Строение
Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место платина занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 139 pm — that is 0.139 nm, so about 3597 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Платина is liquid over a 2057 K window, from 2041 K to 4098 K.
История
The catalyst metal: platinum makes reactions happen that would otherwise need impossible conditions.
Первыми европейцами, столкнувшимися с платиной, были испанские конкистадоры, обнаружившие её в реках Колумбии и Эквадора в 1520-х годах. Они назвали её «platina del Pinto» (маленькое серебро реки Пинто) — пренебрежительное название, отражавшее их разочарование в этом «нечистом серебре», которое не плавилось и не поддавалось обработке так, как известные им драгоценные металлы.
Коренные народы Южной Америки обрабатывали платину более 1 000 лет до появления европейцев. Доколумбовые мастера культуры Ла-Толита создавали изысканные украшения и артефакты из платиново-золотых сплавов, демонстрируя передовые металлургические знания, которых европейцы достигли лишь несколько столетий спустя.
Испанские шахтёры считали платину мешающим металлом, загрязнявшим месторождения золота. Они часто выбрасывали её обратно в реки, полагая, что это незрелое золото, которое со временем «созреет» и превратится в настоящее. Некоторые испанские колонии даже запрещали добычу платины, опасаясь, что её будут использовать для подделки золотых монет.
Научное изучение платины началось, когда испанский морской офицер Antonio de Ulloa привёз образцы в Европу в 1735 году. Его подробные наблюдения за этим загадочным металлом заинтриговали европейских учёных, которые признали его отдельным элементом, а не нечистым серебром.
Британский металлург William Brownrigg провёл первое систематическое исследование платины в 1750 году, описав её уникальные свойства, включая высокую температуру плавления и устойчивость к кислотам. Его работа утвердила платину как полноценный предмет научного изучения.
Французский физик Pierre-François Chabaneau в 1786 году впервые успешно расплавил платину и обработал её, разработав методы, позволившие европейским мастерам создавать первые платиновые украшения и научные инструменты.
Король Франции Людовик XVI увлёкся платиной и заказал сложные платиновые изделия, объявив её «единственным металлом, достойным короля». Его покровительство превратило платину из диковинки в предмет роскоши и закрепило её связь с королевской властью и исключительностью.
Разработка французскими химиками методов порошковой металлургии позволила создавать более крупные платиновые изделия. Они научились восстанавливать соли платины до мелкого порошка, а затем прессовать и нагревать его, формируя пригодный для обработки металл; эти методы используются и сегодня.
Во время Французской революции редкость платины и её связь с королевской властью сделали её политически опасной. Многие платиновые изделия были спрятаны или уничтожены, поэтому сохранившиеся предметы той эпохи сегодня чрезвычайно ценятся коллекционерами.
Английский химик William Hyde Wollaston произвёл революцию в химии платины, разработав методы очистки и обработки металла в промышленных масштабах. Его способы растворения платины в царской водке и извлечения чистого металла заложили основу современного рафинирования платины.
Работая с остатками платины, Волластон также открыл палладий и родий, продемонстрировав взаимосвязь металлов платиновой группы. Его работа принесла ему значительное состояние и сделала Лондон центром компетенций в области платины.
Разработка платиновых тиглей и лабораторного оборудования произвела революцию в химии и производстве стекла. Эти химически инертные сосуды позволили химикам работать с веществами, которые загрязняли или разрушали другие ёмкости.
Изобретение кислородно-водородной горелки наконец позволило легко плавить платину, что сделало возможным массовое производство платиновых изделий. Этот технологический прорыв сделал производство платиновых украшений и промышленное применение платины экономически выгодными.
Добыча платины в России на Уральских горах начала снабжать европейские рынки, благодаря чему платина стала доступнее. Российские месторождения были настолько богаты, что платина временно стала дешевле золота, что привело к появлению платиновых монет.
Разработка производства серной кислоты с использованием платинового катализатора положила начало важной роли платины в химической промышленности. Это применение продемонстрировало уникальные каталитические свойства платины, которые впоследствии стали ключевыми для современной промышленной химии.
В XX веке появилось научное понимание каталитических свойств платины на молекулярном уровне. Исследования показали, почему платина настолько эффективно ускоряет химические реакции, сама не расходуясь в процессе.
