Платина

Платина / Platinum (Pt)
Атомный номер $~79$ Категория элемента - металл; Внешний вид:Тяжёлый, мягкий, серебристо-белый металл;
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	style="background: ffffff;" |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 свойстваa
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	4100K
Теплота испарения	~470 кДж/моль
Молярный объём	9,10 см³/моль
Кристаллическая решётка
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Период 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.

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.

Нахождение в природе и получение

Руды и минералы

Руды, природные минеральные образования, содержащие платиновые металлы в коренных собственно месторождениях от 2-5 г/т до единиц кг/т, в коренных комплексных - от десятых долей до сотен (изредка тысяч) г/т; в россыпных месторождениях - от десятков мг/м³ до сотен г/м³, при которых их промышленное использование технически возможно и экономически целесообразно.

Значительные скопления руды в виде месторождений встречаются очень редко. Основная форма нахождения металлов в руде - их собственные минералы, которых известно около 90. Чаще других встречаются поликсен, ферроплатина (Платина самородная), невьянскит, сысертскит (Осмистый иридий), звягинцевит, паоловит, фрудит, соболевскит, плюмбопалладинит, сперрилит. Подчиненное значение имеет рассеянная форма нахождения металлов в руды в виде ничтожно малой примеси, заключенной в решетке рудных и породообразующих минералов.

Коренные собственно месторождения руды

Коренные месторождения руды представлены различными по форме телами комплексных сульфидных и собственно руд с массивной и вкрапленной текстурой. Эти рудные тела, генетически и пространственно тесно связанные с интрузивами основных и ультраосновных пород, имеют преимущественно магматического происхождение.

Коренные месторождения руды встречаются в платформенных и складчатых областях и всегда тяготеют к крупным разломам земной коры. Образование этих месторождений происходило на разных глубинах (от 0,5-1 до 3-5 км от дневной поверхности) и в разные геологические эпохи (от докембрия до мезозоя). Комплексные месторождения сульфидных руды занимают ведущее положение среди сырьевых источников металлов. Площадь этих месторождений достигает десятки км2 при мощности промышленных рудных зон - многие десятки м. Их оруденение ассоциирует с телами сплошных и вкрапленных сульфидных руд сложнодифференцированных интрузивов габбро-долеритов (месторождения Норильского рудного района в СССР, Инсизва в ЮАР), стратиформных интрузий габбро-норитов с гипербазитами (месторождения горизонта Меренского в Бушвелдском комплексе ЮАР и Мончегорское в СССР), расслоенных массивов норитов и гранодиоритов (Садбери месторождения в Канаде). Основными рудными минералами руды являются пирротин, халькопирит, пентландит, кубанит. Содержание в руде остальных металлов в десятки и сотни раз меньше. В сульфидных рудах находятся многочисленные минералы металлов, главным образом это - интерметаллические соединения.

Коренные комплексно месторождения руды

Россыпные месторождения руды представлены главным образом мезозойскими и кайнозойскими элювиально-аллювиальными и аллювиальными россыпями и Промышленные россыпи обнажаются на дневной поверхности (открытые россыпи) или скрыты под 10-30-м осадочной толщей (погребенные россыпи). Наиболее крупные из них прослежены на десятки км в длину, ширина их достигает сотен м, а мощность продуктивных металлоносных пластов до нескольких м; образовались они в результате выветривания и разрушения клинопироксенит-дунитовых и серпентин-гарцбургитовых массивов. Промышленные россыпи известны как на платформах (Сибирской и Африканской), так и в эвгеосинклиналях на Урале, в Колумбии (область Чоко), на Аляске (залив Гудньюс) и др. Минералы металлов в россыпях нередко находятся в срастании друг с другом, а также с оливинами и серпентинами.

Добыча руды

Добыча руды ведется открытым и подземным способами. Открытым способом разрабатывается большинство россыпных и часть коренных месторождений. При разработке россыпей широко используются драги и средства гидромеханизации. Подземный способ добычи является основным при разработке коренных месторождений; иногда он используется для отработки богатых погребенных россыпей.

В результате мокрого обогащения металлоносных песков и руды получают шлих "сырой" - концентрат с 70-90% минералов металлов, а в остальном состоящий из форстеритов, серпентинов и др. Такой концентрат отправляется на аффинаж. Обогащение комплексных сульфидных руды осуществляется флотацией с последующей многооперационной пирометаллургической, электрохимической и переработкой.

Главные страны, добывающие руды:

• Россия,
• ЮАР
• Канада.

Мировые ресурсы

Мировые предполагаемые ресурсы металлов платиновой группы (МПГ) соствляют ~18900 тонн. Ориентировочно ресурсы металлов платиновой группы (МПГ) в России оцениваются в 3780 тонн. По объему собственной ресурсной базы МПГ Россию опережают только ЮАР, Зимбабве и США.

Прирост разведанных запасов МПГ в результате геологоразведочных работ (ГРР), проведенных в России в 2007 г., составил 100,3 т, или 63% запасов, погашенных при добыче. Восполнение сырьевой базы достигнуто в Свердловской области; в Мурманской области запасы существенно увеличились за счет постановки на баланс новых месторождений. Вместе с тем были полностью отработаны россыпи руч.Пенистый, руч.Ветвистый и руч.Южный в Камчатском крае. В целом разведанные запасы платиноидов в России в 2007 г. сократились на 0,7%.

