فلزات گروه پلاتین: نمای کلی، فهرست، خواص و کاربردها

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-02 13:53

فلزات گروه پلاتین شش عنصر شیمیایی گرانبها هستند که در کنار هم در جدول تناوبی قرار دارند. همه آنها فلزات واسطه ای از 8-10 گروه 5-6 دوره هستند.

فهرست فلزات گروه پلاتین

گروه متشکل از شش عنصر شیمیایی زیر است که به ترتیب صعودی وزن اتمی مرتب شده اند:

• Ru – روتنیوم.
• Rh – رودیوم.
• Pd – پالادیوم.
• Os – osmium.
• Ir – iridium.
• Pt – پلاتین.

فلزات گروه پلاتین دارای رنگ سفید نقره ای هستند، به جز اسمیوم که سفید مایل به آبی است. رفتار شیمیایی آنها متناقض است زیرا در برابر بیشتر معرف ها بسیار مقاوم هستند، اما به عنوان کاتالیزور استفاده می شوند و به راحتی سرعت اکسیداسیون، کاهش و واکنش های هیدروژنه شدن را تسریع یا کنترل می کنند.

روتنیوم و اوسمیوم به یک سیستم بسته بندی نزدیک شش ضلعی متبلور می شوند، در حالی که سایرین ساختار مکعبی رو به مرکز دارند. این در سختی بیشتر روتنیوم و اسمیم منعکس می شود.

تاریخچه کشف

اگرچه مصنوعات طلای دارای پلاتین به ۷۰۰ سال قبل از میلاد مسیح بازمی‌گردد. ه.، وجود این فلز بیشتر یک تصادف است تا یک الگو. یسوعیان در قرن شانزدهم از سنگریزه های خاکستری متراکم مرتبط با ذخایر طلای آبرفتی یاد کردند. این سنگ‌ها را نمی‌توان ذوب کرد، اما با طلا آلیاژی به وجود آوردند، در حالی که شمش‌ها شکننده شدند و دیگر تمیز کردن آنها ممکن نبود. سنگریزه‌ها به پلاتینا دل پینتو، دانه‌هایی از مواد نقره‌ای از رودخانه پینتو، که به رودخانه سان خوان در کلمبیا می‌ریزد، معروف شدند.

پلاتین چکش خوار، که تنها پس از خالص سازی کامل فلز به دست می آید، توسط فیزیکدان فرانسوی چابانو در سال 1789 جدا شد. از آن جامی ساخته شد که به پاپ پیوس ششم تقدیم شد. کشف پالادیوم در سال 1802 توسط شیمیدان انگلیسی ویلیام ولاستون گزارش شد که این شیمی را نامگذاری کرد. عنصری از گروه فلز پلاتین به افتخار سیارک. ولاستون متعاقباً ادعا کرد که ماده دیگری را در سنگ معدن پلاتین کشف کرده است. او به دلیل رنگ صورتی نمک های فلز، آن را رودیوم نامید. اکتشافات ایریدیوم (که نام الهه رنگین کمان زنبق را به دلیل رنگ های متنوع نمک های آن گرفته است) و اوسمیوم (از کلمه یونانی "بو" به دلیل بوی کلر اکسید فرار آن) توسط شیمیدان انگلیسی اسمیتسون تنانت انجام شد. 1803. دانشمندان فرانسوی Hippolyte-Victor Collet-Descoti، Antoine-Francois Fourcroix و Nicolas-Louis Vauquelin این دو فلز را همزمان جدا کردند. روتنیم، آخرین عنصر جدا شده و شناسایی شده، نام خود را از نام لاتین روسیه از شیمیدان روسی کارل کارلوویچ کلاوس در سال 1844 دریافت کرد.

