Platinum group metals: pangkalahatang-ideya, listahan, mga katangian at mga application

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2024-01-02 14:03

Ang Platinum group metals ay anim na mahahalagang elemento ng kemikal na magkakatabi sa periodic table. Ang lahat ng ito ay mga transition metal ng 8–10 grupo ng 5–6 na yugto.

Platinum group metals list

Ang pangkat ay binubuo ng sumusunod na anim na elemento ng kemikal, na nakaayos sa pataas na pagkakasunud-sunod ng atomic weight:

• Ru – ruthenium.
• Rh – rhodium.
• Pd – paleydyum.
• Os – osmium.
• Ir – iridium.
• Pt – platinum.

Ang mga metal na pangkat ng platinum ay may kulay-pilak na puting tint, maliban sa osmium, na maasul na puti. Ang kanilang kemikal na pag-uugali ay kabalintunaan dahil sila ay lubos na lumalaban sa karamihan ng mga reagents, ngunit ginagamit bilang mga catalyst, na madaling nagpapabilis o nagkokontrol sa bilis ng mga reaksyon ng oksihenasyon, pagbabawas, at hydrogenation.

Ruthenium at osmium ay nag-kristal sa isang hexagonal close-packed system, habang ang iba ay may face-centered cubic structure. Ito ay makikita sa higit na tigas ng ruthenium at osmium.

Kasaysayan ng pagtuklas

Bagaman ang mga gintong artifact na may platinum ay itinayo noong 700 BC. e., ang pagkakaroon ng metal na ito ay higit na isang aksidente kaysa sa isang pattern. Binanggit ng mga Heswita noong ika-16 na siglo ang siksik na kulay-abo na maliliit na bato na nauugnay sa mga alluvial na deposito ng ginto. Ang mga batong ito ay hindi maaaring matunaw, ngunit sila ay bumubuo ng isang haluang metal na may ginto, habang ang mga ingot ay naging malutong, at hindi na posible na linisin ang mga ito. Nakilala ang mga pebbles bilang platina del Pinto, mga butil ng silvery material mula sa Pinto River, na dumadaloy sa San Juan River sa Colombia.

AngMalleable platinum, na maaari lamang makuha pagkatapos ng kumpletong paglilinis ng metal, ay ibinukod ng French physicist na si Chabano noong 1789. Mula rito ay ginawa ang isang kopita na inihandog kay Pope Pius VI. Ang pagkatuklas ng palladium noong 1802 ay iniulat ng English chemist na si William Wollaston, na pinangalanan ang chem. elemento ng platinum metal group bilang parangal sa asteroid. Kasunod na inaangkin ni Wollaston na nakatuklas ng isa pang sangkap na nasa platinum ore. Tinawag niya itong rhodium dahil sa kulay rosas na kulay ng mga metal s alt. Ang mga pagtuklas ng iridium (pinangalanan sa rainbow goddess na si Iris dahil sa sari-saring kulay ng mga asin nito) at osmium (mula sa salitang Griyego para sa "amoy" dahil sa amoy ng chlorine ng volatile oxide nito) ay ginawa ng English chemist na si Smithson Tennant noong 1803. Ang mga siyentipikong Pranses na sina Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix, at Nicolas-Louis Vauquelin ay naghiwalay ng dalawang metal nang sabay. Ang Ruthenium, ang huling nakahiwalay at natukoy na elemento, ay natanggap ang pangalan nito mula sa Latin na pangalan para sa Russia mula sa Russian chemist na si Karl Karlovich Klaus noong 1844.

