Metalli del gruppo del platino: panoramica, elenco, proprietà e applicazioni

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-02 13:57

I metalli del gruppo del platino sono sei elementi chimici preziosi nobili che si trovano fianco a fianco nella tavola periodica. Sono tutti metalli di transizione di 8–10 gruppi di 5–6 periodi.

Elenco dei metalli del gruppo del platino

Il gruppo è composto dai seguenti sei elementi chimici, disposti in ordine crescente di peso atomico:

• Ru – rutenio.
• Rh – rodio.
• Pd – palladio.
• Os – osmio.
• Ir – iridio.
• Pt – platino.

I metalli del gruppo del platino hanno una tinta bianco argenteo, ad eccezione dell'osmio, che è bianco bluastro. Il loro comportamento chimico è paradossale in quanto sono altamente resistenti alla maggior parte dei reagenti, ma sono usati come catalizzatori, accelerando o controllando facilmente la velocità delle reazioni di ossidazione, riduzione e idrogenazione.

Rutenio e osmio si cristallizzano in un sistema esagonale compatto, mentre altri hanno una struttura cubica a facce centrate. Ciò si riflette nella maggiore durezza del rutenio e dell'osmio.

Cronologia delle scoperte

Sebbene i manufatti in oro contenenti platino risalgano al 700 a. C. e., la presenza di questo metallo è più un incidente che un modello. I gesuiti nel XVI secolo menzionarono densi ciottoli grigi associati a depositi d'oro alluvionali. Queste pietre non potevano essere fuse, ma formavano una lega con l'oro, mentre i lingotti diventavano fragili e non era più possibile pulirli. I ciottoli divennero noti come platina del Pinto, granuli di materiale argenteo del fiume Pinto, che sfocia nel fiume San Juan in Colombia.

Il platino malleabile, che può essere ottenuto solo dopo la completa purificazione del metallo, fu isolato dal fisico francese Chabano nel 1789. Da esso venne ricavato un calice donato a Papa Pio VI. La scoperta del palladio nel 1802 fu segnalata dal chimico inglese William Wollaston, che chiamò la sostanza chimica. elemento del gruppo di metallo platino in onore dell'asteroide. Wollaston ha successivamente affermato di aver scoperto un' altra sostanza presente nel minerale di platino. Lo chiamò rodio per via del colore rosa dei sali metallici. Le scoperte dell'iridio (dal nome della dea arcobaleno Iris per il colore variegato dei suoi sali) e dell'osmio (dalla parola greca "odore" per l'odore di cloro del suo ossido volatile) furono fatte dal chimico inglese Smithson Tennant in 1803. Gli scienziati francesi Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-Francois Fourcroix e Nicolas-Louis Vauquelin hanno isolato i due metalli contemporaneamente. Il rutenio, l'ultimo elemento isolato e identificato, ricevette il suo nome dal nome latino della Russia dal chimico russo Karl Karlovich Klaus nel 1844.

Diversamente dada tali facilmente isolati in uno stato relativamente puro da semplici sostanze di raffinazione del fuoco come oro, argento, metalli del gruppo del platino richiedono un trattamento chimico dell'acqua complesso. Questi metodi non erano disponibili fino alla fine del XIX secolo, quindi l'identificazione e l'isolamento del gruppo del platino rimasero indietro di migliaia di anni rispetto all'argento e all'oro. Inoltre, l' alto punto di fusione di questi metalli ne ha limitato l'uso fino a quando ricercatori in Gran Bretagna, Francia, Germania e Russia hanno sviluppato metodi per convertire il platino in una forma praticabile. Come i metalli preziosi del gruppo platino iniziarono ad essere utilizzati in gioielleria dal 1900. Mentre questa applicazione rimane rilevante oggi, quella industriale l'ha di gran lunga superata. Il palladio è diventato un materiale di contatto molto ricercato nei relè telefonici e in altri sistemi di comunicazione cablati, fornendo lunga durata e alta affidabilità, mentre il platino, grazie alla sua resistenza all'erosione da scintille, è stato utilizzato nelle candele degli aerei da combattimento durante la seconda guerra mondiale.

Dopo la guerra, l'espansione delle tecniche di conversione molecolare nella raffinazione del petrolio creò un'enorme richiesta per le proprietà catalitiche dei metalli del gruppo del platino. Negli anni '70, il consumo è aumentato ancora di più quando gli standard sulle emissioni delle automobili negli Stati Uniti e in altri paesi hanno portato all'uso di queste sostanze chimiche nella conversione catalitica dei gas di scarico.

Ores

Esclusi piccoli depositi placer di platino, palladioe iridio osmico (una lega di iridio e osmio), non esiste praticamente alcun minerale in cui il componente principale sarebbe un elemento chimico: un metallo del gruppo del platino. I minerali si trovano solitamente nei minerali di solfuro, in particolare pentlandite (Ni, Fe)₉S₈. I più comuni sono laurite RuS_{2, irarsite, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, osmiridio (Ir, Os), coperite, (PtS) e braggite (Pt, Pd) S.}

Il più grande giacimento mondiale di metalli del gruppo del platino è il complesso di Bushveld in Sud Africa. Grandi riserve di materie prime sono concentrate nei giacimenti di Sudbury in Canada e nel giacimento di Norilsk-Talnakhskoye in Siberia. Negli Stati Uniti, i più grandi giacimenti di minerali del gruppo del platino si trovano a Stillwater, nel Montana, ma qui sono molto più piccoli che in Sud Africa e Russia. I maggiori produttori mondiali di platino sono Sud Africa, Russia, Zimbabwe e Canada.

