Мпг что за металл

Обновлено: 02.07.2024

платиноиды, химические элементы второй и третьей триад VIII группы периодической системы Менделеева. К ним принадлежат: рутений (Ruthenium) Ru, родий (Rhodium) Rh, палладий (Palladium) Pd (лёгкие П. м., плотность Платиновые металлы12 г/см 3 ); осмий (Osmium) Os, иридий (Iridium) lr, платина (Platinum) Pt (тяжёлые П. м., плотность Платиновые металлы22 г/см 3 ). Серебристо-белые тугоплавкие металлы; благодаря красивому внешнему виду и высокой химической стойкости П. м. наряду с Ag и Au называют благородными металлами (См. Благородные металлы).

Историческая справка. Имеются указания, что самородная платина в древности была известна в Египте, Эфиопии, Греции и Южной Америке. В 16 в. исп. Конкистадоры обнаружили в Южной Америке вместе с самородным золотом очень тяжёлый белый тусклый металл, который не удавалось расплавить. Испанцы назвали его платиной — уменьшительным от исп. plata — серебро. В 1744 исп. морские офицер Антонио де Ульоа привёз образцы Pt в Лондон. Они вызвали живой интерес учёных Европы. Самостоятельным металлом Pt, которую первоначально считали белым золотом, была признана в середине 18 в.

В 1803 английский учёный У. Х. Волластон обнаружил в самородной платине палладий, получивший это название от малой планеты Паллады (открытой в 1802), и родий, названный так по розовато-красному цвету его солей (от греч. rhódon — роза). В 1804 английский химик Смитсон Теннант в остатке после растворения самородной Pt в царской водке открыл ещё 2 металла. Один из них получил название иридий вследствие разнообразия окраски его солей (от греч. íris, род. падеж íridos — радуга), другой был назван осмием по резкому запаху его четырёхокиси (от греч. osmá — запах). В 1844 К. К. Клаус при исследовании остатков от аффинажа (очистки) уральской самородной Pt в Петербургском монетном дворе открыл ещё один П. м. — рутений (от позднелат. Ruthenia — Россия).

Распространение в природе. П. м. принадлежат к наиболее редким элементам, их среднее содержание в земной коре (кларки) точно не установлено, ориентировочные значения приведены в таблице. Самые редкие в земной коре — Rh и lr (1․10 -7 % по массе), наиболее распространён Os (5․10 -6 %). Содержание П. м. повышено в ультраосновных и основных изверженных породах, происхождение которых связано с глубинными магматическими процессами. К этим породам приурочены месторождения П. м. Ещё выше среднее содержание П. м. в каменных метеоритах, которые считаются аналогами средней мантии Земли (кларки П. м. в каменных метеоритах составляют n․10 -4 — n․10 -5 % по массе). Для земной коры характерно самородное состояние П. м., а у Rh, Pd, Os и Pt известны также немногочисленные соединения с серой, мышьяком и сурьмой. Установлено около 30 минералов П. м., больше всего их у Pd (13) и Pt (9). Все минералы образовались на больших глубинах при высоких температурах и давлениях (см. Платиновые руды, Платина самородная). Платина и другие П. м. встречаются в виде примеси во многих сульфидах и силикатах ультраосновных и основных пород. Геохимия П. м. в биосфере почти не изучена, их содержание в гидросфере и живом веществе не установлено. Некоторые осадочные марганцевые руды обогащены Pt (до 1․10 -3 %), в углях наблюдалась концентрация Pt и Pd (1․10 -6 %); повышенное содержание П. м. отмечалось в фосфоритах (вятских), в золе деревьев, растущих на месторождениях Pt.

Физические и химические свойства. Физические и механические свойства П. м. сопоставлены в таблице. В дополнение необходимо указать, что Ru и Os очень тверды и хрупки (возможно вследствие присутствия примесей). Rh и lr обладают меньшими твёрдостью и хрупкостью, а Pd и Pt ковки, поддаются прокатке, волочению, штамповке при комнатной температуре. Интересна способность некоторых П. м. (Ru, Pd, Pt) поглощать водород. Особенно это свойственно Pd, объём которого поглощает до 900 объёмов H₂. При этом Pd сохраняет металлический вид, но растрескивается и становится хрупким. Все П. м. парамагнитны. Магнитная восприимчивость χ_s․10 -6 электро-магнитных единиц при 18 °С равна 0,05 у Os; 0,50 у Ru; 5,4 у Pd; у Rh, lr и Pt она несколько более 1,0.

Согласно давно установившейся традиции, П. м. принято помещать в VIII группу периодической системы элементов (См. Периодическая система элементов). В соответствии с этим следовало ожидать, что все П. м. должны иметь высшую степень окисления +8. Однако это наблюдается только у Ru и Os, прочие же П. м. проявляют валентность не выше +6. Объясняется это тем, что у атомов Ru и Os остаются незаполненными соответственно внутренние подуровни 4f и 5f. Поэтому для атомов Ru и Os возможно возбуждение не только с подуровней 5s и 6s на подуровни 5p и 6p, но и с подуровней 4d и 5d на подуровни 4f и 5f. Вследствие этого в атомах Ru и Os появляется по 8 непарных электронов и валентность +8. Электронные конфигурации атомов Rh, lr, Pd, Pt такой возможности не допускают. Поэтому в некоторых вариантах таблицы Менделеева эти элементы (а также Со и Ni) выносят за пределы VIII группы. Все П. м. легко образуют Комплексные соединения, в которых имеют различные степени окисления и различные координационные числа. Комплексные соединения П. м., как правило, окрашены и очень прочны.

Химические свойства П. м. имеют много общего. Все они в компактном виде (кроме Os) малоактивны. Однако в виде т. н. черни (мелкодисперсного порошка) П. м. легко адсорбируют S, галогены и др. неметаллы. (Чернь обычно получают восстановлением П. м. из водных растворов их соединений.) Компактные Ru, Rh, Os, lr, будучи сплавлены с Pt, Zn, Pb, Bi, переходят в раствор при действии царской водки, хотя она не действует на эти П. м., взятые отдельно.

