معادن المجموعة البلاتينية: نظرة عامة ، قائمة ، خصائص وتطبيقات

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-02 13:49

معادن مجموعة البلاتين هي ستة عناصر كيميائية نبيلة ثمينة توجد جنبًا إلى جنب في الجدول الدوري. كل منهم معادن انتقالية من 8-10 مجموعات من 5-6 فترات.

قائمة معادن المجموعة البلاتينية

تتكون المجموعة من العناصر الكيميائية الستة التالية ، مرتبة ترتيبًا تصاعديًا للوزن الذري:

• Ru - الروثينيوم.
• Rh - الروديوم.
• Pd - البلاديوم.
• نظام التشغيل - الأوزميوم.
• عير - إيريديوم.
• Pt - بلاتين.

معادن مجموعة البلاتين لها صبغة بيضاء فضية ، باستثناء الأوزميوم ، وهو أبيض مزرق. سلوكهم الكيميائي متناقض من حيث أنهم يتمتعون بمقاومة عالية لمعظم الكواشف ، لكنهم يستخدمون كمحفزات ، ويسرعون بسهولة أو يتحكمون في معدل الأكسدة ، والاختزال ، وتفاعلات الهدرجة.

يتبلور الروثينيوم والأوزميوم في نظام سداسي معبأ قريبًا ، في حين أن البعض الآخر له هيكل مكعب محوره الوجه. ينعكس هذا في زيادة صلابة الروثينيوم والأوزميوم.

تاريخ الاكتشاف

على الرغم من أن القطع الأثرية الذهبية التي تحمل البلاتين تعود إلى 700 قبل الميلاد. هـ ، فإن وجود هذا المعدن هو حادث أكثر من كونه نمطًا. ذكر اليسوعيون في القرن السادس عشر حصى رمادية كثيفة مرتبطة برواسب الذهب الغرينية. لم يكن من الممكن صهر هذه الأحجار ، لكنها شكلت سبيكة من الذهب ، بينما أصبحت السبائك هشة ، ولم يعد من الممكن تنظيفها. أصبحت الحصى معروفة باسم بلاتينا ديل بينتو ، وهي عبارة عن حبيبات من مادة فضية من نهر بينتو ، والتي تتدفق إلى نهر سان خوان في كولومبيا.

تم عزل البلاتين القابل للطرق ، والذي لا يمكن الحصول عليه إلا بعد تنقية كاملة من المعدن ، بواسطة الفيزيائي الفرنسي شابانو عام 1789. تم صنع قدح منه تم تقديمه إلى البابا بيوس السادس. تم الإبلاغ عن اكتشاف البلاديوم في عام 1802 بواسطة الكيميائي الإنجليزي ويليام ولاستون ، الذي أطلق عليه اسم الكيميائي. عنصر من مجموعة معدن البلاتين تكريما للكويكب. ادعى ولاستون فيما بعد أنه اكتشف مادة أخرى موجودة في خام البلاتين. أطلق عليه اسم الروديوم بسبب اللون الوردي للأملاح المعدنية. اكتشف الكيميائي الإنجليزي سميثسون تينانت اكتشافات الإيريديوم (التي سميت على اسم إلهة قوس قزح إيريس بسبب اللون المتنوع لأملاحها) والأوزميوم (من الكلمة اليونانية التي تعني "الرائحة" بسبب رائحة الكلور لأكسيدها المتطاير). 1803. قام العلماء الفرنسيون Hippolyte-Victor Collet-Descoti و Antoine-Francois Fourcroix و Nicolas-Louis Vauquelin بعزل المعدنين في نفس الوقت. روثينيوم ، آخر عنصر معزول ومحدّد ، حصل على اسمه من الاسم اللاتيني لروسيا من الكيميائي الروسي كارل كارلوفيتش كلاوس في عام 1844.

