных изделий.

Физиологическая роль

Все соединения платины — сильные окислители. И требуют осторожного обращения.

Платина (исп. Platina) - 78 элемент периодической таблицы, атомная масса 195,08; благородный металл серо-стального цвета.

Атомный номер - 78
Атомная масса - 195,08
Плотность, кг/м³ - 21400
Температура плавления, °С - 1769
Теплоемкость, кДж/(кг·°С) - 0,134
Электроотрицательность - 2,2
Ковалентный радиус, Å - 1,30
1-й ионизац. потенциал, эв - 9,00 История возникновения платины

Первые месторождения самородной платины были обнаружены в Америке, где в XVII столетии испанские завоеватели во главе с Ф. Кортесом, разорив государство ацтеков, нашли на берегах реки Платино-дел-Пино (в Колумбии) новый металл. Название металла - "платина" произошло от испанского слова "плата" - серебро и означает "серебрецо". В самородном виде платина, помимо Америки (Бразилия, Колумбия), находится в Южно-Африканском Союзе. У нас на Урале коренные месторождения платины были обнаружены в 1892 г. А. А. Иностранцевым. Россыпные месторождения были найдены раньше, в 1819 г.

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. Дело в том, что платина легко сплавляется с золотом и по плотности от него почти не отличается, чем не преминули воспользоваться фальшивомонетчики.

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.

Некоторое время платина считалась "никчемным" металлом. В Испанию завоеватели Южной Америки завезли очень много платины, и она продавалась дешевле серебра. Однако испанские ювелиры, обнаружив, что сплавы платины с золотом имеют большой удельный вес, решили использовать ее для изготовления, с точки зрения того времени, фальшивой золотой монеты. Узнав об этом, испанское правительство издало приказ об уничтожении всех запасов платины, и большое количество металла утопили в море.

Общие сведения.

Платина относится к классу благородных металлов и обладает серо-стальным цветом. По своему положению в периодической таблице Менделеева она располагается в побочной подгруппе десятой группы. Элемент относится к шестому периоду и обладает атомным номером 78. Как и большинство других веществ, платина обозначается в специализированной литературе специальными символами Pt, которые являются сокращённым от испанского названия Platina.

История элемента.

Длительное время платина была неизвестна в Старом Свете, поскольку данный металл не имеет в этой местности богатых залежей. Первые руды с платиной стали появляться в Европе только в начале восемнадцатого века. Несколько иначе ситуация обстояла в Америке, где металл добывался с древних времён и точную дату его открытия выяснить невозможно. Сразу после обнаружения и исследования свойств платины в Европе, она стала пользоваться популярностью у фальшивомонетчиков, поскольку сильно походила на золото по физическим характеристикам. Длительное время действовал запрет на ввоз, а имеющийся металл топился в море.

Если рассматривать добычу в чистом виде, то оно произошло в 1803 году. Только в 1835 было осуществлено исследование свойств элемента. Эта заслуга принадлежит химику из Италии Джилиусу Скалигеру. В результате многочисленных опытов он не смог разложить металл на составляющие го компоненты, что подтверждало его независимость.

Нахождение в природе и добыча.

Платина считается одним из наиболее редко встречающихся в земной коре металлов. Её содержание примерно равно аналогичному показателю у золота. Как показывают геологические исследования, 90 процентов платины всего мира располагаются в месторождениях на территории России, Зимбабве, США, Китая и ЮАР. Стоит отметить тот факт, что речь идёт о доступном для разработки объёме. Большое количество металла располагается в глубинных слоях земли. Добыча осуществляется тем способом, который лучше всего подходит для конкретного месторождения. Используется вариант с получением из приисков, а также шахтным способом.

Получение чистого металла.

Чтобы получить чистую платину в промышленности используется несколько методов, использование которых зависит от концентрации. Наибольшее применение получило растворение состава с высоким процентным содержанием элемента в царской водке. Полученный осадок проходит через несколько реакций и восстанавливается. Последним этапом работы по очищению является прокаливание при температурах около тысячи градусов. В результате всех выполненных процедур получается губчатая платина, которая переплавляется в слитки.

Физические и химические свойства.

Платина имеет температуру плавления в 1769 градусов, а в газообразное состояние переходит при 3800. Плотность вещества составляет 21,5 тонны на один кубический метр. Таким образом, элемент можно отнести к самым тяжёлым из тех, что представлены в таблице Менделеева.

Химические свойства платины сильно похожи на те, которыми обладает палладий. При этом, она отличается увеличенным показателем устойчивости к воздействиям на неё внешних факторов. Реакция происходит только с нагретой до определённой температуры царской водкой. В ней металл постепенно образует другие соединения. Медленное растворение платины происходит в серной кислоте и жидкой форме бора. В целом, данный элемент можно считать одним из самых инертных.

Применение.

Как уже было сказано выше, платина обладает чрезвычайно высоким показателем устойчивости к внешним воздействиям. Это позволяет использовать её в качестве защитного покрытия в особых случаях, при особенно сильных воздействиях. Слой всего в несколько микрон позволяет добиться инертности. Такое покрытие используется для лабораторной посуды, специальных зеркал, а также других изделий.

Платина применяется для изготовления термометров сопротивления, анодных штанг, покрытия для СВЧ элементов. Элемент незаменим в медицинской сфере, поскольку обладает инертностью ко всем воздействиям. Не стоит забывать об использовании платины в ювелирной промышленности, где она считается драгоценным металлом.