Платина химический элемент

Платина это химический элемент, простое вещество, является драгоценным металлом и представлена символом platinum, Pt.

Слово «платина» происходит от испанского слова «Platina». Платина означает Серебро. Это один из самых редких элементов, обнаруженных в земной коре, с предполагаемым содержанием 5 мкг / кг.

Платина может проводить электричество. Платина, наряду с родием, палладием, рутением, иридием и осмием, образует группу элементов, называемых металлами платиновой группы (МПГ).

Что такое платина

(Platinum; исп. platino, platina, от plata — серебро), Pt — химический элемент 10-й группы ( устаревшая классификация: VIIIВ группы) периодической системы элементов.

Атомный номер 78, атомная масса 195,09.

В соединениях проявляет степени окисления гл. обр. + 2 и +4, реже +1, + 3 и + 6. Серебристо-белый металл, в порошке — серого цвета.

История

Платина была известна еще в древности (Египет, Эфиопия и др.). В середине 18 в. образцы платины самородной были привезены в Европу.

Создание методов получения ковкой платины относится к первой половине 19 в. Плавленную платину впервые получили франц. ученые А. Сент-Клер Девиль и А. Дебре.

Физические свойства

Платиновый элемент относится к 10-й группе периодической таблицы элементов. Платина — один из переходных металлов.

Атомный номер платины равен 78, а атомная масса платины составляет 195,094 г/моль. Температура плавления платины составляет 1768,3°C, а температура кипения — 3825 °C.

Кристаллическая структура платины кубическая гране-центрированная, типа меди,с периодом решетки а = 3,9233 А (т-ра 24° С).

Электронная конфигурация платины:

[Xe] 4f¹⁴ 5d⁹ 6s¹

Плотность (т-ра 20° С) 21,45 г/см³, t_пл 1769° С; t_кип 3800° С; удельная теплоемкость 0,0317 кал/г • град (т-ра 25° С); коэфф. теплопроводности 0,17447 кал/см • сек • град (интервал т-р 0—100° С).

Коэфф. линейного расширения (интервал т-р 0—100° С) 9,1 • 10^-6 град-1, удельное электрическое сопротивление (т-ра 25° С) 10,3 мком • см, температурный коэфф. электр. сопротивления (интервал т-р 0-100° С) 0,003927 град-1.

Платина парамагнитна. Ее удельная магнитная восприимчивость      при   комнатной т-ре 0,971 • 10^-6.

Давление насыщенного пара платины при т-рах 1500 и 1750° С соответственно 10^-6 и 10^-4 мм рт. ст. У отожженной платины модуль   норм. упругости 17 320 кгс/мм²; модуль сдвига 6700 кгс/мм².

Предел прочности на растяжение 14,0 кгс/мм²; относительное    удлинение платины от 30 до 50%; HV = 37 — 48 (по данным разных авторов).

Чистая платина — один из наиболее пластичных металлов.

Она легко поддается ковке, штампованию, может быть прокатана в фольгу (толщиной до 0,0025 мм) и протянута в проволоку (диаметром 0,001 мм); ее можно полировать и сваривать.

Примеси, даже незначительные, уменьшают пластичность и повышают твердость металла.

Холодное деформирование заметно упрочняет, относительное удлинение обработанной платины снижается до 1—2%, a HV возрастает до 90—95.

При последующем отжиге металл опять становится более мягким и пластичным.

Все легирующие добавки в области твердых растворов, особенно металлы с гексагональной плотноупакованной структурой, упрочняют ее, твердость ее увеличивается в 2—2,5 раза.

Платина относится к числу наиболее коррозионностойких металлов.

Химические свойства платины

При комнатной т-ре не взаимодействует с минеральными и органическими к-тами, но легко растворяется в «царской водке» и медленно реагирует с кипящей серной к-той.

Корродирует в расплавленных щелочах (особенно при наличии кислорода и др. окислителей), окислах, цианидах и сульфидах щелочных металлов.

При нагревании на воздухе практически не окисляется. Порошкообразная платина может быть окислена при нагревании (температура 500°. С) в среде кислорода под давлением 8 ат.

