Madini ya kikundi cha Platinum: muhtasari, orodha, mali na matumizi

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-02 14:03

Metali za kundi la Platinum ni vipengele sita vya thamani vya kemikali ambavyo vinapatikana kando kando katika jedwali la muda. Zote ni metali za mpito za vikundi 8–10 vya vipindi 5–6.

orodha ya metali ya kikundi cha Platinum

Kikundi kinajumuisha vipengele sita vya kemikali vifuatavyo, vilivyopangwa kwa mpangilio wa kupanda wa uzito wa atomiki:

• Ru – ruthenium.
• Rh – rhodium.
• Pd – palladium.
• Os – osmium.
• Ir – iridium.
• Pt – platinamu.

Metali za kundi la Platinum zina tindi nyeupe ya fedha, isipokuwa osmium, ambayo ni nyeupe samawati. Tabia zao za kemikali ni za kutatanisha kwa kuwa zinastahimili vitendanishi vingi, lakini hutumika kama vichocheo, vinavyoongeza kasi au kudhibiti kasi ya uoksidishaji, kupunguza, na miitikio ya hidrojeni.

Ruthenium na osmium humeta na kuwa mfumo uliojaa karibu wa hexagonal, huku nyingine zikiwa na muundo wa ujazo unaozingatia uso katikati. Hii inaonekana katika ugumu zaidi wa ruthenium na osmium.

Historia ya uvumbuzi

Ingawa vitu vya asili vya dhahabu yenye platinamu ni vya 700 BC. e., uwepo wa chuma hiki ni ajali zaidi kuliko muundo. Wajesuti katika karne ya 16 walitaja kokoto za kijivu mnene zinazohusiana na amana za dhahabu. Mawe haya hayakuweza kuyeyuka, lakini waliunda alloy na dhahabu, wakati ingots ikawa brittle, na haikuwezekana tena kuwasafisha. kokoto hizo zilijulikana kama platina del Pinto, chembechembe za nyenzo za fedha kutoka Mto Pinto, ambao unatiririka hadi kwenye Mto San Juan nchini Kolombia.

Platinamu inayoweza kuharibika, ambayo inaweza kupatikana tu baada ya utakaso kamili wa chuma, ilitengwa na mwanafizikia Mfaransa Chabano mnamo 1789. Kutoka humo kilitengenezwa kikombe kilichowasilishwa kwa Papa Pius VI. Ugunduzi wa palladium mnamo 1802 uliripotiwa na mwanakemia wa Kiingereza William Wollaston, ambaye aliita kemia hiyo. kipengele cha kikundi cha chuma cha platinamu kwa heshima ya asteroid. Baadaye Wollaston alidai kuwa aligundua dutu nyingine iliyopo kwenye madini ya platinamu. Aliita rhodium kwa sababu ya rangi ya pink ya chumvi za chuma. Ugunduzi wa iridium (iliyopewa jina la mungu wa upinde wa mvua Iris kwa sababu ya rangi ya chumvi yake) na osmium (kutoka kwa neno la Kigiriki "harufu" kwa sababu ya harufu ya klorini ya oksidi yake tete) ilifanywa na mwanakemia wa Kiingereza Smithson Tennant katika 1803. Wanasayansi wa Ufaransa Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix, na Nicolas-Louis Vauquelin walitenga metali hizo mbili kwa wakati mmoja. Ruthenium, kipengele cha mwisho kilichotengwa na kutambuliwa, kilipokea jina lake kutoka kwa jina la Kilatini la Urusi kutoka kwa mwanakemia wa Kirusi Karl Karlovich Klaus mnamo 1844.

