- Платиновая чернь
-
Платина(Pt) Атомный номер 78 Внешний вид простого вещества Тяжёлый мягкий
серебристо-белый
металлСвойства атома Атомная масса
(молярная масса)195,08 а. е. м. (г/моль) Радиус атома 139 пм Энергия ионизации
(первый электрон)868,1(9,00) кДж/моль (эВ) Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d9 6s1 Химические свойства Ковалентный радиус 130 пм Радиус иона (+4e) 65 (+2e) 80 пм Электроотрицательность
(по Полингу)2,28 Электродный потенциал Pt←Pt2+ 1,20В Степени окисления 4, 2, 0 Термодинамические свойства простого вещества Плотность 21,45 г/см³ Удельная теплоёмкость 0,133 Дж/(K·моль) Теплопроводность 71,6 Вт/(м·K) Температура плавления 2045 K Теплота плавления 21,76 кДж/моль Температура кипения 4100 K Теплота испарения ~470 кДж/моль Молярный объём 9,10 см³/моль Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки кубическая
гранецентрированаяПериод решётки 3,920 Å Отношение c/a n/a Температура Дебая 230,00 K Платина — 78 элемент периодической таблицы, атомная масса 195,08, благородный металл серо-стального цвета.
Содержание
История
В Старом Свете платина не была известна, однако цивилизации Анд (инки и чибча) добывали и использовали её с незапамятных времён.
В Европе платина была неизвестна до XVIII в. В 1748 г. испанский математик и мореплаватель А. де Ульоа первым привез на европейский континент образцы самородной платины, найденной в Перу. Впервые в чистом виде из руд платина была получена английским химиком У. Волластоном в 1803 г. Итальянский химик Джилиус Скалигер в 1835 году открыл неразложимость платины и таким образом доказал, что она является независимым химическим элементом.
Происхождение названия
Название платине было дано испанскими конкистадорами, которые в середине XVI в. впервые познакомились в Южной Америке (на территории современной Колумбии) с новым металлом, внешне похожим на серебро (исп. plata). Слово исп. Platina буквально означает «маленькое серебро», «серебришко». Объясняется такое пренебрежительное название исключительной тугоплавкостью платины, которая не поддавалась переплавке, долгое время не находила применения и ценилась вдвое ниже, чем серебро.
Получение
Самородную платину добывают на приисках (см. подробнее в статье Благородные металлы)
Производство платины в виде порошка началось в 1805 английским ученым У. Х. Волластоном из южноамериканской руды. Сегодня платину получают из концентрата платиновых металлов. Концентрат растворяют в царской водке, после чего добавляют этанол и сахарный сироп для удаления избытка HNO3. При этом иридий и палладий восстанавливаются до Ir3+ и Pd2+. Последующим добавлением хлорида аммония выделяют (NH4)2PtCl6. Высушенный осадок прокаливают при 800–1000°C: (NH4)2PtCl6 = N2 + 6HCl + Pt + H2. Получаемую таким образом губчатую платину подвергают дальнейшей очистке повторным растворением в царской водке, осаждением (NH4)2PtCl6 и прокаливанием остатка. Затем очищенную губчатую платину переплавляют в слитки. При восстановлении платиновых растворов химическим или электрохимическим способом получают мелкодисперсную платину — платиновую чернь.
Физические свойства
Серовато-белый пластичный металл, температуры плавления и кипения — 1769 °C и 3800 °C, удельное электросопротивление — 0,098 мкОм•м. Платина — один из самых тяжелых (плотность 21,5 г/см³; атомная плотность 6.62•1022 ат/см³) и самых редких металлов: среднее содержание в земной коре 5•10−7% по массе.
Химические свойства
По химическим свойствам платина похожа на палладий, но проявляет большую химическую устойчивость. Реагирует только с горячей царской водкой: 3Pt + 4HNO3 + 18HCl = 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O
Платина медленно растворяется в горячей серной кислоте и жидком броме. Она не взаимодействует с другими минеральными и органическими кислотами. При нагревании реагирует со щелочами и пероксидом натрия, галогенами (особенно в присутствии галогенидов щелочных металлов): Pt + 2Cl2 + 2NaCl = Na2[PtCl6]. При нагревании платина реагирует с серой, селеном, теллуром, углеродом и кремнием. Как и палладий, платина может растворять молекулярный водород, но объем поглощаемого водорода меньше и способность его отдавать при нагревании у платины меньше.
