პლატინის ჯგუფის ლითონები: მიმოხილვა, სია, თვისებები და აპლიკაციები

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-02 13:57

პლატინის ჯგუფის ლითონები არის ექვსი კეთილშობილი ძვირფასი ქიმიური ელემენტი, რომლებიც განლაგებულია გვერდიგვერდ პერიოდულ სისტემაში. ყველა მათგანი გარდამავალი ლითონია 8-10 ჯგუფის 5-6 პერიოდის.

პლატინის ჯგუფის ლითონების სია

ჯგუფი შედგება შემდეგი ექვსი ქიმიური ელემენტისგან, რომლებიც განლაგებულია ატომური წონის ზრდის მიხედვით:

• Ru – რუთენიუმი.
• Rh – როდიუმი.
• Pd – პალადიუმი.
• Os – ოსმიუმი.
• Ir – ირიდიუმი.
• Pt – პლატინა.

პლატინის ჯგუფის ლითონებს აქვთ ვერცხლისფერი თეთრი ელფერი, გარდა ოსმიისა, რომელიც მოლურჯო თეთრია. მათი ქიმიური ქცევა პარადოქსულია იმით, რომ ისინი ძალიან მდგრადია რეაგენტების უმეტესობის მიმართ, მაგრამ გამოიყენება როგორც კატალიზატორები, რომლებიც ადვილად აჩქარებენ ან აკონტროლებენ ჟანგვის, შემცირების და ჰიდროგენიზაციის რეაქციების სიჩქარეს.

რუთენიუმი და ოსმიუმი კრისტალიზდება ექვსკუთხა მჭიდროდ შეფუთულ სისტემაში, ხოლო სხვებს აქვთ სახეზე ორიენტირებული კუბური სტრუქტურა. ეს აისახება რუთენიუმის და ოსმიუმის უფრო დიდ სიმტკიცეზე.

აღმოჩენის ისტორია

მიუხედავად იმისა, რომ პლატინის შემცველი ოქროს არტეფაქტები თარიღდება ჩვენს წელთაღრიცხვამდე 700 წლით. ე., ამ ლითონის არსებობა უფრო უბედური შემთხვევაა, ვიდრე ნიმუში. მე-16 საუკუნეში იეზუიტებმა მოიხსენიეს მკვრივი ნაცრისფერი კენჭები, რომლებიც დაკავშირებულია ალუვიურ ოქროს საბადოებთან. ამ ქვების დნობა არ შეიძლებოდა, მაგრამ ისინი ოქროთი შეადგენდნენ შენადნობას, ხოლო ჯოხები მტვრევადი გახდა და მათი გაწმენდა უკვე შეუძლებელი იყო. კენჭები ცნობილი გახდა, როგორც platina del Pinto, ვერცხლის მასალის გრანულები მდინარე პინტოდან, რომელიც ჩაედინება კოლუმბიის მდინარე სან-ხუანში..

მოქნილი პლატინა, რომლის მიღებაც შესაძლებელია მხოლოდ ლითონის სრული გაწმენდის შემდეგ, გამოყო ფრანგმა ფიზიკოსმა ჩაბანომ 1789 წელს. მისგან დამზადდა პაპი პიუს VI-ისთვის საჩუქრად საჩუქრად თასი. პალადიუმის აღმოჩენა 1802 წელს მოახსენა ინგლისელმა ქიმიკოსმა უილიამ ვოლასტონმა, რომელმაც დაასახელა ქიმი. პლატინის ლითონის ჯგუფის ელემენტი ასტეროიდის პატივსაცემად. ვოლასტონმა შემდგომში განაცხადა, რომ აღმოაჩინა პლატინის საბადოში არსებული სხვა ნივთიერება. მან მას როდიუმი უწოდა ლითონის მარილების ვარდისფერი ფერის გამო. ირიდიუმის (რომელიც ცისარტყელას ქალღმერთის ირისის სახელს ატარებს მისი მარილების ჭრელი ფერის გამო) და ოსმიუმის (ბერძნული სიტყვიდან "სუნიდან" მისი აქროლადი ოქსიდის ქლორის სუნის გამო) აღმოჩენები გააკეთა ინგლისელმა ქიმიკოსმა სმიტსონ ტენანტმა. 1803 წ. ფრანგმა მეცნიერებმა იპოლიტ-ვიქტორ კოლეტ-დესკოტიმ, ანტუან-ფრანსუა ფურკრუამ და ნიკოლა-ლუი ვოკლენმა ორივე ლითონი ერთდროულად გამოყო. რუთენიუმმა, უკანასკნელმა იზოლირებულმა და იდენტიფიცირებულმა ელემენტმა, მიიღო თავისი სახელი რუსეთის ლათინური სახელწოდებიდან რუსი ქიმიკოსის კარლ კარლოვიჩ კლაუსისგან 1844 წელს.