Tondoakutoka kwa kutengwa kwa urahisi katika hali safi na vitu rahisi vya kusafisha moto kama vile dhahabu, fedha, metali za kikundi cha platinamu zinahitaji matibabu magumu ya kemikali ya maji. Njia hizi hazikuwepo hadi mwisho wa karne ya 19, hivyo kitambulisho na kutengwa kwa kikundi cha platinamu kilianguka nyuma ya fedha na dhahabu kwa maelfu ya miaka. Kwa kuongezea, kiwango cha juu cha kuyeyuka cha metali hizi kilipunguza matumizi yake hadi watafiti huko Uingereza, Ufaransa, Ujerumani na Urusi walitengeneza mbinu za kubadilisha platinamu kuwa fomu inayoweza kutekelezeka. Jinsi madini ya thamani ya kikundi cha platinamu yalianza kutumika katika vito vya mapambo tangu 1900. Ingawa programu hii inabaki kuwa muhimu leo, ya viwandani imeipita kwa mbali. Palladium ikawa nyenzo ya mawasiliano iliyotafutwa sana katika relay za simu na mifumo mingine ya mawasiliano ya waya, ikitoa maisha marefu na kutegemewa kwa hali ya juu, huku platinamu, kwa sababu ya upinzani wake wa mmomonyoko wa cheche, ilitumika katika vita vya cheche za ndege wakati wa Vita vya Kidunia vya pili.

Baada ya vita, upanuzi wa mbinu za ubadilishaji wa molekuli katika usafishaji wa petroli uliunda hitaji kubwa la sifa za kichocheo za metali za kundi la platinamu. Kufikia miaka ya 1970, matumizi yaliongezeka zaidi wakati viwango vya utoaji wa gesi chafu za magari nchini Marekani na nchi nyingine viliposababisha matumizi ya kemikali hizi katika ubadilishaji wa gesi ya moshi.

Madini

Bila kujumuisha amana ndogo za platinamu, paladiamuna iridium ya osmic (alloy ya iridium na osmium), hakuna kivitendo ore ambayo sehemu kuu itakuwa kipengele cha kemikali - chuma cha kundi la platinamu. Madini kwa kawaida hupatikana katika madini ya sulfidi, hasa pentlandite (Ni, Fe)₉S₈. Zinazojulikana zaidi ni laurite RuS_{2, irarsite, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridium (Ir, Os), cooperite, (PtS) na braggite (Pt, Pd) S.}

Kituo kikubwa zaidi duniani cha madini ya platinamu ni jengo la Bushveld nchini Afrika Kusini. Akiba kubwa ya malighafi imejilimbikizia amana za Sudbury huko Kanada na amana ya Norilsk-Talnakhskoye huko Siberia. Huko USA, amana kubwa zaidi za madini ya kikundi cha platinamu ziko Stillwater, Montana, lakini hapa ni ndogo sana kuliko Afrika Kusini na Urusi. Wazalishaji wakubwa wa platinamu duniani ni Afrika Kusini, Urusi, Zimbabwe na Kanada.

Uchimbaji na uboreshaji

Amana kuu za Afrika Kusini na Kanada zinaendeshwa na mbinu ya mgodi. Takriban metali zote za kundi la platinamu hupatikana kutoka kwa madini ya shaba au nikeli ya salfidi kwa kutumia mtengano wa kuelea. Kuyeyusha mkusanyiko hutoa mchanganyiko ambao huoshwa kutoka kwa sulfidi za shaba na nikeli kwenye kiotomatiki. Mabaki ya leach imara yana 15 hadi 20% ya metali za kundi la platinamu.

Wakati mwingine utengano wa mvuto hutumiwa kabla ya kuelea. Matokeo yake ni mkusanyiko ulio na hadi 50% ya metali za platinamu, na hivyo kuondoa hitaji la kuyeyushwa.

Mitambo

Vyuma za kundi la platinamu hutofautiana kwa kiasi kikubwa katika sifa za kiufundi. Platinamu na paladiamu ni laini kabisa na ni laini sana. Metali hizi na aloi zao zinaweza kufanya kazi kwa moto na baridi. Rhodiamu hufanyiwa kazi kwa joto la kwanza na baadaye inaweza kufanyiwa kazi kwa baridi na kuchujwa mara kwa mara. Iridiamu na ruthenium lazima zipashwe joto, haziwezi kufanya kazi kwa baridi.

Osmium ndiyo ngumu zaidi katika kundi na ina kiwango cha juu zaidi cha myeyuko, lakini mwelekeo wake wa kuongeza vioksidishaji huweka vikwazo vyake yenyewe. Iridium ndiyo inayostahimili kutu zaidi ya metali za platinamu, na rodi inathaminiwa kwa kuhifadhi joto la juu.