Hindi katuladmula sa ganoong madaling ihiwalay sa isang medyo dalisay na estado sa pamamagitan ng simpleng mga sangkap na nagpapadalisay ng apoy tulad ng ginto, pilak, mga metal na pangkat ng platinum ay nangangailangan ng kumplikadong paggamot sa tubig-kemikal. Ang mga pamamaraan na ito ay hindi magagamit hanggang sa huling bahagi ng ika-19 na siglo, kaya ang pagkakakilanlan at paghihiwalay ng pangkat ng platinum ay nahulog sa likod ng pilak at ginto sa libu-libong taon. Bilang karagdagan, ang mataas na punto ng pagkatunaw ng mga metal na ito ay nilimitahan ang kanilang paggamit hanggang ang mga mananaliksik sa Britain, France, Germany at Russia ay bumuo ng mga pamamaraan upang i-convert ang platinum sa isang maisasagawa na anyo. Paano nagsimulang gamitin ang mga mahalagang metal ng pangkat ng platinum sa alahas mula noong 1900. Habang ang application na ito ay nananatiling may kaugnayan ngayon, ang pang-industriya ay higit na nalampasan ito. Ang Palladium ay naging lubhang hinahangad na contact material sa mga relay ng telepono at iba pang wired na sistema ng komunikasyon, na nagbibigay ng mahabang buhay at mataas na pagiging maaasahan, habang ang platinum, dahil sa paglaban nito sa spark erosion, ay ginamit sa combat aircraft spark plugs noong World War II.

Pagkatapos ng digmaan, ang pagpapalawak ng mga molecular conversion technique sa petroleum refining ay lumikha ng malaking pangangailangan para sa catalytic properties ng mga platinum group na metal. Pagsapit ng 1970s, mas tumaas ang pagkonsumo nang ang mga pamantayan sa paglabas ng sasakyan sa US at iba pang mga bansa ay humantong sa paggamit ng mga kemikal na ito sa catalytic exhaust gas conversion.

Ores

Hindi kasama ang maliliit na placer na deposito ng platinum, palladiumat osmic iridium (isang haluang metal ng iridium at osmium), halos walang ore kung saan ang pangunahing bahagi ay isang kemikal na elemento - isang platinum group metal. Ang mga mineral ay kadalasang matatagpuan sa sulfide ores, sa partikular na pentlandite (Ni, Fe)₉S₈. Ang pinakakaraniwan ay laurite RuS_{2, irarsite, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridium (Ir, Os), cooperite, (PtS) at braggite (Pt, Pd) S.}

Ang pinakamalaking deposito sa mundo ng mga platinum group metal ay ang Bushveld complex sa South Africa. Ang malalaking reserba ng mga hilaw na materyales ay puro sa mga deposito ng Sudbury sa Canada at ang deposito ng Norilsk-Talnakhskoye sa Siberia. Sa USA, ang pinakamalaking deposito ng mga mineral na pangkat ng platinum ay matatagpuan sa Stillwater, Montana, ngunit narito ang mga ito ay mas maliit kaysa sa South Africa at Russia. Ang pinakamalaking producer ng platinum sa mundo ay ang South Africa, Russia, Zimbabwe at Canada.

Pagkuha at pagpapayaman

Ang pangunahing mga deposito sa South Africa at Canada ay pinamamahalaan ng pamamaraan ng minahan. Halos lahat ng mga metal ng pangkat ng platinum ay nakuhang muli mula sa mga mineral na tanso o nickel sulfide gamit ang flotation separation. Ang pagtunaw ng concentrate ay gumagawa ng isang halo na hinugasan ng tanso at nikel na sulfide sa isang autoclave. Ang solid leach residue ay naglalaman ng 15 hanggang 20% platinum group metals.

Minsan ginagamit ang gravity separation bago ang flotation. Ang resulta ay isang concentrate na naglalaman ng hanggang 50% platinum metals, na inaalis ang pangangailangan para sa smelting.

Mga katangiang mekanikal

Ang mga metal ng pangkat ng platinum ay malaki ang pagkakaiba sa mga mekanikal na katangian. Ang platinum at palladium ay medyo malambot at napakadali. Ang mga metal na ito at ang kanilang mga haluang metal ay maaaring gawin sa parehong mainit at malamig. Ang rhodium ay unang ginawang mainit at sa paglaon ay maaaring malamig na trabaho na may medyo madalas na pagsusubo. Ang iridium at ruthenium ay dapat na pinainit, hindi sila maaaring gawin nang malamig.

Ang Osmium ang pinakamahirap sa grupo at may pinakamataas na punto ng pagkatunaw, ngunit ang tendency nitong mag-oxidize ay nagpapataw ng sarili nitong mga limitasyon. Ang Iridium ay ang pinaka-corrosion resistant sa mga platinum metal, at ang rhodium ay pinahahalagahan para sa mataas na temperatura na pagpapanatili nito.

