Metalle der Platingruppe: Übersicht, Liste, Eigenschaften und Anwendungen

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 13:52

Metalle der Platingruppe sind sechs edle chemische Edelelemente, die im Periodensystem nebeneinander stehen. Alle sind Übergangsmetalle von 8–10 Gruppen mit 5–6 Perioden.

Liste der Metalle der Platingruppe

Die Gruppe besteht aus den folgenden sechs chemischen Elementen, angeordnet nach aufsteigendem Atomgewicht:

• Ru – Ruthenium.
• Rh – Rhodium.
• Pd – Palladium.
• Os – Osmium.
• Ir – Iridium.
• Pt – Platin.

Metalle der Platingruppe haben einen silbrig-weißen Farbton, mit Ausnahme von Osmium, das bläulich weiß ist. Ihr chemisches Verh alten ist insofern paradox, als sie gegenüber den meisten Reagenzien sehr widerstandsfähig sind, aber als Katalysatoren verwendet werden, die die Geschwindigkeit von Oxidations-, Reduktions- und Hydrierungsreaktionen leicht beschleunigen oder steuern.

Ruthenium und Osmium kristallisieren in einem hexagonal dicht gepackten System, während andere eine flächenzentrierte kubische Struktur haben. Dies spiegelt sich in der größeren Härte von Ruthenium und Osmium wider.

Discovery-Verlauf

Obwohl platinh altige Goldartefakte aus dem Jahr 700 v. Chr. stammen. Das heißt, das Vorhandensein dieses Metalls ist eher ein Zufall als ein Muster. Die Jesuiten im 16. Jahrhundert erwähnten dichte graue Kieselsteine, die mit alluvialen Goldvorkommen in Verbindung gebracht wurden. Diese Steine ließen sich nicht schmelzen, bildeten aber eine Legierung mit Gold, während die Barren spröde wurden und sich nicht mehr reinigen ließen. Die Kieselsteine wurden als Platina del Pinto bekannt, Körnchen aus silbrigem Material aus dem Pinto-Fluss, der in den San Juan-Fluss in Kolumbien mündet.

Verformbares Platin, das nur nach vollständiger Reinigung des Metalls gewonnen werden kann, wurde 1789 von dem französischen Physiker Chabano isoliert. Daraus wurde ein Kelch gemacht, der Papst Pius VI. überreicht wurde. Die Entdeckung von Palladium im Jahr 1802 wurde von dem englischen Chemiker William Wollaston berichtet, der das chem. Element der Platinmetallgruppe zu Ehren des Asteroiden. Wollaston behauptete später, eine andere Substanz entdeckt zu haben, die in Platinerz vorhanden ist. Er nannte es Rhodium wegen der rosa Farbe der Metallsalze. Die Entdeckungen von Iridium (benannt nach der Regenbogengöttin Iris wegen der bunten Farbe seiner Salze) und Osmium (vom griechischen Wort für „Geruch“wegen des Chlorgeruchs seines flüchtigen Oxids) wurden von dem englischen Chemiker Smithson Tennant gemacht 1803. Die französischen Wissenschaftler Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix und Nicolas-Louis Vauquelin isolierten die beiden Metalle gleichzeitig. Ruthenium, das letzte isolierte und identifizierte Element, erhielt seinen Namen 1844 vom lateinischen Namen für Russland vom russischen Chemiker Karl Karlovich Klaus.