على عكسمن هذه المعزولة بسهولة في حالة نقية نسبيًا بواسطة مواد بسيطة لتكرير الحرائق مثل معادن الذهب والفضة والبلاتين تتطلب معالجة كيميائية مائية معقدة. لم تكن هذه الأساليب متاحة حتى أواخر القرن التاسع عشر ، لذلك تراجعت عملية تحديد وعزل مجموعة البلاتين وراء الفضة والذهب بآلاف السنين. بالإضافة إلى ذلك ، حدت نقطة الانصهار العالية لهذه المعادن من استخدامها حتى طور باحثون في بريطانيا وفرنسا وألمانيا وروسيا طرقًا لتحويل البلاتين إلى شكل عملي. كيف بدأ استخدام المعادن النفيسة لمجموعة البلاتين في المجوهرات منذ عام 1900. بينما لا يزال هذا التطبيق مناسبًا اليوم ، فقد تجاوزه التطبيق الصناعي كثيرًا. أصبح البلاديوم مادة تلامس مطلوبة للغاية في مرحلات الهاتف وأنظمة الاتصالات السلكية الأخرى ، مما يوفر عمرًا طويلاً وموثوقية عالية ، بينما تم استخدام البلاتين ، نظرًا لمقاومته للتآكل الشرر ، في شمعات الإشعال للطائرات المقاتلة خلال الحرب العالمية الثانية.

بعد الحرب ، أدى التوسع في تقنيات التحويل الجزيئي في تكرير البترول إلى زيادة الطلب على الخصائص التحفيزية لمعادن مجموعة البلاتين. بحلول سبعينيات القرن الماضي ، زاد الاستهلاك أكثر عندما أدت معايير انبعاثات السيارات في الولايات المتحدة ودول أخرى إلى استخدام هذه المواد الكيميائية في تحويل غاز العادم التحفيزي.

خامات

باستثناء رواسب الغرينية الصغيرة من البلاتين والبلاديوموالإيريديوم الأسمنتي (سبيكة من الإيريديوم والأوزميوم) ، لا يوجد عمليًا أي خام يكون المكون الرئيسي فيه عنصرًا كيميائيًا - معدن مجموعة البلاتين. عادة ما توجد المعادن في خامات الكبريتيد ، ولا سيما البنتلانديت (Ni ، Fe)₉S₈. الأكثر شيوعًا هي laurite RuS_{2، irarsite ، (Ir ، Ru ، Rh ، Pt) AsS ، osmiridium (Ir ، Os) ، Cooper ، (PtS) و braggite (Pt ، Pd) S.}

أكبر إيداع في العالم من معادن مجموعة البلاتين هو مجمع Bushveld في جنوب إفريقيا. تتركز احتياطيات كبيرة من المواد الخام في رواسب Sudbury في كندا ووديعة Norilsk-Talnakhskoye في سيبيريا. في الولايات المتحدة ، توجد أكبر رواسب معادن مجموعة البلاتين في ستيلووتر ، مونتانا ، لكنها هنا أصغر بكثير مما هي عليه في جنوب إفريقيا وروسيا. أكبر منتجي البلاتين في العالم هم جنوب إفريقيا وروسيا وزيمبابوي وكندا.

استخلاص وإثراء

يتم تشغيل الودائع الرئيسية في جنوب إفريقيا وكندا بواسطة طريقة التعدين. يتم استرداد جميع معادن مجموعة البلاتين تقريبًا من معادن النحاس أو كبريتيد النيكل باستخدام فصل التعويم. ينتج عن صهر المركز خليط يتم غسله من النحاس وكبريتيدات النيكل في الأوتوكلاف. تحتوي بقايا النض الصلبة على 15 إلى 20٪ من معادن مجموعة البلاتين.

في بعض الأحيان يتم استخدام فصل الجاذبية قبل التعويم. والنتيجة هي مركز يحتوي على ما يصل إلى 50٪ من المعادن البلاتينية ، مما يلغي الحاجة إلى الصهر.

الخصائص الميكانيكية

تختلف معادن مجموعة البلاتين بشكل كبير في الخواص الميكانيكية. البلاتين والبلاديوم ناعمان للغاية وقابلان للطرق. هذه المعادن وسبائكها يمكن أن تعمل على حد سواء الساخنة والباردة. يعمل الروديوم في البداية ساخنًا ويمكن استخدامه على البارد لاحقًا مع التلدين المتكرر إلى حد ما. يجب تسخين الإيريديوم والروثينيوم ، فلا يمكن عملهما على البارد.

الأوزميوم هو الأصعب في المجموعة ولديه أعلى نقطة انصهار ، لكن ميله للأكسدة يفرض حدوده الخاصة. الإيريديوم هو أكثر معادن البلاتين مقاومة للتآكل ، والروديوم يحظى بتقدير احتفاظه بدرجة الحرارة العالية.