Mga istrukturang aplikasyon

Dahil ang malinis na annealed platinum ay napakalambot, ito ay madaling kapitan ng mga gasgas at pagkasira. Upang madagdagan ang katigasan nito, ito ay pinagsama sa maraming iba pang mga elemento. Sikat na sikat ang platinum na alahas sa Japan kung saan tinawag itong "hakkin" at "white gold". Ang mga haluang metal ng alahas ay naglalaman ng 90% Pt at 10% Pd, na madaling makina at maghinang. Ang pagdaragdag ng ruthenium ay nagpapataas ng tigas ng haluang metal habang pinapanatili ang paglaban sa oksihenasyon. Ang mga haluang metal ng platinum, palladium at tanso ay ginagamit sa mga forging dahil mas matigas ang mga ito kaysa sa platinum palladium at mas mura.

Ang mga crucibles na ginagamit para sa paggawa ng mga single crystal sa industriya ng semiconductor ay nangangailangan ng corrosion resistance at stability sa mataas na temperatura. Para sa application na ito, platinum, platinum-rhodium atiridium. Ang mga platinum-rhodium alloy ay ginagamit sa paggawa ng mga thermocouple, na idinisenyo upang sukatin ang mataas na temperatura hanggang sa 1800 °C. Ang Palladium ay ginagamit pareho sa dalisay at halo-halong anyo sa mga de-koryenteng aparato (50% ng pagkonsumo), sa mga haluang metal ng ngipin (30%). Ang rhodium, ruthenium, at osmium ay bihirang ginagamit sa kanilang purong anyo - nagsisilbi itong alloying additive para sa iba pang mga platinum group na metal.

Catalysts

Mga 42% ng lahat ng platinum na ginawa sa Kanluran ay ginagamit bilang isang katalista. Sa mga ito, 90% ay ginagamit sa mga automotive exhaust system, kung saan ang platinum (pati na rin ang palladium at rhodium) na pinahiran ng mga refractory pellet o pulot-pukyutan ay nakakatulong na i-convert ang mga hindi pa nasusunog na hydrocarbon, carbon monoxide at nitrogen oxide sa tubig, carbon dioxide at nitrogen.

Ang isang haluang metal ng platinum at 10% rhodium sa anyo ng isang pulang-mainit na metal mesh ay nag-catalyze sa reaksyon sa pagitan ng ammonia at hangin upang makagawa ng mga nitrogen oxide at nitric acid. Kapag pinakain kasama ng pinaghalong ammonia, maaaring makuha ang methane hydrocyanic acid. Sa pagpino ng petrolyo, ang platinum sa ibabaw ng mga alumina pellets sa reactor ay nag-catalyze sa conversion ng mahabang chain oil molecules sa branched isoparaffins, na kanais-nais sa high octane gasoline blends.

Electroplating

Lahat ng platinum group na metal ay maaaring electroplated. Dahil sa katigasan at kinang ng nagresultang patong, ang rhodium ang pinakakaraniwang ginagamit. Bagaman itoang gastos ay mas mataas kaysa sa platinum, ang mas mababang density ay nagbibigay-daan sa paggamit ng mas maliit na masa ng materyal na may maihahambing na kapal.

Ang Palladium ay ang platinum group metal na pinakamadaling gamitin para sa mga coating application. Dahil dito, ang lakas ng materyal ay makabuluhang nadagdagan. Ang Ruthenium ay nakahanap ng gamit sa low pressure friction machining tool.

Mga compound ng kemikal

Ang mga organikong platinum group na metal complex, tulad ng mga alkylplatinum complex, ay ginagamit bilang mga catalyst sa polymerization ng mga olefin, ang produksyon ng polypropylene at polyethylene, at ang oxidation ng ethylene sa acetaldehyde.

Platinum s alts ay lalong ginagamit sa cancer chemotherapy. Halimbawa, bahagi sila ng mga gamot tulad ng Carboplatin at Cisplatin. Ang Ruthenium oxide coated electrodes ay ginagamit sa paggawa ng chlorine at sodium chlorate. Ginagamit ang rhodium sulfate at phosphate sa mga rhodium plating bath.