Matumizi ya muundo

Kwa sababu platinamu safi iliyochujwa ni laini sana, inaweza kushambuliwa na mikwaruzo na kuharibika. Ili kuongeza ugumu wake, hutiwa na vitu vingine vingi. Vito vya platinamu ni maarufu sana nchini Japani ambapo huitwa "hakkin" na "dhahabu nyeupe". Aloi za kujitia zina 90% Pt na 10% Pd, ambayo ni rahisi kutengeneza na kuuza. Kuongezewa kwa ruthenium huongeza ugumu wa aloi wakati wa kudumisha upinzani wa oxidation. Aloi za platinamu, paladiamu na shaba hutumika kughushi kwa sababu ni ngumu zaidi kuliko paladiamu ya platinamu na ni ghali kidogo.

Misalaba inayotumika kwa ajili ya utengenezaji wa fuwele moja katika tasnia ya semicondukta huhitaji kustahimili kutu na uthabiti katika halijoto ya juu. Kwa maombi haya, platinamu, platinamu-rhodium nairidiamu. Aloi za Platinum-rhodium hutumiwa katika utengenezaji wa thermocouples, ambazo zimeundwa kupima joto la juu hadi 1800 ° C. Palladium hutumiwa wote katika fomu safi na mchanganyiko katika vifaa vya umeme (50% ya matumizi), katika aloi za meno (30%). Rhodiamu, ruthenium na osmium hazitumiki sana katika umbo lao safi - hutumika kama kiambatanisho cha metali nyingine za kundi la platinamu.

Vichochezi

Takriban 42% ya platinamu yote inayozalishwa Magharibi hutumika kama kichocheo. Kati ya hizi, 90% hutumiwa katika mifumo ya kutolea nje ya magari, ambapo platinamu (pamoja na paladiamu na rhodiamu) vidonge vya kinzani au masega ya asali husaidia kubadilisha hidrokaboni ambazo hazijachomwa, monoksidi kaboni na oksidi za nitrojeni kuwa maji, dioksidi kaboni na nitrojeni.

Aloi ya platinamu na 10% ya rodi katika umbo la mesh ya chuma-moto-nyekundu huchochea athari kati ya amonia na hewa kutoa oksidi za nitrojeni na asidi ya nitriki. Wakati wa kulishwa pamoja na mchanganyiko wa amonia, asidi ya methane hidrocyanic inaweza kupatikana. Katika usafishaji wa petroli, platinamu kwenye uso wa pellets za alumina kwenye reactor huchochea ubadilishaji wa molekuli za mafuta ya mnyororo mrefu kuwa isoparafini zenye matawi, ambazo huhitajika katika michanganyiko ya juu ya petroli ya oktani.

Utandazaji umeme

Metali zote za kikundi cha platinamu zinaweza kuwekewa umeme. Kwa sababu ya ugumu na uzuri wa mipako inayosababisha, rhodium hutumiwa mara nyingi. Ingawa nigharama ni kubwa kuliko platinamu, msongamano wa chini unaruhusu matumizi ya wingi mdogo wa nyenzo yenye unene unaolingana.

Palladium ni metali ya kundi la platinamu ambayo ni rahisi kutumia kwa upakaji rangi. Kutokana na hili, nguvu ya nyenzo imeongezeka kwa kiasi kikubwa. Ruthenium imepata matumizi katika zana za utayarishaji wa msuguano wa chini wa shinikizo.

Miunganisho ya kemikali

Miundo ya metali ya kundi-hai ya platinamu, kama vile changamano za alkiliplatinamu, hutumika kama vichocheo katika upolimishaji wa olefini, utengenezaji wa polipropen na polyethilini, na uoksidishaji wa ethilini hadi asetaldehyde.

Chumvi ya Platinum inazidi kutumika katika matibabu ya saratani. Kwa mfano, ni sehemu ya dawa kama vile Carboplatin na Cisplatin. Electrodes ya oksidi ya ruthenium hutumiwa katika uzalishaji wa klorini na klorate ya sodiamu. Rhodiamu salfati na fosfeti hutumika katika bafu za kuweka rhodi.