מתכות מקבוצת פלטינה: סקירה כללית, רשימה, מאפיינים ויישומים

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 13:54

מתכות מקבוצת פלטינה הן שישה יסודות כימיים אצילים, הממוקמים זה לצד זה בטבלה המחזורית. כולן מתכות מעבר של 8-10 קבוצות של 5-6 תקופות.

רשימת מתכות מקבוצת פלטינה

הקבוצה מורכבת מששת היסודות הכימיים הבאים, המסודרים בסדר עולה של משקל אטומי:

• Ru – רותניום.
• Rh – רודיום.
• Pd – palladium.
• Os – osmium.
• Ir – אירידיום.
• Pt – פלטינה.

למתכות מקבוצת פלטינה יש גוון לבן כסוף, למעט אוסמיום, שהוא לבן כחלחל. ההתנהגות הכימית שלהם היא פרדוקסלית בכך שהם עמידים ביותר לרוב הריאגנטים, אך משמשים כזרזים, מאיצים או שולטים בקלות בקצב תגובות החמצון, ההפחתה וההידרוגנציה.

רותניום ואוסמיום מתגבשים למערכת משושה צפופה, בעוד שלאחרים יש מבנה קובי במרכז הפנים. זה בא לידי ביטוי בקשיות רבה יותר של רותניום ואוסמיום.

היסטוריית גילוי

למרות שחפצי זהב נושאי פלטינה מתוארכים לשנת 700 לפני הספירה. למשל, הנוכחות של מתכת זו היא יותר תאונה מאשר דפוס. הישועים במאה ה-16 הזכירו חלוקי נחל אפורים צפופים הקשורים למרבצי זהב סחף. לא ניתן היה להמיס את האבנים הללו, אך הן יצרו סגסוגת עם זהב, בעוד המטילים הפכו שבירים, וכבר לא ניתן היה לנקות אותם. חלוקי הנחל נודעו בשם platina del Pinto, גרגירים של חומר כסוף מנהר פינטו, הזורם לנהר סן חואן בקולומביה.

פלטינה ניתנת לעיבוד, שניתן להשיג רק לאחר טיהור מוחלט של המתכת, בודדה על ידי הפיזיקאי הצרפתי Chabano ב-1789. ממנו נוצר גביע שהוגש לאפיפיור פיוס השישי. גילוי הפלדיום בשנת 1802 דווח על ידי הכימאי האנגלי ויליאם וולסטון, שקרא לכימיה. יסוד מקבוצת מתכת הפלטינה לכבוד האסטרואיד. וולסטון טען לאחר מכן שגילה חומר אחר הקיים בעפרת פלטינה. הוא קרא לזה רודיום בגלל הצבע הוורוד של מלחי המתכת. התגליות של אירידיום (על שם אלת הקשת איריס בגלל הצבע המגוון של מלחיה) והאוסמיום (מהמילה היוונית ל"ריח" בגלל ריח הכלור של התחמוצת הנדיפה שלו) נעשו על ידי הכימאי האנגלי סמיתסון טננט בשנת 1803. המדענים הצרפתים היפוליט-ויקטור קולה-דסקוטי, אנטואן-פרנסואה פורקרואה וניקולא-לואי ווקלין בודדו את שתי המתכות בו-זמנית. רותניום, היסוד המבודד והמזוהה האחרון, קיבל את שמו מהשם הלטיני לרוסיה מהכימאי הרוסי קרל קרלוביץ' קלאוס ב-1844.

