Logam kumpulan platinum: gambaran keseluruhan, senarai, sifat dan aplikasi

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-02 14:00

Logam kumpulan platinum ialah enam unsur kimia berharga mulia yang terletak bersebelahan dalam jadual berkala. Kesemuanya ialah logam peralihan daripada 8–10 kumpulan 5–6 tempoh.

Senarai logam kumpulan platinum

Kumpulan ini terdiri daripada enam unsur kimia berikut, disusun mengikut tertib menaik berat atom:

• Ru – rutenium.
• Rh – rhodium.
• Pd – paladium.
• Os – osmium.
• Ir – iridium.
• Pt – platinum.

Logam kumpulan platinum mempunyai warna putih keperakan, kecuali osmium, iaitu putih kebiruan. Tingkah laku kimianya adalah paradoks kerana ia sangat tahan terhadap kebanyakan reagen, tetapi digunakan sebagai pemangkin, dengan mudah mempercepatkan atau mengawal kadar tindak balas pengoksidaan, pengurangan dan penghidrogenan.

Ruthenium dan osmium menghablur menjadi sistem padat heksagonal, manakala yang lain mempunyai struktur kubik berpusat muka. Ini ditunjukkan dalam kekerasan rutenium dan osmium yang lebih besar.

Sejarah penemuan

Walaupun artifak emas yang mengandungi platinum bermula sejak 700 SM. e., kehadiran logam ini lebih merupakan kemalangan daripada corak. Jesuit pada abad ke-16 menyebut kerikil kelabu padat yang dikaitkan dengan deposit emas aluvium. Batu-batu ini tidak boleh dicairkan, tetapi ia membentuk aloi dengan emas, manakala jongkong menjadi rapuh, dan tidak lagi mungkin untuk membersihkannya. Batu kerikil itu dikenali sebagai platina del Pinto, butiran bahan keperakan dari Sungai Pinto, yang mengalir ke Sungai San Juan di Colombia.

Platinum mudah dibentuk, yang hanya boleh diperolehi selepas penulenan logam sepenuhnya, telah diasingkan oleh ahli fizik Perancis Chabano pada tahun 1789. Daripadanya dibuat piala yang dipersembahkan kepada Pope Pius VI. Penemuan paladium pada tahun 1802 telah dilaporkan oleh ahli kimia Inggeris William Wollaston, yang menamakan bahan kimia itu. unsur kumpulan logam platinum sebagai penghormatan kepada asteroid. Wollaston kemudiannya mendakwa telah menemui bahan lain yang terdapat dalam bijih platinum. Dia memanggilnya rhodium kerana warna merah jambu garam logam. Penemuan iridium (dinamakan sempena dewi pelangi Iris kerana warna garamnya yang pelbagai) dan osmium (daripada perkataan Yunani untuk "bau" kerana bau klorin oksida yang meruap) telah dibuat oleh ahli kimia Inggeris Smithson Tennant di 1803. Saintis Perancis Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix, dan Nicolas-Louis Vauquelin mengasingkan kedua-dua logam pada masa yang sama. Ruthenium, unsur terpencil dan dikenal pasti yang terakhir, menerima namanya daripada nama Latin untuk Rusia daripada ahli kimia Rusia Karl Karlovich Klaus pada tahun 1844.

Tidak sepertidaripada itu mudah diasingkan dalam keadaan yang agak tulen oleh bahan penapisan api mudah seperti emas, perak, logam kumpulan platinum memerlukan rawatan kimia air yang kompleks. Kaedah ini tidak tersedia sehingga akhir abad ke-19, jadi pengenalpastian dan pengasingan kumpulan platinum ketinggalan di belakang perak dan emas selama beribu-ribu tahun. Di samping itu, takat lebur tinggi logam ini mengehadkan penggunaannya sehingga penyelidik di Britain, Perancis, Jerman dan Rusia membangunkan kaedah untuk menukar platinum kepada bentuk yang boleh digunakan. Bagaimana logam berharga kumpulan platinum mula digunakan dalam perhiasan sejak tahun 1900. Walaupun aplikasi ini kekal relevan hari ini, aplikasi perindustrian telah jauh mengatasinya. Palladium menjadi bahan sentuhan yang sangat dicari dalam geganti telefon dan sistem komunikasi berwayar lain, memberikan jangka hayat yang panjang dan kebolehpercayaan yang tinggi, manakala platinum, kerana ketahanannya terhadap hakisan percikan, digunakan dalam palam pencucuh pesawat tempur semasa Perang Dunia II.

Selepas perang, pengembangan teknik penukaran molekul dalam penapisan petroleum mewujudkan permintaan yang besar untuk sifat pemangkin logam kumpulan platinum. Menjelang 1970-an, penggunaan semakin meningkat apabila piawaian pelepasan kereta di AS dan negara lain membawa kepada penggunaan bahan kimia ini dalam penukaran gas ekzos pemangkin.

Bijih

Tidak termasuk deposit kecil platinum, paladiumdan iridium osmik (aloi iridium dan osmium), hampir tidak ada bijih di mana komponen utamanya adalah unsur kimia - logam kumpulan platinum. Mineral biasanya terdapat dalam bijih sulfida, khususnya pentlandit (Ni, Fe)₉S₈. Yang paling biasa ialah laurit RuS_{2, irarsite, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridium (Ir, Os), cooperite, (PtS) dan braggite (Pt, Pd) S.}

Deposit logam kumpulan platinum terbesar di dunia ialah kompleks Bushveld di Afrika Selatan. Rizab bahan mentah yang besar tertumpu di deposit Sudbury di Kanada dan deposit Norilsk-Talnakhskoye di Siberia. Di Amerika Syarikat, deposit terbesar mineral kumpulan platinum terletak di Stillwater, Montana, tetapi di sini ia jauh lebih kecil daripada di Afrika Selatan dan Rusia. Pengeluar platinum terbesar di dunia ialah Afrika Selatan, Rusia, Zimbabwe dan Kanada.