Семейство П. м. можно разделить на 3 диады (двойки), образованные двумя стоящими один под другим лёгким и тяжёлым П. м., а именно: Ru, Os; Rh, lr; Pd, Pt.

При нагревании с O₂ и сильными окислителями Ru и Os образуют легкоплавкие кристаллы — четырёхокиси (тетроксиды) — оранжевую RuO₄ и желтоватую OsO₄. Оба соединения летучи, пары их имеют неприятный запах и весьма ядовиты. При действии восстановителей превращаются в низшие окислы RuO₂ и OsO₂ или в металлы. Со щелочами RuO₄ образует рутенаты, например рутенат калия K₂RuO по реакции:

Четырёхокись OsO₄ даёт с KOH комплексное соединение K₂[OsO₄(OH)₂]. С фтором и др. галогенами Ru и Os легко реагируют при нагревании, образуя соединения типа RuF₃, RuF₄, RuF₅, RuF₆. Осмий даёт подобные же соединения, кроме OsF₃; существование OsF₈ не подтверждено. Весьма интересны комплексные соединения Ru с Ксеноном Xe [RuF₆] (канадский химик Н. Бартлетт, 1962), а также с молекулярным азотом — [(NO)(NH₃)₄ N₂Ru (NH₃)₄ NO] CI (советский химик Н. М. Синицын, 1962) и [Ru (NH₃)₅N₂] Cl₂ (канадский химик А. Аллен, 1965).

На компактные Rh и lr царская водка не действует. При прокаливании в O₂ образуются окислы Rh₂O₃ и Ir₂O₃, разлагающиеся при высоких температурах.

Pd легко растворяется при нагревании в HNO₃ и концентрированной H₂SO₄ с образованием нитрата Pd (NO₃)₂ и сульфата PdSO₄. На Pt эти кислоты не действуют. Царская водка растворяет Pd и Pt, причём образуются комплексные кислоты — тетрахлоропалладиевая кислота H₂[PdCl₄] и гексахлороплатиновая — коричнево-красные кристаллы состава H₂[PtCl₆]․6H₂O Из её солей наибольшее значение для технологии П. м. имеет хлороплатинат аммония (NH₄)₂[PtCl₆] — светло-жёлтые кристаллы, малорастворимые в воде и почти не растворимые в концентрированных растворах NH₄CI. При прокаливании они разлагаются по реакции:

Получение. Разделение П. м. и получение их в чистом виде очень сложно вследствие большого сходства их химических свойств; это требует большой затраты труда, времени, дорогих реактивов. Для получения чистой Pt исходные материалы — самородную платину, платиновые шлихи (тяжёлые остатки от промывки платиноносных песков), лом (негодные для употребления изделия из Pt и её сплавов) обрабатывают царской водкой при подогревании. В раствор переходят: Pt, Pd, частично Rh, lr в виде комплексных соединений H₂[PtCl₆], H₂[PdCl₄], Н_з [RhCl₆] и H₂[IrCl₆], а также Fe и Cu в виде FeCl_з и CuCl₂. Нерастворимый в царской водке остаток состоит из осмистого иридия, хромистого железняка (FeCrO₂), кварца и др. минералов.

Из раствора осаждают Pt в виде (NH₄)₂[PtCl₆] хлористым аммонием. Но чтобы в осадок вместе с Pt не выпал lr в виде аналогичного нерастворимого соединения (NH₄)₂[lrCl₆] (остальные П. м. NH₄Cl не осаждает), предварительно восстанавливают Ir (+4) до Ir (+3) (например, прибавлением сахара C₁₂H₂₂O₁₁ по способу И. И. Черняева). Соединение (NH₄)₃[IrCl₆] растворимо и не загрязняет осадка.

Хлороплатинат аммония отфильтровывают, промывают концентрированным раствором NH₄CI (в котором осадок практически не растворим), высушивают и прокаливают. Полученную губчатую платину спрессовывают, а затем оплавляют в кислородно-водородном пламени или в электрической печи высокой частоты. Из фильтрата, оставшегося после осаждения (NH₄)₂[PtCl₆], и из осмистого иридия извлекают прочие П. м. путём сложных химических операций. В частности, для перевода в растворимое состояние нерастворимых в царской водке П. м. и осмистого иридия используют спекание с перекисями BaO₂ или Na₂O₂. Применяют также хлорирование — нагревание смеси Pt-концентратов с NaCl и NaOH в струе хлора.

В результате аффинажа получают труднорастворимые комплексные соединения: гексахлорорутенат аммония (NH₄)₃[RuCl₆], дихлорид тетрамминдиоксоосмия [OsO₂(NH₃)₄] Cl₂, хлорпентамминдихлорид родия [Rh (NH₃)₅CI] Cl₂, гексахлороиридат аммония (NH₄)₂[lrCl₆] и дихлордиаммин палладия [Pd (NH₃)₂] Cl₂. Прокаливанием перечисленных соединений в атмосфере H₂ получают П. м. в виде губки, например

Основным источником получения П. м. служат сульфидные медно-никелевые руды, месторождения которых находятся в СССР (Норильск, Красноярский край), Канаде (округ Садбери, провинция Онтарио), ЮАР и др. странах. В результате сложной металлургической переработки этих руд благородные металлы переходят в т. н. черновые металлы — нечистые Никель и Медь. П. м. собираются почти полностью в черновом Ni, a Ag и Au — в черновой Cu. При последующем электролитическом рафинировании Ag, Au и П. м. осаждаются на дне электролитической ванны в виде шлама, который отправляют на аффинаж.

Металлы платиновой группы (МПГ)

Платина.
Палладий.
Родий.
Рутений.
Иридий.
Осмий.

Главными особенностями металлов платиновой группы, являются:

серебристо-серый оттенок, кроме осмия (бело-голубой);
кристаллические свойства, способствующие ускорению химических процессов;
катализаторы, контролирующие скорость окисления, реакции гидрирования;
химически стойкие металлы по отношению к действию многих реагентов;
обладают высокой электропроводностью;
выдерживают высокие температуры;
тугоплавкость.

