Platin grubu metaller: genel bakış, liste, özellikler ve uygulamalar

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-02 14:04

Platin grubu metaller, periyodik tabloda yan yana yer alan altı asil değerli kimyasal elementtir. Hepsi 8-10 gruptan oluşan 5-6 periyotlu geçiş metalleridir.

Platin grubu metaller listesi

Grup, artan atom ağırlığı sırasına göre düzenlenmiş aşağıdaki altı kimyasal elementten oluşur:

• Ru – rutenyum.
• Rh – rodyum.
• Pd – paladyum.
• Os – osmiyum.
• Ir – iridyum.
• Pt – platin.

Platin grubu metaller, mavimsi beyaz olan osmiyum dışında gümüşi beyaz bir renk tonuna sahiptir. Çoğu reaktife karşı oldukça dirençli olmaları, ancak oksidasyon, indirgeme ve hidrojenasyon reaksiyonlarının hızını kolayca hızlandırmak veya kontrol etmek için katalizör olarak kullanılmaları bakımından kimyasal davranışları paradoksaldır.

Rutenyum ve osmiyum altıgen kapalı bir sistemde kristalleşirken, diğerleri yüz merkezli kübik yapıya sahiptir. Bu, rutenyum ve osmiyumun daha fazla sertliğine yansır.

Keşif geçmişi

Platin içeren altın eserler MÖ 700 yılına kadar uzanıyor olsa da. e., bu metalin varlığı bir kalıptan çok bir tesadüftür. 16. yüzyıldaki Cizvitler, alüvyon altın yataklarıyla ilişkili yoğun gri çakıllardan bahsetti. Bu taşlar eritilemezdi, ancak külçeler kırılgan hale gelirken altınla bir alaşım oluşturdular ve artık onları temizlemek mümkün değildi. Çakıl taşları, Kolombiya'daki San Juan Nehri'ne akan Pinto Nehri'nden gelen gümüşi madde granülleri olan platina del Pinto olarak tanındı.

Yalnızca metalin tamamen saflaştırılmasından sonra elde edilebilen dövülebilir platin, 1789'da Fransız fizikçi Chabano tarafından izole edildi. Ondan Papa VI. Pius'a sunulan bir kadeh yapıldı. Paladyumun 1802'de keşfi, kimyaya adını veren İngiliz kimyager William Wollaston tarafından bildirildi. asteroit onuruna platin metal grubunun elementi. Wollaston daha sonra platin cevherinde bulunan başka bir madde keşfettiğini iddia etti. Metal tuzlarının pembe renginden dolayı ona rodyum adını vermiştir. İridyum (tuzlarının alacalı renginden dolayı gökkuşağı tanrıçası İris'in adını almıştır) ve osmiyum (uçucu oksitinin klor kokusu nedeniyle Yunanca "koku" kelimesinden gelmektedir) keşifleri İngiliz kimyager Smithson Tennant tarafından yapılmıştır. 1803. Fransız bilim adamları Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix ve Nicolas-Louis Vauquelin iki metali aynı anda izole ettiler. Son izole edilmiş ve tanımlanmış element olan Rutenyum, adını 1844'te Rus kimyager Karl Karlovich Klaus'tan Rusya'nın Latince adından almıştır.

Farklı altın, gümüş, platin grubu metaller gibi basit ateş arıtma maddeleri ile nispeten saf halde kolayca izole edilen maddelerden karmaşık su-kimyasal arıtma gerektirir. Bu yöntemler 19. yüzyılın sonlarına kadar mevcut değildi, bu nedenle platin grubunun tanımlanması ve izolasyonu binlerce yıl gümüş ve altının gerisinde kaldı. Ayrıca, bu metallerin yüksek erime noktası, İngiltere, Fransa, Almanya ve Rusya'daki araştırmacılar platini işlenebilir bir forma dönüştürmek için yöntemler geliştirene kadar kullanımlarını sınırladı. Platin grubu değerli metallerin 1900 yılından itibaren mücevherlerde nasıl kullanılmaya başlandığı. Bu uygulama günümüzde geçerliliğini korurken, endüstriyel uygulama bunu çok aştı. Paladyum, telefon rölelerinde ve diğer kablolu iletişim sistemlerinde uzun ömür ve yüksek güvenilirlik sağlayan çok aranan bir kontak malzemesi olurken, platin, kıvılcım aşınmasına karşı direnci nedeniyle II. Dünya Savaşı sırasında savaş uçaklarının bujilerinde kullanıldı.

Savaştan sonra, petrol rafinasyonunda moleküler dönüşüm tekniklerinin genişlemesi, platin grubu metallerin katalitik özellikleri için büyük bir talep yarattı. 1970'lere gelindiğinde, ABD ve diğer ülkelerdeki otomobil emisyon standartları bu kimyasalların katalitik egzoz gazı dönüşümünde kullanılmasına yol açtığında tüketim daha da arttı.

Cevherler

Platin, paladyum gibi küçük plaser tortuları hariçve ozmik iridyum (bir iridyum ve osmiyum alaşımı), ana bileşenin bir kimyasal element - bir platin grubu metal olacağı neredeyse hiç cevher yoktur. Mineraller genellikle sülfür cevherlerinde, özellikle pentlandit (Ni, Fe)₉S₈ içinde bulunur. En yaygın olanları laurit RuS_{2, irarsite, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridium (Ir, Os), cooperite, (PtS) ve braggittir (Pt, Pd) S.}

Dünyanın en büyük platin grubu metal yatağı, Güney Afrika'daki Bushveld kompleksidir. Büyük hammadde rezervleri Kanada'daki Sudbury yataklarında ve Sibirya'daki Norilsk-Talnakhskoye yatağında yoğunlaşmıştır. ABD'de en büyük platin grubu mineral yatakları Stillwater, Montana'da bulunur, ancak burada Güney Afrika ve Rusya'dan çok daha küçüktür. Dünyanın en büyük platin üreticileri Güney Afrika, Rusya, Zimbabve ve Kanada'dır.