Выше т-ры 500° С при давлении кислорода 1 ат все окислы неустойчивы. При нагревании платина реагирует с галогенами (жидкий бром медленно разъедает ее при комнатной т-ре).

Серой, селеном, фосфором, кремнием и др. неметаллами, образуя (в зависимости от т-ры) галогениды состава PtX₂,  PtX₃ и PtX₄, сульфиды PtS и PtS₂, селенид PtSe₂ и др.

С азотом и водородом не взаимодействует и практически не растворяет их.

В виде черни хорошо адсорбирует газы (при комнатной т-ре один объем платины поглощает 114 объемов водорода).

Платина образует многочисленные комплексные соединения как катионного, например аммиакаты [Pt (NH₃)₆] Х₄ и [Pt(NH₃)₂]X₂, так и анионного,  например  Кr[Pt(NО₃)₄], типа.

При растворении хлорной платины PtCl₄ в соляной к-те образуется платинохлористоводородная кислота Н₂[PtCl₆].

Практическое   значение в аффинаже металла имеет хлороплатинат  аммония     (NH₄)₂[PtCl₆] — практически нерастворимые в воде и    концентрированных    растворах NH₄Cl   кристаллы  желтого   цвета.

Мелкораздробленная платина, обладая высокой каталитической активностью, служит катализатором многих химических реакций.

Платина сплавляется с большинством металлов, часто образуя с ними широкие области твердых растворов.

И  многочисленные   промежуточные фазы со структурами типа CsCl, FeSi, NiAs,   СrВ,   CuAu,   AuCd,   Cu₃Au, TiNi₃,   Gr₃Si,   MoSi₂,   Лавеса   фазы и др.

Изотопы

Природная платина — смесь изотопов ¹⁹⁰Pt (0,0127%), ¹⁹²Pt (0,78%), ¹⁹⁴Pt (32,9%), ¹⁹⁵Pt (33,8%), ¹⁹⁶Pt (25,2%) и ¹⁹⁸Pt (7,23%), из к-рых изотопы ¹⁹⁰Pt и ¹⁹²Pt радиоактивны, их периоды полураспада соответственно 5,4 • 10¹¹ и 10¹⁵ лет.

Получены радиоактивные изотопы с массовыми числами 174 — 189, 191, 193, 195, 197, 199 — 201, из них важнейшие — изотопы ¹⁹⁷Pt и ¹⁹⁹Pt.

Получение

Основным сырьем для получения платины служат самородная платина и концентраты платиновых металлов, получаемые после переработки анодных шламов электролиза никеля и меди.

Качественная реакция на платину нужна чтобы с точность определить его состав, для этого применяют неорганические и органические вещества.

Концентраты растворяют в «царской водке», сначала на холоду, а затем при т-ре 110—120° С, и платина переходит в раствор в виде H₂[PtCl₆].

Затем растворы   подвергают   «доводке» — избирательному восстановлению иридия и палладия до низших валентностей (соответственно +3 и +2).

После  выделения  золота с  помощью FeSО₄ платину осаждают в виде хлороплатината   аммония.

Осадок промывают, высушивают и прокаливают при т-ре 800° С, получая платиновую губку чистотой 99,7—99,8%.

Для получения более чистого металла губку растворяют в «царской водке» и пере осаждают хлороплатинат аммония.

После его прокаливают чистота губки достигает 99,94%. Если необходимо, ее подвергают дополнительной очистке зонной плавкой.

Платину выпускают в виде порошков, слитков, жести, фольги, проволоки и различных изделий (например тиглей, чашек для  выпаривания).

Плавят платину и ее сплавы в основном в высокочастотных индукционных печах (используя тигли из двуокиси циркония, электроплавленной окиси магния или окиси алюминия), а также в электродуговых печах.

Плавку чаще всего ведут в вакууме или инертной среде.

Большинство полуфабрикатов и изделий и ее сплавов получают, применяя различные виды обработки давлением (прокатку, ковку, штампование, волочение) в холодном состоянии с промежуточными отжигами.