التطبيقات الهيكلية

لأن البلاتين الملدن النظيف ناعم جدًا ، فهو عرضة للخدوش والتدهور. لزيادة صلابته ، يتم خلطه بالعديد من العناصر الأخرى. تحظى المجوهرات البلاتينية بشعبية كبيرة في اليابان حيث يطلق عليها "هاكين" و "الذهب الأبيض". تحتوي سبائك المجوهرات على 90٪ Pt و 10٪ Pd ، وهو سهل التصنيع واللحام. تزيد إضافة الروثينيوم من صلابة السبيكة مع الحفاظ على مقاومة الأكسدة. تستخدم سبائك البلاتين والبلاديوم والنحاس في المطروقات لأنها أصلب من البلاديوم البلاتيني وأقل تكلفة.

البوتقات المستخدمة لإنتاج البلورات المفردة في صناعة أشباه الموصلات تتطلب مقاومة التآكل والاستقرار في درجات حرارة عالية. لهذا التطبيق ، البلاتين والبلاتين والروديوم وإيريديوم. تُستخدم سبائك البلاتين والروديوم في صناعة المزدوجات الحرارية ، المصممة لقياس درجات حرارة مرتفعة تصل إلى 1800 درجة مئوية. يستخدم البلاديوم بشكل نقي ومختلط في الأجهزة الكهربائية (50٪ من الاستهلاك) ، وسبائك الأسنان (30٪). نادرًا ما تستخدم الروديوم والروثينيوم والأوزميوم في صورتها النقية - فهي بمثابة مادة مضافة لسبائك معادن مجموعة البلاتين الأخرى.

محفزات

يستخدم حوالي 42٪ من إجمالي البلاتين المنتج في الغرب كعامل مساعد. من بين هؤلاء ، يستخدم 90٪ في أنظمة عوادم السيارات ، حيث تساعد الكريات المقاومة للحرارة المطلية بالبلاتين (وكذلك البلاديوم والروديوم) أو أقراص العسل على تحويل الهيدروكربونات غير المحترقة وأول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين إلى ماء وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين.

سبيكة من البلاتين و 10٪ روديوم على شكل شبكة معدنية حمراء ساخنة تحفز التفاعل بين الأمونيا والهواء لإنتاج أكاسيد النيتروجين وحمض النيتريك. عند التغذية بمزيج من الأمونيا ، يمكن الحصول على حمض الهيدروسيانيك الميثان. في تكرير البترول ، يحفز البلاتين الموجود على سطح كريات الألومينا في المفاعل تحويل جزيئات الزيت طويلة السلسلة إلى أيزوبرافين متفرع ، وهو أمر مرغوب فيه في خلطات البنزين عالية الأوكتان.

طلاء بالكهرباء

يمكن طلاء جميع معادن مجموعة البلاتين بالكهرباء. بسبب صلابة وتألق الطلاء الناتج ، فإن الروديوم هو الأكثر استخدامًا. على الرغم من أنهالتكلفة أعلى من البلاتين ، تسمح الكثافة المنخفضة باستخدام كتلة أصغر من المواد بسماكة مماثلة.

البلاديوم هو معدن المجموعة البلاتينية وهو أسهل استخدامًا لتطبيقات الطلاء. نتيجة لهذا ، تزداد قوة المادة بشكل كبير. وجد استخدام الروثينيوم في أدوات تصنيع الاحتكاك بالضغط المنخفض.

مركبات كيميائية

تستخدم معقدات مجموعة البلاتين العضوية ، مثل مجمعات الألكيل بلاتينيوم ، كمحفزات في بلمرة الأوليفينات ، وإنتاج البولي بروبلين والبولي إيثيلين ، وأكسدة الإيثيلين إلى الأسيتالديهيد.

يتم استخدام أملاح البلاتين بشكل متزايد في العلاج الكيميائي للسرطان. على سبيل المثال ، هم جزء من عقاقير مثل كاربوبلاتين وسيسبلاتين. تُستخدم الأقطاب الكهربائية المطلية بأكسيد الروثينيوم في إنتاج الكلور وكلورات الصوديوم. تستخدم كبريتات الروديوم والفوسفات في حمامات طلاء الروديوم.