Открытие противораковых свойств цисплатина в 1965 году Barnett Rosenberg открыло совершенно новую главу в применении платины. Это случайное открытие, сделанное во время изучения роста бактерий, с тех пор помогло спасти миллионы жизней благодаря химиотерапии рака.
Современное применение платины в топливных элементах и автомобильных катализаторах представляет собой последнюю главу продолжающейся истории этого удивительного металла. От «бесполезных» речных камешков до важнейших компонентов технологий чистой энергетики — путь платины отражает растущее понимание человечеством окружающего мира.
Применение
Платина — основа современной системы контроля автомобильных выбросов, делающая возможным чистый воздух в городах. Каталитические нейтрализаторы бензиновых двигателей используют платину для превращения вредных оксида углерода, оксидов азота и несгоревших углеводородов в безвредные водяной пар, углекислый газ и азот.
На автомобильную промышленность приходится более 40% мирового производства платины. Типичный автомобиль содержит 3–7 граммов платины в каталитическом нейтрализаторе, а более крупные транспортные средства могут содержать до 30 граммов. Дизельные двигатели в значительной степени зависят от платиновых катализаторов в системах сажевых фильтров, удаляющих вредные частицы сажи.
Транспортные средства следующего поколения на водородных топливных элементах представляют будущее автомобильного применения платины. Топливные элементы используют платиновые катализаторы для эффективного превращения водорода и кислорода в электричество, при этом единственным выбросом является вода. Эта технология может резко увеличить спрос на платину по мере перехода транспорта к решениям с нулевыми выбросами.
Платиновые катализаторы необходимы при переработке нефти, особенно в процессах риформинга, которые превращают нефтяные фракции с низким октановым числом в компоненты бензина с высоким октановым числом. Эти катализаторы повышают топливную экономичность и снижают детонацию двигателя в современных автомобилях.
Химическая промышленность использует платину для производства азотной кислоты — важного компонента удобрений и взрывчатых веществ. Платино-родиевые сетчатые катализаторы в процессе Оствальда обеспечивают эффективное превращение аммиака в азотную кислоту в промышленных масштабах.
Фармацевтическое производство использует платиновые катализаторы в сложных реакциях органического синтеза. Эти катализаторы обеспечивают производство жизненно важных лекарств с высокой чистотой и эффективностью, особенно при создании специфических молекулярных структур, необходимых для действия препаратов.
Высокая электропроводность и коррозионная стойкость платины делают её незаменимой в электронике с повышенными требованиями к надёжности. Электрические контакты в критически важных системах используют платину для обеспечения стабильной работы на протяжении миллионов циклов переключения.
Жёсткие диски компьютеров содержат платину в слоях магнитной записи, обеспечивая хранение данных высокой плотности. Стабильность металла гарантирует сохранность данных в течение десятилетий эксплуатации. Платина также используется в твердотельных накопителях (SSD) для технологий хранения данных следующего поколения.
Телекоммуникационная отрасль использует платину в волоконно-оптических системах и высокочастотных схемах, где целостность сигнала имеет первостепенное значение. Стойкость платины к окислению обеспечивает долгосрочную надёжность в суровых условиях.
Наночастицы платины революционизируют катализ благодаря чрезвычайно большой площади поверхности и уникальным электронным свойствам. Эти наномасштабные катализаторы эффективнее массивной платины, поэтому для промышленных процессов требуется меньше металла.
В технологии топливных элементов наночастицы платины на углеродных носителях обеспечивают каталитическую активность, необходимую для эффективных реакций водорода и кислорода. Исследования направлены на снижение загрузки платины при сохранении рабочих характеристик.
Лечение рака использует химиотерапевтические препараты на основе платины, такие как цисплатин, карбоплатин и оксалиплатин. Эти соединения нарушают репликацию ДНК раковых клеток, что делает их эффективными против различных типов опухолей.
Высокая температура плавления платины (1,768°C) и стойкость к окислению делают её необходимой для высокотемпературного применения. При производстве стекла используются футерованные платиной печи и оборудование, способные выдерживать экстремальные условия без загрязнения продукта.
Аэрокосмическое применение включает компоненты турбинных двигателей, сопла ракет и теплозащитные экраны, где сочетание прочности и химической инертности платины имеет решающее значение для безопасности и рабочих характеристик.
Промышленные печи и обжиговые печи используют платиновые нагревательные элементы и датчики температуры, сохраняющие точность и долговечность при экстремальных условиях термического циклирования.
