Платинові метали

Всі платинові метали відносяться до числа мало поширених елементів.

Скупчення платинових металів зустрічаються дуже рідко і містять їх майже виключно в самородному стані, як незначну домішка до інших продуктів вивітрювання гірських порід. Кількість самої платини в подібних розсипах (аналогічних золотим) зазвичай буває набагато більше, ніж інших металів платинової групи. Відділення останніх від платини і один від одного представляє значні труднощі, ніж частково і обумовлена висока вартість розглянутих елементів.

1) Щорічний світовий видобуток платинових металів становить близько 25 т. Значні кількості паладію (і платини) отримують не з платинових родовищ, а як побічний продукт при переробці нікелевих руд. Розміри видобутку платини і паладію набагато більше, ніж інших платинових металів. Паладій і платина добре піддаються механічній обробці, тоді як Ru, Rh, Os і Ir більш тверді та крихкі. Для більшості елементів платинової групи характерна здатність поглинати деякі гази, зокрема водень.

2) Найменш активний по відношенню до водню осмій, в компактному стані практично не поглинає цього газу. Найбільш активний паладій, один обсяг якого здатний при звичайній температурі поглинути більше 700 об’ємів водню. Метал при цьому спучується, стає крихким і покривається трешінкамі. Розчинність водню в платині набагато менше, ніж у палладії (причому помітна лише при підвищених – температурах). Навпаки, кисень платина розчиняє краще паладію: при 450 °С один обсяг платини може поглинути близько 70 обсягів кисню, а один обсяг паладію – 0,07 об’єму.

По відношенню до хімічних впливів елементи платинової групи надзвичайно стійкі. У вигляді компактних металів більшість з них (крім Pd і Pt) нерастворимо не тільки в звичайних кислотах, але і в царській горілці. Остання легко розчиняє платину, а паладій розчинний також в HNO3.

Навіть найбільш активні металоїди при звичайних температурах на компактні платинові метали не діють. Більш-менш енергійне взаємодія може бути викликане нагріванням, причому спостерігаються цікаві індивідуальні особливості окремих елементів: по відношенню до кисню стійкіше інших металів платина, по відношенню до сірки – рутеній, по відношенню до хлору – іридій, по відношенню до фтору – родій. Найбільш енергійно реакції протікають у осмію, тонкий порошок якого повільно окислюється на повітрі (до OsO4) навіть при звичайних умовах. Менша хімічна стійкість в дуже дрібно роздробленому стані { у вигляді «черні») порівняно з компактним характерна і для інших платинових металів.

Найбільше практичне значення з елементів платинової групи має сама платина. Вона служить для вироблення окремих частин апаратури хімічних заводів, нагрівальної обмотки електричних печей, приладів для вимірювання високих температур і т. д. Дуже важливе застосування знаходить вона також як каталізатор при різних виробничих процесах хімічної промисловості. Проте близько половини усього світового видобутку платини витрачається малопродуктивні шляхом використання її в ювелірному і зуболікарському справі.

Сполуки елементів платинової групи скільки-небудь значного практичного застосування поки не знаходять. Вони дуже численні і різноманітні за типами, так як в окремих металів відомі похідні, що відповідають самим різним валентностям – від I до VIII. Однак деякі з останніх малохарактерні і зустрічаються лише як винятки. Всі елементи платинової групи відрізняються надзвичайно сильно виразів тенденцією до комплексоутворення.

Похідні двовалентних елементів особливо характерні для паладію і почасти платини. Остання утворює дуже велике число комплексних сполук, але лише трохи простих. Навпаки, для паладію двовалентне стан є найбільш стійким і в тому і в іншому випадку.

З простих сполук Pd2 + найбільш важливі його солі, велика частина яких легкорозчинні. У розчині вже при звичайній температурі PdCl2 легко відновлюється до металу під дією окису вуглецю:

PdCl2 + Н2 О + СО = СО2 + 2НСl + Pd

На цьому грунтується його застосування для відкриття СО.

Комплексні похідні двовалентних паладію і платини дуже численні і різноманітні за складом. Найбільш стійким з них є платіносінеродістим кислота – H2 [Pt (CN) 4]. Дуже характерні для платини також хлороплатініти – солі комплексної кислоти H2 [PtCl4].

Сполуки тривалентних елементів найбільш характерні для родію та іридію. Їх гідроокису – жовта Rh (OH) 3 і зелена Ir (ОН) 3 – практично нерозчинні у воді. Обидві вони характеризуються слабко вираженими основними властивостями, а при нагріванні легко втрачають воду, переходячи в чорні окисли Е2 О3. Крім звичайних солей, для обох елементів відомо дуже багато різноманітних комплексних сполук.

Відповідають чотирьохвалентним елементам двоокису ЕО2 відомі для всіх платинових металів (частково – лише у формі гідратів). Інші похідні цієї валентності особливо характерні для самої платини. Червоно -коричнева Pt (OH) 4 розчинна верб кислотах і в сильних лугах, причому продуктами взаємодії є, як правило, не прості солі, а комплексні сполуки. Наприклад, взаємодія з NaOH і НСl протікає за схемами:

2NaOH + Pt (OH) 4 = Na2 [Pt (OH) 6]

Pt (OH) 4 + 6HCl = H2 [PtCl6] + 4H2 O

Освіта комплексних аммиакатов характерно лише для платини, причому більшість їх відповідає типам [Pt (NH3) 6] X4 і [Pt (NH3) 4X2] X2. Навпаки, аніонні комплекси загальної формули М2 [ЕХ6] (де X здебільшого галоид) відомі для всіх металів платинової групи. Стійкість їх найбільша у похідних платини.