При нагревании платина реагирует с кислородом с образованием летучих оксидов. Выделены следующие оксиды платины: черный PtO, коричневый PtO2, красновато-коричневый PtO3, а также Pt2O3 и Pt3O4.
Для платины известны гидроксиды Pt(OH)2 и Pt(OH)4. Получают их при щелочном гидролизе соответствующих хлорплатинатов, например: Na2PtCl4 + 2NaOH = 4NaCl + Pt(OH)2Ї, Na2PtCl6 + 4NaOH = 6NaCl + Pt(OH)4Ї. Эти гидроксиды проявляют амфотерные свойства: Pt(OH)2 + 2NaOH = Na2[Pt(OH)4], Pt(OH)2 +4HCl = H2[PtCl4] + 2H2O, Pt(OH)4 + 6HCl = H2[PtCl6] + 4H2O, Pt(OH)4 + 2NaOH = Na2[Pt(OH)6]. Гексафторид PtF6 — один из сильнейших окислителей, способный окислить молекулы кислорода, ксенона или NO: O2 + PtF6 = O2+[PtF6]–.
C обнаруженного Н. Бартлеттом взаимодействия между Хе и PtF6, приводящего к образованию XePtF6, началась химия инертных газов. PtF6 получают фторированием платины при 1000 °C под давлением. Фторирование платины при нормальным давлении и температуре 350-400 °C даёт фторид Pt(IV): Pt + 2F2 = PtF4 Фториды платины гигроскопичны и разлагаются водой. Тетрахлорид платины (IV) с водой образует гидраты PtCl4·nH2O, где n = 1, 4, 5 и 7. Растворением PtCl4 в соляной кислоте получают платинохлористоводородные кислоты H[PtCl5] и H2[PtCl6]. Синтезированы такие галогениды платины как PtBr4, PtCl2, PtCl2·2PtCl3, PtBr2 и PtI2. Для платины характерно образование комплексных соединений состава [PtX4]2– и [PtX6]2–. Изучая комплексы платины, А. Вернер сформулировал теорию комплексных соединений и объяснил природу возникновения изомеров в комплексных соединениях.
Реакционная способность
Монета 3 рубля, 1834Платина является одним из самых инертных металлов. Она нерастворима в кислотах и щелочах, за исключением царской водки. При комнатной температуре платина медленно окисляется кислородом воздуха, давая прочную плёнку оксидов. Платина также непосредственно реагирует с бромом, растворяясь в нём.
При нагревании платина становится более реакционноспособной. Она реагирует с пероксидами, а при контакте с кислородом воздуха — с щелочами. Тонкая платиновая проволока горит во фторе с выделением большого количества тепла. Реакции с другими неметаллами (хлором, серой, фосфором) происходят менее охотно. При более сильном нагревании платина реагирует с углеродом и кремнием, образуя твёрдые растворы, аналогично металлам группы железа.
В своих соединениях платина проявляет почти все степени окисления от 0 до +8, из которых наиболее устойчивы +2 и +4. Для платины характерно образование многочисленных комплексных соединений, которых известно много сотен. Многие из них носят имена изучавших их химиков (соли Косса, Магнуса, Пейроне, Цейзе, Чугаева и т. д.). Большой вклад в изучение таких соединений внес русский химик Л. А. Чугаев (1873−1922), первый директор созданного в 1918 году Института по изучению платины.
Гексафторид платины PtF6 является одним из сильнейших окислителей среди всех известных химических соединений. С помощью него, в частности, канадский химик Нейл Бартлетт в 1962 году получил первое настоящее химическое соединение ксенона XePtF6.