Обручальные и помолвочные кольца из платины олицетворяют высший символ вечной любви. Естественный белый блеск платины никогда не тускнеет и не покрывается налётом, символизируя вечную преданность. В отличие от белого золота, платина не требует родиевого покрытия и сохраняет свой прекрасный вид на протяжении неограниченного времени.
Ювелирные дома класса люкс, такие как Cartier, Tiffany и Van Cleef & Arpels, ценят платину за способность надёжно удерживать драгоценные камни. Плотность и прочность металла делают его идеальным для сложных оправ, позволяющих бриллиантам и цветным драгоценным камням полностью раскрыть свою красоту.
Элитные часы оснащаются платиновыми корпусами, устойчивыми к царапинам и коррозии. Такие бренды, как Patek Philippe и Rolex, создают эксклюзивные платиновые часы, сочетающие исключительное мастерство с престижем ношения одного из самых редких металлов на Земле.
Каждый раз, когда вы запускаете автомобиль, платиновые катализаторы начинают работать, очищая выхлопные газы до их попадания в атмосферу. В каталитическом нейтрализаторе содержится драгоценная платина, которая превращает вредные загрязнители в безвредные выбросы, делая возможной современную городскую жизнь.
Свечи зажигания в автомобилях с высокими характеристиками часто оснащаются платиновыми электродами, которые служат дольше и обеспечивают более стабильное зажигание, чем обычные свечи. Такие свечи повышают топливную экономичность и снижают потребность в техническом обслуживании.
В автомобилях класса люкс и электромобилях всё чаще используются топливные элементы, работающие с платиновыми катализаторами. Эти системы вырабатывают электричество из водорода, выделяя в качестве выхлопа только водяной пар, что отражает будущее экологически чистого транспорта.
Лечение рака в значительной степени опирается на химиотерапевтические препараты на основе платины. Такие лекарства, как цисплатин, спасли миллионы жизней, воздействуя на раковые клетки и сводя к минимуму повреждение здоровых тканей. Эти препараты особенно эффективны при раке яичек, яичников и лёгких.
Кардиостимуляторы и медицинские имплантаты используют платиновые электроды, которые безопасно проводят электрические импульсы в организме человека. Биосовместимость и устойчивость платины к коррозии делают её идеальной для длительной имплантации без неблагоприятных реакций.
Стоматологические конструкции часто содержат платиновые сплавы в коронках, мостовидных протезах и ортодонтических аппаратах. Прочность металла и его устойчивость к бактериям полости рта делают его долговечным выбором для стоматологических реставраций.
Ваш жёсткий диск компьютера содержит платину в слоях магнитного хранения данных, обеспечивая высокую плотность хранения, которая делает возможными современные вычисления. Магнитные свойства и стабильность платины гарантируют сохранность ваших данных на протяжении многих лет.
Аудиооборудование высокого класса использует платину в электрических контактах и схемах для обеспечения максимально чистого воспроизведения звука. Аудиофилы ценят отличную проводимость платины и её устойчивость к коррозии, благодаря которым сохраняется качество сигнала.
Термопары и температурные датчики в бытовых приборах, таких как духовки и водонагреватели, используют платину для точного измерения температуры. Эти датчики обеспечивают безопасную и эффективную работу повседневных приборов.
Бензин в вашем автомобиле был очищен с использованием платиновых катализаторов, которые повысили его октановое число и удалили примеси. Эти катализаторы делают современное топливо эффективным и экологичным при сгорании.
Удобрения, благодаря которым выращивается пища, которую вы едите, производятся с использованием платиновых катализаторов при изготовлении азотной кислоты. Этот процесс обеспечивает крупномасштабное сельское хозяйство, кормящее миллиарды людей по всему миру.
Многие бытовые чистящие средства и химикаты производятся с использованием процессов с платиновыми катализаторами, которые обеспечивают чистоту и эффективность продукции, одновременно сводя к минимуму воздействие на окружающую среду.
Откуда он берётся
0.005 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 37% of elements
Платина — один из самых редких элементов на Земле: её средняя распространённость в земной коре составляет всего 5 частей на миллиард — примерно в 30 раз меньше, чем золота. Такая исключительная редкость обусловлена высокой плотностью платины и её сидерофильной природой (сродством к железу), из-за чего большая часть платины опустилась в ядро Земли в процессе формирования планеты.