לא אוהבמבודדים כאלה בקלות במצב טהור יחסית על ידי חומרי זיקוק אש פשוטים כגון זהב, כסף, מתכות מקבוצת פלטינה דורשים טיפול מים-כימי מורכב. שיטות אלו לא היו זמינות עד סוף המאה ה-19, כך שהזיהוי והבידוד של קבוצת הפלטינה ירד באלפי שנים אחרי כסף וזהב. בנוסף, נקודת ההיתוך הגבוהה של מתכות אלו הגבילה את השימוש בהן עד שחוקרים בבריטניה, צרפת, גרמניה ורוסיה פיתחו שיטות להמרת פלטינה לצורה ניתנת לעבודה. כיצד החלו להשתמש במתכות היקרות של קבוצת הפלטינה בתכשיטים מאז 1900. בעוד שהאפליקציה הזו עדיין רלוונטית היום, התעשייתית התעלתה עליה בהרבה. פלדיום הפך לחומר מגע מבוקש מאוד בממסרי טלפון ומערכות תקשורת קוויות אחרות, ומספק חיים ארוכים ואמינות גבוהה, בעוד שפלטינה, בשל עמידותה בפני שחיקת ניצוץ, שימשה במצתים של מטוסי קרב במהלך מלחמת העולם השנייה.

לאחר המלחמה, הרחבת טכניקות ההמרה המולקולרית בזיקוק נפט יצרה ביקוש עצום לתכונות הקטליטיות של מתכות מקבוצת הפלטינה. בשנות ה-70, הצריכה עלתה אפילו יותר כאשר תקני פליטת רכב בארה ב ובמדינות אחרות הובילו לשימוש בכימיקלים אלו בהמרת גזי פליטה קטליטיים.

Ores

לא כולל מרבצים קטנים של פלטינה, פלדיוםואירידיום אוסמי (סגסוגת של אירידיום ואוסמיום), אין כמעט עפרה שבה המרכיב העיקרי יהיה יסוד כימי - מתכת מקבוצת פלטינה. מינרלים נמצאים בדרך כלל בעפרות סולפיד, במיוחד פנטלנדיט (Ni, Fe)₉S₈. הנפוצים ביותר הם laurite RuS_{2, irarsite, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridium (Ir, Os), cooperite, (PtS) ו-braggite (Pt, Pd) S.}

הפקדון הגדול בעולם של מתכות מקבוצת פלטינה הוא מתחם Bushveld בדרום אפריקה. עתודות גדולות של חומרי גלם מרוכזות במרבצי סודברי בקנדה ובפיקדון Norilsk-Talnakhskoye בסיביר. בארצות הברית, המרבצים הגדולים ביותר של מינרלים מקבוצת פלטינה נמצאים בסטילווטר, מונטנה, אך כאן הם קטנים בהרבה מאשר בדרום אפריקה וברוסיה. יצרניות הפלטינה הגדולות בעולם הן דרום אפריקה, רוסיה, זימבבואה וקנדה.

חילוץ והעשרה

הפיקדונות העיקריים של דרום אפריקה וקנדה מופעלים בשיטת המכרה. כמעט כל המתכות מקבוצת הפלטינה מוחזרות ממינרלי נחושת או ניקל גופרתי באמצעות הפרדת ציפה. התכת התרכיז מייצרת תערובת הנשטפת מתוך גופרי הנחושת והניקל באוטוקלאב. שאריות שטיפה מוצקות מכילות 15 עד 20% מתכות מקבוצת פלטינה.

לפעמים נעשה שימוש בהפרדת כוח הכבידה לפני הציפה. התוצאה היא תרכיז המכיל עד 50% מתכות פלטינה, המבטל את הצורך בהתכה.

נכסים מכניים

מתכות מקבוצת הפלטינה נבדלות באופן משמעותי בתכונות מכניות. פלטינה ופלדיום הם די רכים וניתנים לגיבוש. מתכות אלו וסגסוגותיהן ניתנות לעיבוד הן חם והן קר. רודיום מעובד תחילה חם ומאוחר יותר ניתן לעבוד בקור עם חישול תכוף למדי. יש לחמם אירידיום ורותניום, לא ניתן לעבוד עליהם בקור.

אוסמיום הוא הקשה ביותר בקבוצה ויש לו את נקודת ההיתוך הגבוהה ביותר, אבל הנטייה שלו להתחמצן מטילה מגבלות משלו. אירידיום הוא העמיד ביותר בפני קורוזיה מבין מתכות הפלטינה, והרודיום מוערך בזכות שימור הטמפרטורה הגבוהה שלו.

