Платина

Платина

РЕФЕРАТ

ПО ХИМИИ

Тема:

« Сей металл с начала света до сих времен

совершенно оставался неизвестным, что без

сомнения весьма удивительно »

«Магазин натуральной истории, физики и

химии», 1790 г.

8) Историческая справка.

В XVI и XVII веках испанские конкистадоры бесцеремонно расхищали

богатства древних государств ацтеков и инков. Однажды завоеватели,

передвигаясь вдоль реки Платино-дель-Пино (Колумбия), обнаружили на ее

берегах золото и крупицы неизвестного им тяжелого серебристого металла.

Из-за высокой тугоплавкости он оказался ни на что не пригодным и лишь

затруднял очистку золота. Новый металл испанцы решили назвать платиной, что

означает «серебрецо» («серебришко», «плохое серебро»).

Все же довольно большие количества платины были вывезены в Испанию, где

ее продавали по цене, значительно более низкой, чем серебро. Вскоре

испанские ювелиры обнаружили , что платина хорошо сплавляется с золотом, и

это ее свойство стали использовать при изготовлении ювелирных изделий и

фальшивых монет. Об этом стало известно королю, и он издал указ, требующий

прекратить ввоз в страну никчемного металла, а заодно и уничтожить все его

запасы. Чиновники королевских монетных дворов собрали всю имевшуюся в

Испании платину, получившую к этому времени такие названия, как «гнилое

золото», «лягушачье золото», и публично предали этот металл казни по

причине его «лживой сущности»: собранную платину утопили в море и реках –

там, где поглубже. В дальнейшем такую операцию повторяли еще не раз. Так

завершился первый этап в биографии платины.

В середине XVIII века в Испании вышел в свет двухтомный труд

мореплавателя, астронома и математика Антонио де Ульоа «Путешествия по

Южной Америке». Находясь там в экспедиции, ученый заинтересовался

самородной платиной, привез ее в Европу и подробно описал в книге, после

чего металл привлек к себе внимание многих европейских ученых.

Обстоятельное изучение платины провел шведский химик Хенрик Шеффер (1756

г.), который доказал, что она является не смесью уже известных металлов

(например, золота и железа), как утверждали некоторые ученые, а новым

химическим элементом.

В 1773-1774 годах М. де-Лиль получил ковкую форму платины. В 1783 году

Шабано запатентовал процесс получения ковкой платины. Начиная со второй

половины XVIII века платиной, ее свойствами, методами переработки и

использования стали интересоваться многие химики-аналитики и технологи, в

том числе и ученые Петербургской академии наук. Наиболее важные работы в

этой области в первой половине XIX века - это создание методов получения

ковкой платины.

Всемирную известность приобрели труды русского ученого и общественного

деятеля А. А. Мусина-Пушкина (1760-1805). Еще в 1797 году он открыл новые

способы получения амальгамы платины, а затем разработал совершенные методы

ее ковки и очистки от железа. Работы Мусина-Пушкина были продолжены

Архиповым, Варвинским, Любарским, Соболевским и др.

Исследование платины привело к открытию нескольких металлов,

сопутствующих ей в природе и получивших общее название платиновых: в 1803

году были открыты палладий и родий, в 1804 году – осмий и иридий, а спустя

сорок лет химикам стал известен и последний элемент этой группы – рутений.

Работам в этой области в немалой степени способствовал тот факт, что в

1819 году на Урале вблизи Екатеринбурга (ныне Свердловск) геологи

обнаружили россыпные месторождения платины. Спустя пять лет в этих краях

начал действовать первый в России платиновый рудник.

Примерно в это же время этот металл начали использовать как добавку к

стали. За необыкновенно высокую твердость такая сталь получила название

«алмазной». В этой роли платина выступала довольно долго, но затем

вынуждена была уступить свое место менее дорогому и к тому же еще более

способному вольфраму.

Важную страницу в биографию платины вписал известный русский инженер и

ученый П.Г. Соболевский. Возглавив петербургскую Соединенную лабораторию

Департамента горных и соляных дел, Горного кадетского корпуса и Главной

горной аптеки, он вместе со своим сотрудником В.В. Любарским приступил к

исследованию сырой платины и разработке технологии превращения ее в ковкий

металл. Они растворяли самородную платину в царской водке, а из этого

раствора, добавляя NH4Cl, осаждали хлороплатинат аммония (NH4)2[PtCl]. Этот

осадок промывали, а затем прокаливали на воздухе. Получившейся губчатой

платиной они заполнили специально изготовленные железные формы, спрессовали

ее на винтовом прессе, нагрели до белого каления, затем вновь подвергли

большому давлению. Таким образом, минуя плавление, губчатая платина

превратилась в монолитные изделия, которые нельзя было отличить от литых,

этот способ позволял делать из уральской платины изделия высокого качества.

