Свойства платиноидов
Платиновые элементы формируют группу платиноидов и принадлежат к числу переходных металлов. В ее состав входят:
- платина;
- рутений;
- осмий;
- родий;
- палладий;
- иридий.
Платина входит в состав группы платиноидов
Благородные элементы в природных условиях формируют соединения и находятся в составе полиметаллических руд, их добывают попутно в месторождениях золота и серебра. Именно при разработке россыпного золота впервые была обнаружена платина, которую первоначально определяли как плохое серебро.
В зависимости от плотности платиноиды подразделяют на 2 группы элементов: легкие и твердые. Платина относится к тяжелой группе, для ее плавления необходима высокая температура. По сравнению с золотом она обладает высшей твердостью.
Драгоценный материал достаточно ковкий, отлично растягивается, хорошо обрабатывается под давлением. Материал можно раскатать в тонкий лист, толщиной до 0,0025 мм и растянуть в проволоку.
Платина является наиболее химически устойчивым элементом, который реагирует только с незначительным количеством веществ. На воздухе при сильном нагревании она не окисляется, а при охлаждении сохраняет первоначальную окраску.
Платина относится к рассеянным элементам. Обычно она встречается в соединении с золотом, в сочетании с такими рудными минералами:
- железом;
- никелем;
- медью;
- свинцом.
Химический элемент не взаимодействует с кислотами, взятыми в отдельности, но растворяется в смеси концентрированных кислот. Металл взаимодействует с цианистым калием, щелочными соединениями в жидком состоянии.
Ухаживаем за платиновыми украшениями
В уход за ювелирным изделием входят:
- чистка у профессионала (особенно, если в украшении есть драгоценные камни);
- проверка хорошей фиксации камней в изделии;
- в отличие от вас ювелирным украшениям не приносят пользы косметические средства и бытовая химия;
- осматривайте украшение на предмет трещин, царапин, сколов. Обнаружили ущерб — бегите к ювелиру.
Храните украшения в отдельных футлярах, коробочках, мешочках. Так изделия из разных металлов и камней (с разной твердостью) не поцарапают одно другое.
Платиновое изображение Ленина на ордене Ленина.
Мойте серьги, кольца мыльным нейтральным раствором с помощью мягкой щетки. Цепочки кладите в стаканчик, заливайте мыльным раствором и поболтайте содержимое.
Затем ополосните изделие под проточной водой и высушите.
Показатель плотности
Плотность вещества, рассчитанная экспериментальным путем при нормальных условиях, представляет собой соотношение массы вещества к его объему. Измеряется показатель в г/см³.
Практическое использование этого параметра позволяет произвести арифметические расчеты веса и состава материала. Для определения количества компонентов сплава в объеме часто применяют показатель удельного веса.
Платина, плотность которой при нормальных условиях составляет 21,09–21,45 г/см³, является тугоплавким металлом. Температура плавления составляет 1773,5°C, кипения – 3825°C. Твердость металла по шкале Мооса соответствует 4–4,5.
Плотность вещества определяет вес и состав металла
Для увеличения плотности металла формируют сплавы на его основе с другими металлическими компонентами:
- родием;
- иридием;
- рутением.
Материалы с новыми свойствами обладают высшей устойчивостью к воздействию температуры среды и химических реагентов.
Нахождение в природе
Изотопы
Природная платина встречается в виде смеси из шести изотопов: 190Pt (0,014 %), 192Pt (0,782 %), 194Pt (32,967 %), 195Pt (33,832 %), 196Pt (25,242 %), 198Pt (7,163 %). Один из них слабо радиоактивен (190Pt, альфа-распад в 186Os, период полураспада 6,5⋅1011 лет). Предсказывается существование очень слабой радиоактивности ещё двух природных изотопов платины: альфа-распад 192Pt→188Os и двойной бета-распад 198Pt→198Hg, однако пока экспериментально эти распады не зарегистрированы; установлено лишь, что периоды полураспада превышают соответственно 4,7×1016 лет и 3,2×1014 лет.
Месторождения
Самородок платины, месторождение Кондёр
Платина является одним из самых редких металлов: её среднее содержание в земной коре (кларк) составляет 5⋅10−7 % по массе. Даже так называемая самородная платина является сплавом, содержащим от 75 до 92 процентов платины, до 20 процентов железа, а также иридий, палладий, родий, осмий, реже медь и никель.