Çıkarma ve zenginleştirme

Güney Afrika ve Kanada'daki ana yataklar maden yöntemiyle işletilmektedir. Hemen hemen tüm platin grubu metaller, yüzdürme ayrımı kullanılarak bakır veya nikel sülfür minerallerinden geri kazanılır. Konsantrenin eritilmesi, bir otoklavda bakır ve nikel sülfürlerden yıkanan bir karışım üretir. Katı liç kalıntısı %15 ila %20 platin grubu metaller içerir.

Bazen yüzdürmeden önce yerçekimi ayrımı kullanılır. Sonuç, %50'ye kadar platin metal içeren ve ergitme ihtiyacını ortadan kaldıran bir konsantredir.

Mekanik özellikler

Platin grubu metallerin mekanik özellikleri önemli ölçüde farklılık gösterir. Platin ve paladyum oldukça yumuşak ve çok dövülebilir. Bu metaller ve alaşımları hem sıcak hem de soğuk olarak işlenebilir. Rodyum ilk önce sıcak işlenir ve daha sonra oldukça sık tavlama ile soğuk işlenebilir. İridyum ve rutenyum ısıtılmalıdır, soğuk işlenemezler.

Osmiyum grubun en sertidir ve en yüksek erime noktasına sahiptir, ancak oksitlenme eğilimi kendi sınırlamalarını dayatır. İridyum, platin metalleri arasında korozyona en dayanıklı olanıdır ve rodyum, yüksek sıcaklık tutma özelliği nedeniyle ödüllendirilir.

Yapısal uygulamalar

Temiz tavlanmış platin çok yumuşak olduğu için çizilmelere ve bozulmalara karşı hassastır. Sertliğini arttırmak için diğer birçok elementle alaşımlanır. Platin takılar, "hakkin" ve "beyaz altın" olarak adlandırılan Japonya'da çok popülerdir. Mücevher alaşımları, işlenmesi ve lehimlenmesi kolay olan %90 Pt ve %10 Pd içerir. Rutenyum ilavesi, oksidasyon direncini korurken alaşımın sertliğini arttırır. Platin, paladyum ve bakır alaşımları, platin paladyumdan daha sert oldukları ve daha ucuz oldukları için dövmede kullanılır.

Yarı iletken endüstrisinde tek kristal üretimi için kullanılan potalar, yüksek sıcaklıklarda korozyon direnci ve stabilite gerektirir. Bu uygulama için platin, platin-rodyum veiridyum. 1800 °C'ye kadar yüksek sıcaklıkları ölçmek için tasarlanmış termokuplların imalatında platin-rodyum alaşımları kullanılmaktadır. Paladyum hem saf hem de karışık halde elektrikli cihazlarda (tüketimin %50'si), diş alaşımlarında (%30) kullanılmaktadır. Rodyum, rutenyum ve osmiyum nadiren saf hallerinde kullanılırlar - diğer platin grubu metaller için alaşım katkı maddesi görevi görürler.

Katalizörler

Batı'da üretilen tüm platinin yaklaşık %42'si katalizör olarak kullanılıyor. Bunların %90'ı, platin (paladyum ve rodyumun yanı sıra) kaplı refrakter peletlerin veya peteklerin yanmamış hidrokarbonları, karbon monoksit ve nitrojen oksitleri su, karbondioksit ve nitrojene dönüştürmeye yardımcı olduğu otomotiv egzoz sistemlerinde kullanılır.

Kızıl-sıcak metal ağ şeklindeki platin ve %10 rodyum alaşımı, nitrojen oksitler ve nitrik asit üretmek için amonyak ve hava arasındaki reaksiyonu katalize eder. Bir amonyak karışımı ile beslendiğinde metan hidrosiyanik asit elde edilebilir. Petrol rafinasyonunda, reaktördeki alümina peletlerinin yüzeyindeki platin, uzun zincirli yağ moleküllerinin yüksek oktanlı benzin karışımlarında arzu edilen dallı izoparafinlere dönüşümünü katalize eder.

Elektrokaplama

Tüm platin grubu metaller elektrolizle kaplanabilir. Elde edilen kaplamanın sertliği ve parlaklığı nedeniyle en yaygın olarak rodyum kullanılır. Ona rağmenmaliyet platinden daha yüksektir, daha düşük yoğunluk, karşılaştırılabilir kalınlığa sahip daha küçük bir malzeme kütlesinin kullanılmasına izin verir.

Paladyum, kaplama uygulamaları için kullanımı en kolay olan platin grubu metaldir. Bu nedenle, malzemenin gücü önemli ölçüde artar. Rutenyum, düşük basınçlı sürtünmeli işleme aletlerinde kullanım alanı bulmuştur.

Kimyasal bileşikler

Alkilplatin kompleksleri gibi organik platin grubu metal kompleksleri, olefinlerin polimerizasyonunda, polipropilen ve polietilen üretiminde ve etilenin asetaldehite oksidasyonunda katalizör olarak kullanılır.

Platin tuzları kanser kemoterapisinde giderek daha fazla kullanılıyor. Örneğin, Carboplatin ve Cisplatin gibi ilaçların bir parçasıdırlar. Klor ve sodyum klorat üretiminde rutenyum oksit kaplı elektrotlar kullanılmaktadır. Rodyum kaplama banyolarında rodyum sülfat ve fosfat kullanılmaktadır.