Так в 1826 году впервые в истории техники был создан и применен на практике

оригинальных технологический процесс, сохранивший свое значение и по сей

день. Он лежит в основе современных методов порошковой металлургии.

21 марта 1827 году в конференц-зале Петербургского горного кадетского

корпуса на многолюдном торжественном собрании Ученого комитета по горной и

соляной части были показаны изготовленные новым методом первые изделия из

русской платины. Открытие П.Г. Соболевского и В.В. Любарского получило

мировую известность. В 1828 году Соболевский описал свой способ получения

ковкой платины в Петербургском “Горном журнале” под названием: “Об очищении

и обработке сырой платины”.

Тогда же, благодаря предприимчивости министра финансов Е.Ф. Канкрина,

Соболевскому было поручено приступить к чеканке 3-, 6-и 12-рублевых

платиновых монет. Уже вскоре петербургский Монетный двор начал полным ходом

выпускать такие деньги. За сравнительно короткий срок было выпущено почти

полтора миллиона платиновых монет, на которые пошло около 15 тонн платины.

Однако цена на этот металл росла, платиновые деньги становились все дороже

и дороже, в результате чего их истинная стоимость значительно превысила

нарицательную и уже вскоре они фактически вышли из обращения.

За несколько лет на Монетном дворе скопились значительные количества

остатков платиновой руды. Министерство финансов поручило казанскому

профессору Карлу Клаусу найти способ переработать их на платину. Через два

года ему удалось опробовать новый метод извлечения платины из остатков

руды.

В середине XIX столетия французские ученые А. Сент-Клер Девиль и Ж.

Дебре предложили новый метод получения платины. Они изобрели специальную

печь, облицованную изнутри пористым известняком, куда загружался губчатый

металл. Плавили его с помощью газовых горелок, которые вставлялись через

отверстия в верхней части печи. Этот процесс позволял извлекать более

чистую и ковкую платину, так как примеси железа, меди и свинца образовывали

легкоплавкие шлаки и поглощались стенками печи.

В 1913 году под руководством Н.Н. Барабошкина на базе исследовательских

работ, проведенных в лаборатории Петербургского горного института, в г.

Екатеринбурге начали строительство аффинажного завода для переработки

добываемой шлиховой платины. В 1916 году начали выпускать лишь губчатую

платину и только в 1923 году стали выделять спутники платины.

Основные свойства платины.

Положение в периодической системе элементов.

Платина - символ Pt (лат. Platinum), химический элемент 6-го переходного

периода периодической системы. Для него характерно заполнение 5d-

электронных орбиталей при наличии одного или двух s-электронов на более

высоких 6s- электронных орбиталях.

Таблица 1.

Характеристика атомов платины.

|Характеристика |Платина |

|Порядковый номер |78 |

|Конфигурация внешних электронных оболочек |5d96s1 |

|Число неспаренных электронов |2 |

|Атомная масса |195.09 |

|Атомный объем, см3 |9.10 |

|Эффективный атомный радиус, нм |Pt4+=0.064 |

|Потенциалы ионизации, В |9.0; 18.56; (23.6) |

|Возможные степени окисления |0, II, III, IV, VI |

|Характерные степени окисления |II, IV |

Будучи элементом переходного периода, платина характеризуется различными

степенями окисления. В большинстве своих соединений платина проявляет

степени окисления +2 и +4. С этими степенями окисления, благодаря высоким

зарядам, небольшим ионным радиусам и наличию незаполненных d-орбиталей, она

представляет собой типичный комплексообразователь. Так, в растворах все его

соединения, включая простые (галогениды, сульфаты, нитраты), превращаются в

комплексные, поскольку в комплексообразовании участвуют ионы соединений,

присутствующих в растворе, а также вода. Поэтому гидрометаллургия платины

основана на использовании ее комплексных соединений.

Токсичность.

Начнем с самого неприятного – с токсичности соединений платины. Являясь

биоксенным элементом, платина при введении в организм либо никак себя не

проявляет, либо вызывает тяжелейшие поражения, в первую очередь почек,

печени, нервной и иммунной систем.