Основная часть месторождений платины (более 90 %) заключена в недрах пяти стран. К этим странам относятся ЮАР (Бушвелдский комплекс), США, Россия, Зимбабве, Китай.
В России основными месторождениями металлов платиновой группы являются: Октябрьское, Талнахское и Норильск-1 сульфидно-медно-никелевые в Красноярском крае в районе Норильска (более 99 % разведанных и более 94 % оцененных российских запасов), Фёдорова Тундра (участок Большой Ихтегипахк) сульфидно-медно-никелевое в Мурманской области, а также россыпные Кондёр в Хабаровском крае, Левтыринываям в Камчатском крае, реки Лобва и Выйско-Исовское в Свердловской области. Крупнейшим платиновым самородком, найденным в России, является «Уральский гигант» массой 7860,5 г, обнаруженный в 1904 г. на Исовском прииске; в настоящее время хранится в Алмазном фонде.
Отрасли применения сплавов
Платина имеет широкую сферу применения, но главная – это ювелирная отрасль
Платиновый материал незаменим в химической, приборостроительной отраслях. Его применяют в авиационной промышленности. Но главным потребителем платины и высокопробного сплава на ее основе является ювелирная отрасль.
С первой четверти XIX в. химический элемент применялся как лигатурный компонент для производства стали высокого качества. До изобретения дисплеев на основе жидких кристаллов покрытия экранов делали соединением платины.
В 70-х гг. прошлого века платина применялась в автомобильном производстве. И в настоящее время одним из основных потребителей является эта отрасль, где металл применяется как катализатор при очистке выхлопных газов от вредных соединений.
Устройство представляет собой цилиндр с эллиптическим или круглым сечением в разрезе, внутри которого расположены своеобразные соты из металла или керамики, покрытые раствором платиноидов.
В электротехнике, рассчитанной на слабые токи, применяют сплавы химического элемента с золотом и серебром. Физическое свойство платины способность к намагничиванию используется при изготовлении сплавов магнитных материалов в производстве малогабаритных электроприборов.
Из материала изготавливают электрические детали, устройства, рассчитанные на работу в особенных условиях и агрессивной среде:
- реакторы;
- высокотемпературные печи (тигли);
- термопары;
- для покрытия поверхностей реакторов;
- электронагреватели;
- зеркала для лазерной техники;
- аппаратура для производства оптического стекла.
Покрытые платиной аппараты позволяют получить химически чистые препараты или продукты в пищевой промышленности.
Из металлов платиновой группы делают различные лабораторные инструменты и оборудование. Их используют для производства посуды для переплавки щелочей, чаш для работы с кислотами, котлов, автоклавов.
Из сплава золота, платины и палладия изготавливают специальные иглы, из него делают напайки на перьях авторучек. Платина применяется в медицине как элемент, замедляющий развитие заболевания.
История платины
О платине было известно ещё до нашей эры. Древние египтяне использовали минерал в создании различных украшений. Какое-то время он был распространён в племенах инков. В середине VI века испанские конкистадоры нашли на территории Южной Америки этот металл, который напомнил им о серебре. Новому материалу они дали соответствующее название. В переводе с испанского platina означает «маленькое серебро» или «серебришко». В те времена новый металл мало ценился людьми из-за его тугоплавкости и высокой плотности. Платине дали такие наименования, как «недозревшее золото» и «неправильное серебро».
Но позже у материала нашли интересную особенность: оказалось, что он легко сплавляется с золотом. После этого открытия ювелиры стали смешивать эти металлы, чтобы снизить стоимость производства украшений и других аксессуаров. Подделку практически нельзя было отличить от натурального золота. Когда это мошенничество раскрылось, ввоз платины в Европу на определённый период был запрещён.
Какое-то время люди считали, что белое золото и платина — одно и то же. Это утверждение неверно, поскольку металлы разные и похожи лишь внешне по цвету. Самостоятельным химическим элементом материал стал только в середине XVIII века, когда он был тщательно изучен. Обозначение платины — Pt. Физические свойства и особенности эксплуатации позволили использовать металл в изготовлении оборудования и иных целей. Вскоре стоимость минерала резко повысилась. Сегодня платина считается одним из самых дорогих металлов.
