Строение
Это не диаграмма 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 химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение платина среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 139 pm — это 0,139 нм, поэтому около 3,6 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Платина находится в жидком состоянии в диапазоне 2057 K — от 2041 K до 4098 K.
Положение
История
Металл-катализатор: платина ускоряет реакции, которые иначе потребовали бы невозможных условий.
Первыми европейцами, встретившими платину, 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 недовольство этим «нечистым серебром», которое не плавилось и не поддавалось обработке так, как известные им драгоценные металлы.
Коренные народы Южной Америки обрабатывали платину более 1 000 лет до контакта с европейцами. Доколумбовые мастера культуры Ла-Толита создавали изысканные украшения и артефакты из сплавов платины и золота, демонстрируя развитые металлургические знания, которых европейцы достигли лишь спустя столетия.
Испанские шахтёры считали платину мешающим металлом, загрязнявшим месторождения золота. Они часто бросали 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 заинтересовали 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 объект научного изучения.
Французский физик Pierre-François Chabaneau в 1786 году впервые успешно расплавил платину и обработал её, разработав методы, позволившие мастерам создавать первые платиновые украшения и научные инструменты в Европе.
Король Франции Людовик XVI увлёкся платиной и заказал сложные изделия из неё, назвав её «единственным металлом, достойным короля». Его покровительство превратило платину из диковинки в предмет роскоши, закрепив её связь с монархией и исключительностью.
Разработка французскими химиками методов порошковой металлургии позволила создавать более крупные изделия из платины. 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 монархией сделали её политически опасной. Многие изделия из платины были спрятаны или уничтожены, поэтому сохранившиеся предметы той эпохи сегодня чрезвычайно ценны для коллекционеров.
Английский химик William Hyde Wollaston произвёл революцию в химии платины, разработав методы очистки и промышленной обработки металла. Его методы растворения платины в царской водке и выделения чистого металла заложили основу современной очистки платины.
Уолластон также открыл палладий и родий, работая с остатками платины, продемонстрировав взаимосвязанную природу металлов платиновой группы. Его работа принесла ему значительное состояние и сделала Лондон центром экспертизы в области платины.
Разработка платиновых тиглей и лабораторного оборудования произвела революцию в химии и производстве стекла. Эти химически неактивные сосуды позволили химикам работать с веществами, которые загрязняли или разрушали бы другие ёмкости.
Изобретение кислородно-водородной горелки наконец позволило легко плавить платину, открыв возможность массового производства изделий из неё. Этот технологический прорыв сделал платиновые украшения и промышленное применение экономически выгодными.
Производство платины в России на Уральских горах начало снабжать европейские рынки, сделав платину более доступной. Российские месторождения были настолько богаты, что платина временно стала дешевле золота, что привело к созданию платиновых монет.
Разработка производства серной кислоты с платиновым катализатором ознаменовала начало важной роли платины в химической промышленности. Это применение продемонстрировало уникальные каталитические свойства платины, которые впоследствии стали основой современной промышленной химии.
XX век принёс научное понимание каталитических свойств платины на молекулярном уровне. Исследования объяснили, почему платина настолько эффективно ускоряет химические реакции, не расходуясь в процессе.
Открытие противораковых свойств цисплатина в 1965 году Барнеттом Розенбергом открыло совершенно новую главу в применении платины. Это случайное открытие, сделанное при изучении 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 камней до важнейших компонентов технологий чистой энергетики — путь платины отражает растущее понимание человечеством окружающего мира.
Применение
Платина — основа современного контроля автомобильных выбросов, благодаря чему чистый воздух становится возможным в городских условиях. Каталитические нейтрализаторы бензиновых двигателей используют платину для превращения вредного угарного газа, оксидов азота и несгоревших углеводородов в безвредный 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 полагаются на платиновые катализаторы в системах сажевых фильтров, удаляющих вредные частицы сажи.
Автомобили следующего поколения на водородных топливных элементах представляют будущее применения платины в автомобилестроении. 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 в 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 — важнейшего компонента удобрений и взрывчатых веществ. Платиново-родиевые сетчатые катализаторы в процессе Оствальда обеспечивают эффективное превращение аммиака в азотную кислоту в промышленных масштабах.
Производство фармацевтических препаратов использует платиновые катализаторы в сложных реакциях органического синтеза. Эти катализаторы обеспечивают производство жизненно важных лекарств с высокой чистотой и эффективностью, особенно при создании определённых молекулярных структур, необходимых для действия препаратов.
Высокая электропроводность и устойчивость к коррозии делают платину 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, что позволяет хранить данные с высокой плотностью. Стабильность металла обеспечивает сохранность данных на протяжении десятилетий использования. Платина также применяется в твердотельных накопителях (SSD) для технологий хранения данных следующего поколения.
Телекоммуникационная промышленность использует платину в волоконно-оптических системах и высокочастотных цепях, где целостность сигнала имеет первостепенное значение. Устойчивость платины к окислению обеспечивает долговременную надёжность в суровых условиях.
