Kovy skupiny platiny: přehled, seznam, vlastnosti a aplikace

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-02 13:51

Kovy skupiny platiny jsou šest ušlechtilých vzácných chemických prvků, které jsou umístěny vedle sebe v periodické tabulce. Všechny z nich jsou přechodné kovy o 8–10 skupinách s 5–6 periodami.

Seznam kovů skupiny platiny

Skupina se skládá z následujících šesti chemických prvků, uspořádaných vzestupně podle atomové hmotnosti:

• Ru – ruthenium.
• Rh – rhodium.
• Pd – palladium.
• Os – osmium.
• Ir – iridium.
• Pt – platina.

Kovy skupiny platiny mají stříbřitý bílý odstín, s výjimkou osmia, které je modravě bílé. Jejich chemické chování je paradoxní v tom, že jsou vysoce odolné vůči většině činidel, ale používají se jako katalyzátory, které snadno urychlují nebo řídí rychlost oxidačních, redukčních a hydrogenačních reakcí.

Ruthenium a osmium krystalizují do šestiúhelníkového uzavřeného systému, zatímco jiné mají kubickou strukturu vycentrovanou na plochu. To se odráží ve větší tvrdosti ruthenia a osmia.

Historie objevů

Přestože zlaté artefakty s platinou pocházejí z roku 700 před naším letopočtem. přítomnost tohoto kovu je spíše náhoda než vzor. Jezuité v 16. století zmiňovali husté šedé oblázky spojené s naplaveninami zlata. Tyto kameny se nedaly roztavit, ale vytvořily slitinu se zlatem, přičemž slitky zkřehly, a už je nebylo možné čistit. Oblázky se staly známými jako platina del Pinto, granule stříbřitého materiálu z řeky Pinto, která se vlévá do řeky San Juan v Kolumbii.

Kujná platina, kterou lze získat pouze po úplném vyčištění kovu, izoloval francouzský fyzik Chabano v roce 1789. Z ní byl vyroben pohár darovaný papeži Piovi VI. O objevu palladia v roce 1802 informoval anglický chemik William Wollaston, který chem. prvek skupiny platinových kovů na počest asteroidu. Wollaston následně tvrdil, že objevil další látku přítomnou v platinové rudě. Nazval to rhodium kvůli růžové barvě solí kovů. Objevy iridia (pojmenovaného podle bohyně duhy Iris kvůli pestré barvě jeho solí) a osmia (z řeckého výrazu pro „vůni“kvůli chlórovému zápachu jeho těkavého oxidu) učinil anglický chemik Smithson Tennant v r. 1803. Francouzští vědci Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix a Nicolas-Louis Vauquelin izolovali dva kovy současně. Ruthenium, poslední izolovaný a identifikovaný prvek, dostal svůj název z latinského názvu pro Rusko od ruského chemika Karla Karloviče Klause v roce 1844.

Na rozdíl odz takových snadno izolovatelných v relativně čistém stavu jednoduchým ohněm rafinace látek, jako je zlato, stříbro, kovy skupiny platiny, vyžadují komplexní vodně-chemickou úpravu. Tyto metody nebyly k dispozici až do konce 19. století, takže identifikace a izolace skupiny platiny zaostala za stříbrem a zlatem o tisíce let. Kromě toho vysoká teplota tání těchto kovů omezovala jejich použití, dokud výzkumníci v Británii, Francii, Německu a Rusku nevyvinuli metody pro přeměnu platiny na zpracovatelnou formu. Jak se drahé kovy skupiny platiny začaly od roku 1900 používat ve šperkařství. Zatímco tato aplikace zůstává aktuální i dnes, ta průmyslová ji daleko předčila. Palladium se stalo velmi vyhledávaným kontaktním materiálem v telefonních relé a dalších drátových komunikačních systémech, poskytujících dlouhou životnost a vysokou spolehlivost, zatímco platina byla díky své odolnosti proti jiskrové erozi používána v zapalovacích svíčkách bojových letadel během druhé světové války.

Po válce vyvolalo rozšíření technik molekulární konverze při rafinaci ropy obrovskou poptávku po katalytických vlastnostech kovů skupiny platiny. V 70. letech se spotřeba ještě zvýšila, když emisní normy pro automobily v USA a dalších zemích vedly k použití těchto chemikálií při katalytické konverzi výfukových plynů.

Ores

S výjimkou malých nánosů platiny, palladiaa osmic iridium (slitina iridia a osmia), prakticky neexistuje ruda, ve které by hlavní složkou byl chemický prvek – kov skupiny platiny. Minerály se obvykle nacházejí v sulfidických rudách, zejména v pentlanditu (Ni, Fe)₉S₈. Nejběžnější jsou laurit RuS_{2, irarsite, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridium (Ir, Os), kooperit, (PtS) a braggit (Pt, Pd) S.}

Největším nalezištěm kovů skupiny platiny na světě je komplex Bushveld v Jižní Africe. Velké zásoby surovin jsou soustředěny v ložiskách Sudbury v Kanadě a ložisku Norilsk-Talnakhskoye na Sibiři. V USA se největší ložiska nerostů platinové skupiny nacházejí v Stillwater v Montaně, zde jsou však mnohem menší než v Jižní Africe a Rusku. Největšími světovými producenty platiny jsou Jižní Afrika, Rusko, Zimbabwe a Kanada.