Платина в монетарном производстве и ювелирном деле
Из химически чистого благородного металла, в котором допускается содержание естественных примесей, формируют банковские слитки. Они предназначаются для таких целей:
- операций на межбанковском уровне;
- технического применения;
- изготовления химических соединений;
- производства полуфабрикатов и сплавов для различных отраслей промышленности.
Из платины наряду с серебром и золотом чеканят юбилейные и памятные монеты. Ее применяют для изготовления памятных знаков отличия за заслуги.
Особое место платина занимает в ювелирном деле. Ежегодно отрасль потребляет около 50 т благородного металла. Дизайн украшений и сплавы из материалов, используемые для их изготовления, целиком зависят от модных тенденций.
В последнее время рынок наполняется украшениями из белого золота, что в свою очередь повышает спрос на платину и металлы ее группы. Готовые изделия из сплава золота с лигатурными добавками в результате покрывают металлом из группы платиноидов — палладием.
Стоимость платины в изделиях сравнительно высока. Но только основа из платины создает неповторимую игру бриллиантов в украшениях. Такие драгоценности отличаются прочностью, долговечностью, устойчивостью к деформации и механическому воздействию.
Земной и звездный роддом платины
Главные платиновые месторождения находятся в странах:
- Зимбабве;
- США;
- ЮАР;
- Китай;
- Россия.
Это примерно 90% мирового запаса (по расчетам некоторых аналитиков). Другие отдают те же 90% платины в природе одним южноафриканским месторождениям. Такая странная «аналитика» показывает, что недра Земли разведаны приблизительно.
Мелкие месторождения есть в Южной Америке, Канаде и ряде стран.
Добываем платину
Об интересных и важных местах добычи «королевы металлов». Платину обнаруживают в россыпях, коренных ультраосновных породах.
Мировое производство платины (в тоннах в год) за последние десятилетия.
Процесс образования благородного металла происходил не только на Земле. Начинкой некоторых астероидов, падавших на Землю, были платиноиды.
Южно-Африканская Республика
Самая большая на земле «корзина» с платиной и платиноидами находится в ЮАР. Это Бушвельдский комплекс. Он похож на блюдце диаметром около 370 км. От краев блюдца к центру протягиваются горизонты (рифы), линзы, платиновые жилы. Их толщина от 1 до 90 метров; некоторые рифы разрабатываются открытым способом.
Здесь добывают ¾ всей платины.
Россия
У нас на Урале были богатейшие россыпные месторождения. С 1828 года страна чеканила платиновые монеты номиналом в 3, 6 и 12 рублей. Для монет использовался самородный металл, не очищенный от сопутствующих металлов. Монеты чеканили всего 17 лет, затем их стали изымать из обращения.
Через 100 лет уральские месторождения истощились.
Сейчас добыча «серебришка» ведется на Таймыре, на Кольском полуострове, в Хабаровском и Красноярском краях.
Канада
В центральном Онтарио ведется добыча никеля, палладия, а платина — «приз» добытчикам. Кстати, скорее всего, платиноиды тут внеземного происхождения. Когда-то тут упал огромный метеорит.
На шахте Lac des Iles в западном Онтарио способ добычи металлов платиновой группы — открытый. Недавно тут открыли подземный рудник, где содержание благородных платиноидов больше.
США
Здесь всего два рудника, оба в штате Монтана. Однако руда богатая, содержание платиноидов около 20 грамм на тонну руды.
В 2015 году близенько к Земле пролетел небольшой (диаметр менее километра) астероид. От массы других небесных тел отличается «начинкой». Ядро небесного камешка, как выяснили астрономы, состоит из платины, золота и других привлекательных металлов. Жалко, не поймали…
Получение
Самородную платину добывают на приисках (см. подробнее в статье Благородные металлы), менее богаты рассыпные месторождения платины, которые разведываются, в основном, способом шлихового опробования.
Производство платины в виде порошка началось в 1805 году 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 гексахлороплатинат (IV) аммония (NH4)2PtCl6. Высушенный осадок прокаливают при 800—1000 °C:
3(NH4)2[PtCl6] →T 2N2↑ + 2NH3↑ + 18HCl + 3Pt
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 растворов солей платины химическим или электрохимическим способом получают мелкодисперсную платину — платиновую чернь.