განსხვავებაასეთი ადვილად იზოლირებული შედარებით სუფთა მდგომარეობაში მარტივი ცეცხლის გადამამუშავებელი ნივთიერებები, როგორიცაა ოქრო, ვერცხლი, პლატინის ჯგუფის ლითონები, საჭიროებს კომპლექსურ წყალ-ქიმიურ დამუშავებას. ეს მეთოდები არ იყო ხელმისაწვდომი მე-19 საუკუნის ბოლოს, ამიტომ პლატინის ჯგუფის იდენტიფიკაცია და იზოლაცია ათასობით წლით ჩამორჩა ვერცხლსა და ოქროს. გარდა ამისა, ამ ლითონების მაღალი დნობის წერტილი ზღუდავდა მათ გამოყენებას მანამ, სანამ მკვლევარებმა ბრიტანეთში, საფრანგეთში, გერმანიაში და რუსეთში არ შეიმუშავეს მეთოდები პლატინის გამოსაყენებლად გამოსაყენებლად. როგორ დაიწყო პლატინის ჯგუფის ძვირფასი ლითონების გამოყენება სამკაულებში 1900 წლიდან. მიუხედავად იმისა, რომ ეს აპლიკაცია დღესაც აქტუალური რჩება, სამრეწველომა მას ბევრად აჯობა. პალადიუმი გახდა უაღრესად მოთხოვნადი საკონტაქტო მასალა სატელეფონო რელეებში და სხვა სადენიანი საკომუნიკაციო სისტემებში, რაც უზრუნველყოფს ხანგრძლივ სიცოცხლეს და მაღალ საიმედოობას, ხოლო პლატინი, ნაპერწკლების ეროზიისადმი გამძლეობის გამო, გამოიყენებოდა საბრძოლო თვითმფრინავების სანთლებში მეორე მსოფლიო ომის დროს.

ომის შემდეგ, მოლეკულური კონვერტაციის ტექნიკის გაფართოებამ ნავთობის გადამუშავებაში შექმნა უზარმაზარი მოთხოვნა პლატინის ჯგუფის ლითონების კატალიზურ თვისებებზე. 1970-იანი წლებისთვის მოხმარება კიდევ უფრო გაიზარდა, როდესაც აშშ-სა და სხვა ქვეყნებში საავტომობილო გამონაბოლქვის სტანდარტებმა გამოიწვია ამ ქიმიკატების გამოყენება კატალიზური გამონაბოლქვი აირების კონვერტაციაში.

მადნები

პლატინის, პალადიუმის მცირე საბადოების გარდადა ოსმიური ირიდიუმი (ირიდიუმის და ოსმიუმის შენადნობი), პრაქტიკულად არ არსებობს მადანი, რომელშიც მთავარი კომპონენტი იქნებოდა ქიმიური ელემენტი - პლატინის ჯგუფის ლითონი. მინერალები ჩვეულებრივ გვხვდება სულფიდურ მადნებში, კერძოდ პენტლანდიტში (Ni, Fe)₉S₈. ყველაზე გავრცელებულია ლაურიტი RuS_{2, ირარსიტი, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, ოსმირიდიუმი (Ir, Os), კუპერიტი, (PtS) და ბრაგიტი (Pt, Pd) S.}