بر خلافاز چنین فلزاتی که به راحتی در حالت نسبتاً خالص توسط مواد تصفیه آتش ساده جدا می شوند مانند طلا، نقره، فلزات گروه پلاتین نیاز به تصفیه پیچیده آب و شیمیایی دارند. این روش‌ها تا اواخر قرن 19 در دسترس نبودند، بنابراین شناسایی و جداسازی گروه پلاتین هزاران سال پشت سر نقره و طلا افتاد. علاوه بر این، نقطه ذوب بالای این فلزات، استفاده از آنها را محدود کرد تا زمانی که محققان در بریتانیا، فرانسه، آلمان و روسیه روش‌هایی را برای تبدیل پلاتین به شکل قابل اجرا ابداع کردند. چگونه فلزات گرانبهای گروه پلاتین از سال 1900 در جواهرات مورد استفاده قرار گرفتند. در حالی که این کاربرد امروزه مرتبط باقی مانده است، کاربرد صنعتی بسیار از آن پیشی گرفته است. پالادیوم در رله‌های تلفن و سایر سیستم‌های ارتباطی سیمی به یک ماده تماسی بسیار پرطرفدار تبدیل شد و عمر طولانی و قابلیت اطمینان بالایی را ارائه داد، در حالی که پلاتین به دلیل مقاومت در برابر فرسایش جرقه، در شمع‌های هواپیماهای جنگی در طول جنگ جهانی دوم استفاده شد.

پس از جنگ، گسترش تکنیک‌های تبدیل مولکولی در پالایش نفت، تقاضای زیادی برای خواص کاتالیزوری فلزات گروه پلاتین ایجاد کرد. در دهه 1970، زمانی که استانداردهای انتشار خودرو در ایالات متحده و سایر کشورها منجر به استفاده از این مواد شیمیایی در تبدیل گازهای خروجی کاتالیزوری شد، مصرف حتی بیشتر شد.

سنگ معدن

به استثنای رسوبات کوچک پلاسر پلاتین، پالادیومو ایریدیوم اسمیک (آلیاژ ایریدیوم و اسمیم)، عملاً هیچ سنگ معدنی وجود ندارد که جزء اصلی آن یک عنصر شیمیایی باشد - یک فلز گروه پلاتین. مواد معدنی معمولاً در کانی‌های سولفیدی، به‌ویژه پنتلاندیت (Ni, Fe)₉S₈ یافت می‌شوند. رایج ترین آنها لوریت RuS_{2، irarsite، (Ir، Ru، Rh، Pt)AsS، اسمیریدیم (Ir، Os)، کوپریت، (PtS) و براژیت (Pt، Pd) هستند. S.}

بزرگترین ذخایر فلزات گروه پلاتین در جهان مجتمع Bushveld در آفریقای جنوبی است. ذخایر بزرگ مواد خام در ذخایر سادبری در کانادا و ذخایر نوریلسک-تالناخسکویه در سیبری متمرکز شده است. در ایالات متحده آمریکا، بزرگترین ذخایر مواد معدنی گروه پلاتین در Stillwater، مونتانا قرار دارد، اما در اینجا آنها بسیار کوچکتر از آفریقای جنوبی و روسیه هستند. بزرگترین تولیدکنندگان پلاتین در جهان آفریقای جنوبی، روسیه، زیمبابوه و کانادا هستند.

استخراج و غنی‌سازی

ذخایر اصلی آفریقای جنوبی و کانادا به روش معدن کار می کنند. تقریباً تمام فلزات گروه پلاتین از مواد معدنی سولفید مس یا نیکل با استفاده از جداسازی فلوتاسیون بازیابی می شوند. ذوب کنسانتره مخلوطی تولید می کند که از سولفیدهای مس و نیکل در اتوکلاو شسته می شود. باقیمانده لیچ جامد حاوی 15 تا 20 درصد فلزات گروه پلاتین است.

گاهی اوقات جداسازی گرانشی قبل از شناورسازی استفاده می شود. نتیجه یک کنسانتره حاوی 50 درصد فلزات پلاتین است که نیاز به ذوب را از بین می برد.

خواص مکانیکی

فلزات گروه پلاتین به طور قابل توجهی از نظر خواص مکانیکی متفاوت هستند. پلاتین و پالادیوم کاملا نرم و بسیار چکش خوار هستند. این فلزات و آلیاژهای آنها را می توان به دو صورت گرم و سرد کار کرد. رودیوم ابتدا به صورت گرم کار می شود و بعداً می توان آن را سرد و با بازپخت نسبتاً مکرر کار کرد. ایریدیوم و روتنیوم باید گرم شوند، نمی توان آنها را سرد کار کرد.

اسمیوم سخت ترین گروه است و بالاترین نقطه ذوب را دارد، اما تمایل آن به اکسید شدن محدودیت های خاص خود را ایجاد می کند. ایریدیوم در بین فلزات پلاتین مقاوم ترین در برابر خوردگی است و رودیوم به دلیل حفظ دمای بالا بسیار ارزشمند است.