Основными источниками платиновых металлов являются минералы редких элементов. Сегодня драгоценные платиновые металлы используют в ювелирном производстве, но в разной степени, а биологически активные соединения платиновых металлов в медицине.

Платина

Платина известна издревле, а название произошло с испанского языка: «маленькое серебро». Конкистадоры, это первые европейцы, которые познакомились с платиной в середине 16 века в Южной Америке. А в 1735 году король Испании издал указ, по которому следовало топить платину в реке и не ввозить в страну. Позже речку назвали Платино-дель-Пинто. Указ был отменен только через сорок лет, для фальсифицирования золотых и серебряных монет мадридскими властями. Позже с платиной познакомились алхимики, но посчитали ее непригодной. Но во Франции она все же нашла свое применение в виде эталона метра, а затем килограмма. В России металл назвали белым золотом, найдя его в россыпном золоте.

Платина, это один из редчайших металлов, ведь в земной коре ее содержания невелико. Главными месторождениями платины являются: Россия, США (2 крупных рудника: Stillwater, East Bouder), Китай, Зимбабве (9 тонн), ЮАР (Бушвельский комплекс).

В России данный металл МПГ обладает уникальной базой, с огромным количеством месторождений, основной из которых расположен в Зареченске (Мурманской области).

Добыча платины это трудоемкий процесс, двух видов:

Открытый способ добычи: на вторичных россыпных месторождениях. Там платина концентрируется в результате разрушений первичной породы.
Закрытый способ добычи: на первичных месторождениях, с постройкой шахт, просверливанием отверстий в породах, закладке взрывчатки и самого взрыва.

Платина это драгоценный металл, который используют в ювелирном деле и промышленности. Свойства платины широки:

тяжелее, чем золото и серебро;
не окисляется;
не вступает в реакции с другими элементами при нагреве;
пластичный металл;
обладает хорошей электропроводностью;
не растворяется под воздействием кислот;
высокая температура плавления;
хорошая ковкость.

Область применения платины достаточно широкое и не ограничивается ювелирным производством, ведь она обладает уникальной красотой и благородством. В настоящее время рост на металл растет, так как используют ее и в промышленности. Итак, применения платины:

ювелирное производство, для изготовления разного вида украшений;
медицина;
химическая индустрия;
судостроение;
авиастроение;
космическая сфера;
стекольная отрасль;
банковское дело.

Палладий

На сегодня, палладий самый дорогой металл платиновой группы, который используется в промышленности.

В конце 17 века бразильские горнодобывающие рабочие нашли сплав, похожий на содержание золота или платины. Химик У. Волластон проработал взаимодействие неочищенной платиной с соляной и азотной кислотами, и добавкой цианида ртути. После выпал желтый осадок, который он нагрел с серой и бурой. Получив шарики из металла и, назвав металл - палладий.

Название металл получил в честь астероида. Этот металл платиновой группы встречается в природе очень редко в чистом в виде. А чаще в комплексе с другими металлами (золото, серебро, платина).

Добывают металл также двумя способами:

на коренных (первичных) месторождениях;
на россыпи, в виде самородка и составляют всего 2% от всей добычи металла.

Главные месторождения палладия:

В России также происходит добыча палладия, сконцентрированная на Урале. Главными свойствами палладия являются:

низкая плотность;
химическая инертность;
внешне напоминает серебро;
высокая ковкость;
эластичность, что позволяет использовать в изготовлении украшений;
температура плавления 1555 градусов;
поддается обработке;
непрочный металл при механическом воздействии;
растворяется при воздействии смеси серной и азотной кислот;
может образовывать соединения с иными химическими элементами ( бор, хлор, сера, кремний);
не вступает в реакции;
не окисляется в природе.

Области применения палладия

Ювелирная сфера, добавляя металл в сплавы;
производство катализаторов для автомобилей, для дожигания выхлопных газов по нормам ЕС;
медицина: изготовление элементов для кардиостимуляторов, инструментов, посуды;
химическая отрасль: изготавливают колбы и емкости, а также для очищения водорода;
электронная сфера: военно-аэрокосмическая техника;
инвестиционная деятельность: покупка слитков.

Родий

Следом за открытием палладия, Волластон открыл еще один металл платиновой группы - родий, путем растворения неочищенной платины в царской водке (смесь соляной и азотной кислот) и нейтрализации избытка кислоты едким натром. Осадив платину хлористым аммонием, палладий - цианистой ртутью. Полученный фильтрат был обработан соляной кислотой (чтобы удалить избыток цианистой ртути) и выпарен до сухого состояния. А осадок, обработанный алкоголем, выглядел как темно-красный порошок двойной натриевородиевой соли соляной кислоты. А уже в свою очередь при прокаливании порошка в токе водорода, получил металл.

Родий получил свое название с греческого языка: роза. Добыча родия производится вместе с платиной/золотом. Основными источниками родия являются золотые месторождения Мексики, залежи родиевого Невьянскита.

Родий представляет собой металл серебристо-белого оттенка и относится к благородным металлам платиновой группы.

Свойства родия

Растворяется в перекиси водорода, серной кислоте;
растворяется при кипячении в смеси соляной и азотной кислот;
высокая химическая устойчивость;
взаимодействует с неметаллами лишь при температуре красного каления;
окисление происходит при высокой температуре;
стойкий металл к коррозийным средам.

Так как родий, это драгоценный и уникальный металл, то и область его применения различна:

в качестве катализатора (каталитических фильтрах для нейтрализации выхлопных газов);
является конструкционным материалом, для изготовления зеркал, стекол;
при сплаве родия с платиной, получается эффективный катализатор при производстве азотной кислоты по средствам окисления аммиака воздухом;
производство термопаров (при сплаве с иридием или платиной);
придают износостойкость и устойчивость к коррозии ювелирным изделиям.