Катализатор
Платина, особенно в мелкодисперсном состоянии, является очень активным катализатором многих химических реакций, в том числе используемых в промышленных масштабах. Например, платина катализирует реакцию присоединения водорода к ароматическим соединениям даже при комнатной температуре и атмосферном давлении водорода. Еще в 1821 немецкий химик И. В.Дёберейнер обнаружил, что платиновая чернь способствует протеканию ряда химических реакций; при этом сама платина не претерпевала изменений. Так, платиновая чернь окисляла пары винного спирта до уксусной кислоты уже при обычной температуре. Через два года Дёберейнер открыл способность губчатой платины при комнатной температуре воспламенять водород. Если смесь водорода и кислорода (гремучий газ) ввести в соприкосновение с платиновой чернью или с губчатой платиной, то сначала идет сравнительно спокойная реакция горения. Но так как эта реакция сопровождается выделением большого количества теплоты, платиновая губка раскаляется, и гремучий газ взрывается. На основании своего открытия Дёберейнер сконструировал «водородное огниво» — прибор, широко применявшийся для получения огня до изобретения спичек.
Применение
В технике
- Платина применяется как катализатор (чаще всего в сплаве с родием, а также в виде платиновой черни — тонкого порошка платины, получаемой восстановлением ее соединений).
- Платина применяется в ювелирном и зубоврачебном деле, а также в медицине.
- Изготовление стойкой химически и к нагреванию лабораторной посуды.
- Изготовление миниатюрных магнитов огромной силы (сплав платина-кобальт, ПлК-78).
- Специальные зеркала для лазерной техники.
- Чрезвычайно долговечные и стабильные электроконтакты и сплавы для радиотехники (ПлИ-10, ПлИ-20, ПлИ-30 (платина-иридий).
- Гальванические покрытия.
- Перегонные реторты для производства плавиковой кислоты.
- Электроды для получения перхлоратов, перборатов, перкарбонатов, пероксодвусерной кислоты (фактически на платине держится все мировое производство перекиси водорода: электролиз серной кислоты — пероксодвусерная кислота — гидролиз — отгонка перекиси водорода).
- Нерастворимые аноды в гальванотехнике.
- Анодные штанги для защиты от коррозии корпусов подводных лодок.
- Нагревательные элементы печей сопротивления.
В медицине
Соединения платины (преимущественно, тетрахлорплатинаты) применяются, как цитостатики («цис-платина»). Однако в настоящее время имеются более эффективные противораковые лекарственные средства.
В ювелирном деле
Платина и её сплавы широко используются для производства ювелирных изделий.
Ежегодно мировая ювелирная промышленность потребляет около 50 тонн платины. До 2001 года большая часть ювелирных изделий из платины потреблялась в Японии. С 2001 года на долю Китая приходится примерно 50 % мировых продаж. В 1980 г. Китай потреблял около 1 % ювелирных изделий из платины. В настоящее время в Китае ежегодно продаётся около 10 млн изделий из платины общей массой около 25 тонн.
Российский спрос на ювелирную платину составляет 0,1 % от мирового уровня.
Монетарная функция
Платина, золото и серебро — основные металлы, выполняющие монетарную функцию. Однако платину стали использовать для изготовления монет на несколько тысячелетий позже золота и серебра. Отчасти из-за высокой температуры плавления.
Биологическая роль
Интересные факты
- Самым крупным существующим в настоящий момент платиновым самородком является «Уральский гигант» весом 7 кг 860,5 г. Хранится в Алмазном фонде Московского Кремля.
- В Южной Америке в XVII веке платину считали «поддельным серебром» и однажды её запасы для предотвращения фальшивомонетничества утопили в океане.
- Первые в мире монеты из платины были выпущены в России (см. Платиновые монеты).
- В цикле рассказов Айзека Азимова «Я, робот» и других его произведениях позитронный мозг роботов сделан из губчатой платины (точнее — сплава платины и иридия).
Ссылки
- Платина на Webelements
- Платина в Популярной библиотеке химических элементов
- Платина в энциклопедии «Кругосвет»
- Геолого-промышленные типы МПГ и основные объекты их добычи
- Перспективы развития минерально-сырьевой базы МПГ России
- Новые, нетрадиционные источники платиновых металлов
- Самородная платина
Wikimedia Foundation. 2010.