Andersaus solchen leicht in relativ reinem zustand durch einfache feuerveredelung trennbaren substanzen wie gold, silber, metalle der platingruppe erfordern eine aufwendige wasserchemische behandlung. Diese Methoden waren erst im späten 19. Jahrhundert verfügbar, sodass die Identifizierung und Isolierung der Platingruppe um Tausende von Jahren hinter Silber und Gold zurückblieb. Darüber hinaus schränkte der hohe Schmelzpunkt dieser Metalle ihre Verwendung ein, bis Forscher in Großbritannien, Frankreich, Deutschland und Russland Verfahren entwickelten, um Platin in eine bearbeitbare Form umzuwandeln. Wie die Edelmetalle der Platingruppe seit 1900 in Schmuck verwendet wurden. Während diese Anwendung heute noch relevant ist, hat die industrielle sie bei weitem übertroffen. Palladium wurde zu einem begehrten Kontaktmaterial in Telefonrelais und anderen drahtgebundenen Kommunikationssystemen, das eine lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit bietet, während Platin aufgrund seiner Beständigkeit gegen Funkenerosion während des Zweiten Weltkriegs in Zündkerzen von Kampfflugzeugen verwendet wurde.

Nach dem Krieg führte die Ausweitung molekularer Umwandlungstechniken in der Erdölraffination zu einer enormen Nachfrage nach den katalytischen Eigenschaften der Metalle der Platingruppe. In den 1970er Jahren stieg der Verbrauch noch weiter an, als die Abgasnormen für Autos in den USA und anderen Ländern zur Verwendung dieser Chemikalien bei der katalytischen Abgasumwandlung führten.

Erze

Ausgenommen kleine Placer-Lagerstätten von Platin, Palladiumund osmisches Iridium (eine Legierung aus Iridium und Osmium) gibt es praktisch kein Erz, dessen Hauptbestandteil ein chemisches Element wäre - ein Metall der Platingruppe. Mineralien werden normalerweise in Sulfiderzen gefunden, insbesondere Pentlandit (Ni, Fe)₉S₈. Die häufigsten sind Laurit RuS_{2, Irarsit, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, Osmiridium (Ir, Os), Cooperit, (PtS) und Braggit (Pt, Pd) S.}

Die weltweit größte Lagerstätte von Platingruppenmetallen ist der Bushveld-Komplex in Südafrika. In den Sudbury-Lagerstätten in Kanada und der Norilsk-Talnakhskoye-Lagerstätte in Sibirien sind große Rohstoffreserven konzentriert. In den USA befinden sich die größten Vorkommen an Mineralien der Platingruppe in Stillwater, Montana, aber hier sind sie viel kleiner als in Südafrika und Russland. Die weltweit größten Platinproduzenten sind Südafrika, Russland, Simbabwe und Kanada.

Extraktion und Anreicherung

Die wichtigsten Lagerstätten in Südafrika und Kanada werden nach der Minenmethode betrieben. Nahezu alle Metalle der Platingruppe werden mittels Flotationstrennung aus Kupfer- oder Nickelsulfidmineralien gewonnen. Beim Schmelzen des Konzentrats entsteht ein Gemisch, das in einem Autoklaven von den Kupfer- und Nickelsulfiden ausgewaschen wird. Fester Laugungsrückstand enthält 15 bis 20 % Metalle der Platingruppe.

Manchmal wird vor der Flotation eine Schwerkrafttrennung verwendet. Das Ergebnis ist ein Konzentrat, das bis zu 50 % Platinmetalle enthält, wodurch das Schmelzen überflüssig wird.

Mechanische Eigenschaften

Metalle der Platingruppe unterscheiden sich erheblich in ihren mechanischen Eigenschaften. Platin und Palladium sind ziemlich weich und sehr formbar. Diese Metalle und ihre Legierungen können sowohl heiß als auch k alt bearbeitet werden. Rhodium wird zuerst heiß bearbeitet und kann später mit ziemlich häufigem Glühen k alt bearbeitet werden. Iridium und Ruthenium müssen erhitzt werden, sie können nicht k alt bearbeitet werden.

Osmium ist das härteste der Gruppe und hat den höchsten Schmelzpunkt, aber seine Tendenz zur Oxidation bringt seine eigenen Einschränkungen mit sich. Iridium ist das korrosionsbeständigste der Platinmetalle, und Rhodium wird wegen seiner hohen Temperaturbeständigkeit geschätzt.