Рутений

Рутений был открыт в Казани в 1844 году К. Клаусом. Он анализировал заводские платиновые осадки из Петербургского монетного двора. Он извлек из руды платину и некоторые платиновые металлы, после чего сплавил остатки с селитрой, извлекая растворимую в воде часть. А нерастворимый в воде осадок, взаимодействовал с царской водкой и высушил. К. Клаус обработал сухой остаток после дистилляции кипящей водой, добавил избыток поташа. Отделив осадок гидроокиси железа, он обнаружил элемент неизвестного происхождения темно-пурпурного оттенка раствора осадка в соляной кислоте. Рутений был назван в честь России (Ruthenia - Россия).

Добыча рутения всегда сопровождает добычу платины на россыпных и коренных месторождениях. Присутствует в качестве примесей в составе никелевой руды, медной руды. Также существуют искусственные источники добычи рутения, т.е. отходы ядерной промышленности. Основное месторождение данного металла платиновой группы, это ЮАР, Канада, Россия, Зимбабве.

Основные характеристики рутения:

серебристо-белый блестящий или матовый цвет;
обладает твердостью;
тугоплавок;
при сильном прокаливании на воздухе переходит в газовую фазу;
растворяется медленно соляной кислотой при обычной температуре, при высокой температуре - быстро;
газопоглотительная способность.

Область применения металла

Производство катализаторов;
защитные покрытия;
декоративные покрытия;
в виде добавок к украшениям;
добавка в элитные эмали и другое.

Иридий

В начале 19 века химики были заинтересованы неочищенной платиной и всеми возможными элементами содержащиеся в ней. Тогда Дескотиль, Фуркруа и Вокелен стали изучать сырой металл, сплавив его с едким кали, получив частично растворимые в воде соединения неизвестных металлов. Теннант пошел этим же способом, и смог выделит два новых металла: иридий и осмий.

Иридий получил свое название с греческого: радуга, благодаря тому, что соединения данного металла были окрашены в разные цвета. Осмий же в связи с растворение щелочного сплава осмиридия в кислоте (или в воде) сопровождался сильным запахом. С греческого языка, получив название: запах.

Иридий очень редкий металл платиновой группы, который добыть практически невозможно. Добыча его сопровождается попутчиками: платиной или осмием и рутением или палладием. Он встречается в медных и никелевых рудах. Место добывания иридия: Канада (Британская Колумбия), США (Калифорния), ЮАР (Трансвааль), Остров Тасмания, Новая Гвинея, остров Калимантан.

красивый металл бело-серебристого оттенка;
твердый и долговечный металл;
высокая плотность и прочность;
воздействия осуществляются за счет нагревания металла;
укрепляет любой состав, делая его износоустойчивым;
химическая стойкость;
стойкий к коррозиям;
стойкость к окислению и всяческому разрушению, даже под воздействием температуры.

химическая промышленность;
ювелирное дело;
вместе с иными металлами является компонентом для автомобильных свечей;
сплавы с иридием используют в медицине, для производства инструментов;
в научной деятельности, металл не очень востребован.

Осмий

Чистого осмия в природе нет, он находится в комплексе с родием. Месторождения осмия сконцентрированы в: Африке (юг), Тасмании, Австралии, США, Канаде, Россие, Колумбия, ЮАР (самые большие запасы).

серебристо-голубые кристаллы;
резкий запах, при взаимодействии с веществами;
не растворяется в щелочах и кислотах, смеси соляной и азотной кислот;
химическая инертность;
порошковый осмий - сырье для продукции, медленно подвержен к растворению;
твердый и хрупкий;
тугоплавкий;
высокая плотность: самый тяжелый металл.

Область применения

Медицина: кардиостимуляторы, импланты;
промышленность: для измерительной техники, часовые механизмы;
тетра оксид осмия используют в электронной микроскопии.

Металлы платиновой группы, редкие и уникальные металлы, которые не так часто встречаются в природе, но широко и активно применяются в разных сферах жизни, тем самым помогая человечеству.

Металлы платиновой группы: обзор, список, свойства и применение

Металлы платиновой группы – это шесть благородных драгоценных химических элементов, которые расположены рядом в периодической таблице. Все они являются переходными металлами 8–10 групп 5–6 периода.

Металлы платиновой группы: список

Группа состоит из следующих шести химических элементов, расположенных в порядке возрастания атомного веса:

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

Металлы платиновой группы обладают серебристо-белым оттенком, за исключением осмия, цвет которого голубовато-белый. Их химическое поведение парадоксально в том, что они обладают высокой устойчивостью к воздействию большинства реагентов, но используются в качестве катализаторов, легко ускоряющих или контролирующих скорость окисления, восстановления и реакций гидрирования.

Рутений и осмий кристаллизуются в гексагональную плотноупакованную систему, а другие обладают гранецентрированной кубической структурой. Это выражается в большей твердости рутения и осмия.

История открытия

Хотя платиносодержащие золотые артефакты датированы 700 г. до н. э., присутствие этого металла является, скорее, случайностью, чем закономерностью. Иезуиты в XVI веке упоминали серые плотные камешки, связанные с аллювиальными месторождениями золота. Эти камешки нельзя было расплавить, но они образовывали сплав с золотом, при этом слитки становились ломкими, и их уже было невозможно очистить. Камешки стали называть platina del Pinto – гранулы серебристого материала из реки Пинто, впадающей реку Сан-Хуан в Колумбии.

Ковкая платина, которую можно получить только после полной очистки металла, была выделена французским физиком Шабано в 1789 году. Из нее был сделан кубок, преподнесенный папе Пию VI. Об открытии палладия в 1802 году сообщил английский химик Уильям Волластон, который назвал хим. элемент группы платиновых металлов в честь астероида. Волластон впоследствии заявлял об обнаружении еще одного вещества, присутствующего в платиновой руде. Его он назвал родием из-за розового цвета солей металла. Открытия иридия (по имени богини радуги Ириды из-за пестрой окраски его солей) и осмия (от греческого слова «запах» из-за хлорного запаха его летучего окисла) были сделаны английским химиком Смитсоном Теннантом в 1803 году. Французские ученые Ипполит-Виктор Колле-Дескоти, Антуан-Франсуа Фуркруа, и Николя-Луи Воклен выделили два металла одновременно. Рутений, последний изолированный и идентифицированный элемент, получил свое название по латинскому наименованию России от русского химика Карла Карловича Клауса в 1844 году.