პლატინის ჯგუფის ლითონების მსოფლიოში ყველაზე დიდი საბადო არის ბუშველდის კომპლექსი სამხრეთ აფრიკაში. ნედლეულის დიდი მარაგი კონცენტრირებულია სუდბერის საბადოებში კანადაში და ნორილსკ-ტალნახსკოეს საბადოებში ციმბირში. შეერთებულ შტატებში, პლატინის ჯგუფის მინერალების უდიდესი საბადოები მდებარეობს Stillwater, Montana, მაგრამ აქ ისინი ბევრად უფრო მცირეა, ვიდრე სამხრეთ აფრიკასა და რუსეთში. პლატინის მსოფლიოში უდიდესი მწარმოებლები არიან სამხრეთ აფრიკა, რუსეთი, ზიმბაბვე და კანადა.

მოპოვება და გამდიდრება

სამხრეთ აფრიკის და კანადის ძირითადი საბადოები ოპერირებადია მაღაროს მეთოდით. პლატინის ჯგუფის თითქმის ყველა ლითონი აღებულია სპილენძის ან ნიკელის სულფიდის მინერალებიდან ფლოტაციური გამოყოფის გამოყენებით. კონცენტრატის დნობის შედეგად წარმოიქმნება ნარევი, რომელიც გამოირეცხება სპილენძისა და ნიკელის სულფიდებიდან ავტოკლავში. მყარი გამორეცხვის ნარჩენი შეიცავს 15-დან 20%-მდე პლატინის ჯგუფის ლითონებს.

ზოგჯერ გრავიტაციული გამოყოფა გამოიყენება ფლოტაციამდე. შედეგი არის კონცენტრატი, რომელიც შეიცავს 50%-მდე პლატინის ლითონებს, რაც გამორიცხავს დნობის საჭიროებას.

მექანიკური თვისებები

პლატინის ჯგუფის ლითონები მნიშვნელოვნად განსხვავდება მექანიკური თვისებებით. პლატინა და პალადიუმი საკმაოდ რბილი და ძალიან ელასტიურია. ამ ლითონებისა და მათი შენადნობების დამუშავება შესაძლებელია როგორც ცხელი, ასევე ცივი. როდიუმს ჯერ ცხლად ამუშავებენ, შემდეგ კი შეიძლება ცივად დამუშავდეს საკმაოდ ხშირი დამუშავებით. ირიდიუმი და რუთენიუმი უნდა გაცხელდეს, ცივად დამუშავება არ შეიძლება.

ოსმიუმი ყველაზე მყარია ჯგუფში და აქვს დნობის უმაღლესი წერტილი, მაგრამ მისი დაჟანგვის ტენდენცია აწესებს საკუთარ შეზღუდვებს. ირიდიუმი ყველაზე მდგრადია კოროზიის მიმართ პლატინის ლითონებს შორის და როდიუმი ფასდება მაღალი ტემპერატურის შესანარჩუნებლად.

სტრუქტურული აპლიკაციები

რადგან სუფთა დაფქული პლატინი ძალიან რბილია, ის მგრძნობიარეა ნაკაწრებისა და გაფუჭების მიმართ. მისი სიხისტის გასაზრდელად, იგი შერწყმულია ბევრ სხვა ელემენტთან. პლატინის სამკაულები დიდი პოპულარობით სარგებლობს იაპონიაში, სადაც მას "ჰაკკინს" და "თეთრ ოქროს" უწოდებენ. საიუველირო შენადნობები შეიცავს 90% Pt და 10% Pd, რაც ადვილად დასამუშავებელია და შედუღება. რუთენიუმის დამატება ზრდის შენადნობის სიმტკიცეს და ინარჩუნებს ჟანგვის წინააღმდეგობას. პლატინის, პალადიუმის და სპილენძის შენადნობები გამოიყენება სამჭედლოში, რადგან ისინი უფრო მყარია ვიდრე პლატინის პალადიუმი და ნაკლებად ძვირი.

ჭურჭელი, რომელიც გამოიყენება ნახევარგამტარების ინდუსტრიაში ერთკრისტალების წარმოებისთვის, მოითხოვს კოროზიის წინააღმდეგობას და სტაბილურობას მაღალ ტემპერატურაზე. ამ განაცხადისთვის, პლატინა, პლატინა-როდიუმი დაირიდიუმი. პლატინა-როდიუმის შენადნობები გამოიყენება თერმოწყვილების წარმოებაში, რომლებიც შექმნილია 1800 °C-მდე ამაღლებული ტემპერატურის გასაზომად. პალადიუმი გამოიყენება როგორც სუფთა, ისე შერეული სახით ელექტრო მოწყობილობებში (მოხმარების 50%), სტომატოლოგიურ შენადნობებში (30%). როდიუმი, რუთენიუმი და ოსმიუმი იშვიათად გამოიყენება მათი სუფთა სახით - ისინი ემსახურებიან როგორც შენადნობი დანამატს პლატინის ჯგუფის სხვა ლითონებისთვის.

კატალიზატორები

დასავლეთში წარმოებული პლატინის დაახლოებით 42% გამოიყენება კატალიზატორად. აქედან, 90% გამოიყენება ავტომობილების გამონაბოლქვი სისტემებში, სადაც პლატინის (ისევე, როგორც პალადიუმის და როდიუმის) დაფარული ცეცხლგამძლე მარცვლები ან თაფლი ხელს უწყობს დაუწვარი ნახშირწყალბადების, ნახშირბადის მონოქსიდის და აზოტის ოქსიდების გარდაქმნას წყალში, ნახშირორჟანგად და აზოტად..

პლატინის და 10% როდიუმის შენადნობი წითელი ცხელი ლითონის ბადის სახით აკატალიზებს რეაქციას ამიაკსა და ჰაერს შორის აზოტის ოქსიდების და აზოტის მჟავის წარმოქმნით. როდესაც იკვებება ამიაკის ნარევთან ერთად, მიიღება მეთანის ჰიდროციანმჟავა. ნავთობის გადამუშავებისას, რეაქტორში ალუმინის მარცვლების ზედაპირზე არსებული პლატინი კატალიზებს გრძელჯაჭვის ზეთის მოლეკულების გარდაქმნას განშტოებულ იზოპარაფინებად, რაც სასურველია მაღალი ოქტანის ბენზინის ნარევებში..

გაანათება

ყველა პლატინის ჯგუფის ლითონი შეიძლება იყოს ელექტრომოოქროვილი. შედეგად მიღებული საფარის სიხისტისა და ბრწყინვალების გამო, როდიუმი ყველაზე ხშირად გამოიყენება. მიუხედავად იმისა, რომ ისღირებულება უფრო მაღალია ვიდრე პლატინა, დაბალი სიმკვრივე საშუალებას იძლევა გამოიყენოს უფრო მცირე მასა შედარებითი სისქით.

პალადიუმი არის პლატინის ჯგუფის ლითონი, რომელიც ყველაზე მარტივი გამოსაყენებელია დაფარვისთვის. ამის გამო, მასალის სიმტკიცე მნიშვნელოვნად გაიზარდა. რუთენიუმი გამოიყენებოდა დაბალი წნევის ხახუნის დამუშავების ინსტრუმენტებში.

ქიმიური ნაერთები

ორგანული პლატინის ჯგუფის ლითონის კომპლექსები, როგორიცაა ალკილპლატინის კომპლექსები, გამოიყენება როგორც კატალიზატორები ოლეფინების პოლიმერიზაციაში, პოლიპროპილენისა და პოლიეთილენის წარმოებაში და ეთილენის აცეტალდეჰიდამდე დაჟანგვაში.

პლატინის მარილები სულ უფრო ხშირად გამოიყენება კიბოს ქიმიოთერაპიაში. მაგალითად, ისინი არიან ისეთი მედიკამენტების ნაწილი, როგორიცაა კარბოპლატინი და ცისპლატინი. რუთენიუმის ოქსიდით დაფარული ელექტროდები გამოიყენება ქლორისა და ნატრიუმის ქლორატის წარმოებაში. როდიუმის სულფატი და ფოსფატი გამოიყენება როდიუმიანი აბანოებში.