Металлы платиновой группы

Расположение металлов платиновой группы в периодической системе химических элементов

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

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

*

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

• 
  Рутений
• 
  Родий
• 
  Палладий
• 
  Осмий
• 
  Иридий
• 
  Платина

Металлы платиновой группы (МПГ, Платиновая группа, Платиновые металлы, Платиноиды, ЭПГ) — 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 главные источники МПГ — ликвационные медно-никелевые руды (месторождения Норильской группы (Норильский никель), Садбери) и малосульфидные собственно платинометальные (месторождения комплексов Бушвельд и Стиллуотер), реже отмечаются в колчеданно-полиметаллических и др. Иногда металлы платиновой группы подразделяют на две триады: рутений, родий и палладий — лёгкие платиновые металлы, а платина, иридий и осмий — тяжёлые платиновые металлы.

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 польский 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 Руси 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 ста минералов платиновой группы. Минералы платиноидов распространены как в самородной форме, 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 иридий (Ir, Os) (Ir 46,8 — 77,2 % Os 21 — 49,3 %), осмий (Os, Ir) (Os 67,9 %, Ir 17 %, Ru 8,9 %, Rh 4,5 %). 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 %), майчнерит (PdBiTe), 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

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

Свойства платиновых металлов

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, +7, +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.

Тяжелые платиновые металлы обладают рекордно большой среди всех веществ плотностью.

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

Все платиновые металлы химически инертны. Многие из них в твёрдом виде не растворяются даже в царской водке. В мелкодисперсном виде или в виде губки царской водкой слабо растворяется рутений, и совсем незначительно - родий и иридий. Платина и палладий более реакционноспособны, палладий растворяется в азотной кислоте, а платина — не так инертна, как принято считать, и растворяется даже в соляной кислоте в присутствии воздуха. Реакции растворения в царской водке идут с образованием хлоридных комплексов:

${\mathsf {3Pt+4HNO_{3}+18HCl\longrightarrow 3H_{2}[PtCl_{6}]+4NO\uparrow +8H_{2}O}}$

При окислении металлов кислородом воздуха образуются оксиды различного состава:

${\mathsf {Os+2O_{2}\longrightarrow OsO_{4}}}$

${\mathsf {Ru+2O_{2}\longrightarrow RuO_{4}}}$

${\mathsf {2Pt+O_{2}\longrightarrow 2PtO}}$

${\mathsf {2Pd+O_{2}\longrightarrow 2PdO}}$

При нагревании все платиновые металлы реагируют с хлором и фтором:

${\mathsf {Pt+Cl_{2}\longrightarrow PtCl_{2}}}$

${\mathsf {Os+2Cl_{2}\longrightarrow OsCl_{4}}}$

${\mathsf {2Ru+3Cl_{2}\longrightarrow 2RuCl_{3}}}$

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

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 объёма 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.

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.

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). На момент 2017 года общие запасы составляют около 167 млн кг.

В России почти вся добыча металлов платиновой группы ведётся «Норильским никелем» (15 % мирового производства платины и 55 % производства палладия) из месторождений сульфидных медно-никелевых руд в окрестностях Норильска (Октябрьское, Талнахское и Норильск-1 и др.), включающих более 99 % разведанных и более 94 % оцененных российских запасов. Кроме того, крупными являются: сульфидно-медно-никелевое месторождение Фёдорова Тундра (участок Большой Ихтегипахк) в Мурманской области, а также россыпи Кондёр в Хабаровском крае, Левтыринываям в Камчатском крае, реки Лобва и Выйско-Исовское в Свердловской области.

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 к золоту 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.

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

• Благородные металлы
• Переходные металлы

Литература

• «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

• Платиновые металлы и их роль в современном обществе (Буслаева Т. М. , 1999), Химия
• Где добывают платиновые металлы (Чернышов Н. М. , 1998), Науки о Земле [1] [2]
• Статистические исследования на сайте mineral.ru: Металлы платиновой группы, Металлы платиновой группы, Рынок металлов платиновой группы в 2007 и 2008 гг.