В отличие от таких легко выделяемых в относительно чистом состоянии путем простого огневого рафинирования веществ, как золото, серебро, металлы платиновой группы требуют сложной водно-химической обработки. Эти методы не были доступны до конца 19 века, поэтому выявление и изоляция платиновой группы отстала от серебра и золота на тысячи лет. Кроме того, высокая температура плавления этих металлов ограничивала их применение, пока исследователи в Британии, Франции, Германии и России не разработали методы преобразования платины в форму, пригодную для обработки. Как драгоценные металлы платиновой группы начали использоваться в ювелирных изделиях с 1900 года. Хотя такое применение остается актуальным и сегодня, промышленное намного его превзошло. Палладий стал очень востребованным материалом для контактов в телефонных реле и других системах проводной коммуникации, обеспечивая длительный срок службы и высокую надежность, а платина, из-за своей устойчивости к искровой эрозии, во время Второй мировой войны стала применяться в свечах зажигания боевых самолетов.

После войны расширение методов молекулярной конверсии при переработке нефти создало огромный спрос на каталитические свойства, которыми обладают металлы платиновой группы. К 1970-м годам потребление выросло еще больше, когда стандарты автомобильных выбросов в США и других странах привело к использованию данных химических элементов в каталитической конверсии выхлопных газов.

За исключением малых россыпных месторождений платины, палладия и осмистого иридия (сплава иридия и осмия), практически нет руды, в которой бы основным компонентом был химический элемент – металл платиновой группы. Минералы, как правило, содержатся в сульфидных рудах, в частности в пентландите (Ni, Fe)₉S₈. Наиболее распространены лаурит RuS₂, ирарсит, (Ir,Ru,Rh,Pt)AsS, осмиридиум (Ir,Os), куперит, (PtS) и браггит (Pt,Pd)S.

Крупнейшее в мире месторождение металлов платиновой группы – Бушвельдский комплекс в ЮАР. Большие запасы сырья сосредоточены в месторождениях Садбери в Канаде и Норильско-Талнахском в Сибири. В США наибольшие залежи минералов платиновой группы расположены в Стилуотере, Монтана, но здесь они значительно меньше, чем в ЮАР и России. Крупнейшими в мире производителями платины являются Южная Африка, Россия, Зимбабве и Канада.

Добыча и обогащение

Основные южноафриканские и канадские месторождения эксплуатируются шахтным способом. Практически все металлы платиновой группы извлекаются из медных или никелевых сульфидных минералов с помощью флотационной сепарации. Плавка концентрата производит смесь, которая вымывается из меди и сульфидов никеля в автоклаве. Твердый остаток выщелачивания содержит от 15 до 20% металлов платиновой группы.

Иногда до флотации используется гравитационное разделение. В результате получается концентрат, содержащий до 50% платиновых металлов, что избавляет от необходимости выплавки.

Механические свойства

Металлы платиновой группы значительно отличаются механическими свойствами. Платина и палладий довольно мягкие и очень ковкие. С этими металлами и их сплавами можно работать как в горячем, так и в холодном состоянии. Родий сначала обрабатывают горячим, а позже его можно обрабатывать холодным с довольно частым отжигом. Иридий и рутений должны быть нагреты, холодной обработке они не поддаются.

Осмий – самый твердый из группы и имеет наиболее высокую температуру плавления, но его склонность к окислению накладывает свои ограничения. Иридий наиболее коррозионностойкий из платиновых металлов, а родий ценится за сохранение своих свойств при высоких температурах.

Структурные применения

Поскольку дочиста отожженная платина очень мягкая, она восприимчива к царапинам и порче. Для увеличения твердости ее сплавляют со множеством других элементов. Платиновые драгоценности очень популярны в Японии, где ее называется «хаккин» и «белое золото». Сплавы для ювелирных изделий содержат 90% Pt и 10% Pd, который легко обрабатывать и паять. Добавление рутения повышает твердость сплава, сохраняя стойкость к окислению. Сплавы платины, палладия и меди используются в кованых изделиях, так как они тверже платино-палладиевых и менее затратны.

Тигли, используемые для производства монокристаллов в полупроводниковой промышленности, требуют коррозионной устойчивости и стабильности при высоких температурах. Для этого применения лучше всего подходят платина, платина-родий и иридий. Платинородиевые сплавы используются в производстве термопар, которые предназначены для измерения повышенных температур до 1800 °C. Палладий применяют как в чистом, так и в смешанном виде в электрических устройствах (50% потребления), в стоматологических сплавах (30%). Родий, рутений и осмий редко используются в чистом виде – они служат легирующей добавкой для других металлов платиновой группы.

Катализаторы

Около 42% всей платины, произведенной на Западе, используется в качестве катализатора. Из них 90% применяется в автомобильных выхлопных системах, где тугоплавкие гранулы или сотовые конструкции с платиновым покрытием (а также палладиевым и родиевым) содействуют преобразованию несгоревших углеводородов, окиси углерода и окислов азота в воду, углекислый газ и азот.

Сплав платины и 10% родия в виде раскаленной докрасна металлической сетки служит катализатором в реакции между аммиаком и воздухом для получения окислов азота и азотной кислоты. При подаче вместе со смесью аммиака метана можно получить синильную кислоту. При переработке нефти платина на поверхности гранул оксида алюминия в реакторе является катализатором преобразования длинноцепочечных молекул нефти в разветвленные изопарафины, которые желательны в смеси высокооктановых бензинов.

Гальваника

Все металлы платиновой группы можно наносить гальванически. Из-за твердости и блеска получаемого покрытия наиболее часто применяется родий. Хотя его стоимость выше, чем платины, меньшая плотность позволяет использовать меньшую массу материала при сопоставимой толщине.