Сама по себе металлическая платина токсического действия не оказывает,

однако, примеси, содержащиеся в платиновой черни (в первую очередь,

теллур), ядовиты, и при попадании порошка платины в желудочно-кишечный

тракт возникают некрозы участков слизистой ЖКТ, зернистая дистрофия

гепатоцитов, набухание эпителия извитых канальцев почки, а также “общая

интоксикация”. Смертельные отравления металлической платиной не отмечены.

Соли платины дают общую интоксикацию организма с гибелью подопытных

животных в период от трех часов до трех суток после введения препарата. При

ингаляционном отравлении гексахлороплатинатом аммония смертельные

концентрации не были достигнуты. Интоксикация сопровождается нарушением

углеводного, белкового и холестеринового обмена. У человека – тошнота,

диарея, понижение уровня гемоглобина в крови, разрушение почек.

Гексахлороплатинат аммония способен впитываться в кожу, при этом платина

обнаруживается в всех внутренних органах, крови и моче, накопление

происходит в селезенке, надпочечниках, почках и половых органах, где

платина обнаруживается даже через тридцать дней после введения.

Вдыхание комплексных соединений платины в виде пыли или тумана (5-70

мг/м3) вызывают синюху, затруднение дыхания, кашель, при длительном

воздействии бронхиальную астму. В ряде случаев отмечены аллергические

реакции (покраснение и шелушение кожи, высыпания на открытых участках

тела). Сходное действие оказывают платинохлористоводородная кислота и

гексахлороплатинат аммония. У химиков при действии (NH4)2PtCl6 развивается

светобоязнь, насморк, при длительном воздействии – астма. Любопытно

отметить, что по индивидуальной чувствительности к соединениям платины у

разных людей наблюдаются существенные отличия, сцепленные с некоторыми

генетически обусловленными признаками.

К последствиям хронического отравления комплексами платины относится так

называемый платиноз – совокупность вышеуказанных симптомов, носящая

постоянный характер. У страдающих платинозом выявлен дисбаланс

адренорецепторной регуляции. При длительной работе с платиной приобретенная

аллергия возникает приблизительно в половине случаев.

В целом, хотя “благородная” платина уже более века служит химикам-

неорганикам, исследующим координационные соединения, ее ядовитый характер

требует серьезного и осторожного к себе отношения.

Физические свойства.

Платина очень тугоплавкий и труднолетучий металл, кристаллизуется в

гранецентрированные кубические решетки. При воздействии на растворы солей

восстановителями металл может быть получен в виде “черни”, обладающей

высокой дисперсностью.

Платина в горячем состоянии хорошо прокатывается и сваривается.

Характерным свойством является способность абсорбировать на поверхности

некоторые газы, особенно водород и кислород. Склонность к абсорбции

значительно возрастает у металла, находящегося в тонкодисперсном и

коллоидном состоянии. Платина (особенно платиновая чернь) довольно сильно

поглощает кислород: 100 объемов кислорода на один объем платиновой черни.

Вследствии способности к абсорбции газов платину применяют в качестве

катализаторов при реакциях гидрогенизации и окисления. Каталитическая

активность увеличивается при использовании черни.

Таблица 2.

Физические свойства.

|Характеристика |Pt |

|Плотность при 20 °С, г/дм3 |21.45 |

|Цвет |Серовато-белый, блестящий|

|Радиус атома, нм |0.138 |

|Температура плавления, °С |1774 |

|Температура кипения, °С |4590 |

|Параметры кристаллической решетки | |

|при 20 °С, нм |а=0.392 |

|Удельная теплоемкость, Дж/(моль/К) |25.9 |

|Теплопроводность при 25 °С, Вт/(м·К)|74.1 |

|Удельное электросопротивление при 0 | |

|°С, мкОм·см |9.85 |

|Твердость по Бринеллю, МПа |390-420 |

|Модуль упругости, ГПа |173 |

Химические свойства.

Платина как элемент VIII группы может проявлять несколько валентностей:

0, 2+, 3+, 4+, 5+, 6+ и 8+. Но, когда идет речь об элементе № 78 почти

также, как валентность, важна другая характеристика - координационное

число. Оно означает, сколько атомов (или групп атомов), лигандов, может

расположиться вокруг центрального атома в молекуле комплексного соединения.

Для степени окисления 2+ и 4+ координационное число равно соответственно

четырем или шести.

Комплексы двухвалентной платины имеют плоскостное строение, а

четырехвалентной - октаэдрическое.

Платина чрезвычайно устойчива против коррозии. При обычной температуре

она не взаимодействует с минеральными и органическими кислотами. Серная

кислота при нагреве медленно растворяет платину. Полностью платина

растворяется в царской водке:

3Pt+4HNO3+18HCl=3H2[PtCl6]+4NO+8H2O.