Наночастицы платины революционизируют катализ благодаря чрезвычайно высокой площади поверхности и уникальным электронным свойствам. Эти наномасштабные катализаторы эффективнее массивной платины, что позволяет уменьшить её количество, необходимое для промышленных процессов.
В технологии топливных элементов наночастицы платины на углеродных носителях обеспечивают каталитическую активность, необходимую для эффективных реакций водорода и кислорода. Исследования сосредоточены на снижении загрузки платины при сохранении производительности.
Лечение рака использует химиотерапевтические препараты на основе платины, такие как цисплатин, карбоплатин и оксалиплатин. Эти соединения нарушают репликацию ДНК раковых клеток, благодаря чему эффективны против различных типов опухолей.
Высокая температура плавления платины (1,768°C) и устойчивость к окислению делают её необходимой для высокотемпературных применений. В производстве стекла используются печи и оборудование с платиновой облицовкой, 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 производительности.
Промышленные печи и обжиговые печи используют платиновые нагревательные элементы и температурные датчики, сохраняющие точность и долговечность в условиях экстремальных тепловых циклов.
Обручальные и помолвочные кольца из платины символизируют вечную любовь. 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 в течение 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 в полной мере раскрыть красоту бриллиантов и цветных камней.
Часы премиум-класса имеют корпуса из платины, устойчивые 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 заводите 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 эксплуатационными характеристиками часто оснащены платиновыми электродами, которые служат дольше и обеспечивают более стабильное зажигание, чем обычные свечи. Такие свечи повышают топливную эффективность и сокращают 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 представляет собой будущее экологически чистого транспорта.
Лечение рака во многом основано на химиотерапевтических препаратах 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 сплавы платины в коронках, мостовидных протезах и ортодонтических аппаратах. Прочность металла и устойчивость к бактериям полости рта делают его долговечным материалом для восстановления зубов.
На жёстком диске вашего компьютера платина содержится в слоях магнитного хранения данных, обеспечивая высокую плотность записи, благодаря которой стала возможна современная вычислительная техника. Магнитные свойства и стабильность платины гарантируют сохранность ваших данных в течение многих лет.
Аудиооборудование премиум-класса использует платину в электрических контактах и цепях для обеспечения максимально чистого воспроизведения звука. Аудиофилы ценят отличную проводимость платины и её устойчивость к коррозии, позволяющие сохранять 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 повседневной бытовой техники.
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 чисто сгорающим.
Удобрения, благодаря которым выращиваются продукты питания, производят с использованием платиновых катализаторов при изготовлении азотной кислоты. Этот процесс обеспечивает крупномасштабное сельское хозяйство, которое кормит миллиарды людей по всему миру.
Многие бытовые чистящие средства и химикаты производятся с использованием процессов, катализируемых платиной, что обеспечивает их чистоту и эффективность при минимальном воздействии на окружающую среду.
Откуда он происходит
0,005 мг/кг земной коры · более распространён, чем 37% элементов
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 чрезвычайная редкость обусловлена высокой плотностью платины и её сидерофильной природой (сродством к железу), из-за чего большая часть платины опустилась в ядро Земли во время формирования планеты.
Большая часть доступной для добычи платины находится в древних слоистых мафических 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 сконцентрировались в месторождениях, имеющих промышленное значение.
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. Такая ассоциация требует применения сложных методов разделения для получения чистой платины.
Южная Африка доминирует в мировой добыче платины, обеспечивая примерно 70% мирового производства. Бушвельдский магматический комплекс, сформировавшийся более 2 миллиардов лет назад, содержит крупнейшие из известных мировых запасов платины. Это геологическое чудо простирается на 65 000 квадратных километров и является одним из важнейших минеральных богатств Земли.
Россия занимает второе место по объёму производства; крупные месторождения расположены в Норильско-Талнахском регионе Сибири. Эти месторождения, образовавшиеся в результате мощной вулканической активности 250 миллионов лет назад, также содержат значительные запасы никеля и меди наряду с металлами платиновой группы.
Северная Америка вносит вклад в мировые поставки платины благодаря месторождениям в комплексе Стиллуотер в штате Монтана и в бассейне Садбери в Канаде. Эти менее крупные, но важные источники способствуют диверсификации мировых цепочек поставок платины.
Зимбабве располагает Большой дайкой — слоистой интрузией, содержащей значительные ресурсы платины, значение 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, что требует применения сложных методов добычи и значительных капитальных вложений. На разработку одной подземной шахты может уйти 10–15 лет до получения первой платины.
Процесс очистки столь же сложен. Необогащённая платиновая руда обычно содержит лишь 3–6 граммов платины на тонну породы, поэтому требуется переработка огромных объёмов материала. Полный процесс очистки может занимать 5–6 месяцев, прежде чем из необработанной руды будет получена чистая платина.