Estrazione e arricchimento

I principali depositi sudafricani e canadesi sono gestiti con il metodo della miniera. Praticamente tutti i metalli del gruppo del platino vengono recuperati da minerali di solfuro di rame o nichel mediante separazione per flottazione. La fusione del concentrato produce una miscela che viene lavata via dai solfuri di rame e nichel in un'autoclave. Il residuo solido di lisciviazione contiene dal 15 al 20% di metalli del gruppo del platino.

A volte la separazione per gravità viene utilizzata prima della flottazione. Il risultato è un concentrato contenente fino al 50% di platino, che elimina la necessità di fusione.

Proprietà meccaniche

I metalli del gruppo del platino differiscono significativamente nelle proprietà meccaniche. Il platino e il palladio sono abbastanza morbidi e molto malleabili. Questi metalli e le loro leghe possono essere lavorati sia a caldo che a freddo. Il rodio viene prima lavorato a caldo e successivamente può essere lavorato a freddo con ricotture abbastanza frequenti. L'iridio e il rutenio devono essere riscaldati, non possono essere lavorati a freddo.

L'osmio è il più duro del gruppo e ha il punto di fusione più alto, ma la sua tendenza ad ossidarsi impone i propri limiti. L'iridio è il platino più resistente alla corrosione e il rodio è apprezzato per la sua ritenzione di temperatura elevata.

Applicazioni strutturali

Poiché il platino ricotto pulito è molto morbido, è soggetto a graffi e deterioramento. Per aumentarne la durezza, è legato con molti altri elementi. I gioielli in platino sono molto popolari in Giappone, dove vengono chiamati "hakkin" e "oro bianco". Le leghe per gioielli contengono il 90% di Pt e il 10% di Pd, che è facile da lavorare e saldare. L'aggiunta di rutenio aumenta la durezza della lega mantenendo la resistenza all'ossidazione. Le leghe di platino, palladio e rame sono utilizzate nei pezzi fucinati perché sono più dure del platino palladio e sono meno costose.

I crogioli utilizzati per la produzione di cristalli singoli nell'industria dei semiconduttori richiedono resistenza alla corrosione e stabilità alle alte temperature. Per questa applicazione, platino, platino-rodio eiridio. Le leghe platino-rodio sono utilizzate nella produzione di termocoppie, progettate per misurare temperature elevate fino a 1800 °C. Il palladio è utilizzato sia in forma pura che mista nei dispositivi elettrici (50% del consumo), nelle leghe dentali (30%). Rodio, rutenio e osmio sono usati raramente nella loro forma pura: servono come additivo di lega per altri metalli del gruppo del platino.

Catalizzatore

Circa il 42% di tutto il platino prodotto in Occidente viene utilizzato come catalizzatore. Di questi, il 90% viene utilizzato nei sistemi di scarico delle automobili, dove pellet o favi refrattari rivestiti di platino (oltre a palladio e rodio) aiutano a convertire idrocarburi incombusti, monossido di carbonio e ossidi di azoto in acqua, anidride carbonica e azoto.

Una lega di platino e 10% di rodio sotto forma di una rete metallica rovente catalizza la reazione tra l'ammoniaca e l'aria per produrre ossidi di azoto e acido nitrico. Se alimentato insieme ad una miscela di ammoniaca, si può ottenere acido cianidrico metano. Nella raffinazione del petrolio, il platino sulla superficie dei pellet di allumina nel reattore catalizza la conversione di molecole di olio a catena lunga in isoparaffine ramificate, che sono desiderabili nelle miscele di benzina ad alto numero di ottano.

Elettroplaccatura

Tutti i metalli del gruppo platino possono essere galvanizzati. A causa della durezza e della brillantezza del rivestimento risultante, il rodio è più comunemente usato. Sebbeneil costo è superiore al platino, la densità inferiore consente l'utilizzo di una massa di materiale inferiore con uno spessore comparabile.

Il palladio è il metallo del gruppo del platino più facile da usare per le applicazioni di rivestimento. A causa di ciò, la resistenza del materiale è notevolmente aumentata. Il rutenio ha trovato impiego negli utensili di lavorazione ad attrito a bassa pressione.

Composti chimici

I complessi organici di metalli del gruppo del platino, come i complessi di alchilplatino, sono usati come catalizzatori nella polimerizzazione delle olefine, nella produzione di polipropilene e polietilene e nell'ossidazione dell'etilene in acetaldeide.

I sali di platino sono sempre più utilizzati nella chemioterapia contro il cancro. Ad esempio, fanno parte di farmaci come il carboplatino e il cisplatino. Gli elettrodi rivestiti di ossido di rutenio sono utilizzati nella produzione di cloro e clorato di sodio. Il solfato di rodio e il fosfato sono usati nei bagni di rodio.