Палладий – металл платиновой группы, который проще всего использовать для нанесения покрытий. Благодаря этому прочность материала значительно повышается. Рутений нашел применение в инструментах, предназначенных для обработки трением при низком давлении.

Химические соединения

Органические комплексы металлов платиновой группы, такие как комплексы алкилплатины, используются в качестве катализаторов в процессе полимеризации олефинов, производстве полипропилена и полиэтилена, а также при окислении этилена в ацетальдегид.

Соли платины находят все более широкое применение в химиотерапии рака. Например, они входят в состав таких лекарств, как "Карбоплатин" и "Цисплатин". Покрытые оксидом рутения электроды используются в производстве хлора и хлората натрия. Сульфат и фосфат родия применяются в родиевых гальванических ваннах.

Все о платиновых металлах

Практически каждый человек знает о существовании драгоценных металлов. К их числу относят серебро, золото и платину. При этом далеко не каждому известно о существовании платиновой группы. Ее представителей также относят к числу благородных.

Особенности

Платиновые металлы – это группа из 6 элементов, которые расположены рядом друг с другом в периодической химической таблице. Каждый их элементов группы по праву считается благородным. Это связано со следующими химическими и физическими свойствами.

Специалисты отмечают низкую концентрацию платиновых металлов. Количество месторождений невелико. Данная характеристика также относится к химическим элементам, которые традиционно считаются редкими и дорогостоящими.
Представители вышеуказанной группы обладают свойствами следующих металлов: родий, осмий, палладий, рутений.
В процессе изучения платиноидов было отменно сходство в атомном строении с элементами, указными выше.

Ученые, работающие в области химии, поделили все платиновые металлы на две группы, называемые триадами.

Разделение производится по весу.

Группа №1. Это самые легкие представители. К ним относится палладий, рутений и родий.
Группа №2. Оставшиеся 6 металлов – иридий, осмий и сама платина. Это уже тяжелые металлы.

Металлы и их свойства

У металлов вышеуказанной группы имеются свои обозначения. Список такой.

Рутений – Ru.
Родий – Rh.
Палладий – Pd.
Осмий – Os.
Иридий – Ir.
Платина – Pt.

Заметка: все обозначения расположены в определенном порядке, согласно атомному весу.

От наименьшего значения к большему. Все платиновые металлы обладают схожими характеристиками.

Первое сходство заключается во внешнем виде. Практически все элементы, кроме осмия, имеют светлый оттенок (сочетание белого и серебристого цветов). Осмий отличается легким голубоватым тоном.
Металлы имеют высокую устойчивость по отношению к множеству реагентов. При этом платиноиды являются эффективными катализаторами.
С их помощью контролируют различные химические процессы, управляют скоростью окисления, а также следят за другими реакциями. Такое поведение металлов считается удивительным и парадоксальным.

Свойства

На поверхности не образуется окисление. Таким образом, наглядно демонстрируется инертность. По мнению специалистов, она особенно заметна у платины. При изучении представителей платиновой группы нельзя было обойти стороной температуру плавления. Самое низкое значение у палладия и составляет 1554 градуса. Самое высокое значение у осмия. Его температура насчитывает 3 тысячи 27 градусов по Цельсию.

Следующее одинаковое свойства – тугоплавкость. Данная характеристика говорит о замечательной износостойкости. Несмотря на внешнее сходство, физические качества отличаются. В зависимости от этих показателей, при обработке используются специальные методики. Рутений и осмий – очень хрупкие металлы и требуют особо бережного отношения.

Высокая пластичность – показатель палладия и платины.

Где добываются?

Месторождения платиновых металлов обычно рассеяны на территории Канады и Южной Африки. В этих регионах получение полезного ископаемого происходит стандартным шахтным способом. Как показывает практика, большинство платиноидов добывается путем извлечения элементов из никелевых сульфидных минералов или же медных руд. В работе используют флотационную сепарацию. В процессе обработки металла выполняется плавка полученного концентрата, в результате этого получается специальная смесь. Объем платиновых металлов – от 15 до 20% от сухого остатка.

В некоторых случаях процесс добычи и обработки может отличаться. Иногда на заводах используется гравитационное разделение. В этом случае количество необходимых химических элементов возрастает до 50%. Такой вариант обработки исключает выплавку. Несмотря на то что богатые залежи МПГ встречаются редко, некоторые месторождения также находятся на территории Канады, Китая, Австралии и Финляндии.

Существуют и другие источники, однако, доля их добычи насчитывает всего 0,3% от общей массы, добываемой на планете.

Где используются?

Платиноиды нашли свое применение в различных сферах. Универсальные свойства металлов данной группы активно используются на сегодняшний день. Чистая платина само по себе очень мягкая и податливая. В таком состоянии она очень восприимчива и различным повреждениям и дефектам. Чтобы повысить твердость и износостойкость драгоценного металла, используются различные элементы. Платину сплавляют с другими химическими элементами.

Ювелирные украшения из платины высоко ценятся и стоят дороже золота. Особую популярность они обрели в Японии. Жители Страны восходящего солнца называют такие изделия «хаккин». Основной ювелирного сплава является платина и составляет 90% от общей массы. Оставшиеся 10% – это палладий. С ним легко работать, включая пайку и другую обработку.

Также для увеличения твердости, драгоценный белый металл соединяют с рутением. Добавление этого элемента увеличивает стойкость к процессу окисления. МПГ нашли свое применение в изготовлении кованых изделий. В этом случае используется сплав, состоящий из меди, платины и палладия. Такой вариант более доступный по цене, по сравнению с составом из двух элементов: платины и палладия.

Специальные сплавы, которые делаются с использованием платиноидов, широко используются при изготовлении термопар. Это специальное устройство с широким спектром применения. Его основное предназначение заключается в изменении высоких температур (максимальное значение – до 1800 градусов по Цельсию выше нуля). Некоторые представители применяются в чистом виде. Как правило, они выступают в качестве добавок к остальным металлам из платиновой группы. Палладий нашел свое применение в сфере производства электрического оборудования, а также в современных стоматологических сплавах.