Strukturelle Anwendungen

Da sauber geglühtes Platin sehr weich ist, ist es anfällig für Kratzer und Verschleiß. Um seine Härte zu erhöhen, wird es mit vielen anderen Elementen legiert. Platinschmuck ist in Japan sehr beliebt, wo er „Hakkin“und „Weißgold“genannt wird. Schmucklegierungen enth alten 90 % Pt und 10 % Pd, das leicht zu bearbeiten und zu löten ist. Die Zugabe von Ruthenium erhöht die Härte der Legierung, während die Oxidationsbeständigkeit erh alten bleibt. Legierungen aus Platin, Palladium und Kupfer werden zum Schmieden verwendet, weil sie härter als Platin-Palladium und weniger teuer sind.

Tiegel für die Herstellung von Einkristallen in der Halbleiterindustrie erfordern Korrosionsbeständigkeit und Stabilität bei hohen Temperaturen. Für diese Anwendung werden Platin, Platin-Rhodium uIridium. Platin-Rhodium-Legierungen werden zur Herstellung von Thermoelementen verwendet, die für die Messung erhöhter Temperaturen bis 1800 °C ausgelegt sind. Palladium wird sowohl in reiner als auch in gemischter Form in Elektrogeräten (50 % des Verbrauchs), in Dentallegierungen (30 %) verwendet. Rhodium, Ruthenium und Osmium werden selten in reiner Form verwendet – sie dienen als Legierungszusatz für andere Metalle der Platingruppe.

Katalysatoren

Ungefähr 42 % des gesamten im Westen produzierten Platins wird als Katalysator verwendet. Davon werden 90 % in Autoabgassystemen verwendet, wo mit Platin (sowie mit Palladium und Rhodium) beschichtete feuerfeste Pellets oder Waben dazu beitragen, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide in Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff umzuwandeln.

Eine Legierung aus Platin und 10 % Rhodium in Form eines glühenden Metallgitters katalysiert die Reaktion zwischen Ammoniak und Luft zu Stickoxiden und Salpetersäure. Wenn es zusammen mit einem Gemisch aus Ammoniak zugeführt wird, kann Methanblausäure erh alten werden. Bei der Erdölraffination katalysiert Platin auf der Oberfläche von Aluminiumoxidpellets im Reaktor die Umwandlung von langkettigen Ölmolekülen in verzweigte Isoparaffine, die in hochoktanigen Benzinmischungen wünschenswert sind.

Galvanik

Alle Metalle der Platingruppe können galvanisiert werden. Aufgrund der Härte und Brillanz der resultierenden Beschichtung wird am häufigsten Rhodium verwendet. Obwohl esdie Kosten sind höher als bei Platin, die geringere Dichte ermöglicht die Verwendung einer geringeren Materialmasse bei vergleichbarer Dicke.

Palladium ist das Metall der Platingruppe, das sich am einfachsten für Beschichtungsanwendungen verwenden lässt. Dadurch wird die Festigkeit des Materials deutlich erhöht. Ruthenium hat Verwendung in Niederdruck-Reibungsbearbeitungswerkzeugen gefunden.

Chemische Verbindungen

Organische Metallkomplexe der Platingruppe, wie Alkylplatinkomplexe, werden als Katalysatoren bei der Polymerisation von Olefinen, der Herstellung von Polypropylen und Polyethylen und der Oxidation von Ethylen zu Acetaldehyd verwendet.

Platinsalze werden zunehmend in der Krebs-Chemotherapie eingesetzt. Sie sind beispielsweise Bestandteil von Medikamenten wie Carboplatin und Cisplatin. Mit Rutheniumoxid beschichtete Elektroden werden bei der Herstellung von Chlor und Natriumchlorat verwendet. Rhodiumsulfat und -phosphat werden in Rhodiumbädern verwendet.