Большая часть доступной платины залегает в древних слоистых основных интрузиях — геологических образованиях, возникших при медленном охлаждении и кристаллизации магмы на протяжении миллионов лет. В результате сложных геологических процессов в этих интрузиях металлы платиновой группы концентрировались в месторождениях, пригодных для промышленной разработки.
Месторождения платины обычно связаны с другими металлами платиновой группы (палладием, родием, рутением, осмием и иридием), а также с такими неблагородными металлами, как никель и медь. Для выделения чистой платины из этой смеси требуются сложные методы разделения.
Южная Африка доминирует в мировой добыче платины, обеспечивая около 70% мирового производства. Бушвельдский магматический комплекс, сформировавшийся более 2 миллиардов лет назад, содержит крупнейшие из известных запасов платины в мире. Это геологическое чудо простирается на 65 000 квадратных километров и представляет собой одно из важнейших минеральных богатств Земли.
Россия занимает второе место по объёму добычи; крупные месторождения расположены в Норильско-Талнахском регионе Сибири. Эти месторождения, образовавшиеся в результате мощной вулканической активности 250 миллионов лет назад, наряду с металлами платиновой группы содержат значительные ресурсы никеля и меди.
Северная Америка участвует в мировых поставках платины благодаря месторождениям в комплексе Стиллуотер в Монтане и в бассейне Садбери в Канаде. Эти меньшие по размеру, но важные источники помогают диверсифицировать мировые цепочки поставок платины.
Зимбабве располагает Большой дайкой — слоистой интрузией, содержащей значительные ресурсы платины, важность которых может возрастать по мере истощения легкодоступных месторождений в других регионах.
Добыча платины чрезвычайно сложна и дорога. Большая часть платины залегает в подземных месторождениях на глубине более 1 000 метров, поэтому требуются передовые методы добычи и значительные капиталовложения. На разработку одной подземной шахты может уйти 10–15 лет до получения первой платины.
Процесс аффинажа столь же сложен. Сырая платиновая руда обычно содержит лишь 3–6 граммов платины на тонну породы, поэтому приходится перерабатывать огромные объёмы материала. Полный процесс аффинажа может занимать 5–6 месяцев, прежде чем из сырой руды будет получена чистая платина.
Экологические требования и требования безопасности делают добычу платины особенно сложной. Глубокие подземные работы требуют разветвлённых систем безопасности, а химические процессы, используемые при аффинаже, необходимо тщательно контролировать, чтобы свести к минимуму воздействие на окружающую среду.
История извлечения платины началась с аллювиальных месторождений в Уральских горах России, где выветривание и эрозия концентрировали самородки платины в руслах рек. Эти легкодоступные поверхностные месторождения в основном были исчерпаны к началу XX века.
Колумбия остаётся одним из немногих мест, где продолжается мелкомасштабная добыча платины из аллювиальных отложений. Регион Чоко производит небольшие объёмы платины традиционными методами разработки россыпей, хотя экологические проблемы ограничивают расширение таких работ.
Речные системы, дренирующие геологические формации, содержащие платину, иногда дают самородки платины массой до нескольких килограммов. Эти природные образцы платины ценятся коллекционерами и музеями за редкость и красоту.
Учитывая исключительную ценность и редкость платины, переработка стала важнейшим способом удовлетворения мирового спроса. Примерно 25–30% ежегодных поставок платины приходится на переработанные источники, прежде всего на отработанные автомобильные катализаторы, электронные компоненты и ювелирные изделия.
Переработка автомобильных катализаторов имеет особое значение, поскольку каталитические нейтрализаторы содержат 3–7 граммов металлов платиновой группы. Специализированные предприятия извлекают и очищают эти металлы, возвращая их в производственный оборот.
В развитых странах уровень переработки платины превышает 60%, поэтому вторичное извлечение является важнейшей частью мировой цепочки поставок платины. Современные гидрометаллургические процессы позволяют с высокой эффективностью извлекать платину из сложных сплавов и загрязнённых материалов.
Обращение
Металлическая платина считается очень безопасной при контакте с кожей и ношении. Благодаря химической инертности она не реагирует с кожей, воздухом или большинством химических веществ в обычных условиях. Поэтому платиновые украшения можно носить постоянно, не опасаясь кожных реакций, даже людям с чувствительной кожей.
В отличие от никельсодержащих сплавов, платина редко вызывает аллергические реакции и часто рекомендуется людям с чувствительностью к металлам. Биосовместимость металла делает его подходящим для медицинских имплантатов и стоматологических работ.