Применение

Платина и ее сплавы с иридием, родием, палладием, рутением, золотом, серебром, медью, кобальтом и др. используют при изготовлении коррозионностойкой аппаратуры (котлов, реторт,  перегонных   аппаратов   и т. п.).

Измерительных приборов, лабораторной посуды, фильер в произ-ве стекловолокна, искусственного и синтетического волокон, сосудов для плавки и разливки чистого оптического стекла.

Катализаторы из платины и ее сплавов в виде катализаторных сеток, черни или губчатой платины являются одними из наиболее активных.

И применяются  в произ-ве  минеральных к-т (например, азотной), в риформинг-процессе,  в органическом   синтезе.

Традиционная  область   использования платины — изготовление термопар  и термометров сопротивления.

Сплавы платины служат материалом для произ-ва слаботочных и мощных электро контактов,    высокотемпературных   (до 1800° С) электро нагревателей.

В производстве электросопротивлений для прецизионных приборов  (например,   потенциометров) постоянных магнитов (сплав платины с кобальтом),   медицинских  инструментов, ювелирных изделий, в качестве тугоплавких припоев.

Платиной покрывают детали точных приборов, хим.   и   электротехнические аппаратуры, электроды,   хирургические  инструменты.

Соли платины, например K₂[PtCl₄],  применяют в фотографии.

Некоторые из них, например Ва[Pt(CN)₄] • 4Н₂О,— для    создания экранов, флюоресцирующих под действием рентгеновских лучей.

Токсичность

Pt твердый при комнатной температуре. Платина также оказывает некоторое воздействие на здоровье.

При попадании на кожу она могжет вызвать сыпь и раздражение. При вдыхании он может вызвать одышку, чихание и раздражение в носу.

Платина как металл не вызовет серьезных проблем со здоровьем, но соль платины очень опасна.

Это может вызвать рак, проблемы со слухом, повреждение органов, таких как кишечник и почки, и т.д.

Нахождение в природе

Платина — очень редкий элемент, содержание ее в земной коре 1 • 10^-6 %. Встречается в природе гл. обр. в виде сплавов с железом, палладием, иридием, родием, медью и никелем, в к-рых ее содержание составляет от 65 до 94%.

Из минералов самородной платины наиболее распространены поликсен, ферроплатина и палладистая платина.

Известны также минералы — соединения, например сперрилит PtAs₂, куперит PtS и брэггит (Pt, Pd, Ni) S.

Происхождение названия платина

Своему названию платина обязана испанским конкистадорам, в переводе означает «серебришко».

«Мелкое серебро» это название появилось из за того, что большое количество платины невозможна было расплавить и получались только маленькие капельки.

Долгое время платина ценилась очень не дорого  в 2 раза меньше стоимости серебра.

Даже известен факт того что Испанский  король в 1735 году приказал платину на месторождениях Колумбии тщательно отделять от золота и топить под пересмотром военных.

Это было сделано потому , что платина с золотом имеет практически одну плотность и вес, фальшивомонетчики могли воспользоваться и добавлять в золото платину.

Перво добыча золота в России  началась ещё в 1819 в основном на Урале, богатые россыпи благородного металла платины встречались на Верх-Исетских и других приисках.

Вспомним сказку О хозяйке медной горы , а ведь на Урале есть даже маленький городок с названием Каменный цветок.

Месторождения платины

Основные месторождения платины находятся на территории России, США, ЮАР, Китай, Зимбабве.

В России месторождения платины находятся в Красноярском крае, Мурманская область, Камчатский край, Свердловская область (Екатеринбург).

Самый большой самородок найденный на территории России массой 7860.5 грамм в настоящее время хранится в знаменитом Алмазном фонде.

Добыча платины

Облегчена тем что его масса как и золота в самородном состоянии составляет 21,09-21,45 г/см.

И на приисках будучи более тяжелым материалом чем камни и порода, платина остаётся на дне откуда её и извлекают.

В менее малых месторождениях её добывают методом окислительного восстановительного процесса где пароду тщательно подготавливают, обогащают.