Производство чистого элемента

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)₂I, Na₂PtCl₆ + 4NaOH = 6NaCl + Pt(OH)₄I. 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

Платина 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

Монета в 3 рубля, 1834

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.

Первые в мире платиновые монеты были выпущены и находились в обращении в Российской империи с 1828 по 1845 год. Выбор металла для изготовления монет объясняется тем, что в 1819 г. был открыт и начал разрабатываться мощный Нижнетагильский платиновый рудник, и его владельцы купцы Демидовы продавили при дворе идею выпуска денег из платины.

Были отчеканены следующие номиналы монет: достоинством 3, 6 и 12 рублей. Выбор номиналов объяснялся тем, что платина в тот момент была в 6 раз дороже серебра; так что платиновые три рубля имели вес в два раза и стоимость в 12 раз больше четвертака 25 копеек, шесть рублей —полтинника и 12 рублей — серебряного рубля.

Обзор рынка драгметаллов

Мировые разведанные запасы природных ресурсов быстро истощаются. Данные по запасам драгоценных металлов зачастую является государственной тайной.

В России, например, до 2005 года вся информация о добыче благородных металлов подпадала под статью. Сейчас секретными являются только запасы Гохрана и Центробанка. Из-за атмосферы секретности проводить анализ мировых запасов сложно. Данные не обладают высокой точностью. Согласно информации, которую удалось собрать из разрозненных источников, показатели мировой добычи и разведанных запасов по четырем металлам, доступ к торговле которыми разрешен на территории РФ физическим лицам, следующие:

Данные приведены в тоннах (точность данных не более 10%):

• Золото 3660 45000 100000 12 25;
• Серебро 22000 1066000 1200000 48 55;
• Платина 197 4500 50000 23 253;
• Палладий 213 6400 50000 30. 234

Цены

Цены на платину на мировом рынке впервые за 12 лет опустились ниже цен на золото, достигнув отметки $796,5 за унцию или $28,096 за грамм. (Международная унция ( ounce ) равна 28.349 523 граммов (г., grams).)

Цены на платину впервые (29.06.2009) с 1996 года упали ниже цен на золото. На внебиржевом рынке, по данным агентства Reuters, котировки платины, которая последние годы стоила традиционно дороже золота, снизились на 3,5%, до $796,5 за тройскую унцию. При этом золото подешевело всего на 0,12%, до $819 за унцию. Резкое снижение цен на платину началось в середине июля из-за замедления темпов роста мировой экономики. За пять месяцев платина подешевела на 60%, тогда как золото опустилось в цене всего на 17%. В последние четыре недели котировки двух драгоценных металлов сильно сблизились и двигались синхронно.

Банк России снизил учетные цены на платину УрБК, Москва, 29.06.2009. ЦБ РФ с 30 июня 2009 г. установил следующие учетные цены на драгоценные металлы: на золото — 945,40 (+1,95) руб./грамм; на серебро — 14,35 (+0,47) руб./грамм; на платину — 1191,11 (-17,47) руб./грамм; на палладий — 246,47 (+2,35) руб./грамм.

Биологическая роль

Согласно Центрам Контроля, Болезни и Предотвращения, краткосрочное воздействие платиновых солей может вызвать раздражение глаз, носа, и горла. Долгосрочное использование может вызвать дыхательные расстройства и аллергию кожи. Текущий стандарт OSHA - 0.002 миллиграмма в кубическом метре воздуха усредненно соответствует 8-часовому пользованию.

Определенные платиновые комплексы используются в химиотерапии и показывают хорошую деятельность антиопухоли для небольшого количества опухолей. Цисплатин особенно эффективен против относящегося к раку яичка ; норма лечения была улучшена от 10 % до 85 %. Однако, побочные эффекты серьезны. Причины цисплатина совокупное, необратимое почечное повреждение и глухота. Как с другими ototoxic агентами, глухота может быть вторичной к взаимодействиям с меланином в полоске vascularis.

Платина является катализатором в изготовлении каучука силикона и компоненты геля внедрены несколько типов медицинских имплантов (грудные имплантаты, объединенная замена prosthetics, искусственные поясничные диски, сосудистые порты доступа). При этом предполагалось, что платина освобождая радикалы, могла войти в тело и вызвать неблагоприятные эффекты. Однако исследования FDA и других стран по даной проблеме показали, что нет никаких свидетельств наличия токсичности в естественных условиях обитания.

См.также

• Соединения платины
• Названия химических элементов на различных языках
• Золото

Литература

• Плаксин И. Н. Металлургия благородных металлов. М., Металлург-издат, 1958. 366 с. с ил.

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

Периодическая система элементов

1

H

He

2

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

3

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

4

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

5

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

6

Cs

Ba

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

7

Fr

Ra

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Uut

Fl

Uup

Lv

Uus

Uuo

8

Uue

Ubn

Ubu

Ubb

Ubt

Ubq

Ubp

Ubh

Iа

IIа

IIIб

IIIб: лантаноиды и актиноиды и Суперактиноиды

IVб

Vб

VIб

VIIб

VIIIб

Iб

IIб

IIIа

IVа

Vа

VIа

VIIа

VIIIа

Химические семейства элементов периодической таблицы

Щелочные металлы	Щёлочноземельные металлы	Лантаноиды	Актиноиды	Переходные металлы
Лёгкие металлы	Полуметаллы	Неметаллы	Галогены	Инертные газы