Растворимые соли платины могут вызывать серьёзные проблемы со здоровьем и требуют осторожного обращения. Хлорид платины и другие соединения платины могут вызывать тяжёлые аллергические реакции, раздражение дыхательных путей и сенсибилизацию кожи.
Профессиональная астма представляет серьёзную опасность для работников, подвергающихся воздействию соединений платины на нефтеперерабатывающих и химических предприятиях. Это состояние может развиться через несколько месяцев или лет воздействия и стать постоянным даже после его прекращения.
Сенсибилизация кожи под воздействием соединений платины может развиваться постепенно. После сенсибилизации у человека могут возникать тяжёлые аллергические реакции даже на следовые количества соединений платины. При работе с растворимыми соединениями платины используйте нитриловые перчатки и защитную одежду.
Платиновая пыль и пары представляют серьёзную опасность для дыхательной системы. Промышленные процессы, связанные с шлифовкой, сваркой или высокотемпературной обработкой платины, могут создавать взвешенные в воздухе частицы, вызывающие раздражение и сенсибилизацию лёгких.
Работники предприятий по переработке платины должны использовать средства защиты органов дыхания (минимум фильтры N95, предпочтительно фильтры P100), чтобы предотвратить вдыхание частиц, содержащих платину. Во всех зонах обработки платины необходимы эффективные системы вентиляции.
Платиновая астма развивается у 50% работников при длительном воздействии солей платины. Симптомы включают свистящее дыхание, стеснение в груди и затруднённое дыхание. Это состояние требует немедленной медицинской помощи и полного прекращения контакта с платиной.
Химиотерапевтические препараты на основе платины (цисплатин, карбоплатин, оксалиплатин) требуют специализированного медицинского наблюдения из-за их сильного действия. При неправильном применении эти препараты могут вызвать повреждение почек, потерю слуха и сильную тошноту.
Медицинские работники, работающие с химиотерапевтическими препаратами платины, должны соблюдать строгие протоколы обращения с цитотоксичными препаратами, включая использование двойных перчаток и защитных халатов, а также приготовление препаратов в шкафах биологической безопасности для предотвращения профессионального воздействия.
Пациенты, получающие химиотерапию препаратами платины, нуждаются в регулярном контроле функции почек, слуха и показателей крови. Протоколы гидратации необходимы для предотвращения повреждения почек, вызываемого этими сильнодействующими препаратами.
Высокотемпературная обработка платины требует специализированного оборудования из-за её температуры плавления 1,768°C. Экстремально высокая температура создаёт опасность и требует надлежащей тепловой защиты и проведения экстренных процедур при ожогах.
Химическая обработка при очистке платины связана с концентрированными кислотами и токсичными растворителями. Работники должны использовать подходящую химически стойкую одежду, средства защиты глаз, а также аварийные душевые установки и станции для промывания глаз.
Из-за чрезвычайно высокой стоимости платины на предприятиях по её обработке необходимы меры безопасности. Протоколы предотвращения краж должны обеспечивать баланс между требованиями безопасности и защитой работников.
Редкость и высокая стоимость платины делают утилизацию экономически нецелесообразной. Все материалы, содержащие платину, следует отправлять на переработку в специализированные службы извлечения драгоценных металлов, а не выбрасывать как отходы.
Загрязнение окружающей среды соединениями платины требует профессиональной рекультивации. Хотя металлическая платина безвредна для окружающей среды, растворимые соединения платины могут накапливаться в экосистемах и влиять на дикую природу.
Краткие ответы
Платина (symbol Pt) is element 78 on the periodic table, a переходный металл in period 6, group 10. The catalyst metal: platinum makes reactions happen that would otherwise need impossible conditions. At room temperature it is a solid.
[Xe] 4f¹⁴ 5d⁹ 6s¹, giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 17, 1 electrons respectively.Платина melts at 2041.4 K (1768.3 °C) and boils at 4098 K (3824.9 °C). That puts it among the most refractory elements — it stays solid at temperatures that vaporise most metals.
The standard atomic weight of Платина is 195.084 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Платина has a density of 21.45 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of платина is about 21.5× heavier.
Платина has a Pauling electronegativity of 2.28. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Платина was discovered in 1735 by Antonio de Ulloa. It is named after spanish platina, "little silver".
Платина makes up about 0.005 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.