Экологические требования и соображения безопасности делают добычу платины особенно сложной. Глубокие подземные работы требуют обширных систем безопасности, а химические процессы, используемые при очистке, 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 сконцентрировали самородки платины в руслах рек. Эти легкодоступные поверхностные месторождения в основном были истощены к началу XX века.
Колумбия остаётся одним из немногих мест, где продолжается мелкомасштабная добыча аллювиальной платины. Регион Чоко производит небольшие количества платины традиционными методами россыпной добычи, хотя экологические проблемы ограничивают расширение этих работ.
Речные системы, дренирующие геологические образования, содержащие платину, иногда дают самородки платины, крупнейшие образцы которых весят несколько килограммов. Эти природные образцы платины ценятся коллекционерами и музеями за редкость и красоту.
Учитывая чрезвычайно высокую стоимость и редкость платины, переработка стала важнейшим способом удовлетворения мирового спроса. Примерно 25–30% ежегодных поставок платины поступает из переработанных источников, главным образом из отработанных автомобильных катализаторов, электронных компонентов и ювелирных изделий.
Переработка автомобильных катализаторов особенно важна, 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 глобальной цепочки поставок платины. Современные гидрометаллургические процессы позволяют эффективно извлекать платину из сложных сплавов и загрязнённых материалов.
Обращение
Металлическая платина считается очень безопасной при контакте с кожей и при ношении. Благодаря химической инертности в обычных условиях она не вступает в реакцию с кожей, воздухом или большинством химических веществ. Поэтому платиновые украшения можно носить постоянно, не вызывая кожных реакций даже у людей с чувствительной кожей.
В отличие от сплавов, содержащих никель, платина редко вызывает аллергические реакции и часто рекомендуется людям с чувствительностью к металлам. Биосовместимость металла делает его подходящим для медицинских имплантатов и стоматологических конструкций.
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 заболевание может развиться после нескольких 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 шлифованием, сваркой или высокотемпературной обработкой платины, могут образовывать взвешенные в воздухе частицы, вызывающие раздражение и сенсибилизацию лёгких.
Работники предприятий по аффинажу платины должны использовать средства защиты органов дыхания (как минимум фильтры N95, предпочтительно фильтры P100), чтобы предотвратить вдыхание частиц, содержащих платину. Во всех зонах обработки платины необходимы эффективные вентиляционные системы.
Платиновая астма развивается у 50% работников, длительно подвергающихся воздействию солей платины. Симптомы включают свистящее дыхание, стеснение в груди и затруднённое дыхание. Это состояние требует немедленной медицинской помощи и постоянного 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 вызывать повреждение почек, потерю слуха и сильную тошноту.
Медицинские работники, обращающиеся с химиотерапевтическими препаратами платины, должны соблюдать строгие протоколы обращения с цитотоксичными препаратами, включая использование двух пар перчаток, защитных халатов и приготовление препаратов в шкафах биологической безопасности для предотвращения профессионального воздействия.
Пациентам, получающим химиотерапию препаратами платины, необходимо регулярно контролировать функцию почек, слух и показатели крови. Для предотвращения повреждения почек этими сильнодействующими препаратами необходимы протоколы гидратации.
Высокотемпературная обработка платины требует специализированного оборудования из-за её температуры плавления 1,768°C. Экстремально высокая температура требует надлежащей термозащиты и аварийных процедур при ожогах.
Химическая обработка при аффинаже платины включает концентрированные кислоты и токсичные растворители. Работники должны использовать соответствующую 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 перерабатывать через специализированные службы извлечения драгоценных металлов, а не выбрасывать как отходы.
Загрязнение окружающей среды соединениями платины требует профессиональной очистки. Хотя металлическая платина безвредна для окружающей среды, растворимые соединения платины могут накапливаться в экосистемах и воздействовать на живую природу.
Краткие ответы
Платина (символ Pt) — элемент 78 в периодической таблице, представитель семейства переходный металл в 6 периоде, 10 группе. Металл-катализатор: платина ускоряет реакции, которые иначе потребовали бы невозможных условий. При комнатной температуре это твёрдое вещество.
[Xe] 4f¹⁴ 5d⁹ 6s¹; она включает 6 занятых электронных оболочек с распределением 2, 8, 18, 32, 17, 1.Платина плавится при 2041.4 K (1768.3 °C) и кипит при 4098 K (3824.9 °C). Это относит его к самым тугоплавким элементам — он остаётся твёрдым при температурах, при которых большинство металлов испаряется.
Стандартная атомная масса Платина составляет 195.084 u. Это средневзвешенное значение для его природных изотопов, поэтому оно редко бывает целым числом.
Плотность Платина составляет 21.45 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Платина примерно в 21.5× тяжелее.
Электроотрицательность Платина по шкале Полинга составляет 2.28. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Значения в этом среднем диапазоне обычно соответствуют ковалентным, а не преимущественно ионным связям.
Платина был открыт в 1735 году Antonio de Ulloa. Назван в честь испанское platina, «маленькое серебро».
На долю Платина приходится около 0.005 мг/кг земной коры — это действительно редкий элемент, поэтому он дорог.