יישומים מבניים

מכיוון שפלטינה מחושלת נקייה רכה מאוד, היא רגישה לשריטות ולהידרדרות. כדי להגביר את הקשיות שלו, הוא מסויג עם אלמנטים רבים אחרים. תכשיטי פלטינה פופולריים מאוד ביפן שם הם נקראים "האקין" ו"זהב לבן". סגסוגות תכשיטים מכילות 90% Pt ו-10% Pd, שקל לעיבוד ולהלחמה. תוספת של רותניום מגבירה את קשיות הסגסוגת תוך שמירה על עמידות לחמצון. סגסוגות של פלטינה, פלדיום ונחושת משמשות בפרזול מכיוון שהן קשות יותר מפלטינה פלדיום והן פחות יקרות.

כור ההיתוך המשמש לייצור גבישים בודדים בתעשיית המוליכים למחצה דורשים עמידות בפני קורוזיה ויציבות בטמפרטורות גבוהות. עבור יישום זה, פלטינה, פלטינה-רודיום ואירידיום. סגסוגות פלטינה-רודיום משמשות לייצור צמדים תרמיים, אשר נועדו למדוד טמפרטורות גבוהות עד 1800 מעלות צלזיוס. פלדיום משמש הן בצורה טהורה והן בצורה מעורבת במכשירים חשמליים (50% מהצריכה), בסגסוגות דנטליות (30%). רודיום, רותניום ואוסמיום נמצאים בשימוש נדיר בצורתם הטהורה - הם משמשים כתוסף מתג למתכות אחרות מקבוצת פלטינה.

Catalysts

כ-42% מכלל הפלטינה המיוצרת במערב משמשת כזרז. מתוכם, 90% משמשים במערכות פליטה לרכב, שבהן כדורי עקשן או חלות דבש מצופות פלטינה (כמו גם פלדיום ורודיום) עוזרות להמיר פחמימנים לא שרופים, פחמן חד חמצני ותחמוצות חנקן למים, פחמן דו חמצני וחנקן.

סגסוגת של פלטינה ו-10% רודיום בצורה של רשת מתכת לוהטת מזרזת את התגובה בין אמוניה לאוויר לייצור תחמוצות חנקן וחומצה חנקתית. כאשר מוזנים יחד עם תערובת אמוניה, ניתן לקבל חומצה הידרוציאנית מתאן. בזיקוק נפט, פלטינה על פני השטח של כדורי האלומינה בכור מזרזת את ההמרה של מולקולות שמן ארוכות שרשרת לאיזופרפינים מסועפים, הרצויים בתערובות בנזין גבוה אוקטן.

Pelectroplating

כל המתכות מקבוצת הפלטינה ניתנות לציפוי אלקטרוני. בגלל הקשיות והברק של הציפוי המתקבל, רודיום משמש לרוב. למרות שזההעלות גבוהה יותר מפלטינה, הצפיפות הנמוכה מאפשרת שימוש במסה קטנה יותר של חומר עם עובי דומה.

פלדיום היא המתכת מקבוצת הפלטינה שהכי קלה לשימוש עבור יישומי ציפוי. בשל כך, חוזק החומר גדל באופן משמעותי. רותניום מצא שימוש בכלי עיבוד חיכוך בלחץ נמוך.

תרכובות כימיות

מתחמי מתכת אורגניים מקבוצת פלטינה, כגון קומפלקסים אלקילפלטינה, משמשים כזרזים בפילמור של אולפינים, ייצור פוליפרופילן ופוליאתילן וחמצון אתילן לאצטאלדהיד.

מלחי פלטינה נמצאים יותר ויותר בשימוש בכימותרפיה לסרטן. לדוגמה, הם חלק מתרופות כמו Carboplatin ו- Cisplatin. אלקטרודות מצופות תחמוצת רותניום משמשות לייצור כלור ונתרן כלורט. רודיום סולפט ופוספט משמשים באמבטיות ציפוי רודיום.