При растворении получается гексахлороплатиновая, или

платинохлористоводородная, кислота H2[PtCl6], которая при выпаривании

раствора выделяется в виде красно-бурых кристаллов состава H2[PtCl6]•H2O.

При повышенных температурах платина взаимодействует с едкими щелочами,

фосфором и углеродом.

С кислородом платина образует оксиды (II), (III) и (IV): PtO, Pt203 и

PtO2. Оксид PtO получается при нагревании порошка платины до 430 °С в

атмосфере кислорода при давлении 0.8 МПа. Оксид Pt2O3 можно получить при

окислении порошка металлической платины расплавленным пероксидом натрия.

Оксид PtO2 - порошок черного цвета - получается при кипячении гидроксида

платины (II) со щелочью:

2Pt(OH)2=PtO2+Pt+2H2O.

Гидроксид платины (IV) можно получить осторожным приливанием щелочи к

раствору хлороплатината калия:

K2[PtCl6]+4KOH=Pt(OH)4+6KCl.

Сернистое соединение PtS - порошок коричневого цвета, не растворимый в

кислотах и царской водке; PtS2 - черный осадок, получаемый из растворов

действием сероводорода, растворимый в царской водке.

Платина при нагревании хорошо соединяется с фтором и хлором. При 360 °С

воздействием хлора на платину можно получить тетрахлорид PtCl4, который при

температуре выше 370 °С переходит в трихлорид PtCl3, а при 435 °С

распадается на хлор и металлическую платину; PtCl2 растворяется в слабой

соляной кислоте с образованием платинисто-хлористоводородной кислоты

H2[PtCl4], при действии на которую солей металлов получаются хлороплатиниты

Me2[PtCl4] (где Me - K, Na, NH4 и т.д.).

Тетрахлорид платины PtCl4 при воздействии соляной кислоты образует

платинохлористоводородную кислоту H2[PtCl6]. Соли ее - хлороплатинаты

Me2[PtCl6]. Практический интерес представляет хлороплатинат аммония

(NH4)2[PtCl]6 - кристаллы желтого цвета, малорастворимые в воде, спирте и

концентрированных растворах хлористого аммония. Поэтому при аффинаже

платину отделяют от других платиновых металлов, осаждая в виде

(NH4)2[PtCl6].

В водных растворах сульфаты легко гидролизуются, продукты гидролиза в

значительном интервале pH находятся в коллоидном состоянии. В присутствии

хлорид-ионов сульфаты платины переходят в хлороплатинаты.

Поведение платины в обогатительных операциях.

Формы нахождения платины в рудах.

Формы нахождения платины в рудах определяют ее поведение в последующих

процессах обогащения. Поэтому их изучение имеет большое значение для выбора

технологической схемы переработки платинусодержащих руд и концентратов.

Кларк и Вашингтон, а позднее И. И В. Ноддак подсчитали содержание

платины в земной коре. Первые принимали в расчет только ту платину, которая

находится в россыпях и коренных ультраосновных породах, а вторые учитывали

также платину, находящуюся в рассеянном состоянии. Иногда пользуются

данными по распространенности платины, приводимыми Гольдшмидтом. Обобщение

ряда исследований на основе многочисленных определений дано А. П.

Виноградовым.

Таблица 3.

Содержание платины в земной коре, %.

|По Кларку и |По И. и В. |По |По А. П. |

|Вашингтону |Ноддак |Гольдшмидту |Виноградову |

|1.2·10-8 |5·10-6 |1·10-8 |5·10-7 |

Платину добывают в “первичных” и “вторичных” месторождениях. К первым

относятся открытые в 1908 году канадские медноникелевые магнитные колчеданы

в округе Садбери, южноафриканские медноникелевые колчеданы в Трансваале и

месторождения Норильска; здесь платина присутствует в виде сульфидов.

Вторичные месторождения обязаны своим появлением выветриванию первичных

месторождений и последующему смыванию выветренных пород, причем платиновые

металлы, имеющие большую плотность, оседали в определенных местах.

Вторичные месторождения находятся в Колумбии. Но они утратили свое значение

в 20-х годах прошлого века, когда на западных и восточных склонах

Уральского хребта были найдены большие залежи платиновых руд. В уральских

месторождениях минералы платиновых металлов генетически связаны с

глубинными ультраосновными породами, главным образом, с дунитами.

Таблица 4.

Средний состав уральской россыпной и коренной платины, %

|Тип месторождения |Pt |

|Россыпная |77.5 |

Страницы: 1, 2, 3