Катализаторы

Более 40% всей полученной платины, которая изготавливается за границей, используется как катализатор. Это удивительное и полезное свойство было обозначено еще в первой части статьи. Практически весь металл (примерно 90%) нашел свое применение в сфере производства выхлопных систем для автомобилей. Драгоценный материал, а также родий и палладий, выступает в качестве защитного покрытия для сотовых конструкций и других элементов. Слой металла защищает от процессов окисления, сохраняя оборудование целым и невредимым. Вступая в химическую реакцию, агрессивные компоненты преобразовываются в безопасные соединения и вещества.

Химические элементы могут выполнять задачу эффективного катализатора не только в качестве покрытия, но и в виде раскаленной сетки из металла. В этом случае происходит реакция между воздухом и ядовитым веществом – аммиаком. В результате получается азотная кислота и оксид азота. Для получения других веществ добавляют различные компоненты.

Еще одна сфера, которая не обходится без использования МПГ – добыча нефти. Это глобальная отрасль, которая указывает на ценность платиноидов и их важность в промышленности.

Другие варианты использования металлов такие.

На территории России из палладия изготавливаются инвестиционные монеты. Делать это начали после того, как во времена СССР была выпущена монета из чистого палладия. Номинал – 25 рублей.
Высоковольтное оборудование также не обходится без использования МПГ. При изготовлении электроники данного типа нужны износостойкие и надежные контакты, которые будут устойчивы к негативному воздействию со стороны. Несмотря на развитие новых технологий, в настоящее время нет действующей альтернативы платиноидам.
В процессе изготовления инструментов и устройств для работы в сложных условиях также активно используются такие металлы. Чтобы трудиться в агрессивной среде, оборудование должно быть прочным, износостойким и долговечным. Именно эти характеристики оно получает от платиновых металлов.
Чтобы значительно повысить стойкость титана к коррозии, к нему добавляют немного палладия. Также данный элемент платиновой группы часто подмешивают к стали.
В области медицины активные соединения также активно используются. Данная практика применялась ранее и сохраняет актуальность на сегодняшний день.
Не стоит забывать о платиновой фольге. Этот материал используется, чтобы защищать устройство химических реакторов.
Сплав из серебра и палладия активно применяется в слаботочной электронике.

О том, как ещё используется этот драгоценный металл, смотрите в следующем видео.

Металлы платиновой группы

Металлы платиновой группы (МПГ, Платиновая группа, Платиновые металлы, Платиноиды) — коллективное обозначение шести переходных металлических элементов (рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина), имеющих схожие физические и химические свойства, и, как правило, встречающихся в одних и тех же месторождениях. В связи с этим, имеют схожую историю открытия и изучения, добычу, производство и применение. Металлы платиновой группы являются благородными и драгоценными металлами. В природе, чаще всего встречаются, в полиметаллических (медно-никелевых) рудах, а также в месторождениях золота и платины. Иногда, металлы платиновой группы подразделяют на две триады: рутений, родий и палладий — лёгкие платиновые металлы, а платина, иридий и осмий — тяжёлые платиновые металлы.

Содержание

История

В Старом Свете платина не была известна, однако цивилизации Анд (инки и чибча) добывали и использовали её с незапамятных времён.

В 1803 году английский учёный Уильям Хайд Волластон открыл палладий и родий.

В 1804 году английский учёный С. Теннант открыл иридий и осмий.

В 1808 году русский учёный А. Снядицкий, исследуя платиновую руду, привезённую из Южной Америки, извлёк новый химический элемент, названный им вестием. В 1844 году профессор Казанского университета К. К. Клаус всесторонне изучил этот элемент и назвал его в честь России рутением.

Нахождение в природе

Платина и металлы её группы встречаются в природе в весьма рассеянном состоянии. Геохимически все эти элементы связаны с ультраосновными и основными породами. Известно около полусотни минералов платиновой группы. Платина, иридий, палладий в горных породах и месторождениях развиты как в самородном виде, так и в виде твёрдых растворов и интерметаллических соединений с Fe, Ni, Cu, Sn, реже Au, Os, Pb, Zn, Ag. Наиболее распространёнными являются поликсен (Pt, Fe) где Pt 80 — 88 %, Fe 9 — 11 %, ферроплатина (Pt, Fe) (Fe 16 — 19 %), палладистая платина (Pt, Pd) (Pd 7 — 40 %), станнопалладинит Pd₃Sn₂Cu (Pd 40 — 45, Pt 15 — 20, Sn 28 — 33 %), гиверсит PtSb₂ (Pt 45, Sb 51,5 %), звягинцевит (Pd, Pt)₃(Pb, Sn).

Осмий, рутений и родий образуют твёрдые растворы. К ним относятся такие минералы как невьянскит (Ir, Os) (Ir 46,8 — 77,2 % Os 21 — 49,3 %), сысертскит (Os, Ir) (Os 67,9 %, Ir 17 %, Ru 8,9 %, Rh 4,5 %), родиевый невьянскит (Ir, Os, Rh) (Ir 69,9 — 70,4 %, Os 17,2 %, Rh 11,3 %). Кроме того, в природе известны арсениды, сульфоарсениды и сульфиды платины, рутения и палладия, а именно сперрилит PtAs₂ (Pt 56,2 %), куперит PtS (Pt 79,2 — 85,9 %), высоцкит (Pd, Ni)₅S (Pd 59,5 %, Ni 14,2 %, Pt 4,8 %), холлингвортит (Rh, Pt)AsS (Rh 25 %).

Генетические группы и промышленные типы месторождений

а. хромит-платиновые месторождения (уральский тип)

б. месторождения комплексных платина-хромит-медно-никелевых руд (бушвельдский тип)

в. ликвационные медь-никель-платиновые месторождения (норильский тип)

г. благороднометальные медно-титаномагнетитовые месторождения в интрузиях габбро (волковский тип)

Свойства платиновых металлов [1]

Все платиновые металлы светло-серые и тугоплавкие, платина и палладий пластичны, осмий и рутений хрупкие. Красивый внешний вид благородных металлов обусловлен их инертностью.