Що є звичайним продажними препаратом цього елемента вільна платинохлористоводородной кислота (H2 [PtCl6]) може бути отримана розчиненням платини в насиченій хлором соляній кислоті:

Pt + 2Сl2 + 2НСl = H2 [PtCl6]

Освітою жовтих опадів важкорозчинних хлороплатинат NH4 +, K +, Rb + і Cs + користуються іноді для відкриття перерахованих катіонів.

Похідні шестивалентного елементів найбільш характерні для осмію і рутенію. Обидва металу при сплаву їх з лугами у присутності окислювачів утворюють солі осмієвою або рутенієвому кислоти загальної формули М2 ЕО4 за схемою, наприклад:

Е + 3KNO3 + 2КОН = К2 ЕО4 + 3KNO2 + Н2 О

Як осмати, так і рутенати у звичайних умовах досить нестійкі, проте типовий для них характер змін істотно різний. Рутенати легко відновлюються до RuO2, яка є найбільш стійким кисневим з’єднанням рутенію. Навпаки, осмати легко окислюються до OsO4.

Сполуки восьмівалентних елементів відомі тільки для осмію і рутенію. Взаємодія порошку металевого осмію з фтором близько 250 °С веде до утворення безбарвних парів OsF4, при охолодженні згущаються в лимонно -жовті кристали (т. пл. 34 °С, т. кип. 48 °С). З хімічної боку восьми – фтористий осмій характеризується різко вираженими окислювальними властивостями. Водою він поступово розкладається за рівнянням:

OsF8 + 4Н2 О = 8HF + OsO4

Чотириокис осмію є найбільш стійким при звичайних умовах оксидом цього елементу і повільно утворюється з дрібно роздробленого металу та його сполук вже при зберіганні на повітрі. Чотириокис рутенію може бути отримана обробкою розчину K2 RuO4 надлишком хлору (K2 RuO4 + Cl2 = 2KCl + RuO4). Обидві чотириокису являють собою легколетучие кристалічні речовини блідо – жовтого (OsO4) або золотисто – жовтого (RuO4) кольору. У воді вони досить добре розчиняються, причому розчини не показують кислої реакції на лакмус.

Хоча сильними окислювачами є обидві чотириокису, однак відмінність їх стійкості проявляється досить чітко. У той час як OsO4 кипить при 131 °С без розкладання, чотириокис рутенію при нагріванні до 108 °С з вибухом розпадається на RuO2 і кисень. При звичайних умовах і без зіткнення з відновниками OsO4 змінам не піддається, тоді як RuO4 може зберігатися тільки в відсутність світла і вологи. Чотириокис осмію добре розчинна у спирті, причому відновлюється їм до OsO2 лише повільно, a RuO4 при зіткненні зі спиртом підриває. Загалом, отже, RuO4 значно менш стійка, ніж OsO4, і її окисні властивості виражені різкіше. Пари обох чотириокисом вельми отруйні.

При всьому різноманітті утворених елементами платіновойгруппи сполук основне для хімії їх практичне використання пов’язане з каталітичними властивостями самих металів. Прискорюючи різноманітні хімічні процеси, вони іногдаособенно сприяють реакціям, що протікає за участю газоподібного водню. Найбільш цікавий з цього боку паладій, у присутності якого водень вже на холоду і в темряві відновлює хлор, бром, йод і кисень, переводить SO2 в H2 S, СlO3 в Cl -, FeCl3 в FeCl2 і т. д. При одночасній наявності кисню і води насичений воднем паладій здатний перетворювати N2 у NH4 NO2, тобто здійснювати зв’язування вільного азоту в звичайних умовах температури і тиску.

3) Оскільки каталітична активність металу тим більше, чим сильніше розвинена його поверхню, при виготовленні каталізаторів намагаються по можливості її збільшити. З цією метою метал часто беруть в облогу на якому-небудь індиферентному пористому матеріалі, наприклад азбесті. Зокрема, платинованим азбест може бути отриманий просоченням азбесту розведеним (1-2 %) розчином H2 [PtCl6] з наступним його прокаливанием (що викликає розпад за рівнянням:

H2 [PtCl6] = 2HCl + 2Cl2 + Pt).

Однак металеві каталізатори часто готують і без індиферентною основи. Та чи інша найбільш зручна для кожного конкретного випадку ступінь дроблення металу досягається при цьому застосуванням різних методів його виділення. Наприклад, губчаста платина може бути отримана слабким прокаливанием (NH4) 2 [PtCl6], що містить більше дрібно роздроблений метал платинова чернь – відновленням розчину H2 [PtCl6] металевим цинком

H2 [PtCl6] + 3Zn = 3ZnCl2 + H2 + Pt)

а ще більш роздроблена колоїдна платина – відновленням того ж розчину хлористим оловом

H2 [PtCl6] + 2SnCl2 = 2SnCl4 + 2HCl + Pt

Незважаючи на багато окремі відмінності, платинові метали загалом схожі на елементи сімейства заліза. І ті й інші є сріблясто -білими або сірими металами, що характеризуються важкою летючість, причому їх температури плавлення в групі змінюються досить закономірно, зменшуючись при переході знизу вгору і зліва направо (найбільш тугоплавок осмій, найменш – нікель) Для всіх металів VIII групи характерна висока каталітична активність. Їх іони проявляють сильно виражену тенденцію до комплексоутворення. Вироблені від них з’єднання в переважній більшості пофарбовані.

Посилання на основну публікацію