Extrakce a obohacování

Hlavní jihoafrická a kanadská ložiska jsou provozována důlní metodou. Prakticky všechny kovy skupiny platiny se získávají z minerálů mědi nebo sulfidu niklu pomocí flotační separace. Tavením koncentrátu vzniká směs, která se vymývá ze sulfidů mědi a niklu v autoklávu. Pevný zbytek výluhu obsahuje 15 až 20 % kovů skupiny platiny.

Někdy se před flotací používá gravitační separace. Výsledkem je koncentrát obsahující až 50 % platinových kovů, což eliminuje potřebu tavení.

Mechanické vlastnosti

Kovy skupiny platiny se výrazně liší v mechanických vlastnostech. Platina a palladium jsou docela měkké a velmi tvárné. Tyto kovy a jejich slitiny lze zpracovávat za tepla i za studena. Rhodium se nejprve zpracovává za tepla a později může být opracováno za studena s poměrně častým žíháním. Iridium a ruthenium se musí zahřívat, nelze je opracovat za studena.

Osmium je nejtvrdší ze skupiny a má nejvyšší bod tání, ale jeho tendence k oxidaci má svá vlastní omezení. Iridium je nejodolnější vůči korozi z platinových kovů a rhodium je ceněno pro svou vysokou teplotu.

Strukturální aplikace

Protože čistá žíhaná platina je velmi měkká, je náchylná k poškrábání a poškození. Pro zvýšení jeho tvrdosti je legován mnoha dalšími prvky. Platinové šperky jsou velmi oblíbené v Japonsku, kde se jim říká „hakkin“a „bílé zlato“. Slitiny šperků obsahují 90 % Pt a 10 % Pd, které se snadno obrábějí a pájejí. Přídavek ruthenia zvyšuje tvrdost slitiny při zachování odolnosti proti oxidaci. Slitiny platiny, palladia a mědi se používají ve výkovcích, protože jsou tvrdší než platina palladium a jsou levnější.

kelímky používané pro výrobu monokrystalů v polovodičovém průmyslu vyžadují odolnost proti korozi a stabilitu při vysokých teplotách. Pro tuto aplikaci se používá platina, platina-rhodium airidium. Slitiny platiny a rhodia se používají při výrobě termočlánků, které jsou určeny k měření zvýšených teplot až do 1800 °C. Palladium se používá v čisté i smíšené formě v elektrických zařízeních (50 % spotřeby), v dentálních slitinách (30 %). Rhodium, ruthenium a osmium se ve své čisté formě používají zřídka - slouží jako legovací přísada pro jiné kovy skupiny platiny.

Katalyzátory

Asi 42 % veškeré platiny vyrobené na Západě se používá jako katalyzátor. Z toho 90 % se používá v automobilových výfukových systémech, kde žáruvzdorné pelety nebo voštiny potažené platinou (stejně jako palladiem a rhodiem) pomáhají přeměnit nespálené uhlovodíky, oxid uhelnatý a oxidy dusíku na vodu, oxid uhličitý a dusík.

Slitina platiny a 10% rhodia ve formě rozžhavené kovové sítě katalyzuje reakci mezi amoniakem a vzduchem za vzniku oxidů dusíku a kyseliny dusičné. Při společném plnění se směsí čpavku lze získat kyselinu kyanovodíkovou methan. Při rafinaci ropy, platina na povrchu pelet oxidu hlinitého v reaktoru katalyzuje přeměnu molekul oleje s dlouhým řetězcem na rozvětvené isoparafiny, které jsou žádoucí ve vysokooktanových benzínových směsích.

Elektrogalvanizace

Všechny kovy skupiny platiny mohou být galvanicky pokovovány. Kvůli tvrdosti a lesku výsledného povlaku se nejčastěji používá rhodium. Ačkoli tocena je vyšší než u platiny, nižší hustota umožňuje použití menší hmoty materiálu se srovnatelnou tloušťkou.

Palladium je kov skupiny platiny, který se nejsnáze používá pro nátěry. Díky tomu se výrazně zvyšuje pevnost materiálu. Ruthenium našlo uplatnění v nízkotlakých třecích obráběcích nástrojích.

Chemické sloučeniny

Organické komplexy kovů platinové skupiny, jako jsou komplexy alkylplatiny, se používají jako katalyzátory při polymeraci olefinů, výrobě polypropylenu a polyethylenu a oxidaci ethylenu na acetaldehyd.

Soli platiny se stále častěji používají v chemoterapii rakoviny. Jsou například součástí léků jako Carboplatin a Cisplatin. Elektrody potažené oxidem ruthenium se používají při výrobě chloru a chlorečnanu sodného. Rhodium sulfát a fosfát se používají v rhodiovacích lázních.