Платиновые металлы обладают высокой каталитической активностью в реакциях гидрирования, что обусловлено высокой растворимостью в них водорода. Палладий способен растворить до 800—900 [2] объёмов водорода, платина — до 100 [2] .

Все платиновые металлы химически довольно инертны, особенно платина. Они растворяются лишь в «царской водке» с образованием хлоридных комплексов:

При окислении металлов кислородом воздуха образуются оксиды различного состава:

При нагревании все платиновые металлы реагируют с хлором и фтором:

В растворах платиновые металлы существуют только в виде комплексных соединений. Соединения платины используют в медицине в качестве препаратов, обладающих противоопухолевой активностью [3] .

Производство

Промышленное производство платины первоначально велось в Америке. Лишь в 1819 году платиновые россыпи были впервые обнаружены на Урале близ Екатеринбурга. С тех пор Россия становится ведущим производителем платины, а, с момента открытия, и платиноидов.

В настоящее время, почти 90 % всего объема производства металлов платиновой группы разделено между платиной и палладием, остальные добываются и продаются в небольших количествах. 95 % запасов и 90 % производства МПГ сосредоточены в двух крупных месторождениях — Бушвельдском комплексе, находящемся на территории Южно-Африканской Республики, и в Норильском рудном районе, расположенном в России. В рудах Бушвельда содержание платины втрое выше, чем палладия, в то время как в Норильске наблюдается обратное соотношение. Поэтому, ЮАР является крупнейшим мировым производителем платины, а Россия — палладия [4] .

Запасы

Содержание платиновых металлов в земной коре (кларк) оценивается, как 10 −8 % для платины, 10 −9 % для палладия и 10 −11 % для остальных платиновых металлов [5] .

Общие запасы металлов платиновой группы на начало 2009 года оцениваются в 100 млн кг. Причем распределены они, также неравномерно: ЮАР (63,00 млн кг разведанных запасов при 70,00 млн кг общих), Россия (6,20/6,60), США (0,90/2,00), Канада (0,31/0,39) [6] .

В России почти вся добыча металлов платиновой группы сосредоточена в разработке лицензионных участков «Норильским никелем» (15 % мирового производства платины и 55 % производства палладия) [4] . На металлы платиновой группы в окрестностях Норильска разрабатываются Октябрьское, Талнахское и Норильск-1 сульфидно-медно-никелевые месторождения (более 99% разведанных и более 94% оцененных российских запасов). Кроме того, крупными являются: сульфидно-медно-никелевое месторождение Фёдорова Тундра (участок Большой Ихтегипахк) в Мурманская области, а также россыпи Кондёр в Хабаровском крае, Левтыринываям в Камчатский крае, реки Лобва и Выйско-Исовское в Свердловской области [7] .

Применение

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 золота позволили 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. Однако, после отмены этого закона в 1778 году, платина постепенно завоёвывала популярность в ювелирной промышленности. В настоящее время практически все металлы платиновой группы тем или иным образом применяются при изготовлении ювелирных украшений.

Металлы платиновой группы иногда используют для изготовления монет. Например в России с 1828 по 1845 выпускались платиновые монеты номиналом 3, 6 и 12 рублей.

Платина и другие металлы платиновой группы используются частными лицами и компаниями в качестве накоплений.

Фьючерсы и опционы на металлы платиновой группы используются спекулянтами.

С середины 1970-х годов главной сферой применения платины и палладия стала автомобильная промышленность [4] .

В электротехнической промышленности из металлов платиновой группы изготовляют контакты с большой степенью надёжности (стойкость против коррозии, устойчивость к действию образующейся на контактах кратковременной электрической дуги). В технике слабых токов при малых напряжениях в цепях используются контакты из сплавов золота с платиной, золота с серебром и платиной. Для слаботочной и средненагруженной аппаратуры связи широко применяют сплавы палладия с серебром (от 60 до 5 % палладия). Магнитные сплавы металлов платиновой группы с высокой коэрцитивной силой употребляют при изготовлении малогабаритных электроприборов. Сопротивления (потенциометры) для автоматических приборов и тензометров делают из сплавов металлов платиновой группы (главным образом палладия с серебром, реже с другими металлами). У них малый температурный коэффициент электрического сопротивления, малая термоэлектродвижущая сила в паре с медью, высокое сопротивление износу, высокая температура плавления, они не окисляются.

Металлы платиновой группы идут на изготовление деталей, работающих в агрессивных средах — технологические аппараты, реакторы, электрические нагреватели, высокотемпературные печи, аппаратуру для производства оптического стекла и стекловолокна, термопары, эталоны сопротивления и др.

При изготовлении инструментов металлы платиновой группы позволяют получить уникальные свойства по прочности, корозостойкости и долговечности.

Металлы платиновой группы используются в чистом виде, как биметалл и в сплавах (см. Платиновые сплавы). Химические реакторы и их части делают целиком или только покрывают фольгой из металлов платиновой группы. Покрытые платиной аппараты применяют при изготовлении чистых химических препаратов и в пищевой промышленности. Когда химической стойкости и тугоплавкости платины или палладия недостаточно, их заменяют сплавами платины с металлами, повышающими эти свойства: иридием (5—25 %), родием (3—10 %) и рутением (2—10 %). Примером использования металлов платиновой группы в этих областях техники является изготовление котлов и чаш для плавки щелочей или работы с соляной, уксусной и бензойной кислотами; автоклавов, дистилляторов, колб, мешалок и др.

Сплавы иридия с осмием, а также золота с платиной и палладием используют для изготовления компасных игл, напаек «вечных» перьев.

Высокие каталитические свойства некоторых металлов платиновой группы позволяют применять их в качестве катализаторов, например, платину применяют при производстве серной и азотной кислот.

В некоторых странах металлы платиновой группы используются в медицине, в том числе и в качестве небольших добавок к лекарственным препаратам.

Читайте также: