Металлы платиновой группы

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Металлы платиновой группы
H   He
Li Be   B C N O F Ne
Na Mg   Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc   Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y   Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg
 
  * Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
  ** Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

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.

История[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

1. Магматические

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)

2. Россыпи

Свойства[править | править вики-текст]

Свойства платиновых металлов[1]

Атомный
номер
Название,
символ
Электронная
конфигурация
Степени
окисления
p,
г/см³
tпл,
°C
tкип,
°C
44 Рутений Ru [Kr]4d75s1 0, +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8 12,5 2334 4077
45 Родий Rh [Kr]4d85s1 0, +1, +2, +3, +4, +6 12,4 1963 3727
46 Палладий Pd [Kr]4d10 0, +2, +3, +4 12,0 1554 2937
76 Осмий Os [Xe]4f145d66s2 0, +2, +3, +4, +5, +6, +8 22,6 3027 5027
77 Иридий Ir [Xe]4f145d76s2 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6 22,7 2447 4380
78 Платина Pt [Xe]4f145d96s1 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6 21,4 1769 3800

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:

\mathsf{3 Pt + 4 HNO_3 + 18 HCl \longrightarrow 3 H_2[PtCl_6] + 4 NO \uparrow + 8 H_2O}

При окислении металлов кислородом воздуха образуются оксиды различного состава:

\mathsf{Os + 2 O_2 \longrightarrow OsO_4}

\mathsf{Ru + 2 O_2 \longrightarrow RuO_4}

\mathsf{2 Pt + O_2 \longrightarrow 2 PtO}

\mathsf{2 Pd + O_2 \longrightarrow 2 PdO}

При нагревании все платиновые металлы реагируют с хлором и фтором:

\mathsf{Pt + Cl_2 \longrightarrow PtCl_2}

\mathsf{Os + 2 Cl_2 \longrightarrow OsCl_4}

\mathsf{2 Ru + 3 Cl_2 \longrightarrow 2 RuCl_3}

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

Производство[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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.

Монета 3 рубля, 1834

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.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. XuMuK.Ru - Платиновые металлы (рус.). Проверено 6 августа 2009. Архивировано из первоисточника 28 июня 2012.
  2. 1 2 Металлы. Характеристика драгоценных металлов. Благородные металлы (рус.). — Характеристика драгоценных металлов. Архивировано из первоисточника 28 июня 2012.
  3. Препараты, применяемые для лечения онкологических заболеваний (рус.). Проверено 7 августа 2009. Архивировано из первоисточника 28 июня 2012.
  4. 1 2 3 «Вместо Ротшильдов и Оппенгеймеров», Сергей Шумовский, автор «Эксперт», Иван Рубанов; специальный корреспондент журнала «Эксперт».
  5. Ливингстон С. Химия рутения, родия, палладия, осмия, иридия, платины. М.: Мир, 1978. 366 с.
  6. MINERAL COMMODITY SUMMARIES 2009
  7. Металлы платиновой группы. Информационно-аналитический центр "Минерал"

Литература[править | править вики-текст]

  • «Металлы и сплавы в электротехнике», 3 изд., т. 1-2, М.- Л., 1957;
  • Бузланов Г. Ф., «Производство и применение металлов платиновой группы в промышленности», М., 1961:
  • Йорданов Х. В., «Записки по металлургия на редките метали», София, 1959;
  • Федоренко Н. В. Развитие исследований платиновых металлов в России. М.: Наука, 1985. 264 с.
  • Ливингстон С. Химия рутения, родия, палладия, осмия, иридия, платины. М.: Мир, 1978. 366 с.
  • Генкин А. Д. Минералы платиновых металлов и их ассоциации в медно-никелевых рудах Норильского месторождения. М.: Наука, 1968. 106 с.
  • Металлургия благородных металлов / Под ред. Л. В. Чугаева. М.: Металлургия, 1987. 432 с.
  • Синицын Н. М. Благородные металлы и научно-технический прогресс. М.: Знание, 1987. 46 с.
  • Что мы знаем о химии?: Вопросы и ответы / Под ред. Ю. Н. Кукушкина. М.: Высш. шк., 1993. 303 с.
  • Додин Д. А., Чернышов Н. М., Полферов Д. В., Тарновецкий Л. Л. Платинометальные месторождения мира. М.: Геоинформмарк, 1994. Т. 1, кн.1: Платинометальные малосульфидные месторождения в ритмично расслоенных комплексах. 279 с.
  • Додин Д. А., Чернышов Н. М., Яцкевич Б. А. и др. Состояние и проблемы развития минерально-сырьевой базы платиновых металлов // Платина России. М.: Геоинформмарк, 1995. С. 7-48.
  • Кривцов А. Н. Месторождения платиноидов: (Геология, генезис, закономерности размещения) // Итоги науки и техники. Рудные месторождения. 1988. Т. 18. 131 с.
  • Рудные месторождения СССР. М.: Недра, 1974. Т. 3. 472 с.
  • Чернышов Н. М., Додин Д. А. Формационно-генетическая типизация месторождений металлов платиновой группы для целей прогноза и металлогенического анализа // Геология и геофизика. 1995. Т. 36. С. 65-70.

Ссылки[править | править вики-текст]