کاربردهای ساختاری

از آنجایی که پلاتین آنیل شده تمیز بسیار نرم است، مستعد خراش و خراب شدن است. برای افزایش سختی آن با بسیاری از عناصر دیگر آلیاژ می شود. جواهرات پلاتین در ژاپن بسیار محبوب هستند و به آنها "هاکین" و "طلای سفید" می گویند. آلیاژهای جواهرات حاوی 90 درصد پلاتین و 10 درصد پالادیم هستند که به راحتی قابل ماشینکاری و لحیم کاری هستند. افزودن روتنیوم سختی آلیاژ را افزایش می دهد و در عین حال مقاومت اکسیداسیون را حفظ می کند. آلیاژهای پلاتین، پالادیوم و مس در آهنگری استفاده می شوند زیرا سخت تر از پلاتین پالادیوم هستند و قیمت کمتری دارند.

بوته های مورد استفاده برای تولید تک بلورها در صنعت نیمه هادی ها به مقاومت در برابر خوردگی و پایداری در دماهای بالا نیاز دارند. برای این کاربرد، پلاتین، پلاتین-رودیوم وایریدیوم از آلیاژهای پلاتین-رودیوم در ساخت ترموکوپل ها استفاده می شود که برای اندازه گیری دماهای بالا تا 1800 درجه سانتی گراد طراحی شده اند. پالادیوم به دو صورت خالص و مخلوط در دستگاه های الکتریکی (50 درصد مصرف)، در آلیاژهای دندانی (30 درصد) استفاده می شود. رودیوم، روتنیوم و اسمیم به ندرت به صورت خالص استفاده می شوند - آنها به عنوان یک افزودنی آلیاژی برای سایر فلزات گروه پلاتین عمل می کنند.

کاتالیزورها

حدود 42 درصد از کل پلاتین تولید شده در غرب به عنوان کاتالیزور استفاده می شود. از این تعداد، 90٪ در سیستم های اگزوز خودرو استفاده می شود، جایی که گلوله های نسوز یا لانه زنبوری با پوشش پلاتین (و همچنین پالادیوم و رودیوم) به تبدیل هیدروکربن های نسوخته، مونوکسید کربن و اکسیدهای نیتروژن به آب، دی اکسید کربن و نیتروژن کمک می کنند..

آلیاژی از پلاتین و رودیوم 10 درصد به شکل توری فلزی داغ واکنش بین آمونیاک و هوا را برای تولید اکسیدهای نیتروژن و اسید نیتریک کاتالیز می کند. هنگامی که همراه با مخلوطی از آمونیاک تغذیه می شود، متان هیدروسیانیک اسید می تواند به دست آید. در پالایش نفت، پلاتین روی سطح گلوله‌های آلومینا در راکتور، تبدیل مولکول‌های روغن با زنجیره بلند را به ایزوپارافین‌های شاخه‌دار، که در مخلوط‌های بنزین با اکتان بالا مطلوب هستند، کاتالیز می‌کند.

آبکاری

همه فلزات گروه پلاتین را می توان آبکاری کرد. به دلیل سختی و درخشندگی پوشش حاصل، رودیوم بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. هرچند آنهزینه بالاتر از پلاتین است، چگالی کمتر اجازه می دهد تا از جرم کمتری از مواد با ضخامت قابل مقایسه استفاده شود.

پالادیوم فلزی از گروه پلاتین است که راحت ترین استفاده برای کاربردهای پوشش است. به همین دلیل استحکام مواد به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. روتنیوم در ابزارهای ماشینکاری با اصطکاک کم استفاده شده است.

ترکیبات شیمیایی

کمپلکس های فلزی گروه پلاتین آلی، مانند کمپلکس های آلکیل پلاتین، به عنوان کاتالیزور در پلیمریزاسیون الفین ها، تولید پلی پروپیلن و پلی اتیلن، و اکسیداسیون اتیلن به استالدهید استفاده می شود.

نمک های پلاتین به طور فزاینده ای در شیمی درمانی سرطان استفاده می شوند. به عنوان مثال، آنها بخشی از داروهایی مانند کربوپلاتین و سیس پلاتین هستند. الکترودهای پوشش داده شده با اکسید روتنیوم در تولید کلر و کلرات سدیم استفاده می شود. سولفات رودیم و فسفات در حمام های آبکاری رودیوم استفاده می شود.