И после нескольких очисток от посторонних благородных металлов получается платина ультра чистой пробы 999.9.

Руда измельчается, и завершается процесс пенной флотации. Во время флотации воздух пропускается через рудно-водную смесь, также называемую суспензией.

Частица платины химически присоединяется к кислороду, поднимающемуся на поверхность в виде пены, а затем снимается для дальнейшего рафинирования.

На следующем этапе его высушивают, а затем нагревают до 1500°C в электрической печи, а затем через него продувают воздух для удаления примесей железа и серы.

Царская водка затем используется для растворения металлической платины из минерального концентрата.

Путем образования хлора, который присоединяется к платине с образованием хлороплатиновой кислоты.

Хлорид аммония используется для превращения хлороплатиновой кислоты в гексахлороплатинат аммония, который затем можно сжигать для получения чистого платинового металла.

Применение платины

В  настоящее  время  платина  имеет огромное значение для производств как химических так для нужд населения.

Практически вся химическая промышленность использует в своём производстве этот благородный металл.

Для все возможных защиты деталей от коррозийных воздействий окружающей среды и окислению химическими компонентами.

В химической промышленности платиновые сетки используют как катализатор для ускорения реакции при получении серной кислоты.

В военной и авиа промышленности платину используют как чистый материал так и в сплаве с другими благородными металлами (золото, серебро, палладий).

Данные сплавы используются для покрытия поверхности от окисления (покрывают медные провода) или же изготавливают контакты которые практически не портятся и служат очень большой срок .

Благодаря своим свойствам платину используют космической технике изготавливая из неё как и золота провода, разъёмы, соединения и так далее.

В быту платину используют в основном как ювелирные украшения которые приводят в восторг своей красотой и изяществом.

В медицине платину используют для изготовления посуды или покрывают им материалы склонные к быстрому окислению , в стоматологии использующий для изготовления протезов , пломб и коронок .

Где нельзя применять платину

Не смотря на свои несокрушимые свойства есть места где нельзя использовать платину или покрытия , при высоких температурах платина становится уязвимой ко многим воздействиям.

Нагретая до красна растворяет углерод становясь хрупкой и ломкой, поэтому нельзя нагревать платиновые тигли восстановленном или от недостатка в воздуха копящего пламени.

Не рекомендуется в платиновой посуде плавить другие металлы из за получения менее тугоплавких сплавов.

Также запрещено плавить в посуде из платины:

1. Едкие щелочи.
2. Перекиси металлов.
3. Сульфиты, сульфиды, тиосульфаты, серу.
4. Фосфор.
5. Кремний.
6. Мышьяк.
7. Сурьму и элементарный бор.

Интересные факты о платине Pt

1. Добыча платины — очень трудоемкий процесс с точки зрения затрат капитала и труда. Для производства всего 31 г чистой платины нам требуется от 7 до 11 тонн платиновой руды и время около шести месяцев.

2. Платина и платиновые сплавы были использованы для изготовления Platinum hunk, который используется в качестве международного стандарта для измерения килограмма. Этот цилиндр весит около 1 кг (2,2 фунта).

3. Платина — наименее реакционноспособный металл, известный человечеству.

4. Даже 1 г платины может растянуться в проволоку длиной 2000 метров.

5. Платина широко используется в качестве катализатора в химических реакциях.

6. Существует 6 природных изотопов платины: ¹⁹⁰Pt (0,01%), ¹⁹²Pt (0,78%), ¹⁹⁴Pt (33,0%), ¹⁹⁵Pt (33,8%), ¹⁹⁶Pt (25,2%) и ¹⁹⁸Pt (7,2%).

Часто задаваемые вопросы по платине?

Можем ли мы растворить платину в Царской водке?

Благодаря химической инертности платины, она не подвергается воздействию кислот. Но платина легко растворяется в Царской водке, смеси концентрированной азотной и соляной кислот в соотношении 1:3.

Обе кислоты концентрированы, что делает ее очень летучей смесью. Эта летучая природа является основной причиной растворения благородного металла.