Pengeluaran dan pengayaan

Deposit utama Afrika Selatan dan Kanada dikendalikan dengan kaedah lombong. Hampir semua logam kumpulan platinum diperolehi daripada mineral tembaga atau nikel sulfida menggunakan pengasingan pengapungan. Peleburan pekat menghasilkan campuran yang dibasuh daripada kuprum dan nikel sulfida dalam autoklaf. Sisa larut lesap pepejal mengandungi 15 hingga 20% logam kumpulan platinum.

Kadangkala pengasingan graviti digunakan sebelum pengapungan. Hasilnya ialah pekat yang mengandungi sehingga 50% logam platinum, menghilangkan keperluan untuk peleburan.

Sifat mekanikal

Logam kumpulan platinum berbeza dengan ketara dalam sifat mekanikal. Platinum dan paladium agak lembut dan sangat mudah dibentuk. Logam-logam ini dan aloinya boleh dikerjakan secara panas dan sejuk. Rhodium mula-mula bekerja panas dan kemudian boleh bekerja sejuk dengan penyepuhlindapan yang agak kerap. Iridium dan rutenium mesti dipanaskan, ia tidak boleh bekerja dengan sejuk.

Osmium ialah kumpulan yang paling sukar dan mempunyai takat lebur tertinggi, tetapi kecenderungannya untuk mengoksida mengenakan hadnya sendiri. Iridium ialah logam platinum yang paling kalis kakisan, dan rhodium dihargai kerana pengekalan suhu yang tinggi.

Aplikasi struktur

Oleh kerana platinum anil bersih sangat lembut, ia mudah terdedah kepada calar dan kemerosotan. Untuk meningkatkan kekerasannya, ia dialoi dengan banyak unsur lain. Barang kemas platinum sangat popular di Jepun di mana ia dipanggil "hakkin" dan "emas putih". Aloi barang kemas mengandungi 90% Pt dan 10% Pd, yang mudah dimesin dan dipateri. Penambahan rutenium meningkatkan kekerasan aloi sambil mengekalkan rintangan pengoksidaan. Aloi platinum, paladium dan tembaga digunakan dalam penempaan kerana ia lebih keras daripada paladium platinum dan lebih murah.

Crucibles yang digunakan untuk penghasilan kristal tunggal dalam industri semikonduktor memerlukan rintangan kakisan dan kestabilan pada suhu tinggi. Untuk permohonan ini, platinum, platinum-rhodium daniridium. Aloi platinum-rhodium digunakan dalam pembuatan termokopel, yang direka untuk mengukur suhu tinggi sehingga 1800 °C. Palladium digunakan dalam bentuk tulen dan campuran dalam peranti elektrik (50% daripada penggunaan), dalam aloi pergigian (30%). Rhodium, ruthenium dan osmium jarang digunakan dalam bentuk tulennya - ia berfungsi sebagai bahan tambahan pengaloian untuk logam kumpulan platinum lain.

Pemangkin

Kira-kira 42% daripada semua platinum yang dihasilkan di Barat digunakan sebagai pemangkin. Daripada jumlah ini, 90% digunakan dalam sistem ekzos automotif, di mana pelet refraktori atau sarang lebah bersalut platinum (serta paladium dan rhodium) membantu menukar hidrokarbon, karbon monoksida dan nitrogen oksida yang tidak terbakar kepada air, karbon dioksida dan nitrogen.

Ali platinum dan 10% rhodium dalam bentuk jaringan logam merah panas memangkinkan tindak balas antara ammonia dan udara untuk menghasilkan nitrogen oksida dan asid nitrik. Apabila diberi makan bersama dengan campuran ammonia, asid hidrosianik metana boleh diperolehi. Dalam penapisan petroleum, platinum pada permukaan pelet alumina dalam reaktor memangkinkan penukaran molekul minyak rantai panjang kepada isoparafin bercabang, yang diingini dalam adunan petrol oktana tinggi.

Electroplating

Semua logam kumpulan platinum boleh disadur elektrik. Kerana kekerasan dan kecemerlangan salutan yang terhasil, rhodium paling kerap digunakan. Walaupun iakosnya lebih tinggi daripada platinum, ketumpatan yang lebih rendah membolehkan penggunaan jisim bahan yang lebih kecil dengan ketebalan yang setanding.

Palladium ialah logam kumpulan platinum yang paling mudah digunakan untuk aplikasi salutan. Disebabkan ini, kekuatan bahan meningkat dengan ketara. Ruthenium telah didapati digunakan dalam alat pemesinan geseran tekanan rendah.

Sebatian kimia

Kompleks logam kumpulan platinum organik, seperti kompleks alkilplatinum, digunakan sebagai pemangkin dalam pempolimeran olefin, penghasilan polipropilena dan polietilena, dan pengoksidaan etilena kepada asetaldehid.

Garam platinum semakin banyak digunakan dalam kemoterapi kanser. Sebagai contoh, mereka adalah sebahagian daripada ubat-ubatan seperti Carboplatin dan Cisplatin. Elektrod bersalut rutenium oksida digunakan dalam penghasilan klorin dan natrium klorat. Rhodium sulfat dan fosfat digunakan dalam mandian penyaduran rhodium.