Благородные металлы, такие как золото, палладий, платина, растворимы в Царской водке, но не растворимы ни в одной из кислот по отдельности.

Царская водка растворяет металл, предварительно окисляя его.

HNO₃ + HCl = NOCl + H₂O + Cl

Pt + 4Cl = PtCl₄

PtCl₄ + 2HCl = H2(PtCl₆) (хлороплатиновая кислота)

В чем разница между платиной и белым золотом?

Платина на 40% плотнее Белого золота. Платина встречается в 30 раз реже, чем Белое золото. Платина намного тверже и прочнее Белого золота.

Если на обоих металлах будет происходить непрерывное царапание, белое золото потеряет вес, в то время как платина не потеряет никакого веса.

Со временем белое золото теряет свой белый цвет и приобретает желтоватый оттенок, тогда как в платине ничего подобного не происходит. Химически они очень разные.

Белое золото — это сплав никеля и серебра.

Никель, ключевой компонент сплава белого золота, вызывает аллергию у некоторых людей, в то время как платина является гипоаллергенным металлом, который не вызывает никакой аллергии.

Почему платина дорогая?

Платина дорогая из-за своей цены по весу. Платина намного плотнее золота и поэтому тяжелее. Платина также дорога, потому что это один из самых редких металлов.

Платиновые украшения на 90-95% состоят из платины, и это делает металл еще более дорогим.

Платина — это металл, который более долговечен и прочен, но при этом остается мягким металлом, чем золото.

Платины в России и Южной Африке в 30 раз больше, чем первичного золота.

Являются ли платиновые металлы токсичными?

Платина действительно оказывает токсическое воздействие на организмы.

Платина вызывает инфекцию глаз, вызывает аллергию, а также вызывает различные проблемы, такие как снижение работоспособности печени, гломерулонефрит, снижение уровня холинэстеразы и даже вызывает токсичность для матери и плода.

Хотя наночастицы платины проникают в кожный барьер, никаких доказательств их поглощения пока обнаружено не было.

Платина наносит вред не только людям, но и животным, и ее воздействие в чем-то схоже на оба этих организма.

Какие еще металлы содержатся в платиновой группе?

Платиновая группа содержит 6 металлов в соответствии с их возрастающим атомным весом: рутений, родий, палладий, осмий, иридий и платина.

Все эти элементы обладают серебристо-белым цветом, за исключением металла осмия. Осмий содержит голубовато-белый цвет.

Все остальные металлы, кроме рутения и осмия, имеют гранецентрированную кубическую структуру. Осмий и рутений обычно кристаллизуются в плотно упакованной гексагональной системе.

Три интересных факта о Платине?

1. Платина — самый плотный металл, весящий около 21,45 г на кубический сантиметр.
2. В древние времена жители Америки и Египта использовали платину, часто смешанную с золотом, для изготовления декоративных изделий и украшений.
3. Иридий, осмий, палладий, платина и рутений относятся к одной группе металлов и используются вместе для создания прочных деталей инструментов, ювелирных изделий и различных машин.

Литература

Головин В. А., Ульянова Э. X. Свойства благородных металлов и сплавов (Справочник). Маеленицкий И.  Чугаев Л. В. Металлургия благородных металлов.

Ссылки: Платинирование.

Часто задаваемые вопросы

Что дороже, золото или платина?

Стоимость платины и золота напрямую зависит от запросов на рынке, поэтому стоимость платины всегда выше золота.

Не смотря на это при покупке ювелирных изделий из платины, Вы можете увидеть, что стоимость платины ниже чем стоимость золота.

Это объясняется тем, что спрос на нее как ювелирный материал меньше чем у золота.

Почему не так популярна, как золото?

Потому, что золото используется очень долго и его температура плавления достаточно низкая для работы с ней 1064 °C..

А платину стали использовать сравнительно недавно и его температура плавления 1768,3°C.

Почему ювелиры не любят платину?

Потому, что по сравнению с золотом и серебром имеет большую плотность (21,45 г/см³) и большую температуру плавления.

При работе с ней необходимо дополнительное оборудование и спец инструменты.